Гелиостат

Зодиак

Так как научные знания в древности были крайне скудными, то в древние время люди часто пытались объяснить непонятные явления влиянием богов или божественных сил. Одно из подобных суеверий заключалось в попытке спрогнозировать судьбу человека на основе даты его рождения. Так как до 19 века истинные расстояния до звезд оставались загадкой, то в древние времена возник миф, о том, что положения звезд на небе не являются случайными. В связи с этим мифом люди пытались объединять яркие звезды на небе в определенные созвездия, которые наделяли особым мистическим смыслом. Особое значение древние люди придавали созвездиям, которые лежали на эклиптике. Эти созвездия были названы зодиакальными. Эклиптика разделена на 12 созвездий – по числу месяцев в году или по числу оборотов Луны вокруг Земли в течение одного года. Считается, что имена зодиакальным созвездиям дали древние греки.

Зодиакальные созвездия

Долгое время зодиакальные созвездия активно использовались для прогнозирования судеб людей или даже целых государств (за точку отчета бралось положение Солнца в определенном созвездии в момент его рождения или во время других важных событий). Позже, как бы в насмешку над этими суевериями, в 1930 году профессиональные астрономы при финальном разделе неба на созвездия добавили 13-ое зодиакальное созвездие Змееносца (Солнце проходит через него примерно между 30 ноября и 17 декабря).

Кроме точек зимнего и летнего солнцестояния существуют точки весеннего и осеннего равноденствия. Эти точки обозначают время, когда световой день равен световой ночи – примерно 20-21 марта и 22-23 сентября. С другой стороны эти точки представляют собой время пересечения Солнцем небесного экватора. По причине прецессии эти точки испытывают постоянную миграцию по эклиптике (за последние две тысячи лет они сместились на 20 градусов). Так в начале нашей эры точка весеннего равноденствия была расположена в зодиакальном созвездии Овна, к сегодняшнему дню она сместилась в созвездие Рыб. Аналогично точка осеннего равноденствия переместилась из созвездия Весов в созвездие Девы.

А когда наблюдать

А вот наблюдать свои созвездия (знаков зодиака, под которыми человек рождается) получится в месяце, противоположном дате рождения. Ведь эклиптика это – маршрут движения Солнца, поэтому, если человек появляется на свет в августе под знаком Льва, то созвездие это находится высоко над горизонтом в полдень, то есть тогда, когда солнечный свет не даст его увидеть.

Зато в феврале Лев украсит собой полуночное небо. В безлунную безоблачную ночь он прекрасно «читается» на фоне других звёзд. Не так повезло рождённым под знаком, скажем, Скорпиона. Созвездие лучше всего видно в мае. Но чтобы его рассмотреть, необходимо запастись терпением и удачей. Лучше отправиться загород, в местность без высоких гор, деревьев и зданий. Лишь тогда наблюдатель сможет разглядеть очертания Скорпиона с его рубиновым Антаресом (альфа Скорпиона, яркая звезда кроваво-красного цвета, относящаяся к классу красных гигантов, имеющая диаметр, сопоставимый с размерами орбиты нашего Марса).

Что, если она остановится

Если Земля перестанет вращаться вокруг своей оси, то:

• одна ее сторона будет постоянно повернута к центру Солнечной системы, светило нагреет почву до высочайших температур, и вся влага с поверхности испарится;
• вторая сторона планеты погрузится в вечную ночь, тут постоянно будет свирепствовать мороз, вода превратится в толстый слой льда, и его толщина достигнет километров;
• условия станут крайне затруднительны для возникновения и развития любых форм жизни, в т.ч. для дальнейшего существования человечества.

Земные сутки будут длиться целый год, длина дня составит 6 месяцев, и после незначительного периода сумерек на планете наступит шестимесячная ночь. Закат и восход станут определяться исключительно вращением планеты вокруг светила — всходить оно будет на западе и заходить на востоке.

Если остановка Земли вдруг произойдет, тоэто повлечет за собой массу негативных последствий. Credit: Krpress

Так как линейная вращательная скорость достигает весомых значений, при внезапной остановке планеты все здания, растения, животные и люди будут снесены с поверхности силами инерции.

Исключение составят лишь сооружения, вмурованные в земную твердь или горные породы. По инерции продолжат вращаться океаны, вызвав гигантский цунами.

Сегодня под воздействием центробежных сил Земля несколько сплющена у полюсов и имеет своеобразный «горб» в области экватора. После остановки он исчезнет, вся вода океанов стечет к югу и северу, обнажив дно в экваториальной области до 30° с.ш. и ю.ш.. Так на планете образуется один опоясывающий ее гигантский материк и две полюсные «водяные шапки».

Все описанные последствия справедливы и для ситуации, если прекратится движение Земли вокруг Солнца, только они будут еще более катастрофическими. Смены времени суток больше не будет, на одной половине планеты установится вечная ночь, на другой — такой же вечный день.

Способы изображения земной поверхности. Метод проекций в геодезии

_______На местности точки, линии, углы и контуры расположены в силу неровностей земной поверхности на возвышениях или впадинах. Так как возвышения и впадины являются пространственными формами, изобразить их на бумаге в виде плоской карты или плана достаточно непросто. Способы изображения земной поверхности на плоскости основываются на методе проекций.

_______При изучении действительной поверхности Земли точки местности проецируют отвесными линиями на поверхность земного эллипсоида. Так как уровенная поверхность радиусом до 20 км может быть заменена плоскостью, при относительно небольших площадях, точки местности проецируют на горизонтальную плоскость. Положение полученных проекций точек может быть определено координатами.

_______В результате перенесения точек на плоскость длины линий заменяют их горизонтальными проекциями, называемыми горизонтальными проложениями; пространственные углы заменяются плоскими, и вся фигура заменяется проекцией на горизонтальную плоскость (рис. 2).

Что такое геодезия

_______ Геодезия – это наука об измерениях на земной поверхности, выполняемых для изучения общей фигуры Земли, для составления планов и карт, для решения инженерных задач при изысканиях, проектировании, строительстве и эксплуатации инженерных сооружений.

_______В процессе своего развития геодезия разделилась на ряд самостоятельных научных дисциплин: высшую геодезию, топографию, инженерную геодезию, аэрофотогеодезию, картографию и космическую геодезию.

_______Высшая геодезия занимается определением фигуры и размеров всей Земли и значительных ее частей.

_______Топография занимается измерением и изображением на планах и картах земной поверхности.

_______Инженерная геодезия занимается вопросами геодезических работ при изысканиях, проектировании, строительстве и эксплуатации инженерных сооружений, при монтаже оборудования, при наблюдениях за вертикальными и горизонтальными смещениями инженерных сооружений и технологического оборудования.

_______Аэрофотогеодезия занимается изучением методов и средств создания топографических карт и планов по материалам фотографирования Земли.

_______Картография занимается изучением методов составления, издания и использования карт.

_______Космическая геодезия занимается обработкой измерений, полученных при помощи искусственных спутников Земли, орбитальных станций и межпланетных кораблей.

_______

Немного об угле наклона Земной оси

Плоскость небесного экватора, будучи перпендикулярной к земной оси, так же изменяет своё положение, чем и вызывается движение точек пересечения экватора с эклиптикой. В свою очередь, притяжение Луной экваториального смещения масс Земли стремится повернуть Землю таким образом, чтобы её экваториальная плоскость пересекала Луну. Но в данном случае эти силы действуют не на водную оболочку Земли, а на массы, образующие экваториальное вздутие её эллипсоидальной фигуры.

Представим шар, вписанный в земной эллипсоид, которого он касается в полюсах. Такой шар притягивается Луной и Солнцем силами, направленными к его центру. По этой причине сохраняется неизменной земная ось. Это притяжение, действующее на экваториальное вздутие, стремится повернуть Землю таким образом, чтобы плоскости земного экватора и притягивающего её объекта совпадали, создавая этим опрокидывающий момент.

Солнце в течение года дважды отдаляется от экватора до ± 23,5°, а удаление Луны от экватора в течение месяца достигает почти ± 28,5°.

Предлагаем ознакомиться Чароит камень. Свойства чароита, фото чароит.

Имеющийся сегодня угол земной оси по отношению к плоскости орбиты составляет 66,5° и обеспечивает не столь резкое колебание температур зима – лето. К примеру, если этот угол составлял бы около 45°, что бы происходило на широте Москвы (55,5°)? В мае солнце при таких условиях достигнет зенита (90°) и сместится до 100° (55,5° 45°=100,5°).

Теперь рассмотрим, что бы происходило с зимой, к примеру, в Москве? После прохождения второго зенита, наше светило опустилось бы в декабре месяце до 10 градусов (55,5°-45°=10,5°) над горизонтом. То есть с приближением декабря, солнце выходило бы на более короткий срок, чем сейчас, невысоко поднимаясь над горизонтом. В этот период солнце светило бы по 1-2 часа в сутки. При таких условиях ночная температура опустится ниже отметки -50 градусов Цельсия.

СЭС на параболических концентраторах

Основное предназначение солнечного параболического концентратора состоит в фокусировании солнечных лучей, попадающих на приемник излучателя. Он расположен на линии или в точке фокуса коллектора солнечной энергии.

Типовой параболический концентратор включает в себя следующие компоненты:

• Отражатели (линзы), непосредственно концентрирующие солнечные лучи.
• Основание для установки и крепления отражателей.
• Солнечный коллектор, воспринимающий тепловую энергию.
• Трубопроводы для подводки и отведения теплоносителя.
• Система слежения с механизмом привода. Состоит из датчика направления на солнце, электронного преобразователя сигналов и электродвигателя с редуктором для поворотов концентратора в нужное положение. Ориентация может производится в одной плоскости – с востока на запад, или в двух плоскостях, когда добавляется движение с севера на юг. В последнем случае ориентация относительно Солнца происходит в течение всего года.
• Различные конструкции могут быть дополнены регулирующим вентилем, термометром, циркуляционным насосом, контуром отопительной системы и другими деталями.

Как работает солнечная электростанция на параболических концентраторах, какая схема при этом используется? Чтобы добиться высокой температуры в концентраторе, необходимо обеспечить отражение солнечных лучей с большой поверхности на меньшую площадь приемника. Через этот приемник проходит жидкий теплоноситель, поглощающий максимальное количество тепла и передающий его потребителю.

Система концентраторов позволяет фокусировать лишь прямые солнечные лучи, поэтому они становятся менее эффективными при пасмурной погоде. Такие установки демонстрируют наивысший КПД в районах с высокой солнечной активностью, расположенных ближе к экватору.

При промышленном использовании параболических установок, зеркальные концентраторы фокусируют солнечное излучение более чем в 100 раз превосходящее первоначальное значение. Это дает возможность разогревать жидкость до 400 градусов, после чего она проходит через теплообменники и производит пар, вращающий турбины парогенераторов. Во избежание тепловых потерь, приемная труба заключается в прозрачную стеклянную оболочку на протяжении всей фокусной линии.

На заметку

Европейские страны являются бесспорными лидерами в разработке новых систем солнечного теплоснабжения, однако сильно уступают Китаю в объёмах ввода в эксплуатацию новых солнечных установок. На Поднебесную сегодня приходится 78% вводимых в эксплуатацию солнечных коллекторов от общего числа производимых в мире. На долю Европы приходится всего 9%, Турции и Израиля — 8% и остальных стран — 5%. Не удивительно, что проще и дешевле сейчас в России купить именно китайские гелиосистемы, тем более что качественный показатель у них не хуже.

Математическое моделирование простейшей солнечной водонагревательной установки, проведённое в Институте высоких температур РАН с использованием современных программных средств и данных типичного метеогода показало, что в реальных климатических условиях России целесообразно использование солнечных водонагревателей.

Так, для установки системы с отношением площади солнечного коллектора к объёму бака-аккумулятора 2 м2/ 100  л вероятность ежедневного нагрева воды до температуры не менее чем 37°С составляет 50-90%, до температуры не менее чем 45°С — 30-70%, до температуры не менее чем 55°С — 20-60%. Максимальные значения вероятности относятся к летним месяцам.

Солнечную энергию широко используют для хозяйственных нужд в Европе. Так, общая площадь солнечных коллекторов, установленных в странах ЕС достигла 13 960 000м.кв., а в мире превысила 150 000 000 м.кв.. Ежегодный прирост площади солнечных коллекторов в Европе в среднем составляет 12%, а в отдельных странах достигает уровня 20-30% и более. По количеству коллекторов на тысячу жителей населения мировым лидером является Республика Кипр, где 90% домов оборудованы солнечными установками (на тысячу жителей здесь приходится 615,7 м2 солнечных коллекторов), за ним следуют Израиль, Греция и Австрия. Абсолютным лидером по площади установленных коллекторов в Европе является Германия — 47%, далее следуют Греция — 14%, Австрия -12%, Испания — 6%, Италия — 4%, Франция — 3%.

В настоящее время в Европе функционирует:

• 10 солнечных систем теплоснабжения с площадью коллекторов от 2400 до 8040 м2;
• 22 системы с площадью коллекторов от 1000 до 1250м2;
• 25 систем с площадью коллекторов от 500 до 1000 м2.

дизайн

Затраты на гелиостат составляют 30-50% от первоначальных капитальных вложений в солнечные электростанции с опорой на башни в зависимости от энергетической политики и экономических условий в стране расположения. Представляет интерес разработка менее дорогих гелиостатов для крупномасштабного производства, чтобы солнечные электростанции с башнями могли производить электроэнергию по ценам, более конкурентоспособным по сравнению с традиционным углем или углем. атомная энергия затраты на растения.

Помимо стоимости, процент солнечной отражательной способности (т.е. альбедо ) и устойчивость к окружающей среде — факторы, которые следует учитывать при сравнении конструкций гелиостатов.

Один из способов, которым инженеры и исследователи пытаются снизить стоимость гелиостатов, — это замена традиционной конструкции гелиостата на конструкцию, в которой используется меньше и легче материалов. В обычной конструкции отражающих компонентов гелиостата используется второе поверхностное зеркало. Зеркальная структура в виде сэндвича обычно состоит из стальной конструкционной основы, адгезионного слоя, защитного слоя меди, слоя отражающего серебра и верхнего защитного слоя из толстого стекла. Этот традиционный гелиостат часто называют гелиостатом стекло / металл. Альтернативные конструкции включают недавние исследования адгезивов, композитов и тонких пленок, чтобы снизить стоимость материалов и снизить вес. Некоторыми примерами альтернативных конструкций отражателей являются отражатели из посеребренного полимера, сэндвичи из армированного стекловолокном полиэстера (GFRPS) и отражатели из алюминия. Проблемы с этими более поздними конструкциями включают расслоение защитных покрытий, снижение процента солнечной отражательной способности при длительном пребывании на солнце и высокие производственные затраты.

Гелиосистема своими руками

При наличии навыков работы с различным ручным инструментом, начальными знаниями физических свойств различных веществ, а также наличии свободного времени, можно сделать гелиосистему своими руками.

Здесь может быть несколько вариантов создания и построения подобной установки, это и сборка конвектора из заводских комплектующих или его изготовление полностью из подручных средств или создание простых установок, работающих на свойствах жидкостей и атмосферного воздуха.

К таким относятся ниже рассмотренные варианты конструкции.

Термосифонная гелиосистема

Термосифонная гелиоустановка, это простейшая система, работающая на свойствах жидкости (воздуха) циркулировать в системе без установки специального оборудования (насоса), что обусловлено их естественной конвекцией. Данную систему можно использовать в системах горячего водоснабжения и системах подогрева воды в бассейне.

Плотность тепловой и холодной воды различается, что определяет ее перемещение в замкнутом пространстве – горячая вода поднимается вверх, холодная опускается вниз. Схема работы термосифонной системы приведена на ниже следующей схеме:

Для самостоятельного изготовления подобной системы, понадобятся:

• Две емкости (бочки), одна из которых служит накопителем холодной воды и располагается несколько выше конвектора и второй емкости, служащей распределителем нагретой воды.
• Система труб, обеспечивающих соединение всех элементов конструкции в единое целое.
• Конвектор, который собирается из подручных средств.

Для изготовления конвектора можно использовать пластиковые бутылки, из которых собирается батарея. Подобных батарей может быть несколько, и они между собой соединяются последовательно (как на схеме, приведенной выше).

Собранные батареи из бутылок можно поместить в отдельный корпус, в который для большего поглощения солнечного тепла, помещается утеплитель, хотя можно сделать и без него.

Соединение бутылок должно быть герметичным, чтобы исключить протекание воды в местах их соединения.

Кроме пластиковых бутылок можно использовать водопроводный шланг, укладываемый змейкой в смонтированном корпусе или иные подручные материалы, которые способны нагреваться под воздействием солнечных лучей, и которые можно герметично соединить между собой.

Корпус конвектора изготавливается из имеющихся материалов (дерево, пластик, металлический или иной профиль), после чего собранная конструкция размещается на максимально освещенном участке и все ее элементы, соединяются в единое целое.

В емкость накопитель наливается холодная вода и по истечении определенного времени, из емкости распределителя, можно осуществлять разбор нагретой воды.

Воздушная гелиосистема

Одной из простых конструкций, которую можно также изготовить самостоятельно, является воздушная гелиосистема. Данная установка может быть использована для частичного обогрева в южных регионах страны, где воздух прогревается значительно, а потребность в обогреве жилья – невелика.

Принцип действия воздушного коллектора, аналогичен принципу действия термосифонной системы, рассмотренной ранее. Отличительная особенность лишь в теплоносителе, что отражается на устройстве коллектора.

Для того, чтобы изготовить самостоятельно воздушный коллектор можно использовать подручные материалы, это: водопроводные трубы или жестяные банки, профилированный металлический лист или иной материал имеющий профильное сечение.

Схема работы воздушного коллектора приведена на схеме:

Из имеющихся в наличии материалов, как и в случае с термосифонной системой, изготавливается корпус коллектора. При помощи металлического профиля, жестяных банок или путем использования водопроводных труб, создаются ребра, разделяющие воздушный поток на отдельные составные части.

Внутри корпуса укладывается утеплитель, а с наружной стороны, корпус закрывается стеклом, служащим теплоизолятором внутреннего воздуха от наружной среды.

При использовании металлического профиля или иной конструкции, как на приведенной схеме, ребра, разделяющие потоки воздуха могут быть совмещены с панелью, являющейся приемником солнечного тепла. При использовании жестяных банок и водопроводных труб, эту функции выполняют они сами.

С торцов корпуса предусматриваются места крепления коллекторов друг с другом (если их несколько) и для крепления с воздуховодами, обеспечивающими подачу холодного и отвод теплого воздуха.

Воздух на Земле — это не только кислород…

С самого детства люди знают о значимости кислорода. Однако редко вспоминают о других составляющих.

В первую очередь к ним относится азот — этого газа даже больше, чем первого, в атмосфере по объему и его главная задача — нейтрализовать негативные свойства кислорода. Звучит странно? На самом деле, ничего удивительного нет, ведь если вспомнить химию, то известно, что газ О 2 обладает способностью создавать окислительные реакции, в чистом виде он способен даже сжечь дыхательные пути! Поэтому азот является подушкой безопасности для наших слизистых оболочек носа и легких.

Ну и конечно, немного углекислого газа присутствует, всего несколько сотых долей процента. Почему так мало, если столько людей на планете его ежесекундно выдыхают? Все очень просто: от человека углекислый газ передается растениям, которые при выдохе возвращают кислород в атмосферу. Вот такой круговорот!

Вращение Земли вокруг Солнца

Обращение планеты по отношению к центральной точке нашей системы происходит по эллиптической орбите на среднем расстоянии от центра системы почти 149,6 млн км со средней орбитальной скоростью примерно 29,8 км/с.

Значение скорости изменяется в зависимости от расположения нашей планеты в космическом пространстве: находясь в ближайшей к Солнцу точке (она называется перигелием), это небесное тело движется быстрее — более 30 км/с, в афелии (наиболее удаленной от светила позиции) — медленнее, около 29,3 км/с.

Годовой оборот Земли. Credit: Spacegid

Пока Земля совершает полный оборот вокруг Солнца, она успевает сделать примерно 365,25 своего собственного витка. Столько дней входит в 1 астрономический год.

Он отличается от календарного, в котором за сутки принят период времени ровно 24 часа и который длится 365 дней. Каждый четвертый год в календарь добавляется дополнительный, 366 день.

В какую сторону вращается Земля

Если глянуть на Солнечную систему «сверху», т. е. так, что земельные участки, расположенные около Северного полюса, будут ровно напротив нашего взгляда, то вращение будет проходить против часовой стрелки

Точность важна для науки

Вернёмся к вопросу о полюсе. Определение его точного положения среди звёзд – есть одна из важнейших задач астрометрии, которая занимается измерениями дуг и углов на небесной сфере с целью определения координат звёзд и планет, собственных движений и расстояний до звёзд, а также решением задач практической астрономии, важных для географии, геодезии и навигации.

Найти положение полюса мира можно с помощью фотографии. Представьте себе длиннофокусную фотографическую камеру, осуществлённую в виде астрографа, направленную неподвижно на область неба близ полюса. На такой фотографии каждая звезда опишет более или менее длинную дугу окружности с единым общим центром, который и будет полюсом мира – той точкой, куда направлено вращение земной оси.

Наклон земной оси и эволюция живых существ

Примерно 580 миллионов лет назад жизнь на Земле ограничивалась простейшими организмами, микроскопическими водорослями и бактериями. Примерно 540 лет назад произошел “Кембрийский взрыв“: жизнь начала эволюционировать бешеными темпами. Окаменелости показывают множество различных сложных организмов, появившихся в это время.

Может быть, до этого Земля была слишком сильно наклонена? Это подтверждает численное моделирование. Ужасное столкновение, имевшее место 4.5 миллиарда лет назад и, согласно ведущей гипотезе, приведшее к образованию Луны, могло изменить наклон оси вращения Земли. Геологические данные подтверждают, что Земля в течение долгого времени, до момента примерно до 600 миллионов лет назад, имела большой наклон.

Конечно наклон оси важен, но все же нельзя его переоценивать: Земля Докембрийского периода с «экстремальным» уровнем наклона все же была населена примитивными бактериями, а Марс наших дней, с почти «идеальным» уровнем наклона оси – безжизненен

Основную информацию по этому поводу предоставляют ледники. Исследования австралийских геофизиков показали, что в те времена ледники формировались в основном на низких широтах. Если наклон оси вращения составлял более 54 градусов, то в среднем экватор становится холоднее, чем полюса. Магнитные линии, замороженные в ледниках вместе с намагниченными частичками, открыли ученым этот факт. Доказательства значительного наклона оси исчезают на границе Докембрийского периода. Земля, вступившая в Фанерозой, стала приобретать ледники на полюсах, и в это же время началось развитие сложных форм жизни.

Видимо, в этот момент условия на Земле значительно улучшились, и наилучшим объяснением для такого быстрого и резкого изменения служит уменьшение наклона оси вращения. Безусловно, существуют и другие объяснения этого явления, и у каждой есть недостаток, делающий ее уязвимой для критики. В случае изменения наклона есть такая фундаментальная проблема.

Изменение наклона прекрасно объясняет произошедшее, но что может объяснить само это изменение? Что вынудило планету повернуться примерно за 100 миллионов лет до появления первых подтвержденных полярных ледников? Объяснение может заключаться в тектонической активности или гравитационном поле Луны, но это лишь догадки.

Современный уровень развития знаний об экзопланетах ещё очень низок. Несмотря на то, что мы знаем сотни экзопланет, мы практически ничего не можем о них сказать, за исключением массы, размера и периода обращения вокруг звезды. Наклон оси вращения – не самый сложный параметр, и возможность отмести как непригодные для жизни те планеты, которые наклонены слишком сильно, позволит сконцентрироваться на остальных, более подходящих для поисках планетах. Осталось лишь научиться определять этот наклон.

По материалам: space.com