Skip to main content
Global

15E: الشمس - نجمة متنوعة في الحديقة (تمارين)

  1. Last updated
  2. Save as PDF
  • Page ID
    197724

    • \( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)\(\newcommand{\AA}{\unicode[.8,0]{x212B}}\)

    لمزيد من الاستكشاف

    مقالات

    بيرمان، ب. «كيف يمكن للعواصف الشمسية أن تغلق الأرض». علم الفلك (سبتمبر 2013): 22. مراجعة محدثة لكيفية تأثير الأحداث على الشمس على حضارتنا.

    فرانك، أ. «النفخ في الرياح الشمسية». علم الفلك (أكتوبر 1998): 60. حول نتائج المركبة الفضائية SOHO.

    هولمان، جي. «الأصول الغامضة للتوهجات الشمسية». ساينتفيك أمريكان (أبريل 2006): 38. أفكار جديدة تتضمن إعادة الاتصال المغناطيسي والملاحظات الجديدة للتوهجات.

    جيمس سي. «توقعات الطاقة الشمسية: عاصفة قادمة». السماء والتلسكوب (يوليو 2007): 24. مراجعة لطيفة لتأثيرات انفجارات الشمس وعلى الأرض وكيف نراقب «طقس الفضاء».

    شايفر، ب. «البقع الشمسية التي غيرت العالم». السماء والتلسكوب (أبريل 1997): 34. الأحداث التاريخية المرتبطة بالبقع الشمسية والنشاط الشمسي.

    شريجفر، ج. والعنوان، أ. «علم الشمس اليوم». السماء والتلسكوب (فبراير 2001): 34؛ (مارس 2001): 34. مراجعات ممتازة للنتائج الأخيرة حول الغلاف الجوي الشمسي.

    وادوا، م. «ترتيب من الفوضى: التكوين يأخذ عينات من الرياح الشمسية». علم الفلك (أكتوبر 2013): 54. على القمر الصناعي الذي أعاد عينات من رياح الشمس.

    مواقع الويب

    موقع «العواصف الشمسية» للدكتور ستين أودينوالد: http://www.solarstorms.org/.

    مرصد الطاقة الشمسية والهيليوسفير التابع لوكالة الفضاء الأوروبية ناسا: http://sohowww.nascom.nasa.gov. مهمة فضائية مع موقع ويب غني لاستكشافه.

    مرصد الارتفاعات العالية مقدمة عن الشمس: www.hao.ucar.edu/education/basic.php. للمبتدئين.

    مهام ناسا الشمسية: https://www.nasa.gov/mission_pages/s...ons/index.html. ملخص جيد للعديد من الأقمار الصناعية والمهام التي تمتلكها وكالة ناسا.

    لمحة عن طقس الفضاء في ناسا: www.swpc.noaa.gov/sites/defau... r_2010_new.pdf. كتاب تمهيدي.

    صفحات معلومات مركز NOAA للتنبؤ بالطقس الفضائي: www.swpc.noaa.gov/content/edu... n-and-outreach يتضمن مواد تمهيدية ومقاطع فيديو ومنهج ووحدات تدريبية.

    مختبر نوفا صن: http://www.pbs.org/wgbh/nova/labs/lab/sun/. مقاطع فيديو وملفات تعريف العلماء وتحدي بحثي يتعلق بالشمس النشطة من برنامج PBS للعلوم.

    طقس الفضاء: عواصف على الشمس: www.swpc.noaa.gov/sites/defau... wx_booklet.pdf. كتيب مصور من NOAA.

    مركز ستانفورد للطاقة الشمسية: http://solar-center.stanford.edu/. موقع ممتاز يحتوي على معلومات للطلاب والمعلمين.

    تطبيقات

    يمكن أن تخبرك هذه الأشياء وطلابك بالمزيد حول ما يحدث على الشمس في الوقت الفعلي.

    شمس ناسا ثلاثية الأبعاد: http://3dsun.org/.

    طقس الفضاء التابع لناسا: itunes.apple.com/us/app/nasa... 422621403? طن متري = 8.

    سولاريس ألفا: play.google.com/store/apps/d... y.solarisalpha.

    شاشة شمسية برو: www.solarmonitor.eu/.

    مقاطع فيديو

    رحلة إلى الشمس: https://www.youtube.com/watch?v=fqKFQ7z0Nuk. برنامج KQED Quest TV لعام 2010 يتعلق في الغالب بمركبة مرصد ديناميكيات الطاقة الشمسية وإطلاقها وقدراتها، ولكن مع معلومات عامة جيدة حول كيفية عمل الشمس (12:24).

    وكالة ناسا | SDO: ثلاث سنوات في ثلاث دقائق - مع تعليق الخبراء: https://www.youtube.com/watch?v=QaCG0wAjJSY&src. فيديو لثلاث سنوات من رصد الشمس من قبل مرصد ديناميكيات الشمس تم تحويله إلى فيلم سريع، مع تعليق من عالم الفيزياء الشمسية أليكس يونغ (5:03).

    شمسنا المتفجرة: http://www.youtube.com/watch?v=kI6YGSIJqrE. فيديو لمحاضرة عامة عام 2011 في سلسلة محاضرات علم الفلك في وادي السيليكون للدكتور توماس بيرجر حول النشاط الشمسي وبعثات الأقمار الصناعية الأخيرة لمراقبته وفهمه (1:20:22).

    هناك حريق ممطر: www.nytimes.com/video/science... html emc=eta1. نظرة عامة لطيفة ومقدمة عن الشمس من قبل المراسل العلمي دينيس أوفرباي من صحيفة نيويورك تايمز (2:28)

    تأثيرات طقس الفضاء: www.swpc.noaa.gov/content/edu... n-and-or فيديو من NOAA (2:47)؛ https://www.youtube.com/playlist?lis...bIUzBO6JI0Pvx0. مقاطع فيديو من خدمة الطقس الوطنية (أربعة مقاطع فيديو قصيرة) (14:41).

    طقس الفضاء: العواصف على الشمس: http://www.youtube.com/watch?v=vWsmp4o-qVg. نشرة علمية من المتحف الأمريكي للتاريخ الطبيعي، تعطي خلفية لما يحدث في الشمس للتسبب في طقس الفضاء (6:10).

    العواصف الشمسية: www.livescience.com/11754-sun... nic-world.html. من شركة Starry Night عن عواصف الشمس الآن وفي الماضي (4:49).

    مجموعة صن سبوت AR 2339 تعبر الشمس: http://apod.nasa.gov/apod/ap150629.html. فيديو قصير (مع موسيقى) ينقل صور مرصد سولار ديناميك لمجموعة كبيرة من البقع الشمسية تمر عبر وجه الشمس (1:15).

    ما يحدث في الشمس لا يبقى على الشمس: https://www.youtube.com/watch?v=bg_gD2-ujCk. من الإدارة الوطنية للمحيطات والغلاف الجوي: مقدمة عن الشمس وطقس الفضاء وتأثيراته وكيفية مراقبته (4:56).

    أنشطة المجموعة التعاونية

    1. اطلب من مجموعتك إعداد قائمة بجميع الطرق التي تؤثر بها الشمس شخصيًا على حياتك على الأرض. (ضع في اعتبارك التأثيرات اليومية بالإضافة إلى التأثيرات غير العادية بسبب النشاط الشمسي العالي.)
    2. قبل وقت طويل من فهم طبيعة الشمس تمامًا، اقترح عالم الفلك (ومكتشف الكواكب) ويليام هيرشل (1738-1822) أن الشمس الحارقة قد تكون ذات تصميم داخلي بارد وقد تكون مأهولة. اطلب من مجموعتك مناقشة هذا الاقتراح والخروج بحجج حديثة ضده.
    3. ناقشنا كيف تأثرت هجرة الأوروبيين إلى أمريكا الشمالية على ما يبدو بتغير المناخ على المدى القصير. إذا أصبحت الأرض أكثر سخونة بشكل ملحوظ، إما بسبب التغيرات في الشمس أو بسبب الاحتباس الحراري، فإن أحد الآثار سيكون زيادة معدل ذوبان الغطاء الجليدي القطبي. كيف سيؤثر ذلك على الحضارة الحديثة؟
    4. لنفترض أننا واجهنا الحد الأدنى من Maunder على الأرض، ويرافقه انخفاض في متوسط درجة الحرارة مثل العصر الجليدي الصغير في أوروبا. اطلب من مجموعتك مناقشة كيفية تأثير ذلك على الحضارة والسياسة الدولية. ضع قائمة بأخطر الآثار التي يمكنك التفكير فيها.
    5. إن مشاهدة البقع الشمسية تتحرك عبر قرص الشمس هي إحدى الطرق لإظهار أن نجمنا يدور حول محوره. هل يمكن لمجموعتك التوصل إلى طرق أخرى لإظهار دوران الشمس؟
    6. لنفترض في المستقبل أننا قادرون على التنبؤ بطقس الفضاء وكذلك التنبؤ بالطقس على الأرض. ولنفترض أن لدينا بضعة أيام من التحذير من قدوم عاصفة شمسية كبيرة ستحمل الغلاف المغناطيسي للأرض بجزيئات مشحونة وترسل المزيد من الأشعة فوق البنفسجية والأشعة السينية نحو كوكبنا. هل تناقش مجموعتك الخطوات التي قد نتخذها لحماية حضارتنا؟
    7. اطلب من أعضاء مجموعتك البحث عبر الإنترنت لمعرفة الأقمار الصناعية الموجودة في الفضاء لمساعدة علماء الفلك على دراسة الشمس. بالإضافة إلى البحث عن أقمار ناسا الصناعية، يمكنك أيضًا التحقق من الأقمار الصناعية التي أطلقتها وكالة الفضاء الأوروبية ووكالة الفضاء اليابانية.
    8. يفكر بعض العلماء والمهندسين في بناء «شراع شمسي» - وهو شيء يمكن أن يستخدم رياح الشمس أو طاقتها لدفع مركبة فضائية بعيدًا عن الشمس. جمعية الكواكب هي منظمة غير ربحية تحاول إطلاق الأشرعة الشمسية، على سبيل المثال. اطلب من مجموعتك إعداد تقرير عن الوضع الحالي لمشاريع الإبحار بالطاقة الشمسية وما يحلم به الناس في المستقبل.

    مراجعة الأسئلة

    1. وصف الاختلافات الرئيسية بين تكوين الأرض وتكوين الشمس.
    2. وصف كيف تشق الطاقة طريقها من النواة النووية للشمس إلى الغلاف الجوي. قم بتضمين اسم كل طبقة وكيفية انتقال الطاقة عبر الطبقة.
    3. قم بعمل رسم تخطيطي للغلاف الجوي للشمس يوضح مواقع الغلاف الضوئي والكروموسفير والإكليل. ما درجة الحرارة التقريبية لكل منطقة من هذه المناطق؟
    4. لماذا تبدو البقع الشمسية مظلمة؟
    5. ما هي جوانب دورة نشاط الشمس التي تبلغ مدتها حوالي 11 عامًا؟ والتي تختلف خلال فترات تبلغ حوالي 22 عامًا؟
    6. لخص الأدلة التي تشير إلى أنه على مدى عدة مئات من السنين أو أكثر كانت هناك اختلافات في مستوى النشاط الشمسي.
    7. ما هو تأثير زيمان وماذا يخبرنا عن الشمس؟
    8. اشرح كيف تؤدي نظرية دينامو الشمس إلى دورة نشاط شمسي متوسط مدتها 22 عامًا. قم بتضمين موقع وآلية الدينامو.
    9. قارن وقارن بين الأنواع الأربعة المختلفة للنشاط الشمسي فوق الغلاف الضوئي.
    10. ما مصدران الجسيمات القادمة من الشمس التي تسبب طقس الفضاء؟ كيف هم مختلفون؟
    11. كيف يؤثر النشاط على الشمس على التكنولوجيا البشرية على الأرض وفي بقية النظام الشمسي؟
    12. كيف يؤثر النشاط على الشمس على الظواهر الطبيعية على الأرض؟

    أسئلة الفكر

    1. \(15.1.1\)يشير الجدول إلى أن كثافة الشمس تبلغ 1.41 جم/سم 3. نظرًا لأن المواد الأخرى، مثل الثلج، لها كثافة مماثلة، كيف تعرف أن الشمس ليست مصنوعة من الجليد؟
    2. بدءًا من قلب الشمس وحتى الخارج، تنخفض درجة الحرارة. ومع ذلك، ترتفع درجة الحرارة فوق الغلاف الضوئي. كيف يمكن أن يكون هذا؟
    3. نظرًا لأنه يمكن تحديد فترة دوران الشمس من خلال مراقبة الحركات الظاهرة للبقع الشمسية، يجب إجراء تصحيح للحركة المدارية للأرض. اشرح ما هو التصحيح وكيف ينشأ. قد يساعد عمل بعض الرسومات في الإجابة على هذا السؤال.
    4. لنفترض أن بقعة شمسية طويلة (افتراضية للغاية) تتشكل من خط عرض 30 درجة إلى خط عرض 40 درجة على طول خط طول ثابت على الشمس. كيف سيتغير مظهر تلك البقعة الشمسية مع دوران الشمس؟ (\(15.2.5\)يجب أن يساعدك الشكل في معرفة ذلك.)
    5. يوضح النص أن الصفائح موجودة بالقرب من البقع الشمسية، لكن الشكل\(15.2.6\) يوضح أنها تظهر حتى في المناطق الخالية من البقع الشمسية. ماذا قد يكون التفسير لهذا؟
    6. لماذا يمكن ملاحظة التوهج في الضوء المرئي، عندما يكون أكثر سطوعًا في الأشعة السينية والأشعة فوق البنفسجية؟
    7. كيف يمكن أن تظل البروزات، الكبيرة جدًا والتي «تطفو» في الهالة، مرتبطة بالجاذبية بالشمس بينما يمكن أن تفلت التوهجات؟
    8. إذا كنت مهتمًا بطقس الفضاء وأردت تجنبه، فأين سيكون المكان الأكثر أمانًا على وجه الأرض لتعيش فيه؟
    9. لنفترض أنك تعيش في شمال كندا وتم الإبلاغ عن توهج قوي للغاية في الشمس. ما الاحتياطات التي قد تتخذها؟ ماذا يمكن أن تكون النتيجة الإيجابية؟

    اكتشاف نفسك

    1. لا يجب أن تكون حافة الشمس حادة تمامًا حتى تبدو لنا بهذه الطريقة. يجب فقط أن تتحول من كونها شفافة إلى معتمة تمامًا في مسافة أصغر مما تستطيع عينك حله. تذكر من الأدوات الفلكية أن القدرة على حل التفاصيل تعتمد على حجم فتحة التلسكوب. حدقة العين صغيرة جدًا بالنسبة لحجم التلسكوب وبالتالي فهي محدودة جدًا في كمية التفاصيل التي يمكنك رؤيتها. في الواقع، لا تستطيع عينك رؤية التفاصيل التي تقل عن 1/30 من قطر الشمس (حوالي 1 دقيقة قوسية). يخرج كل ضوء الشمس تقريبًا من طبقة يبلغ سمكها حوالي 400 كم فقط. ما الكسر الذي يساوي هذا من قطر الشمس؟ كيف يمكن مقارنة ذلك بقدرة العين البشرية على حل التفاصيل؟ لنفترض أننا يمكن أن نرى الضوء يخرج مباشرة من طبقة يبلغ سمكها 300,000 كم. هل تبدو الشمس وكأنها ذات حافة حادة؟
    2. أظهر أن العبارة القائلة بأن 92٪ من ذرات الشمس هي هيدروجين تتوافق مع العبارة التي تفيد بأن 73٪ من كتلة الشمس تتكون من الهيدروجين، كما هو موجود في الجدول\(15.1.2\). (تلميح: ضع الافتراض المبسط، وهو أمر صحيح تقريبًا، بأن الشمس تتكون بالكامل من الهيدروجين والهيليوم.)
    3. من خلال تحولات دوبلر للخطوط الطيفية في الضوء القادم من الحافتين الشرقية والغربية للشمس، يجد علماء الفلك أن السرعات الشعاعية للحفتين تختلف بحوالي 4 كم/ثانية، مما يعني أن معدل دوران الشمس هو 2 كم/ثانية، فأوجد الفترة التقريبية لدوران الشمس بالأيام. يُعطى محيط الكرة بمقدار 2R، حيث R هو نصف قطر الكرة.
    4. بافتراض أن متوسط دورة البقع الشمسية يبلغ 11 عامًا، ما عدد الثورات التي يقوم بها خط استواء الشمس خلال تلك الدورة الواحدة؟ هل تؤدي خطوط العرض العليا إلى دورات أكثر أو أقل مقارنة بخط الاستواء؟
    5. يعطي هذا الفصل متوسط دورة البقع الشمسية 11 عامًا. تحقق من ذلك باستخدام الشكل\(15.4.3\).
    6. يمكن حساب سرعة الهروب من أي كائن فلكي كـ\(v_{\text{escape}} = \sqrt{2GM/R}\). باستخدام البيانات الموجودة في الملحق E، احسب سرعة الهروب من الغلاف الضوئي للشمس. نظرًا لأن انبعاثات الكتلة الإكليلية تتسرب من الهالة، فهل ستكون سرعة الهروب من هناك أكثر أو أقل من الغلاف الضوئي؟
    7. لنفترض أنك لاحظت توهجًا شمسيًا كبيرًا أثناء دوران رواد الفضاء حول الأرض. استخدم البيانات الموجودة في النص لحساب المدة التي سيستغرقها الأمر قبل وصول الجسيمات المشحونة المنبعثة من الشمس أثناء التوهج إليها.
    8. لنفترض أن البروز البركاني يرتفع بسرعة 150 كم/ثانية، وإذا لم تتغير السرعة، فما المسافة التي سيبعدها عن الغلاف الضوئي بعد 3 ساعات؟ كيف تقارن هذه المسافة بقطر الأرض؟
    9. من المعلومات الواردة في الشكل\(15.3.4\)، قم بتقدير السرعة التي تتحرك بها الجسيمات في CME في الجزأين (ج) و (د) بعيدًا عن الشمس.