Солнце и его активность

Дата создания: 2013/12/17

Автор: Дмитрьева Белла

Интерес ученых к проблеме солнечно–земных связей вызван несколькими причинами. Влияние Солнца на Землю выявило громадное значение этой проблемы для радиосвязи, магнитной навигации, безопасности космических полетов, прогнозирования погоды.

Природа Солнца и его значение для жизни человека – неисчерпаемая тема. О его воздействии на Землю люди догадывались еще в глубокой древности, в результате чего рождались легенды и мифы, в которых Солнце играло главную роль. Постоянный интерес к Солнцу проявляют астрономы, врачи, метеорологи, связисты, навигаторы и другие специалисты, профессиональная деятельность которых сильно зависит от степени активности нашего дневного светила, на котором "также бывают пятна". Первое описание пятен в русских летописях датируется 1371 и 1385 годами, когда наблюдатели заметили их сквозь дым лесных пожаров.

Характеристика Солнца

Солнце это ближайшая к Земли звезда, которая обеспечивает "зеленую" планету большей частью энергии, которой человечество располагает на Земле. Благодаря Солнцу и земной атмосфере на поверхности Земли температура и другие условия такие, какие они есть, а не космический холод, что делает планету комфортной для обитающих на ней живых существ.

Астрономическими методами было измерено, что орбита Земли удалена от Солнца в среднем на радиус равный 150 миллионов километров. Эта орбита имеет формулу эллипса, так что в разные моменты времени расстояние от Земли до Солнца несколько изменяется; меняется и скорость движения Земли по ее орбите. Как известно, период обращения Земли вокруг Солнца равен 365,2522 суток. Ближе всего к Солнцу Земля подходит в январе, и в этот же период скорость движения Земли по ее орбите максимальна, хотя вариации скорости (в среднем 35 км/с.). Радиус Солнца составляет 697 тысяч километров. Масса Солнца 1,989 *1030 кг.

Химический элемент гелий был вначале открыт на Солнце, а уже потом обнаружен на Земле. Состоит Солнце примерно на ¾ из водорода, на ¼ из гелия и следующих, входящих в его состав в малых концентрациях элементов : железа, никеля, кислорода, азота, кремния, серы, магния, углерода, неона, кальция, хрома. Температура поверхности Солнца достигает 6000 К , поэтому оно светит почти белым светом, но из-за поглощения части спектра атмосферой Земли у поверхности нашей

Солнце магнитно-активная звезда. Она обладает сильным магнитным полем. Магнитные поля Солнца вызывают разнообразные эффекты, которые называются солнечной активностью и включают в себя такие явления как солнечные пятна, солнечные вспышки, солнечный ветер, а на Земле вызывает полярное сияние, геомагнитные бури, что сказывается на работе средств связи и передач электроэнергии, а так же негативно воздействует на живые организмы, вызывая у людей головную боль и плохое самочувствие. Солнце так же оказывает влияние на структуру земной внешней атмосферы.

Строение Солнца

В центре Солнца находится солнечное ядро. Яркая светящаяся поверхность Солнца, видимая невооруженным глазом, имеет температуру порядка 6000C градусов и называется фотосферой и является основным источником излучения. Фотосфера абсолютно непрозрачна, и лежащее под ней вещество недоступно никаким наблюдениям. Над фотосферой располагается солнечная атмосфера: на высоте 2-3 тысяч километров – достаточно плотный и тонкий слой – хромосфера, получивший свое название за то, что он бывает виден во время затмений как тонкая розовая окантовка Солнца. С высот порядка 10 тысяч километров начинается разреженная, но неоднородная и удивительно горячая (1-2 млн. градусов) корона Солнца. Она простирается до расстояний в несколько солнечных радиусов. Над ядром, на расстоянии около 0,2-0,7 радиуса Солнца от его центра находится зона лучистой передачи, в которой отсутствует макроскопическое движение, энергия переносится с помощью переизлучения фотонов. Ближе к поверхности Солнца возникает вихревое перемешивание плазмы, и перенос энергии к поверхности совершается движениями самого вещества. Такой способ передачи энергии называется конвекцией, а зона конвективной.

Процессы на Солнце

Земля получает от Солнца не только свет и тепло, обеспечивающие необходимый уровень освещённости и среднюю температуру её поверхности, но и подвергается комбинированному воздействию ультрафиолетового и рентгеновского излучения, солнечного ветра, солнечных космических лучей. Вариации мощности этих факторов при изменении уровня солнечной активности вызывают цепочку взаимосвязанных явлений в межпланетном пространстве, в магнитосфере, ионосфере, нейтральной атмосфере, биосфере, гидросфере и, возможно, литосфере Земли. Изучение этих явлений и составляет суть проблемы Солнечно-Земных связей. Строго говоря, Земля оказывает некоторое обратное (по крайней мере, гравитационное) воздействие на Солнце, однако оно ничтожно мало, так что обычно рассматривают только воздействие солнечной активности на Землю. Это воздействие сводится либо к переносу от Солнца к Земле энергии, выделяющейся в нестационарных процессах на Солнце (энергетический аспект Солнечно-Земные связи), либо к перераспределению уже накопленной энергии в магнитосфере, ионосфере и нейтральной атмосфере Земли (информационный аспект). Перераспределение энергии может происходить либо плавно (ритмические колебания геофизических параметров), либо скачкообразно (триггерный механизм).

Представления о Солнечно-Земных связях складывались постепенно, на основе отдельных догадок и открытий. Так, в конце XIX в. К.О.Биркелан (Биркеланд; Норвегия) впервые высказал предположение, что Солнце кроме волнового излучения испускает также и частицы. В 1915 г. А.Л.Чижевский обратил внимание на циклическую связь между развитием некоторых эпидемий и пятнообразовательной деятельностью Солнца. Синхронность многих гелио- и геофизических явлений (а также форма кометных хвостов) наводила на мысль, что в межпланетном пространстве имеется агент, передающий солнечные возмущения к Земле. Этим агентом оказался солнечный ветер, существование которого экспериментально было доказано в начале 1960-х гг. путём прямых измерений с помощью автоматических межпланетных станций. Открытие солнечного ветра вместе с накопленными данными о других проявлениях солнечной активности послужило основой для исследования физики Солнечно-Земных связей.

Последовательность событий в системе Солнце-Земля можно проследить, наблюдая цепочку явлений, сопровождающих мощную вспышку на Солнце – высшее проявление солнечной активности. Последствия вспышки начинают сказываться в околоземном пространстве почти одновременно с событиями на Солнце (время распространения электромагнитных волн от Солнца до Земли – чуть больше 8 минут). В частности, ультрафиолетовое и рентгеновское излучение вызывает дополнительную ионизацию верхней атмосферы, что приводит к ухудшению или даже полному прекращению радиосвязи (эффект Деллинджера) на освещённой стороне Земли.

Обычно мощная вспышка сопровождается испусканием большого количества ускоренных частиц – солнечных космических лучей. Самые энергичные из них начинают приходить к Земле спустя чуть более 10 мин после максимума вспышки. Повышенный поток солнечных космических лучей у Земли может наблюдаться несколько десятков часов. Вторжение их в ионосферу полярных широт вызывает дополнительную ионизацию и, соответственно, ухудшение радиосвязи на коротких волнах. Имеются данные о том, что эти лучи в значительной мере способствуют опустошению озонного слоя Земли. Усиленные потоки солнечных космических лучей представляют собой также один из главных источников радиационной опасности для экипажей и оборудования космических кораблей. Вспышка генерирует мощную ударную волну и выбрасывает в межпланетное пространство облако плазмы. Ударная волна и облако плазмы за 1.5-2 суток достигают Земли и вызывают магнитную бурю, понижение интенсивности галактических космических лучей, усиление полярных сияний, возмущения ионосферы.

Имеются статистические данные о том, что через 2-4 суток после магнитной бури происходит заметная перестройка барического поля тропосферы. Это приводит к увеличению нестабильности атмосферы, нарушению характера циркуляции воздуха (развитию циклонов и др. метео явлений). Мировые магнитные бури представляют собой крайнюю степень возмущённости магнитосферы в целом. Более слабые (но более частые) возмущения, называемые суббурями, развиваются в магнитосфере полярных областей. Ещё более слабые возмущения возникают вблизи границы магнитосферы с солнечным ветром. Причиной возмущений последних двух типов являются флуктуации мощности солнечного ветра.

Статистически установлена связь между уровнями солнечной и геомагнитной возмущённости и ходом ряда процессов в биосфере Земли (динамикой популяции животных, эпидемий, эпизоотий, количеством сердечно-сосудистых кризов и др.). Наиболее вероятной причиной такой связи являются низкочастотные колебания электромагнитного поля Земли. Это подтверждается лабораторными экспериментами по изучению действия электромагнитных полей естественной напряжённости и частоты на млекопитающих.

Изучение Солнечно-Земных связей является не только фундаментальной научной проблемой, но и имеет большое прогностическое значение. Прогнозы состояния магнитосферы и других оболочек Земли крайне необходимы для решения практических задач в области космонавтики, радиосвязи, транспорта, метеорологии и климатологии, сельского хозяйства, биологии и медицины.