«Солнечно-земные связи»

реакция Земли (её внешних оболочек, включая биосферу (См. Биосфера)) на изменение солнечной активности (См. Солнечная активность). Уровень солнечной активности (число активных областей и солнечных пятен, количество и мощность солнечных вспышек и т.д.) изменяется с периодом около 11 лет. Существуют также слабые колебания величины максимумов 11-летнего цикла с периодом около 90 лет. На Земле 11-летний цикл прослеживается на целом ряде явлений органической и неорганической природы (возмущения магнитного поля, полярные сияния, возмущения ионосферы, изменение скорости роста деревьев с периодом 11 лет, установленным по чередованию толщины годовых колец, и т.д.). На земные процессы оказывают также воздействие отдельные активные области на Солнце и происходящие в них кратковременные, но иногда очень мощные вспышки. Время существования отдельной активной области на Солнце может достигать 1 года. Вызываемые этой областью возмущения в магнитосфере и верхней атмосфере Земли повторяются через 27 сут (с наблюдаемым с Земли периодом вращения Солнца). Наиболее мощные проявления солнечной активности — солнечные (хромосферные) вспышки — происходят нерегулярно (чаще вблизи периодов максимальной активности), длительность их составляет 5—40 мин, редко несколько часов. Энергия хромосферной вспышки может достигать Солнечно-земные связи10³² эрг (Солнечно-земные связи10²⁵ дж), из выделяющейся при вспышке энергии лишь 1—10% приходится на электромагнитное излучение в оптическом диапазоне. По сравнению с полным излучением Солнца в оптическом диапазоне энергия вспышки невелика (Солнечно-земные связи10^–5—10^–6), но коротковолновое излучение вспышки и генерируемые при вспышке быстрые электроны, а иногда солнечные Космические лучи могут дать заметный вклад в рентгеновское и корпускулярное излучение Солнца. В периоды повышения активности Солнца его рентгеновское излучение увеличивается в диапазоне 30—10 нм в 2 раза, в диапазоне 10—1 нм в 3—5 раз, в диапазоне 1—0,2 нм более чем в 100 раз. По мере уменьшения длины волны излучения вклад активных областей в полное излучение Солнца увеличивается, и в последнем из указанных диапазонов практически всё излучение обусловлено активными областями. Жёсткое рентгеновское излучение с длиной волны λнм появляется в спектре Солнца лишь на короткое время после вспышек.

В ультрафиолетовом диапазоне (λ от 180 до 350 нм) излучение Солнца за 11-летний цикл меняется всего на 1—10%, а в диапазоне 290—2400 нм остаётся практически постоянным и составляет 3,6․10³³ эрг/сек, или 3,6․10²⁶ вт.

Постоянство энергии, получаемой Землёй от Солнца (см. Солнечная постоянная), обеспечивает стационарность теплового баланса Земли. Солнечная активность существенно не сказывается на энергетике Земли как планеты, но отдельные компоненты излучения хромосферных вспышек и активных областей могут оказывать значительное влияние на многие физические, биофизические и биохимические процессы на Земле.

Активные области являются мощным источником корпускулярного излучения. Частицы с энергиями около 1 кэв (в основном протоны), распространяющиеся вдоль силовых линий межпланетного магнитного поля из активных областей, усиливают Солнечный ветер— поток частиц, непрерывно испускаемых Солнцем. Эти усиления (порывы) солнечного ветра часто повторяются через 27 дней и называются рекуррентными. Аналогичные потоки, но ещё большей энергии и плотности, возникают при вспышках. Они вызывают т. н. спорадические возмущения солнечного ветра и достигают Земли за интервалы времени от 8—10 чдо 2 сут. Протоны высокой энергии (от 100 Мэв до 1 Гэв) от очень сильных «протонных» вспышек и электроны с энергией 10—500 кэв, входящие в состав солнечных космических лучей, приходят к Земле через десятки минут после вспышек; несколько позже приходят те из них, которые попали в «ловушки» межпланетного магнитного поля и двигались вместе с солнечным ветром. Коротковолновое излучение и солнечные космические лучи (в высоких широтах) ионизуют земную атмосферу, что приводит к колебаниям её прозрачности в ультрафиолетовом и инфракрасном диапазонах, а также к изменениям условий распространения коротких радиоволн (в ряде случаев наблюдаются нарушения коротковолновой радиосвязи, см. Ионосфера).

Усиление солнечного ветра, вызванное вспышкой, приводит к сжатию магнитосферы Земли (См. Магнитосфера Земли) с солнечной стороны, усилению токов на её внешней границе, частичному проникновению частиц солнечного ветра в глубь магнитосферы (в зону авроральной радиации), пополнению частицами высоких энергий радиационных поясов Земли (См. Радиационные пояса Земли) и т.д. (см. Земля, раздел III). Эти процессы сопровождаются колебаниями напряжённости геомагнитного поля (магнитной бурей (См. Магнитные бури)),полярными сияниями (См. Полярные сияния) и др. геофизическими явлениями, отражающими общее возмущение магнитного поля Земли (см. Вариации магнитные).

Т. о., воздействие активных процессов на Солнце (солнечных бурь) на геофизические явления осуществляется как коротковолновой радиацией, так и через посредство магнитного поля Земли. По-видимому, эти факторы являются главными и для физико-химических, и биологических процессов (см. Магнитобиология). Проследить всю цепь связей, приводящих к 11-летней периодичности многих процессов на Земле, пока не удаётся, но накопленный обширный фактический материал не оставляет сомнений в существовании таких связей. Так, была установлена корреляция между 11-летним циклом солнечной активности и землетрясениями, колебаниями уровня озёр, урожаями с.-х. культур, размножением и миграцией насекомых, эпидемиями гриппа, тифа, холеры, числом сердечно-сосудистых заболеваний и т.д. Эти данные указывают на постоянно действующие С.-з. с. Раскрытие механизмов С.-з. с. представляет большой научный и практический интерес. В частности, на этой основе может быть значительно повышена точность долгосрочных прогнозов погоды и необходимых для космонавтики прогнозов интенсивности корпускулярных потоков в околоземном пространстве. Влияние С.-з. с. на физические процессы изучает Гелиогеофизика, влияние на биологические процессы — Гелиобиология, на погоду — гелиометеорология.

Лит.: Эллисон М. А., Солнце и его влияние на Землю, М., 1959; Солнечно-земная физика. Сб., пер. с англ., М., 1968; Влияние солнечной активности на атмосферу и биосферу Земли, М., 1971; Ч ижевский А. Л., Земное эхо солнечных бурь, М., 1973.

М. А. Лившиц.

СОЛНЕЧНО-ЗЕМНЫЕ СВЯЗИ - влияние изменений солнечной активности на земные процессы: возникновение магнитных бурь, усиление ионизации газов в атмосфере, в биосфере - на урожаи сельскохозяйственных культур, эпидемии и т. д. Это влияние обусловлено усилением коротковолнового и корпускулярного излучений Солнца при солнечных вспышках и др. проявлениях солнечной активности.

solar-terrestrial relationship

(напр. связь магнитных бурь с пятнами на Солнце) solar-terrestrial relationship

СОЛНЕЧНО-ЗЕМНЫЕ СВЯЗИ

- система прямых или опосредованных физ. <связей между процессами на Солнце и Земле.

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

Рис. 1. Схема солнечно-земных связей.

В переносе энергии солнечных возмущений участвует вся среда между Солнцеми Землёй. Большую роль играет межпланетное магн. поле, к-рое регулируетпотоки 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. Атмосфераверхняя). Это воздействие не сводится только к изменению потоков энергии, <поступающих к Земле в том или ином диапазоне. Оно является также спусковыммеханизмом, вызывающим перераспределение накопленной в оболочках Землиэнергии. Перераспределение может происходить плавно либо скачкообразно(триггерный механизм).

Влияние Солнца на Землю наиболее отчётливо проявляется после вспышкина Солнце. Эл.-магн. излучение вспышки в УФ- и рентг. диапазонах вызываетдополнит. ионизацию верхних слоев ионосферы, что приводит к кратковрем. <ухудшению (или даже полному прекращению) радиосвязи на освещённой сторонеЗемли (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. случаяхдо 10-20%, рис. 2). Потоки солнечных космич. лучей от мощных вспышек представляютсобой один из гл. источников радиац. опасности для экипажей и оборудованиякосмич. аппаратов. Кроме того, вспышка генерирует мощную ударную волнуи выбрасывает в межпланетное пространство облако плазмы. Спустя 1,5-2 сутони достигают Земли и вызывают магн. бурю (см. Магнитные вариации), усиление полярных сияний, возмущения ионосферы, понижение интенсивностигалактич. космич. лучей и т. д. В результате флуктуации мощности солнечноговетра в магнитосфере и ионосфере генерируется широкий спектр эл.-магн. <волн с частотами 0,001-10,0 Гц, к-рые доходят до поверхности Земли. Вовремя магн. бурь интенсивность этого излучения возрастает в 10-100 раз(рис. 3). Магнитосферные и ионосферные вариации (см., напр., Земноймагнетизм )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 полушарияЗемли под влиянием солнечных космических лучей после вспышки 4 августа1972. Сплошные кривые - данные наблюдений в интервале широт 75-80°N через8 и 19 суток после вспышки; штриховая линия - расчётное содержание озоначерез 28 суток после вспышки (в %, относительно предвспышечного уровня).

Рис. 3. Спектр электромагнитного поля на поверхности Земли. По вертикальнойоси - напряжённость электрического поля Е, по горизонтальной - частотаколебаний (Гц). Стрелками отмечены частоты, на которых наблюдаются короткопериодическиеколебания геомагнитного поля, вызванные изменением солнечной активности, <и соответствующие им периоды. Цифрами I - III отмечены окна прозрачностидля электромагнитных волн в атмосфере Земли.

В климатологии и метеорологии получены доказательства статистич. связимежду частотой засух и 22-летним солнечным циклом, изменением приземногодавления и мощностью солнечного ветра, поведением др. метеопараметров иуровнем геомагн. возмущённости в целом (солнечно-тропосферные связи). Этиэффекты географически обусловлены (горы, граница суша - океан и т. п.)и связаны с распределением аномалий геомагн. поля, с областями неустойчивостиатмосферы.

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

Рис. 4. Сопоставление периодов некоторых биологических макроритмовс 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 Землипроисходят, по-видимому, на высотах стратосферы и в тропосфере. Из-за близостиэтих оболочек к поверхности Земли роль атм. электричества очень важна (особеннов солнечно-тропосферных и солнечно-биосферных связях). Однако в нек-рыхслучаях (напр., в крупных городах и промышленных районах) связь между геомагн. <колебаниями, электрич. состоянием атмосферы и биол. процессами может бытьзатушёвана влиянием мощных эл.-магн. полей искусств. происхождения.

Триггерный (спусковой) механизм имеет особое значение для процессовв атмосфере Земли. Показано, в частности, что при вхождении Земли в усиленныйпоток солнечного ветра заметно меняется картина распределения приземногодавления, растёт нестабильность тропосферы и изменяется интенсивность циркуляции, <причём совокупность свойств этих явлений указывает на триггерный механизмих происхождения. Не исключено, что и др. атм. процессы (ураганы, циклоныи т. п.) на нек-рых этапах их формирования и развития подвержены слабымэнергетич. воздействиям, обусловленным возмущениями в солнечном ветре имагнитосфере.

В изучении механизмов С.-з. с. важное место занимает лаб. моделированиетаких процессов, как солнечная вспышка (пересоединение магн. полой в плазмеи ускорение частиц) или обтекание магнитосферы Земли солнечным ветром. <Не меньший интерес представляют активные эксперименты в магнитосфере иионосфере по моделированию эффектов, вызываемых солнечной активностью:нагрев ионосферы мощным радиоизлучением от наземного передатчика, инжекцияэлектронных или ионных пучков с борта ИСЗ, выброс с борта ракет химическиактивных веществ, резко изменяющих электронную концентрацию в данной областиионосферы, 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 имеетбольшое прикладное значение. В частности, доказана возможность создатьискусственный радиац. пояс Земли, изменять свойства ионосферы и генерироватьэл.-магн. НЧ-излучение над заданным районом. Диагностика и прогноз радиац. <обстановки в космосе, магнитосферных и ионосферных возмущений крайне необходимыдля решения практич. задач в области космонавтики и радиосвязи, транспорта, <энергетики и нефтегазовой пром-сти, метеорологии и климатологии, сельскогохозяйства, биологии и медицины. Выяснилась связь солнечно-земной физикис глобальными экологич. проблемами и долговрем. изменениями в окружающейсреде.

Лит.: Витинский Ю. И., Солнечная активность, 2 изд., М., 1983;Чижевский А. Л., Земное эхо солнечных бурь, 2 изд., М., 1976; Акасофу С.-И.,Чепмен С., Солнечно-земная физика, пер. с англ., ч. 1-2, М., 1974-75; ВитинскийЮ. И., Оль А. И., Сазонов Б. И., Солнце и атмосфера Земли, Л., 1976; ГордиецБ. Ф., М а р к о в М. Н., Ш е л е п и н Л. А., Солнечная активность и Земля, <М., 1980; Мирошниченко Л. И., Солнечная активность и Земля, М., 1981; СидякинВ. Г. и др., Космическая экология, К., 1985; Комаров Ф. И. и др., Гелиогеофизическиефакторы и их воздействие на циклические процессы в биосфере, М., 1989. Л. И. Мирошниченко.