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 только в 1990-х доплеровские измерения радиотелескопами показали скорость Маринова для CMB (космического микроволнового излучения), которую он открыл в 1974. Естественно, о Маринове никто не хотел вспоминать. Подробнее читайте в FAQ по эфирной физике.