|
ГЕНЕРАЛ СОЛНЦЕ.
ВЛИЯНИЕ СОЛНЕЧНЫХ ПРОЦЕССОВ
НА ЗЕМНУЮ ЖИЗНЬ
Наша система носит название Солнечной. По-другому и
быть не может, ведь именно Солнце является сердцем нашей планетной системы,
ее основой. Сила тяготения Солнца удерживает на орбитах и Землю, и остальные
планеты, заставляя их обращаться вокруг него. Исчезни вдруг по какой-либо
причине эта сила, и наша планетная система прекратит свое существование,
распавшись на отдельные элементы и отправившись гулять по просторам
Вселенной. К счастью, в обозримом будущем такая свобода нам не угрожает.
Вместе с тем, Солнце — ближайшая к нам звезда и единственная доступная для
подобного визуального наблюдения с поверхности Земли. Поскольку это типичная
звезда, ее изучение помогает понять природу звезд вообще.
Кроме силы тяготения, Солнце оказывает влияние на все тела системы, отдавая
им в большей или в меньшей степени свою энергию и обогревая их поверхность.
Откуда же берется у нашего светила эта неиссякаемая энергия?
Солнце представляет собой гигантский газовый шар, пылающий как гигантская
топка. Объем его колоссален — он превосходит объем Земли в 1 300 000 раз.
Кроме хорошо знакомых водорода, кислорода, азота и углеродов, в 1868 г.
астрономы обнаружили в солнечных протуберанцах ранее неизвестный химический
элемент, названный гелием. Оказалось, что именно термоядерная реакция
превращения водорода в гелий в центральной области солнечного шара, где под
действием колоссальных температур и давлений ядра атомов с сорванными
электронными оболочками тесно прижимаются друг к другу, и дает выход
колоссальной энергии Солнца. Зная, что при термоядерной реакции превращения
водорода в гелий на каждый грамм использованного водорода приходится 6-10пДж
выделенной энергии, и, зная общую величину выделения энергии Солнцем,
подсчитали, что за одну секунду «сгорает» 5 млн. тонн водорода. При этом в
реакции участвует только центральная часть светила, и на единицу общего
солнечного вещества количество излучаемой энергии очень мало.
Расходуя водород, Солнце «стареет», количество топлива уменьшается. Если
около 5 млрд. лет назад водород составлял примерно 70% от его общей массы, то
в настоящее время 30 — 40%. Этих запасов должно хватить на несколько
миллиардов лет.
Каждый элемент вещества звезды, за исключением внешних слоев, находится в
уравновешенном состоянии, то есть сила тяготения на любом расстоянии от
центра уравновешивается газовым давлением, благодаря чему звезда находится в
состоянии механического, или гидростатического равновесия.
Количество энергии, излучаемой единицей поверхности, пропорционально
четвертой степени его температуры. Поэтому эффективная температура
поверхности Солнца равна 5800° К.
Говоря о внутреннем строении Солнца, различают центральную область, в которой
генерируется вся солнечная энергия, и простирающуюся на 1/3 радиуса, далее на
расстоянии до 2/3 радиуса расположена «лучистая зона», через слой которой
энергия передается наружу в результате последовательного поглощения и
излучения квантов электромагнитной энергии, и на протяжении последней трети
радиуса находится конвективная зона, в которой температура быстро уменьшается
с приближением к видимой границе Солнца, из-за чего происходят перемешивания
вещества, так как количество тепла, поступающего изнутри звезды, гораздо
больше того, которое отводится теплопроводностью. В результате вещество само
приводит в движение и переносит тепло. Во внешних слоях Солнца выделяют
фотосферу («сферу света», греч.), хромосферу («сферу цвета») и корону.
Фотосфера — слой газа толщиной около 6 тыс. км. Середина этого слоя считается
условной поверхностью светила при расчетах. В нем происходит формирование
солнечного излучения. На фотографиях хорошо заметно, что фотосфера по своей
яркости неоднородна (рис.1). Она как бы состоит из огромного количества
небольших светлых гранул, расположенных на темном фоне. Диаметр гранул около
700 км, среднее время их жизни около 7 минут. Далее гранула распадается, и на
ее месте появляются новые. Это струи горячего газа с температурой на 350° - -
400° К выше, чем у окружающего вещества, поднимающиеся вверх со скоростью 0,5
км/с. Процесс напоминает обычное кипение, а гранулы — пузырьки, поднимающиеся
со дна кастрюли.
  
Рис1
Грануляция солнечной фотосферы.
Поскольку бурлящее вещество есть не что иное, как ионизированный газ, то есть
плазма, в результате движения электрических зарядов возникают магнитные поля.
В одних местах они противоположно направлены и гасят друг друга, а в других,
наоборот, объединяются в магнитные трубки. Полярность общего магнитного поля
Солнца, напряженность которого достигает 1 эрстеда, время от времени
изменяется. Следовательно, общее магнитное поле располагается в поверхностных
слоях толщиной до 0,1R. .Силовые
линии направлены от одного полюса к другому, и располагаются в меридианных
плоскостях (полоидальное поле). В связи с тем, что у полюсов Солнце вращается
медленнее, чем у экватора, поверхностные экваториальные слои, увлекая за
собой силовые линии, постепенно вытягивают их вдоль экватора. В результате
полоидальное поле превращается в тороидальное, силовые линии которого
параллельны экватору. В этот момент и наступает неустойчивость магнитных
полей, приводящая к образованию магнитных трубок. Давление внутри такой
трубки складывается из давления магнитного поля и внутреннего давления газа и
уравновешивается давлением газа снаружи трубки. Поскольку температура внутри
и вне одинакова, то плотность внутри трубки меньше. Поэтому такая трубка
испытывает на себе действие силы, направленной вверх. В расчете на единицу
объема эта сила названа магнитной плавучестью.
При всплытии такой трубки образуются пятна противоположной полярности.
Магнитное поле пятен подавляет конвекцию в верхних слоях конвективной зоны,
перенос энергии в этом месте резко уменьшается, и температура падает на 1500
— 2000 К. Так появляются знаменитые солнечные пятна (рис. 2).
Рис 2
Грануляция солнечной фотосферы. Черная тень – солнечная пятно.
Среднее солнечное пятно по размерам превышает земной шар. В большинстве
случаев пятна образуют группы, причем в пределах одной группы они могут
слегка перемещаться. Время их существования - от одного дня до нескольких
месяцев, размеры и форма могут изменяться. Если наблюдать диск Солнца через
черные очки или засвеченную фотопленку, при благоприятном стечении
обстоятельств можно простым глазом заметить наиболее крупные солнечные пятна.
В окрестностях пятна, где напряженность поля относительно невелика, магнитное
поле усиливает конвекцию, поток энергии, идущей снизу, в этом месте
увеличивается, и появляются хороню заметные яркие образования — факелы.
Рис 3
Пятна на Солнце
Поднимающаяся вверх магнитная трубка поднимает за собой частично
ионизированное вещество фотосферы, так как ионизированные частицы
«наматываются» на силовые линии магнитного поля и могут, двигаясь по спирали,
скользить вдоль силовых линий.
Рис 4
Факелы вокруг солнечных пятен
В результате образуются гигантские водородные фонтаны, напоминающие
своеобразные арки — так называемые протуберанцы, высота которых достигает
десятков тысяч километров. Их наблюдают на краю солнечного диска с помощью
специальных светофильтров. Иногда можно увидеть развитие протуберанца в
течение очень короткого времени — нескольких десятков минут. Скорость выброса
достигает 700 км/с, а критическая скорость, при которой тело может преодолеть
солнечное тяготение и оторваться от поверхности, улетая в бесконечность — 617
км/ч. В 1925 г. наблюдался протуберанец, достигший высоты 900 тыс. км, что в
два с половиной раза превышает расстояние от Земли до Луны. В 1946 г.
наблюдался протуберанец вдвое более высокий. Хромосфера — слой толщиной около
10 тыс. км, располагающийся над фотосферой. Он виден в момент полных
солнечных затмений в виде окружающего Солнце кольца ярко-красного цвета. В
отличие от фотосферы, у хромосферы значительно сильнее выражена
неправильность неоднородной структуры. Неоднородности двух типов — яркие и
темные, по размерам превосходят фотосферные гранулы. Благодаря этому
разреженному слою газа мы наблюдаем в спектре Солнца темные линии, идущие
изнутри, из более плотных слоев, фотоны света поглощаются в хромосфере и
сразу же переизлучаются с одинаковой вероятностью в любом направлении, в 50%
случаев обратно в сторону Солнца. Следовательно, в какой-то частоте к Земле
приходит меньше энергии и образуется темная линия в спектре.
Рис 5
Фотография солнечной хромосферы в лучах красной водородной линии
Корона — это самая внешняя и очень разреженная часть солнечной атмосферы
серебристо-белого цвета, хорошо видима в моменты полного солнечного затмения.
Исследуя ее спектр, определили, что температура вещества здесь достигает 3х
106К, а в некоторых местах на один - два порядка выше! Солнечная корона
постепенно расширяется в межпланетное пространство, образуя на расстоянии
нескольких радиусов Солнца поток вещества, который называют солнечным ветром.
Рис 6
Солнечная корона во время затмения 30 июня 1954 г.
Формы короны бывают самые разные (рис. 7). Искривление корональных лучей от
полюсов к экватору Солнца очень похоже на искривление силовых линий
магнитного поля возле намагниченного шара. Причем прослеживает
окружающего Солнце кольца ярко-красного цвета. В отличие от фотосферы,
у хромосферы значительно сильнее выражена неправильность неоднородной
структуры. Неоднородности двух типов — яркие и темные, по размерам
превосходят фотосферные гранулы. Благодаря этому разреженному слою газа мы
наблюдаем в спектре Солнца темные линии, идущие изнутри, из более плотных
слоев, фотоны света поглощаются в хромосфере и сразу же переизлучаются с
одинаковой вероятностью в любом направлении, в 50% случаев обратно в сторону
Солнца. Следовательно, в какой-то частоте к Земле приходит меньше энергии и
образуется темная линия в спектре.
Рис 7
ся зависимость рисунка солнечной короны от периода солнечной активности,
характеризующаяся большим или меньшим количеством пятен на Солнце (рис.
8).
Существует гипотеза, что корона отчасти образуется за счет притекающей к
Солнцу метеоритной пыли. Если это верно, то в таком случае ее нельзя считать
атмосферой Солнца.
Рис 8
Слева изображены формы солнечной короны в период минимума солнечной
активности, а справа — в период максимума
Иногда в районе солнечных пятен происходит кратковременное резкое повышение
яркости. Это так называемые солнечные вспышки, при которых происходит
дополнительное выделение огромного количества энергии. Иногда они видны в
белом свете, но лучше всего их наблюдать в свете больмеровской линии водорода
Н.
При сближении солнечных пятен с противоположной направленностью магнитного
поля происходит аннигиляция (уничтожение) этого поля и за несколько секунд
выделяется энергия, эквивалентная взрыву нескольких миллионов водородных
бомб. Размеры областей, охваченных вспышками, обычно не превышают 1000 км, а
процесс развития вспышки продолжается 5 — 10 минут. В годы повышенной
солнечной активности бывает до 10 вспышек в сутки.
В середине XIX в. любитель астрономии из Германии аптекарь Швабе в течение 20
лет регистрировал появление всех солнечных пятен в надежде открыть планету,
близкую к Солнцу. Планету он не открыл, но обратил внимание, что количество
пятен на Солнце меняется с определенной периодичностью. В 1852 г. швейцарский
астроном Рудольф Вольф (1816 — 1893) установил средний промежуток времени
между двумя максимумами солнечной активности, который оказался равен 11,1
года. Он же ввел такое понятие, как число Вольфа — количественную
характеристику солнечной активности.
W = 10g + f,
где g - - количество групп солнечных пятен, f — полное число всех пятен во
всех группах.
Во время солнечной вспышки, возникает мощное излучение в ультрафиолетовом,
рентгеновском и радио диапазоне. Появляются мощные кратковременные потоки
частиц, главным образом электронов и протонов. В результате наиболее мощных
вспышек частицы могут приобретать скорости, составляющие заметную долю
скорости света — до 30 тыс. км/с. Такие частицы получили название космических
лучей.
Солнечное корпускулярное излучение оказывает сильное влияние на Землю,
особенно на верхние слои атмосферы и магнитное поле.
Увеличение рентгеновского излучения приводит к тому, что достигающие Земли
через 8 мин. 20 сек. рентгеновские кванты «разбивают» молекулы на ионы,
происходит ионизация атомов, в итоге появляется большое количество заряженных
частиц, при движении которых создаются электрические токи и магнитные поля.
Происходит возмущение магнитного поля Земли, оказывающее заметное влияние на
биосферу Земли и, в частности, на человеческий организм. Например, происходит
сужение сосудов, как следствие, повышается кровяное давление. Уменьшается
приток крови к мозгу, человек становится вялым, его внимание притупляется. В
настоящее время известно, что в моменты повышенной солнечной активности
возрастает в несколько раз количество инфарктов, количество аварий на
дорогах, случаев травматизма на производстве.
Замечена связь роста солнечной активности со вспышками эпидемий некоторых
болезней. Советский ученый А.Л. Чижевский в 1929 г. попробовал предсказать
эпидемии гриппа на несколько десятилетий вперед на основании выявленной им
связи между вспышками солнечной активности и периодичности эпидемической
заболеваемости. Семь из восьми предсказанных Чижевским эпидемий гриппа
действительно произошли.
От многих болезнетворных микроорганизмов человека защищают бактерицидные
свойства его слюны, которая быстро растворяет микроорганизмы, попавшие в
ротовую полость и носоглотку. Оказалось, что это свойство человеческой слюны
при минимальной солнечной активности максимально, а с повышением активности
Солнца защитные свойства уменьшаются. То же самое происходит и с защитными
функциями крови.
Солнечный ветер, возмущая земную ионосферу, вызывает полярные сияния и
магнитные бури, влияет на радиосвязь на коротких волнах.
Для геофизиков и астрономов в наши дни нет сомнений, что влияние
солнечно-земных связей может быть различно в зависимости от состояния
солнечной активности и от положения Земли относительно Солнца.
Такие явления, как смерчи и ураганы, самым непосредственным образом связаны с
Солнцем. Они возникают в атмосфере из-за неодинакового разогрева отдельных ее
участков.
Обнаруживаются изменения климатического режима и на протяжении 11-летнего
цикла солнечной активности. Так, например, в южный областях Европейской части
России в годы максимумов лето чаще бывает сухим и жарким, а в годы минимума
солнечной активности летом выпадает много дождей. Проведенные исследования
радиального прироста стволов деревьев также показали подобную закономерность.
При минимуме активности прирост наибольший, при максимуме — наименьший. Если
же дерево росло более ста лет, то в упомянутой зависимости обнаруживается
влияние и векового цикла.
|