Солнечно-земные связи - Солнце и его влияние на Землю

Изучение истории Земли показывает, что наша планета в течение миллиардов лет получала от Солнца столько же тепла и света, сколько получает и теперь. Это значит, что за это время количество тепла и света, излучаемого Солнцем, существенно не менялось. Но все изменения, которые происходят в поверхностных слоях Солнца, отражаются на явлениях, происходящих на Земле.

Солнце - источник жизни на Земле. Если спросить любого человека, какое из небесных светил имеет наибольшее значение для нас на Земле, то, наверно, услышим, что Солнце. Не будь Солнца, не было бы на Земле зеленых лугов, тенистых лесов и рек, цветущих садов, хлебных полей, не могли бы существовать ни человек, ни животные, ни растения.

Значение Солнца для жизни на Земле человек чувствовал уже в далекие времена. Но первобытным людям Солнце представлялось каким-то сверхъестественным существом. Оно обожествлялось почти всеми народами древности.

Наши предки славяне поклонялись богу солнечных лучей - Яриле. У древних римлян был бог Солнца - Аполлон. Цари и князья, чтобы возвеличить свою власть, старались внушить людям представление о своем происхождении от бога Солнца.

Различные религиозные верования и обряды, связанные с этими древними представлениями о Солнце, сохранились и до наших дней, например в праздновании пасхи, которое всегда связано с наступлением весны и обновлением всей природы от живительных солнечных лучей.

Всякое движение на Земле происходит главным образом за счет энергии, которая поступает к нам в солнечных лучах. Солнце - источник жизни на Земле.

Великий русский ученый К. А. Тимирязев в своей замечательной книге "Жизнь растения" писал: "Когда-то где-то на Землю упал луч Солнца, но он упал не на бесплодную почву, он упал на зеленую былинку пшеничного ростка, или, лучше сказать, на хлорофилловое зерно. Ударяясь о него, он потух, перестал быть светом, но не исчез... В той или другой форме он вошел в состав хлеба, который послужил нам пищей. Он преобразился в наши мускулы, в наши нервы... Пища служит источником силы в нашем организме потому только, что она - не что иное, как консерв солнечных лучей...

Солнце является центром планетной системы. Ось вращения Земли отклонена от оси орбиты (т. е. прямой, перпендикулярной плоскости орбиты) на угол, равный примерно 23,5°. Если бы не было этого наклона, не существовало бы смены времен года. Регулярная смена времен года - следствие движения Земли вокруг Солнца и наклона оси вращения Земли к плоскости орбиты.

В северном полушарии Земли наступает лето, когда северный полюс Земли освещается Солнцем, а южный полюс планеты располагается в ее тени. При этом в южном полушарии наступает зима. Когда в северном полушарии весна, то в южном - осень. Времена года в южном и северном полушариях всегда противоположны.

Примерно 21 марта и 23 сентября во всем мире день и ночь продолжаются 12 часов. Эти дни называются днями весеннего и осеннего равноденствия. Летом продолжительность светлого времени суток больше, чем зимой, следовательно, северное полушарие Земли в течение весны и лета с 21 марта по 23 сентября получает гораздо больше тепла, чем осенью и зимой с 23 сентября по 21 марта.

Поток энергии от Солнца, падающий на Землю, изменяется обратно пропорционально квадрату расстояния. Поэтому зимы в северном полушарии менее суровые, чем в южном, а лето в северном полушарии более прохладное.

Не только тепло и свет получает Земля от Солнца. Различные виды солнечного излучения и потоки частиц оказывают постоянное влияние на ее жизнь.

Солнце посылает на Землю электромагнитные волны всех областей спектра - от многокилометровых радиоволн до гамма-лучей. Окрестностей Земли достигают также заряженные частицы разных энергий - как высоких (солнечные космические лучи), так и низких и средних (потоки солнечного ветра, выбросы от вспышек). Наконец, Солнце испускает мощный поток элементарных частиц - нейтрино. Однако воздействие последних на земные процессы пренебрежимо мало: для этих частиц земной шар прозрачен, и они свободно сквозь него пролетают.

Электромагнитное излучение подвергается строгому отбору в земной атмосфере. Она прозрачна только для видимого света и ближних ультрафиолетового и инфракрасного излучений, а также для радиоволн в сравнительно узком диапазоне (от сантиметровых до метровых). Все остальное излучение либо отражается, либо поглощается атмосферой, нагревая и ионизуя ее верхние слои.

Поглощение рентгеновских и жестких ультрафиолетовых лучей начинается на высотах 300-350 км; на этих же высотах отражаются наиболее длинные радиоволны, приходящие из космоса. При сильных всплесках солнечного рентгеновского излучения от хромосферных вспышек рентгеновские кванты проникают до высот 80 - 100 км от поверхности Земли, ионизуют атмосферу и вызывают нарушение связи на коротких волнах.

Мягкое (длинноволновое) ультрафиолетовое излучение способно проникать еще глубже, оно поглощается на высоте 30-35 км. Здесь ультрафиолетовые кванты разбивают на атомы (диссоциируют) молекулы кислорода (02) с последующим образованием озона (О3). Тем самым создается не прозрачный для ультрафиолета "озонный экран", предохраняющий жизнь на Земле от гибельных лучей. Не поглотившаяся часть наиболее длинноволнового ультрафиолетового излучения доходит до земной поверхности. Именно эти лучи вызывают у людей загар и даже ожоги кожи при длительном пребывании на солнце

В излучении Солнца довольно много ультрафиолетовых лучей, значительно больше, чем это наблюдается с Земли, поскольку их поглощает земная атмосфера. Запуски беспилотных шаров-зондов, поднимавших на высоту 30 и более километров измерительные приборы и радиопередатчики, показали, что выше 25 - 28 километров температура воздуха растет, достигая максимума на уровне 30 - 35 километров. Еще выше температура снова падает, а интенсивность уф-лучей увеличивается. Ученые сделали вывод, что на высоте 30 - 35 километров происходит интенсивное поглощение солнечного ультрафиолетового излучения с образованием озона. Озон очень сильно поглощает лучи с длинами волн короче

0,3 мкм, спасая нас от их опасного воздействия на кожу и органы зрения. Вот почему тревогу вызывает существование озоновых дыр - через эти разрывы в озоновом слое солнечные уф-лучи достигают земной поверхности. Одной из причин разрушения озонового "щита" служат выбросы в атмосферу фторуглеродных соединений, широко используемых в холодильниках.

Но не только на образование озона расходуется энергия солнечных уф-лучей.

Радиоволны, как и все электромагнитные волны, должны распространяться прямолинейно. Значит, поскольку Земля - шар, радиосвязь между Европой и Америкой невозможна? Итальянский радиотехник Гульельмо Маркони осуществил в 1901 году прямую радиосвязь между Англией и США, раз и навсегда доказав, что радио волны могут огибать земной шар. Для этого им надо отразиться от какого-то "зеркала", висящего над земной поверхностью на высоте 150 - 300 километров. Таким "зеркалом" служит ионизованные слои атмосферы, а источником ионизации - ультрафиолетовое излучение Солнца. Таким образом, уф-лучи властно вторгаются в земные дела. Интенсивность уф-излучения Солнца была измерена, когда создание баллистических ракет позволило исследователям вынести аппаратуру за пределы земной атмосферы, на высоту более 100 километров. И первые же запуски увенчались успехом. С развитием спутниковой астрономии исследование ультрафиолетового излучения Солнца стало ее обязательным компонентом. Это необходимо потому, что уф-излучение контролирует состояние ионизованных слоев атмосферы, а следовательно, и условия радиосвязи на Земле, особенно в полярных районах. Эта не слишком приятная зависимость от капризов Солнца стало ослабевать лишь в последние десятилетия, с развитием спутниковой связи.

Излучение в видимом диапазоне поглощается слабо. Однако оно рассеивается атмосферой даже в отсутствие облаков, и часть его возвращается в межпланетное пространство. Облака, состоящие из капелек воды и твердых частиц, значительно усиливают отражение солнечного излучения. В результате до поверхности планеты доходит в среднем около половины падающего на границу земной атмосферы света.

Количество солнечной энергии, приходящейся на поверхность площадью 1 м2, развернутую перпендикулярно солнечным лучам на границе земной атмосферы, называется солнечной постоянной. Измерять ее с Земли очень трудно, и потому значения, найденные до начала космических исследований, были весьма приблизительными. Небольшие колебания (если они реально существовали) заведомо "тонули" в неточности измерений. Лишь выполнение специальной космической программы по определению солнечной постоянной позволило найти ее надежное значение. По последним данным, оно составляет 1370 Вт/м2 С точностью до 0,5%.

На Земле излучение поглощается сушей и океаном. Нагретая земная поверхность в свою очередь излучает в длинноволновой инфракрасной области. Для такого излучения азот и кислород атмосферы прозрачны. Зато оно жадно поглощается водяным паром и углекислым газом. Благодаря этим малым составляющим воздушная оболочка удерживает тепло. В этом и заключается парниковый эффект атмосферы. Между приходом солнечной энергии на Землю и ее потерями на планете в общем существует равновесие: сколько поступает, столько и расходуется. В противном случае температура земной поверхности вместе с атмосферой либо постоянно повышалась бы, либо падала.

Только очень малая часть заряженных частиц из межпланетного пространства попадает в атмосферу Земли (остальные отклоняет или задерживает геомагнитное поле). Но их энергии достаточно для того, чтобы вызвать полярные сияния и возмущения магнитного поля нашей планеты. Это свечение в верхних слоях атмосферы, имеющее либо размытые (диффузные) формы, либо вид корон или занавесей (драпри), состоящих из многочисленных отдельных лучей. Сияния обычно бывают красного или зеленого цвета: именно так светятся основные составляющие атмосферы - кислород и азот - при облучении их энергичными частицами. Зрелище бесшумно возникающих красных и зеленых полос и лучей, беззвучная игра цветов, медленное или почти мгновенное угасание колеблющихся "занавесей" оставляют незабываемое впечатление. Подобные явления лучше всего видны вдоль овала полярных сияний, расположенного между 10° и 20° широты от магнитных полюсов. В период максимумов солнечной активности в Северном полушарии овал смещается к югу, и сияния можно наблюдать в более низких широтах.

Частота и интенсивность полярных сияний достаточно четко следуют солнечному циклу: в максимуме солнечной активности редкий день обходится без сияний, а в минимуме они могут отсутствовать месяцами. Наличие или отсутствие полярных сияний, таким образом, служит неплохим показателем активности Солнца Жителям полярных стран хорошо знакомы полярные сияния. Они особенно часто наблюдаются за полярными кругами и представляют необычайно красивое зрелище. Обычно вначале появляется слабое свечение, часто с заметной окраской. Понемногу оно становится ярче, и в нем показываются полосы, напоминающие колышущиеся занавесы.

Явление полярных сияний происходит в атмосфере Земли на высоте от 100 км и выше. Чаще всего полярные сияния наблюдаются в годы максимумов пятен на Солнце.

Еще 200 лет назад М. В. Ломоносов, сам много раз любовавшийся этими красочными воздушными занавесами, правильно подошел к пониманию природы полярных сияний. Он писал: "Весьма вероятно, что северные сияния рождаются от происшедшей на воздухе электрической силы".

Происхождение полярных сияний объясняется тем, что, приближаясь к Земле, потоки частиц сосредоточиваются вокруг магнитных полюсов Земли. Влетая с большой скоростью в самые верхние, наиболее разреженные слои атмосферы, они ударяются об отдельные частицы разреженного воздуха, вызывая их ионизацию. При этом молекулы воздуха светятся. Каждый вид молекул газа светится своим цветом.

Потоки электрически заряженных частиц, как и всякий электрический ток, несут с собой магнитные силы, которые влияют и на магнетизм Земли. В результате наблюдается колебание магнитной стрелки компаса, иногда очень сильное, называемое магнитной бурей. Тогда компас становится ненадежным путеводителем. В это же время иногда происходят нарушения телеграфной и телефонной связи между далекими пунктами.

Влияние потоков частиц вещества, несущихся от Солнца к Земле, сказывается и на распространении радиоволн: слышимость ухудшается иногда до такой степени, что приходится прекращать радиоприем, особенно на коротких волнах. Это бывает обычно в периоды, когда на Солнце больше пятен, факелов или ярких вспышек. Замечено еще, что в годы максимума солнечных пятен на Земле бывает больше гроз. В этом также проявляется действие потоков заряженных электричеством частиц, выбрасываемых Солнцем. Эти потоки оказывают сильное влияние на физические процессы в верхней атмосфере Земли и околоземном пространстве. Если не принять специальных мер, могут выйти из строя сложные космические приборы и солнечные батареи. Появляется даже серьезная опасность облучения космонавтов, находящихся на орбите. Очень важно знать, как изменения на Солнце влияют на перемену погоды и на радио. Для этого в России и в других странах созданы так называемые Службы Солнца.

С запуском искусственных спутников Земли представилась возможность исследовать солнечное излучение при помощи приборов, помещенных в спутниках для улавливания тех лучей, которые поглощаются нашей атмосферой и не доходят до Земли.

Подводя итог, можно сказать, что Земля находится в сфере непосредственного влияния Солнца. Изменения солнечной активности возмущают магнитное поле Земли, волнуют атмосферу, передаются гидросфере, поверхностным слоям литосферы, сказываются на скорости вращения. Солнце изменяет свою активность, и эти изменения передаются Земле. В такт с Солнцем изменяются геомагнитное поле, частота полярных сияний, степень ионизации верхних слоев атмосферы, напряженность поля атмосферного электричества, циркуляция атмосферы, интенсивность грозовой деятельности, количество озона, температура и давление воздуха, температура морей и океанов, частота бурь, ураганов, смерчей, количество осадков, степень и распространение засух, высота уровня озер, климат, частота и сила землетрясений. Земля в прямом смысле слова "дышит в ритме Солнца". Мощные вспышки на Солнце влекут за собой через 1 - 2 дня сильные магнитные бури. Эта зависимость настолько хорошо прослеживается, что показатели магнитного поля Земли используют сейчас для определения солнечной активности. Ученые, изучающие Землю, не сомневаются в реальности солнечно - земных связей. А вот влияние циклической деятельности Солнца на биосферу Земли еще неопровержимо не доказано, несмотря на то, что существует наука, изучающая эти связи - гелиобиология. Часть биологов и медиков сомневаются в наличии этих связей. Первым ученым, начавшим изучать эти связи, был русский ученый А. Л. Чижевский. Он же доказал существование этой связи.

Чижевский собрал обширный материал о чумных, холерных и других эпидемиях во многих странах и, воспользовавшись методом математического анализа (методом наложения эпох), доказал их периодичность и совпадение с периодичностью явлений на Солнце. Взяв сведения о чумных эпидемиях за период с 430 г. до н. э. по 1899 г. и сопоставив их с данными летописей о солнечной активности, Чижевский увидел, что пики солнечной активности примерно совпали по времени с наиболее сильными вспышками чумы. Аналогичные соотношения были получены Чижевским и для холерных эпидемий. Изучая связь между солнечной активностью и эпидемиями холеры в России за период с 1823 по 1923 г, Чижевский обнаружил достаточно выраженную периодичность последних, при чем длительность периода составляла 11 лет. Проанализировав таким образом данные о целом ряде других заболеваний (гриппом, возвратным тифом, дифтерией, малярией и др.), ученый пришел к выводу, что пики эпидемий располагаются в большинстве случаев вблизи максимумов солнечной активности. Однако это влияние проявляется только в среднем. Тем не менее, возникло предположение, что солнечная активность влияет на жизнедеятельность болезнетворных микроорганизмов. В 1928 году Чижевский начал экспериментальные исследования в этом направлении с наблюдений за ростом безвредных для человека бактерий - сапрофитов. В 30 - е годы его разработки и достижения стали известны в мире. В 1939 году в Нью - Йорке состоялся Первый международный конгресс по биологической физике и космической биологии. Чижевский был приглашен на него, но поехать не смог. Самым трудным оказалось установить механизм влияния солнечной активности на биологические процессы. По современным представлениям ученых, на внешней стороне биологических клеток имеются соответствующие рецепторы, которые улавливают слабые, так называемые нетепловые электрические и магнитные поля, возникающие во время солнечных магнитных бурь за счет низкочастотных колебаний земного электромагнитного поля. Таким образом, установлено, что агентом, передающим солнечное возмущение Земле, является солнечный ветер, и что естественные электромагнитные поля, возникающие во время магнитных бурь, влияют на процессы в биосфере.

Солнечно-земные связи - Солнце и его влияние на Землю

Похожие статьи