Атмосфера Земли

АТМОСФЕРА ЗЕМЛИ (от греч. atmos — пар и сфера), воздушная среда вокруг Земли, вращающаяся вместе с нею; масса около 5,15·1015 тонн. По плотности атмосферы она занимает промежуточное место между Венерой и Марсом. Она уникальна в том отношении, что обладает обширными запасами жидкой воды. Сложное взаимодействие между океаном, атмосферой и планетарной поверхностью определяет ее энергетический баланс и температурный режим. Облачный покров обычно закрывает около 50% поверхности, и теплота, остающаяся внутри атмосферы (парниковый эффект), поднимает среднюю температуру более чем на 30 градусов.
Состав ее у поверхности Земли: 78,1% азота, 21% кислорода, 0,9% аргона, в незначительных долях процента углекислый газ, водород, гелий, неон и другие газы. В нижних 20 километрах содержится водяной пар (у земной поверхности — от 3% в тропиках до 2·10-5% в Антарктиде), количество, которого с высотой быстро убывает. Углекислота - наиболее важная следовая компонента атмосферного воздуха. Высокая концентрация кислорода (возникшая примерно 2 миллиарда лет назад) является прямым результатом существования растений. Присутствие кислорода позволило сформироваться в верхних слоях атмосферы озоновому слою (на высоте 20-25 километров), который экранирует поверхность планеты от солнечного ультрафиолетового излучения, вредного для жизни.
Выше 100 километров растет доля легких газов, и на очень больших высотах преобладают гелий и водород; часть молекул разлагается на атомы и ионы, образуя ионосферу. Давление и плотность воздуха в атмосфере Земли с высотой убывают. В зависимости от распределения температуры атмосферу Земли подразделяют на тропосферу, стратосферу, мезосферу, термосферу, экзосферу. Неравномерность ее нагревания способствует общей циркуляции атмосферы, которая влияет на погоду и климат Земли. Атмосфера Земли обладает электрическим полем.

Все типы свечения, возникающие в верхней атмосфере Земли (ночное свечение атмосферы), исключая тепловое излучение, полярные сияния, молнии и яркие следы метеоров. Спектр ночного свечения лежит в диапазоне от 100 нанометров до 22,5 километров. Основная часть свечения возникает в слое толщиной от 30 до 40 километров на типичных высотах в 100 километров и представляет собой излучение на длине волны кислорода 558 нанометров.

Из космического пространства свечение неба выглядит как зеленоватое светлое кольцо вокруг Земли.

ТРОПОСФЕРА (от греч. tropos — поворот и сфера), нижний, основной слой атмосферы до высоты 8-10 километров в полярных, 10-12 километров в умеренных и 16-18 километров в тропических широтах. В тропосфере сосредоточено более 1/5всей массы атмосферного воздуха, сильно развиты турбулентность и конвекция, сосредоточена преобладающая часть водяного пара, возникают облака, развиваются циклоны и антициклоны - все происходящие здесь процессы играют определяющую роль для формирования погоды на планете. Температура в тропосфере падает с увеличением высоты. Тропосфера сверху ограничена тропопаузой, которая соответствует переходу к более устойчивым условиям лежащей выше стратосферы.

СТРАТОСФЕРА (от лат. stratum — слой и сфера), слой атмосферы, лежащий над тропосферой от 8-10 километров в высоких широтах и от 16-18 километров вблизи экватора до 50-55 километров. Стратосфера характеризуется возрастанием температуры с высотой от -40 °С (-80 °С) до температур, близких к 0 °С, малой турбулентностью, ничтожным содержанием водного пара, повышенным по сравнению с ниже- и вышележащими слоями содержанием озона.

ОЗОН (от греч. ozon — пахнущий), О3, аллотропная модификация кислорода. Газ синего цвета с резким запахом, tкип — 112 °С, сильный окислитель. При больших концентрациях разлагается со взрывом. Образуется из О2 при электрическом разряде (например во время грозы) и под действием ультрафиолетового излучения (в стратосфере под действием ультрафиолетового излучения Солнца). Основная масса О3 в атмосфере расположена в виде слоя — озоносферы — на высоте от 10 до 50 километров с максимумом концентрации на высоте 20-25 километров. Этот слой предохраняет живые организмы на Земле от вредного влияния коротковолновой ультрафиолетовой радиации Солнца. Поглощает свет с длиной волны от 240 до 270 нанометров и сильно поглощает в интервале 200-320 нанометров, в то время как кислород в основном поглощает до 170 нанометров. Основная причина появления озона на Земле - молнии. В промышленности О3 получают действием на воздух электрического разряда. Используют для обеззараживания воды и воздуха.

ИОНОСФЕРА - верхние слои атмосферы, начиная от 50- 85 километров до 600 километров, характеризующиеся значительным содержанием атмосферных ионов и свободных электронов. Атомы и молекулы в этом слое интенсивно ионизируются под действием солнечной радиации, в частности, ультрафиолетового излучения. Перемещение заряженных частиц по магнитным силовым линиям к полярным областям на широтах от 60 до 75° приводит к появлению полярных сияний. Верхняя граница ионосферы — внешняя часть магнитосферы Земли. Причина повышения ионизации воздуха в ионосфере — разложение молекул атмосферы газов под действием ультрафиолетовой и рентгеновской солнечной радиации и космического излучения. Ионосфера оказывает большое влияние на распространение радиоволн. Состоит ионосфера из мезосферы и термосферы.

ПОЛЯРНОЕ СИЯНИЕ - быстро изменяющиеся разноцветные картины свечения, наблюдаемые время от времени на ночном или вечернем небе, обычно в высокоширотных областях Земли (как на севере, так и на юге). Зеленый и красный цвета соответствуют эмиссионным линиям атомов кислорода и молекул азота, которые возбуждаются энергичными частицами, приходящими от Солнца. Полярные сияния происходят на высотах порядка 100 километров.
Во время полярных сияний в ионосфере протекают многочисленные процессы, такие как возмущения геомагнитного поля, электрические ионосферные токи и рентгеновское излучение. В невидимых частях спектра излучается гораздо больше энергии, чем в видимом диапазоне. Появление полярных сияний связано с солнечным циклом, вращением Солнца, сезонными изменениями и магнитной активностью.
Полярные сияния принимают несколько основных форм. Спокойные дуги или полосы шириной в несколько десятков километров простираются с востока на запад на расстояния до 1000 километров. Полосы могут сворачиваться, принимая спиральную или S-образную форму. Можно увидеть и лучи, идущие вдоль магнитного поля. Пятна полярных сияний - это отдельные светящиеся области неба без образования каких-либо форм. Изредка встречаются обширные полярные сияния в форме драпри.

МЕЗОСФЕРА находится примерно до 80-85 километров, над которой наблюдаются (обычно на высоте около 85 километров) серебристые облака. Здесь температура с высотой уменьшается, достигая -90°C у верхней границы (мезопаузы).

ТЕРМОСФЕРА, слой атмосферы над мезосферой от высот 80-90 километров, температура в котором растет до высот 200-300 километров, где достигает значений порядка 1500 Кельвинов, после чего остается почти постоянной до больших высот.

ЭКЗОСФЕРА (сфера рассеяния), внешний слой атмосферы, начинающийся с высоты около 400-500 километров, которые граничат с межпланетной средой. В этих слоях плотность настолько низка, что между атомами происходит очень мало столкновений и атомы, движущиеся с большой скоростью, могут выйти из сферы гравитационного притяжения планеты и улетать (ускользать) в космическое пространство.

Наконец, на расстояниях более 1000 километров слой холодной плазмы высокой плотности (плазмосфера). Плазмосфера простирается до расстояний в 3 - 7 земных радиусов. Ее верхняя граница (плазмопауза) отмечена резким падением плазменной плотности. Большинство частиц в плазмосфере составляют протоны и электроны, газ настолько разрежен, что столкновения между молекулами перестают играть существенную роль, а атомы ионизированы более чем наполовину. На высоте порядка 1,6 и 3,7 радиусов Земли находятся первый и второй радиационные пояса.

Поля Земли
Гравитационное поле Земли с высокой точностью описывается законом всемирного тяготения Ньютона. Движение жидкостей, а также возникающие в твердых объектах напряжения, вызываемые циклическим изменением действующих на них гравитационных сил. Так, океанские приливы на Земле, запаздываемые ежедневно на 50 минут, возникают из-за изменения суммарного гравитационного действия Солнца и Луны, которое подвержено суточным, месячным и годичным вариациям, обусловленным вращением Земли, движением Луны по орбите вокруг Земли и движением Земли вокруг Солнца. Деформация за счет приливных сил Земли достигает 30 сантиметров, Луны 40 сантиметров, водная поверхность поднимается до 1 метра, а в заливе Фапти (Атлантический океан) до 18 метров.

Магнитный дипольный момент Земли, равный 7,98·1025 единиц СГСМ, направлен примерно противоположно механическому, хотя в настоящее время магнитные полюсы несколько смещены по отношению к географическим. Их положение, впрочем, меняется со временем, и хотя эти изменения достаточно медленны, за геологические промежутки времени, по палеомагнитным данным, обнаруживаются даже магнитные инверсии, то есть обращения полярности. Нынешнюю полярность Земля приобрела 12 тысяч лет (по другим источникам 750 тысяч лет) назад, а в среднем каждые 250 тысяч лет (500 тысяч лет по другим источникам) меняется полярность, а иногда в 2-4 раза быстрее. Некоторые ученые утверждают, что возможно скоро полярность изменится.

В первом приближении магнитное поле Земли подобно полю намагниченного стержня (диполя), который смещен относительно центра Земли к Тихому океану и наклонен к земной оси. В настоящее время это смещение составляет 451 километр, а наклон равен 11°. Сила и форма геомагнитного поля постепенно меняются, причем масштаб времени этих изменений составляет годы. Интенсивность геомагнитного поля обозначается векторной величиной F или B, а единицами измерения являются гаусс (Гс), тесла (Т) или гамма (γ) (1 тесла = 10000 гаусс; 1 гамма = 1 нанотесла= 10-5 гаусс.) Направление поля в любой точке земной поверхности может быть описано двумя углами: 1) наклонением I, то есть углом между горизонтальной плоскостью и вектором поля (угол считается положительным, когда поле направлено вниз); 2) склонением D, т.е. азимутом - углом, измеряемым от направления на север к востоку или западу на горизонтальной плоскости.

Положение магнитных полюсов Земли на 1985год:

Северный магнитный полюс – 77о36' с.ш.; 102о48' з.д.

Южный магнитный полюс – 65о06' ю.ш.; 139о00' в.д.

Положение геомагнитных полюсов на 1985г:

Северный геомагнитный полюс – 78о48' с.ш.; 70о54' з.д.

Южный геомагнитный полюс – 78о48' ю.ш.; 109о06' в.д.

Электрическое поле над поверхностью Земли в среднем имеет напряженность около 100 В/м и направлено вертикально вниз — это так называемое «поле ясной погоды», но это поле испытывает значительные (как периодические, так и нерегулярные) вариации.

Две кольцеобразные области вокруг Земли с высокой концентрацией высокоэнергичных электронов и протонов, которые были захвачены магнитным полем планеты. Пояса были обнаружены первым американским искусственным спутником Земли "Эксплорер-1", запущенным 31 января 1958 года. Пояса названы по имени Джеймса Ван Аллена - физика, руководившего экспериментом на "Эксплорере-1". Внутренний пояс Ван Аллена лежит над экватором на высоте около 0,8 земных радиусов. Во внешнем поясе область наибольшей концентрации находится на высоте от 2 до 3 земных радиусов над экватором, а обширная область, простирающаяся от внутреннего пояса до высоты 10 земных радиуса, содержит протоны и электроны более низкой энергии, которые, по-видимому, принесены в основном солнечным ветром.

Общие сведения о Земле
Среднее расстояние от Земли до Солнца 149,6 миллионов километров;
Наибольшее расстояние (в афелии 1-6 июля) от Земли до Солнца 152,1 миллионов километров;
Наименьшее расстояние (в перигелии 1-5 января) от Земли до Солнца 147,1
миллионов километров;
Период обращения Земли вокруг оси (относительно Солнца - средние солнечные сутки) 24 часа 3 минуты 56,555секунд;

Период обращения Земли вокруг оси (звездные сутки =23,93 часа)

23 часа 56 минут 4,091секунды;
Период обращения Земли вокруг Солнца (тропический год 365,24219 суток);
Период обращения Земли вокруг Солнца (сидерический год 365,25636 суток);
Эксцентриситет 0,0167;
Длина земной орбиты (939,1миллионов километров);
Средняя скорость движения Земли по орбите (29,765 километров в секунду);
Средняя скорость движения точки экватора (465 метров в секунду);
Средняя скорость движения точки на широте вследствие вращения Земли (465 cosφ
метров в секунду);
Температура на поверхности (от -55 до +70 градусов Цельсия);
Средний наклон эклиптики (плоскости орбиты) к экватору 23о26'28,91";
Экваториальный радиус Земли (6378,160 километров);
Полярный радиус Земли (6356,777 километров);
Сжатие Земли 1:298,25;
Длина окружности экватора (400075,696 километров);
Сплюснутость экватора 1:30000;
Масса Земли (5,976. 1024 килограммов);
Средняя плотность Земли (5,518 граммов на кубический метр);
Ускорение силы тяжести (стандартное, 9,80665 м/с2);
Объем Земли (1,083.1012 километров кубических);
Поверхность Земли (510,2.106 километров квадратных);
Поверхность суши (149,1.106 километров квадратных);
Поверхность воды (Мирового океана 361,1.106 километров квадратных);
1-я космическая скорость (7,91 километров в секунду, достигнута 4.10.1957года);
2-я космическая скорость (11,19 километров в секунду, достигнута 2.01.1959года);
Количество спутников 1(Луна);
Период обращения Луны вокруг Земли (сидерический месяц 27,32166 суток);
Интервал времени между двумя последовательными точками любой фазы Луны (синодический месяц 29,53059 суток);

Затмение
Затмение относится к таким явлениям, о которых заранее известно и астрономы всего мира готовятся к этому дню и в места наблюдения полного затмения направляют экспедиции.
Затмения происходят во время, когда Земля, Луна и Солнце при своем движении оказываются в пространстве на одной линии. Причем в момент новолуния (или в близкой точке к узлу орбиты) происходят солнечные затмения, а в момент полнолуния - лунные. В зависимости от удаленности Луны от Земли (угловых размеров) затмения бывают частные, полные, а для солнечных - еще кольцевые.

Солнечное затмение начинается с ущерба западного края Солнца. Он медленно увеличивается, и солнечный диск превращается в серп выпуклостью на восток. Солнечный свет постепенно ослабевает, становится прохладней.
В древнем Вавилоне, сделав большое количество наблюдений за затмениями, установили продолжительность Малого сароса в 6585 дней), точнее он составляет 6585,32 дня или 18 лет 11,32 дня или 10,32 суток, если в саросе 5 високосных лет). За это время происходит 70-71 затмение, при этом 42-43 солнечных (14 полных, 13-14 кольцеобразных и 15 частных) и 28 лунных затмений (15 частных и 13 полных). В течение года бывает, по крайней мере, 2 солнечных с интервалом в 6 месяцев (бывает максимум 5 затмений – два в одном месяце, еще два через 6 месяцев и еще через 6 месяцев одно). Солнечное затмение происходит в новолунии, когда Луна находится вблизи узлов орбиты. Наибольшее число затмений в году было в 1916 году (6), 1917 году (7); 1991году (6), 1992 году (5), 2000 году (6) – предсказание очередного «конца света», 2001 году (5), 2002 году (5). Обычно в году бывает 2-3 солнечных и 1-2 лунных, а максимум происходит 2-5 солнечных и 0-3 лунных. 5 солнечных затмений было в 1935 году и теперь будет только в 2206 году. 4 солнечных было в 1982 году. В зависимости от конфигурации Солнце-Земля-Луна наибольшее число затмений в году семь в порядке:

1. В начале года и средине солнечное-лунное-солнечное. В конце года -солнечное. За год 5 частных солнечных и 2 полных лунных.

2. В начале года лунное-солнечное, в середине солнечное-лунное-солнечное и в конце солнечное-лунное; 2 частных солнечных и 3 полных лунных.

Использованная литература:

• 
  Шевченко В.В. «Луна и её наблюдение», М., «Наука», 1983 год;
• 
  Зигель Ф.Ю. «Лунные горизонты», М., «Просвещение», 1976 год;
• 
  Чижевский А.Л. «Земное эхо солнечных бурь», М., «Мысль», 1976 год;
• 
  Томито К. «Беседы о кометах», М., «Знание», 1980 год;
• 
  Саган К. «Космос. Эволюция Вселенной, жизни и цивилизации», М., «Амфора», 2004 год;
• 
  Млодинов Л. «Кратчайшая история времени», М., «Амфора», 2006 год;
• 
  Куртик Г.Е. «Небо Древней Месопотамии. Шумеро-аккадские названия созвездий и других светил», М., «Алетейя», 2007 год;
• 
  Мушаилов Б.Р. «О проблеме кометно-астероидной опасности», «Астрологический календарь на 1987 год, страница 209;
• 
  Шкловский И.С. «Вселенная. Жизнь. Разум», М., АНО журнал «Экология и жизнь», 2006 год.

Государственное бюджетное образовательное учреждение начального

профессионального образования профессиональное училище №1

Реферат на тему:

ПЛАНЕТА ЗЕМЛЯ В КОСМОСЕ

Выполнила: Сенди Хаята,

Студент 24 группы

Кызыл – 2013.