Помоги проекту - поделись книгой:
Итак, вот он, самый короткий, 27-дневный солнечный цикл. С его земными проявлениями мы еще не раз встретимся. А теперь кое-что уточним о главном 11-летнем цикле.
Прежде всего заметим, что в среднем этот цикл имеет период не 11 лет, а 11,1 года. Но отклонения от этой величины в отдельных случаях могут быть значительными — от 7 до 17 лет. Условились очередной цикл, начавшийся в 1755 году, считать первым. Нетрудно подсчитать, что в 1964 году закончился 19-й цикл, а сейчас идет 20-й.
Если представить себе в среднем, как изменяются числа Вольфа[4] от одного минимума до другого, получится кривая, изображенная на рисунке. Заметьте, кривая несимметрична. Нарастание солнечной активности идет несколько быстрее, чем ее спад. Но, повторяем, это характерно только в среднем. В каждом же отдельном случае могут наблюдаться заметные уклонения от этого общего правила.
Недавно руководитель Кисловодской обсерватории М. Н. Гневышев и его сотрудники обнаружили, что нередко вершина 11-летней кривой солнечной активности имеет два горба. Эта «двухвершинность» 11-летнего цикла должна отражаться в различных земных явлениях.
После каждого минимума солнечной активности, когда нередко на Солнце в течение многих дней не наблюдается ни одного пятна, начинается новое, очередное повышение активности. Сначала пятна нового цикла появляются сравнительно далеко по обе стороны от солнечного экватора.
Затем с каждым годом они спускаются всё ближе и ближе к экватору. И, наконец, окончание очередного цикла знаменуется появлением пятен лишь вблизи солнечного экватора.
Эта закономерность еще в прошлом веке была открыта немецким астрономом М. Шперером, и ее нетрудно проиллюстрировать графически. Отложим по вертикальной оси графика солнечные широты. Горизонтальная прямая, соответствующая нулевой широте, — солнечный экватор.
По горизонтальной оси графика нанесены годы. Если теперь ежегодно наносить на график точки, отмечающие районы появления солнечных пятен, получится картина, названная «диаграммой бабочек». Некоторое сходство с бабочками действительно есть, а то, что «бабочек» много и они похожи друг на друга, говорит еще об одном проявлении 11-летнего ритма солнечной активности.
Как уже говорилось, солнечные пятна возникают парами, а каждое пятно — это очень мощный магнит.
Замечательно, что в каждой паре пятен оба пятна имеют разную полярность. Если, например, головное пятно, то есть то, что идет впереди при вращении Солнца, имеет северную магнитную полярность, то соседнее, парное с ним пятно обладает южной полярностью. И такое распределение полярностей сохраняется на протяжении всего цикла для всех пар пятен этого, скажем, северного полушария Солнца. В другом же, южном его полушарии наблюдается прямо противоположная картина — все головные пятна имеют южную полярность, а следующие за ними — северную.
Но вот кончился очередной 11-летний цикл, начинается новый. И, как по команде, меняется полярность пятен в обоих полушариях Солнца. Теперь головные пятна в южном полушарии имеют северную полярность, а в северном полушарии — южную. Через 11 лет произойдет новая смена полярностей, а значит, восстановится картина, которая наблюдалась за 22 года до этого. Вот почему можно говорить еще об одном, 22-летнем цикле солнечной активности.
В конце XIX века астрофизик А. П. Ганский открыл 80-летний или так называемый вековой солнечный цикл. Его можно проследить по древним хроникам, свидетельствующим о том, что примерно раз в 80–90 лет солнечная активность была особенно высокой. Реальность этого цикла подтверждается и другими данными.
Когда Солнце активно, оно выбрасывает в межпланетное пространство гораздо большее количество корпускул, чем в «спокойные» годы. Усиливается и электромагнитное излучение Солнца — от ультрафиолетовых лучей до радиоволн. Активное Солнце будоражит не только Землю, но и другие планеты. Оно заставляет ярче светиться кометы, эти многочисленные спутницы Солнца.
В каждой комете есть главная часть — ее ядро, состоящее из смеси мелких твердых частиц и замерзших газов.
С приближением к Солнцу газы возгоняются и образуют исполинские газовые «шлейфы» — головы и хвосты комет.
«Шлейфы» комет светятся тем ярче, чем более мощное излучение Солнца (корпускулярное и электромагнитное) через них проходит. Значит, чем активнее Солнце, тем в среднем ярче кометы и тем больше число комет, открываемых земными наблюдателями.
В 1949 году советский астроном Б. М. Рубашев исследовал каталог, в котором регистрировались открытия комет с I по XIX век н. э. Выявилась любопытная закономерность — примерно раз в 600 лет количество открываемых комет было особенно большим. Другой советский исследователь — И. В. Максимов открыл ту же 600-летнюю периодичность в толщине годичных слоев различных деревьев.
Напрашивается вывод, что прирост древесины особенно велик в годы активности Солнца. Это верно и для 11-летнего цикла и для цикла 600-летнего, реальность которого ныне бесспорна.
Есть ли еще более продолжительные циклы?
Окончательного ответа на этот вопрос пока нет. По некоторым данным, намечается цикл продолжительностью 1800 лет.
Кроме того, кое в чем проявляется 5—6-летний цикл, равный половине 11-летнего. Но эти солнечные ритмы, если и существуют, не отличаются такой четкостью и ясной выраженностью, как главные ритмы, — 27-дневный, 11-летний и вековой.
Не надо думать, что солнечные ритмы сказываются лишь в изменениях количества пятен на Солнце. В годы активности Солнца возрастает количество факелов и флоккул, чаще наблюдаются солнечные вспышки, увеличиваются число и размеры протуберанцев. Вообще все явления на Солнце чутко реагируют на солнечные ритмы. Особенно любопытны изменения формы солнечной короны.
В годы минимума корона вытянута и ее длинные лучи направлены вдоль солнечного экватора. Наоборот, в годы максимума солнечная корона во всех направлениях имеет почти одинаковую протяженность. В такие годы во время полных солнечных затмений она особенно напоминает красивое жемчужно-серебристое сияние.
К сожалению, до сих пор мы не знаем причин, порождающих солнечные ритмы. Гипотез предложено немало, но ведь их обилие всегда служит признаком недостатка точного знания.
Одно бесспорно: ни Земля, ни ее биосфера, ни человек не могут оставаться безразличными к солнечным ритмам.
Солнце будоражит Землю
С детских лет мы знакомы с глобусом — этой картонной моделью нашей планеты. Модель эта так прочно отложилась в нашем сознании, что нередко как-то подсознательно границы земного шара мы отождествляем с его твердой поверхностью.
Разумеется, на самом деле наша планета гораздо протяженнее. Толщина воздушной оболочки Земли принимается равной в среднем 2000 км. На этой высоте плотность воздуха достигает 10~21 г/см3. Но такова же средняя плотность газово-пылевой межпланетной среды. Значит, именно здесь атмосфера сходит на нет.
Однако и это еще не граница Земли. Подобно исполинскому магниту, Земля окружена магнитным полем, или, как теперь принято говорить, магнитосферой. Ее слабые следы обнаруживают датчики космических аппаратов на удалении 15 земных радиусов от центра Земли.
Еще протяженнее гравитационное поле нашей планеты — оно заставляет Луну обращаться вокруг Земли, а ведь до лунной орбиты 384 403 км, или 60 земных радиусов.
Строго говоря, и гравитационное и магнитное поля Земли продолжаются до бесконечности. Но гравитация к гелиобиологии прямого отношения не имеет. Магнитное же поле Земли нас будет интересовать лишь в окрестностях нашей планеты.
В этой главе мы рассмотрим влияние Солнца на различные оболочки Земли, начиная от самых внешних и кончая недрами земного шара.
Магнитные силы и магнитное поле, то есть область пространства, где эти силы проявляются, наш глаз не видит. Но действия этих сил легко сделать видимыми.
Вспомните простой школьный опыт. Если на линейный магнит положить лист бумаги и насыпать на нее мелкие металлические опилки, последние расположатся по линиям действия магнитных сил, или, как говорят, силовым линиям. Получится весьма наглядное изображение магнитного поля.
Наша Земля подобна металлическому намагниченному шару. Пока не вполне ясно, какая причина порождает земной магнетизм. Скорее всего в этом повинны те электрические токи, которые постоянно циркулируют в электропроводящем ядре Земли. Так или иначе, но земной шар проявляет себя как исполинский магнит. Как и у всякого магнита, у Земли есть два магнитных полюса. Южный находится на северо-западной оконечности Гренландии, северный — в Антарктиде.
Ось вращения Земли, как известно, не совпадает с ее магнитной осью, то есть с прямой, проходящей через магнитные полюсы земного шара. Угол между ними близок к 11,5°, но это не мешает путешественникам и мореплавателям с давних пор ориентироваться по компасу.
Кстати о компасе. В обычном состоянии, без внешних помех, его стрелка, слегка поколебавшись, устанавливается в направлении магнитного меридиана. Но попробуйте поднести магнит к компасу — тотчас же спокойствие стрелки нарушится, и ориентироваться по компасу в такой ситуации не удастся. Эти всем знакомые явления похожи на те невидимые магнитные бури, о которых и пойдет речь.
Слово «буря» у нас невольно связывается с представлениями о каких-то мощных ураганах, ливнях или смерчах. Магнитная буря — событие куда менее эффектное.
Оно выражается в том, что внезапно стрелка компаса начинает беспорядочно колебаться, и показания этого прибора становятся ненадежными. Так продолжается несколько часов, реже сутки, а затем стрелка компаса «успокаивается» до очередной магнитной бури.
На магнитные бури ученые обратили внимание еще в XVIII веке, но только в 1850 году французский астроном Ламонт заметил, что эти явления природы тесно связаны с солнечными пятнами. Кстати сказать, это было первое открытие связи земных явлений с солнечной активностью.
Ныне твердо установлено, что всякий раз, когда крупная группа солнечных пятен проходит через центральный солнечный меридиан,[5] спустя примерно сутки, на Земле разыгрываются магнитные бури. В частоте магнитных бурь есть и 27-дневная и 11-летняя периодичность. Во всем этом явно замешано Солнце. Но как оно действует на земную магнитосферу?
Мы уже говорили, что каждое крупное солнечное пятно, а тем более большая группа пятен — это центр, очаг солнечной активности. Именно из таких районов Солнца при солнечных вспышках и других подобных процессах «выстреливаются» в пространство корпускулярные потоки.
Каждый подобный поток в целом — электрически нейтральная смесь ядер атомов и электронов, то есть плазма.
А плазма — отличный проводник электричества. Если корпускулы непрерывной струей выбрасываются в пространство, то струя с удалением от Солнца искривляется по законам механики в сторону, обратную направлению вращения Солнца. Картина эта напоминает отклонение водяных струй в декоративных фонтанах с вращающимся водометом.
В тысячу раз быстрее пули (со скоростью около 1000 км/сек) удаляются корпускулярные потоки от Солнца.
Некоторые из них, «нацеленные» на земной шар, то есть выброшенные из района пятен, близких к центральному солнечному меридиану, примерно на вторые сутки достигнут окрестностей Земли. Тут они прежде всего встретят самую внешнюю из земных оболочек — земную магнитосферу.
Вспомните, если проводник перемещать вблизи магнита, по проводнику потечет электрический ток. Так утверждает простой школьный опыт. То же самое случится и с корпускулярным потоком. В этом облаке плазмы при его движении в магнитном поле Земли также потечет электрический ток.
Но всякий ток в свою очередь порождает магнитное поле, и это демонстрируется на уроках физики в школе.
Значит, вокруг корпускулярного потока возникнет собственное магнитное поле, которое изменит магнитное поле Земли. Стрелка компаса начнет колебаться, как если бы к ней поднесли школьный магнит. А это и есть магнитная буря.
Как видите, связь солнечных пятен и магнитных бурь ничего таинственного в себе не заключает. Цепь причин и следствий здесь совершенно ясна, что, к сожалению, не всегда можно сказать о других, более сложных солнечно-земных связях.
Не будь Солнца, магнитное поле Земли имело бы симметричное строение. Из-за воздействия корпускулярных потоков и солнечного ветра оно всегда искажено, и тем сильнее, чем выше солнечная активность. Это сказывается и на форме радиационного пояса Земли — скоплений протонов и электронов, открытых в 1958 году в космических окрестностях Земли.
Для электрически заряженных частиц магнитное поле Земли — коварная ловушка. Некоторые из протонов и электронов, частично приходящих от Солнца, частично образующихся в верхних слоях атмосферы, попадают в эту ловушку. Под действием магнитных сил они начинают колебаться вдоль силовых линий земного магнитного поля.
Так продолжается до тех пор, пока, растратив энергию, частица не падает на Землю. Но на место «вышедших из игры» частиц приходят новые, и потому радиационный пояс Земли существует постоянно, находясь, как говорят физики, в динамическом равновесии.
Различают две зоны — внутреннюю и внешнюю. Как исполинские бублики, нависают они над экватором нашей планеты. Сердцевина внутренней, протонной зоны находится на высоте 3000 км. Средний радиус внешней, электронной зоны в семь раз больше.
Рисунок не вполне точен. Так выглядел бы радиационный пояс Земли, если бы не было Солнца. Солнечный ветер, этот непрерывный поток намагниченной плазмы, сжимает магнитосферу на дневной стороне Земли и, наоборот, вытягивает ее в области земной тени. Следуя за магнитосферой, точно так же искажается и радиационный пояс Земли. Эта асимметрия усиливается, когда очередной корпускулярный поток достигает окрестностей земного шара. В дни и годы повышенной активности Солнца и магнитосфера и, соответственно, радиационный пояс Земли искажаются особенно сильно. На ночной стороне Земля тогда возникает нечто вроде протонно-электронного хвоста, и Земля приобретает некоторое сходство с кометой.
Самые внешние оболочки Земли оказались очень чувствительными ко всем изменениям солнечной активности.
Но это свойственно и всей планете в целом.
Приходилось ли вам наблюдать полярное сияние?
Незабываемое зрелище! Кстати сказать, для этого необязательно превращаться в полярника. Полярные сияния нередко видны даже в Москве или в Париже. Бывали случаи, когда их наблюдали в Египте. Но, конечно, в околополярных районах полярные сияния возникают чаще. И, кроме того, они там ярче, красочнее, многообразнее.
Одни полярные сияния представляют собой разноцветные лучи, радиально расходящиеся от некоего центра.
Другие напоминают светящиеся величественные драпри — детали фантастической небесной декорации. Нередко на небе образуются дуги, ленты, полосы. Часто все это находится в быстром движении со сменой красок.
Попробуйте сами «поймать» полярное сияние. Это далеко не редкое явление даже для умеренных широт. В Нью-Йорке, например, с 1938 по 1946 год было зарегистрировано 1316 полярных сияний. В Москве они случаются примерно втрое реже, зато для ленинградцев описание полярных сияний покажется излишним.
Полярные сияния, казавшиеся в древности загадочными явлениями природы, ныне подробно изучены и установлена их тесная связь с Солнцем.
Полярные сияния — это свечение разреженного воздуха на высотах от 100 до 1000 км. Красный и зеленый цвета, наиболее характерные для полярных сияний, образуются атомами кислорода, особенно сильно испускающими именно эти лучи.
По своей физической природе полярные сияния вполне схожи со свечением разреженных газов в разрядных трубках реклам. И там, в верхних слоях атмосферы, и здесь, в этих созданиях человеческой техники, атомы газа бомбардируются корпускулами.[6] Энергия корпускул передается атомам газа, в результате чего электроны перескакивают с одного энергетического уровня на другой, и газ начинает светиться «холодным» светом.
То, что полярные сияния вызваны Солнцем, доказывают и прямые наблюдения. Во время полярных сияний (а они иногда длятся часами) в спектре этих сияний видна линия водорода. Она заметно смещена к фиолетовому концу спектра — значит, протоны, ее порождающие, влетают в атмосферу со скоростью не меньше 1000 км/сек. Это корпускулы, выброшенные Солнцем, и воздух светится под действием «бомбардировки» его солнечными протонами.
Поделиться книгой: