Солнечная активность. Солнечно-земные связи
Надо признать, что на поставленный в заголовке вопрос всё ещё нет чёткого ответа. По всей видимости, солнечная активность – результат сложного взаимодействия плазмы солнечной атмосферы, присутствующих в ней магнитных полей, конвективных движений и дифференциального вращения солнца. Проявления солнечной активности тесно связаны с магнитными свойствами солнечной плазмы. Возникновение активной области начинается с постепенного увеличения магнитного потока в некоторой области фотосферы. В соответствующих местах хромосферы вскоре после этого наблюдается увеличение яркости в линиях водорода и кальция. Такие области называются флоккулами. Примерно в тех же участках на Солнце в фотосфере (т.е. несколько глубже) при этом также наблюдается увеличение яркости в белом (видимом) свете – факелы. Увеличение энергии, выделяющейся из области факела и флоккула, является следствием увеличившейся до нескольких десятков эрстед напряжённости магнитного поля.
Через 1-2 дня после появления флоккула в активной области возникают солнечные пятна в виде маленьких чёрных точек – пор. Многие из них вскоре исчезают, и лишь отдельные поры за 2 – 3 дня превращаются в крупные тёмные образования. Типичное солнечное пятно имеет размеры в несколько десятков тысяч километров и состоит из тёмной центральной части – тени и волокнистой полутени. Важнейшая особенность пятен – наличие в них сильных магнитных полей, достигающих в области тени наибольшей напряжённости, в несколько тысяч эрстед. В целом пятно представляет собой выходящую в фотосферу трубку силовых линий магнитного поля, целиком заполняющих одну или несколько ячеек хромосферной сетки. Верхняя часть трубки расширяется, и силовые линии в ней расходятся, как колосья в снопе. Поэтому вокруг тени магнитные силовые линии принимают направление близкое к горизонтальному. Полное, суммарное давление в пятне включает в себя давление магнитного поля и уравновешивается давлением окружающей фотосферы, поэтому газовое давление в пятне оказывается меньшим чем в фотосфере. Магнитное поле как бы расширяет пятно изнутри. Кроме того магнитное поле подавляет конвективное движения газа, переносящие энергию из глубины вверх. Вследствие этого в области пятна температура оказывается меньше примерно на 1000 К. Пятно как бы охлаждённая и скованная магнитным полем яма в солнечной фотосфере.
Большей частью пятна возникают целыми группами, в которых, однако, выделяются два больших пятна. Одно, небольшое, - на западе, а другое, чуть поменьше, - на востоке. Вокруг и между ними часто бывает множество мелких пятен. Такая группа пятен называется биполярной, потому что у обоих больших пятен всегда противоположная полярность магнитного поля. Они как бы связаны с одной и той же трубкой силовых линий магнитного поля, которая в виде гигантской петли вынырнула из-под фотосферы, оставив концы где-то в ненаблюдаемых, глубоких слоях. То пятно, которое соответствует выходу магнитного поля из фотосферы имеет северную полярность, в области которого силовые линии входят обратно под фотосферу, - южную.
Самое мощное проявление солнечной активности – это вспышки. Они происходят в сравнительно небольших областях хромосферы и короны, расположенных над группами солнечных пятен. По своей сути вспышка – это взрыв, вызванный внезапным сжатием солнечной плазмы. Сжатие происходит под давлением магнитного поля и приводит к образованию длинного плазменного жгута или ленты. Длинна такого образования составляет десятки и даже сотни тысяч километров. Общее количество энергии, выделяющееся в результате взрыва, может составлять в зависимости от его силы от 1023 до 1025 Дж. Продолжается вспышка обычно около часа.
Мощность энерговыделения 1 гр. вещества в области вспышки в среднем в 1012 раз больше, чем мощность энерговыделения 1 гр. вещества всего Солнца. Это говорит о том, что источник энергии вспышек отличается от источника энергии всего Солнца. Хотя детально физические процессы, приводящие к возникновению вспышек, ещё не изучены, ясно, что они имеют электромагнитную природу. Основной жгут вспышки обычно располагается вдоль нейтральной линии магнитного поля – направления, разделяющего области различной полярности. При некоторых условиях возникает неустойчивость, магнитные поля вблизи нейтральной линии сильно сближаются, сливаются и нейтрализуются (аннигилируют). При этом энергия магнитного поля переходит в другие формы: в излучение, тепло и кинетическую энергию движущихся газов. В электромагнитное излучение переходит примерно половина всей энергии. Это излучение может наблюдаться в видимых, ультрафиолетовых, рентгеновских лучах и даже гамма-лучах. Особенно много энергии излучается в красной спектральной линии водорода, в которой вспышки чаще всего и наблюдают при помощи узкополосных светофильтров. Энергия, излучаемая вспышкой в коротковолновой области спектра, состоит из ультрафиолетовых рентгеновских лучей. Эти лучи испускаются очень сильно ионизованными атомами. Например, во время некоторых вспышек наблюдалось рентгеновское излучение, характерное для атома железа, лишённого 25 электронов, которые, по сути дела, представляет собой атомное ядро, обладающее подобно водороду, только одним электроном!
Другая половина энергии вспышки идёт на ускорение, иногда до релятивистских скоростей, элементарных частиц, главным образом электронов и протонов. Поток таки частиц добавляется во время вспышек к общему потоку космических лучей, наблюдаемых вблизи Земли. Сталкиваясь с другими атомами, энергичные ядра вызывают их необычайно сильную ионизацию, а в некоторых случаях проникает даже через электронные оболочки атмов и приводят к ядерным превращениям, сопровождающимся испусканием гамма-квантов. Как и всякий сильный взрыв, вспышка порождает ударную волну, распространяющуюся как вверх в корону, так и горизонтально вдоль поверхностных слоев солнечной атмосферы. Излучение солнечных вспышек оказывает особо сильное воздействие на верхние слои земной атмосферы и ионосферу и приводит к возникновению целого комплекса геофизических явлений.
Наиболее грандиозными образованьями в солнечной атмосфере являются протуберанцы – сравнительно плотные облака газов, возникающие в солнечной короне или выбрасываемые в нее из хромосферы. Типичный протуберанец имеет вид гигантской светящейся арки, опирающейся на хромосферу и образованной струями и потоками более плотного и холодного, чем окружающая корона, вещества. Иногда это вещество удерживается прогнувшимися под его тяжестью силовыми линиями магнитного поля, а иногда медленно стекает вдоль магнитных силовых линий. Имеется множество различных типов протуберанцев. Некоторые из них, так называемые эруптивные протуберанцы, связаны с взрывоподобными выбросами вещества из хромосферы в корону.
Области на Солнце, в которых наблюдаются проявления солнечной активности, называются центрами солнечной активности.
Общая активность Солнца, характеризуемая количеством и силой проявления центров солнечной активности, периодически изменяется. Существует множество различных удобных способов количественно оценивать уровень солнечной активности. Обычно пользуются наиболее простым и раньше всех введенным индексом солнечной активности – числами Вольфа W. Числа Вольфа пропорциональны сумме полного числа пятен, наблюдаемых в данный момент на Солнце (f), и удесятеренного числа групп, которые они образуют (g). Таким образом, W=k(f+10g), где k – коэффициент, учитывающий качество инструмента и производимых с его помощью наблюдений. Эпоху, когда количество центров активности наибольшее, считают максимумом солнечной активности, а когда их совсем нет или почти совсем нет – минимумом. Максимумы и минимумы чередуются в среднем с периодом 11 лет. Это составляет так называемый одиннадцатилетний цикл солнечной активности.
Солнечно-земные связи.
Уже первые автоматические космические аппараты, вышедшие за пределы атмосферы Земли, обнаружили в межпланетном пространстве поток исходящих от Солнца заряженных частиц – протонов, электронов, a-частиц. Этот поток, обтекающий Землю с сверхзвуковыми скоростями 400 – 800 км/с, получил название «солнечного ветра». Частицы солнечного ветра, вытекающие из одного и того же места Солнца, связаны друг с другом. Из-за вращения Солнца магнитные силовые линии межпланетного поля, вдоль которых распространяется солнечный ветер, зависящий от уровня солнечной активности, позволил объяснить детали некоторых процессов. Стало гораздо яснее, например, почему солнечные вспышки сопровождаются увеличением числа полярных сияний, магнитными бурями, нарушением радиосвязи. Появился ключ к пониманию того, каким образом солнечная деятельность может влиять на погоду, а вместе с тем на растительность и жизнедеятельность человеческого организма.
Само собой разумеется, что длительный срок своего развития человеческий организм приспособился к изменениям солнечной активности. Мы недаром называем Солнце источником жизни. И совершенно неправильно думать, что солнечная активность представляет для человечества какую-то угрозу. Однако вполне резонно, что изменение солнечной активизации естественных процессов, с точки зрения людей, как полезных, так и вредных.
Солнце влияет на следующие факторы:
* эпидемиологическую обстановку на Земле;
* количество разного рода стихийных бедствий (тайфуны, землетрясения, наводнения и т. д.);
* на количество автомобильных и железнодорожных аварий.
Максимум всего этого приходится на годы активного Солнца.
Например, замечена связь роста солнечной активности с вспышками эпидемий некоторых болезней. Одно из более интересных исследований в этой области принадлежит советскому учёному А.Л. Чижевскому. Он собрал подробные сведения о периодичности эпидемических заболеваний и сопоставил их с данными о солнечной активности. На основании выведенной связи А.Л. Чижевский в 1929 году предпринял попытку предсказать некоторые эпидемии на 35 лет вперёд. Результаты его прогноза поразительны. Семь из восьми предсказанных Чижевским эпидемий гриппа действительно произошли.
Изучения воздействия солнечной активности на атмосферу Земли поможет уяснить, каким путём воздействует Солнце на человеческий организм. Эти знания в свою оче6редь помогут улучшить условия жизни человека, помогут профилактике заболеваний, правильной постановки медицинских исследований.
Для астрономов и геофизиков в наши дни нет сомнений, что важные солнечно-земные связи существуют. Их влияние может быть различно в зависимости от состояния солнечной активности, и от положения Земли относительно Солнца.
Смерчи и ураганы рождаются в атмосфере из-за неодинакового разогрева отдельных её участков. Они чаще всего появляются в определённые сезоны. Такого рода явления прямо – самым непосредственным образом – связаны с Солнцем. Но ведь связь может быть и косвенной.
Вы, конечно, слышали о лавинах в горах. Как будто бы ни чего не предвещает несчастья, всё спокойно. Но вот покатился по склону маленький камешек, увлёк за собой несколько других – ещё мгновение, и вниз по склону, ломая вековые деревья, сметая всё на своём пути, устремляется громадная лавина. Причина в первом камешке? Нет. Коварные горы исподволь «подготовили» эту лавину. Падение камешка послужило только сигналом.
Цепь событий в этом случае напоминает ту, которая бывает при ружейном выстреле. Ружьё заряжено, всё готово к выстрелу, но само по себе ружьё стрелять не станет. Охотник спускает предохранитель, нажимает спусковой крючок – всё это события незначительные, человек не прикладывает больших физических усилий. Щелчок – и из дула вырывается смертоносная пуля.
Может быть, нечто аналогичное происходит при разрушительных землетрясениях, и при извержениях вулканов. Исподволь идет «подготовка» в недрах Земли к этим страшным событиям. И вдруг небольшое изменение солнечной активности – как будто Солнце нажало на невидимый крючок – влечёт за собой излияние расплавленной лавы, сотрясения почвы, появление чудовищных океанских волн цунами.
Так ли всё это – ответить пока невозможно. Но, повторяем, учёные в принципе не сомневаются в существовании солнечно-земных связей. Им предстоит установить характер этих связей, научиться на этом основании предвидеть будущее.
Весь мир, вся живая и неживая природа находится в развитии. Мы должны всегда изучать процессы, должны следить за событиями в их развитии. Ни какое развитие не может происходить гладко, его никак нельзя уподобить поезду, безостановочно мчащегося по накатанной дороге. Совсем наоборот. Всякое развитие происходит в борьбе, скачками, оно неизбежно сопряжено с многочисленными трудностями.
Предсказание будущего – это основная задача любой науки. Например, математик предсказывает траекторию предстоящего полёта ракеты. Ошибка астрологов в средневековье состояло в том, что они пытались предсказать будущее, не имея на то научных оснований.
Потребовались сотни лет, чтобы открыть многие законы астрономии. И теперь наука вплотную подошла к вопросу о влиянии Солнца на Землю.
Земля совершает оборот вокруг Солнца за год. В течение этого срока Солнце для земного наблюдателя проходит круг по небосводу. Как говорили астрологи, Солнце проходит знаки Рыб, Овна, Тельца и т.д. – все знаки зодиака. Не исключено, что с прохождением Солнцем тех или иных знаков зодиака, а лучше сказать, с положением Земли относительно Солнца действительно каким-то образом связаны те или иные проявления особенностей солнечного воздействия.
В 1957 – 1958 гг. наблюдается очевидный максимум солнечной активности. Именно в этот период для лучшего изучения солнечно-земных связей и выявления процессов, вызываемых на земле повышением солнечной активности, по призыву Международного Совета научных союзов при ЮНЕСКО учёные разных стран объединили свои усилия в проведении Международного Геофизического Года. На протяжении 20-и месяцев лучшие научные кадры во всём мире были сосредоточены на одновременном совместном изучении разнообразных процессов на суше и в атмосфере, в Арктика и Антарктике, на Солнце и в недрах земли – тех процессов, которые расширяют наши представления об общих закономерностях «жизни» солнечной системы.
Список используемой литературы.
* А.А. Гурштейн – «Извечные тайны неба»;
* Э.В. Кононович – «Солнце – дневная звезда»;
* «Энциклопедия по астрономии».