Солнечно-земные связи. РЕАЛЬНАЯ ФИЗИКА. Глоссарий по физике

Солнечно-земные связи - система прямых или опосредованных физ. связей между процессами на Солнце и Земле.

Влияние Солнца на Землю многогранно и неоднозначно (обратное влияние Земли на Солнце ничтожно мало). Прежде всего Земля непрерывно получает от Солнца почти неизменный поток энергии (см. Солнечная постоянная ),обеспечивающий наблюдаемый уровень освещённости и ср. температуру её поверхности (см. Тепловой баланс Земли ).Кроме того, Земля подвергается комбиниров. воздействию излучений от нестационарных солнечных процессов (солнечных возмущений) - проявлений солнечной активности. Хотя не все звенья цепочки С--з. с. (рис. 1) одинаково изучены, в общих чертах качественная картина С--з. с. представляется ясной.

В переносе энергии солнечных возмущений участвует вся среда между Солнцем и Землёй. Большую роль играет межпланетное магн. поле, к-рое регулирует потоки космических лучей галактич. и солнечного (вспышечного) происхождения, а также определяет особенности взаимодействия солнечного ветра с магнитосферой Земли. Солнечные возмущения воздействуют гл. обр. на самые внеш. оболочки Земли - магнитосферу и ионосферу (см. Атмосфера верхняя). Это воздействие не сводится только к изменению потоков энергии, поступающих к Земле в том или ином диапазоне. Оно является также спусковым механизмом, вызывающим перераспределение накопленной в оболочках Земли энергии. Перераспределение может происходить плавно либо скачкообразно (триггерный механизм).

Влияние Солнца на Землю наиболее отчётливо проявляется после вспышки на Солнце. Эл--магн. излучение вспышки в УФ- и рентг. диапазонах вызывает дополнит. ионизацию верхних слоев ионосферы, что приводит к кратковрем. ухудшению (или даже полному прекращению) радиосвязи на освещённой стороне Земли (десятки минут). Ускоренные во вспышке частицы, вторгаясь в ниж. ионосферу и стратосферу полярных широт, вызывают длит. ухудшение КВ-радиосвязи (десятки часов) и способствуют опустошению озонного слоя (в отд. случаях до 10-20%, рис. 2). Потоки солнечных космич. лучей от мощных вспышек представляют собой один из гл. источников радиац. опасности для экипажей и оборудования космич. аппаратов. Кроме того, вспышка генерирует мощную ударную волну и выбрасывает в межпланетное пространство облако плазмы. Спустя 1,5-2 сут они достигают Земли и вызывают магн. бурю (см. Магнитные вариации ),усиление полярных сияний, возмущения ионосферы, понижение интенсивности галактич. космич. лучей и т. д. В результате флуктуации мощности солнечного ветра в магнитосфере и ионосфере генерируется широкий спектр эл--магн. волн с частотами 0,001-10,0 Гц, к-рые доходят до поверхности Земли. Во время магн. бурь интенсивность этого излучения возрастает в 10-100 раз (рис. 3). Магнитосферные и ионосферные вариации (см., напр., Земной магнетизм)влияют не только на средства магн. навигации и радиосвязи, но и на кабельную связь (телекс и телефон), работу линий электропередач, нефте- и газопроводов и т. п.

Рис. 2. Уменьшение содержания озона в стратосфере Северного полушария Земли под влиянием солнечных космических лучей после вспышки 4 августа 1972. Сплошные кривые - данные наблюдений в интервале широт 75-80°N через 8 и 19 суток после вспышки; штриховая линия - расчётное содержание озона через 28 суток после вспышки (в %, относительно предвспышечного уровня).

Рис. 3. Спектр электромагнитного поля на поверхности Земли. По вертикальной оси - напряжённость электрического поля Е, по горизонтальной - частота колебаний (Гц). Стрелками отмечены частоты, на которых наблюдаются короткопериодические колебания геомагнитного поля, вызванные изменением солнечной активности, и соответствующие им периоды. Цифрами I - III отмечены окна прозрачности для электромагнитных волн в атмосфере Земли.

В климатологии и метеорологии получены доказательства статистич. связи между частотой засух и 22-летним солнечным циклом, изменением приземного давления и мощностью солнечного ветра, поведением др. метеопараметров и уровнем геомагн. возмущённости в целом (солнечно-тропосферные связи). Эти эффекты географически обусловлены (горы, граница суша - океан и т. п.) и связаны с распределением аномалий геомагн. поля, с областями неустойчивости атмосферы.

Статистически установлена циклич. связь (рис. 4) между уровнем солнечной и геомагн. активности и ходом ряда процессов в биосфере Земли - динамикой популяций животных, эпидемий, эпизоотии и т. п. (солнечно-биосферные связи). Показано также, что колебания геомагн. ноля могут вызывать ответную реакцию центральной нервной, эндокринной, сердечно-сосудистой и кроветворной систем человека, влиять на его общее состояние. Наиб. вероятной причиной такой реакции являются НЧ-колебания эл--магн. поля Земли.

Рис. 4. Сопоставление периодов некоторых биологических макроритмов с основными гармониками солнечной активности (СА) и магнитной возмущённости (MB).

Электрич. состояние атмосферы также сильно меняется во времени и пространстве (в частности, под действием космич. лучей), причём осн. изменения в цепи атмосферного электричества между ионосферой и поверхностью Земли происходят, по-видимому, на высотах стратосферы и в тропосфере. Из-за близости этих оболочек к поверхности Земли роль атм. электричества очень важна (особенно в солнечно-тропосферных и солнечно-биосферных связях). Однако в нек-рых случаях (напр., в крупных городах и промышленных районах) связь между геомагн. колебаниями, электрич. состоянием атмосферы и биол. процессами может быть затушёвана влиянием мощных эл--магн. полей искусств. происхождения.

Триггерный (спусковой) механизм имеет особое значение для процессов в атмосфере Земли. Показано, в частности, что при вхождении Земли в усиленный поток солнечного ветра заметно меняется картина распределения приземного давления, растёт нестабильность тропосферы и изменяется интенсивность циркуляции, причём совокупность свойств этих явлений указывает на триггерный механизм их происхождения. Не исключено, что и др. атм. процессы (ураганы, циклоны и т. п.) на нек-рых этапах их формирования и развития подвержены слабым энергетич. воздействиям, обусловленным возмущениями в солнечном ветре и магнитосфере.

В изучении механизмов С--з. с. важное место занимает лаб. моделирование таких процессов, как солнечная вспышка (пересоединение магн. полой в плазме и ускорение частиц) или обтекание магнитосферы Земли солнечным ветром. Не меньший интерес представляют активные эксперименты в магнитосфере и ионосфере по моделированию эффектов, вызываемых солнечной активностью: нагрев ионосферы мощным радиоизлучением от наземного передатчика, инжекция электронных или ионных пучков с борта ИСЗ, выброс с борта ракет химически активных веществ, резко изменяющих электронную концентрацию в данной области ионосферы, и т. д. Гл. преимущество лабораторных и натурных экспериментов - возможность контролировать нек-рые нач. условия и параметры.

Изучение С--з. с. не только является фундам. науч. проблемой, но и имеет большое прикладное значение. В частности, доказана возможность создать искусственный радиац. пояс Земли, изменять свойства ионосферы и генерировать эл--магн. НЧ-излучение над заданным районом. Диагностика и прогноз радиац. обстановки в космосе, магнитосферных и ионосферных возмущений крайне необходимы для решения практич. задач в области космонавтики и радиосвязи, транспорта, энергетики и нефтегазовой пром-сти, метеорологии и климатологии, сельского хозяйства, биологии и медицины. Выяснилась связь солнечно-земной физики с глобальными экологич. проблемами и долговрем. изменениями в окружающей среде.

Литература по солнечно-земным связям

Знаете ли Вы, что релятивистское объяснение феномену CMB (космическому микроволновому излучению) придумал человек выдающейся фантазии Иосиф Шкловский (помните книжку миллионного тиража "Вселенная, жизнь, разум"?). Он выдвинул совершенно абсурдную идею, заключавшуюся в том, что это есть "реликтовое" излучение, оставшееся после "Большого Взрыва", то есть от момента "рождения" Вселенной. Хотя из простой логики следует, что Вселенная есть всё, а значит, у нее нет ни начала, ни конца... Подробнее читайте в FAQ по эфирной физике.