Солнечная корона. Это наиболее разряженная часть солнечной атмосферы. Ее толщина равна нескольким радиусам Солнца. Ее модно наблюдать во время полного солнечного затмения.
На краю солнечного диска бывают видны протуберанцы. Это светящиеся разной формы образования из раскаленных газов. Их размеры доходят до сотен тысяч километров, а средняя высота - от 30 до 50 тыс. км. Возникновение протуберанцев часто сопровождает хромосферные вспышки в области солнечных пятен. Время существования этих вспышек - от нескольких минут до часа.
Масса Солнца в 333 тыс. раз больше массы Земли, а объем - в 1 млн. 304 тыс. раз. Отсюда следует, что плотность Солнца меньше плотности Земли. В основном Солнце состоит из тех же химических элементов, что и Земля, но водорода на Солнце больше, чем на Земле.
Наблюдения за поверхностью Солнца позволили установить, что оно вращается вокруг своей оси и полной оборот делает за 25,4 земных суток. Среднее расстояние от Земли до Солнца - 149,5 млн. км. Солнце вместе с Землей и всей Солнечной системой движется в мировом пространстве в направлении созвездия Лиры со скоростью 20 км/сек. Солнце и другие звезды удалены от нас на такие расстояния, которые обычно измеряются не километрами, а скоростью света (300 000 км/сек.). Свет от Солнца до Земли доходит за 8 мин. 18 сек.
Движение Земли вокруг Солнца происходит по орбите, имеющей приблизительно форму эллипса. Скорость движения Земли - около 30 км/сек. Полный оборот Земли завершается за 365,26 суток. Это время называется звездным годом. Ось Земли постоянно наклонена к плоскости орбиты под углом 66,5о. При движении Земли вокруг Солнца ось не меняет своего положения. Поэтом каждая точка земной поверхности встречает солнечные лучи под углами, изменяющимися в течение года. В разные периоды года полушария Земли получают одновременно неодинаковое количество солнечного тепла и света, что служит причиной смены времен года. На экваторе солнечные лучи падают почти под одинаковым углом в течение всего года, поэтому времена года там мало отличаются друг от друга. Это объясняется шарообразностью нашей Земли. В умеренных же широтах времена года сильно отличаются друг от друга. Это объясняется не толь шарообразностью Земли, но и различным положением планеты в течение всего года, что определяется наклоном оси вращения Земли к орбите и влияет на изменения угла падения солнечного луча.
Двигаясь вокруг Солнца, Земля вращается одновременно вокруг своей оси с запада на восток с полным оборотом в течение звездных суток или за 23 часа 56 минут 4,0905 сек. С этим движением на Земле связана смена дня и ночи. Только на полюсе нет обычного деления времени на дни и ночи, т. к. около полугода Солнце там не опускается за горизонт и столько же - не выходит. Только осенью и весной в этих широтах возможно наблюдать смену дня и ночи.
2. Роль Солнца в жизни Земли. Солнечный ветер и солнечная радиация
Солнце играет очень большую роль в жизни нашей планеты. Оно источник света и тепла на Земле. Испарение воды, выпадение осадков, течение рек, бури, грозы, засуши и все другие явления, обусловливающие климат и погоду на Земле, зависят от нагревания Земли Солнцем и изменяются в зависимости от изменений, происходящих на Солнце.
Так, по В.И. Вернадскому, самая существенная особенность биосферы - это биогенная миграция атомов химических элементов, вызываемая лучистой энергией Солнца и проявляющаяся в процессе обмена веществ, росте и размножении организмов.
К своеобразной разновидности круговоротов в биосфере относятся ее ритмические изменения. Ритмикой называется повторяемость во времени комплекса процессов, которые каждый раз развиваются в одном направлении. При этом различают две ее формы: периодическую - это ритмы одинаковой длительности (время оборота Земли вокруг оси) и циклическую - ритмы переменной длительности. Периодичность в биосфере проявляется во многих процессах: тектонических, осадко-накоплении, климатических, биологических и многих других. Ритмы бывают различной продолжительности: геологические, вековые, внутривековые, годовые, суточные и т.д.
Некоторые ритмы связаны с неравномерным облучением Земли в связи с ее движением вокруг Солнца. Изменение времени наступления равноденствий, наклона оси вращения к эклиптике и эксцентриситета земной орбиты соответствует периодам около 21 000 лет, 40000 лет и около 92000 лет. Эти периоды, выделенные югославским ученым М. Миланковичем, могли служить причиной климатических колебаний.
Солнечная радиация - поступающая на Землю энергия солнечного излучения в виде потока электромагнитных волн. Солнце излучает вокруг мощное электромагнитное излучение. Всего одна двухмиллиардная его доля попадает в верхние слои атмосферы Земли, но и она составляет огромное число калорий в минуту.
Далеко не весь энергетический поток достигает поверхности Земли. Большая его часть отбрасывается планетой в мировое пространство. Земля отражает атаку тех лучей, которые губительны для живого вещества планеты. На дальнейшем пути к Земле солнечные лучи встречают препятствие в виде наполняющих атмосферу водяного пара, молекул углекислого газа и частичек пыли, взвешенных в воздухе. Атмосферный «фильтр» поглощает значительную часть лучей, рассеивает их, отражает. Особенно велика отражательная способность облаков. В результате непосредственно земная поверхность получает лишь 2/3 той радиации, которая пропускается озоновым экраном, но и из этой части многое отражается в соответствии с отражательной способностью различных поверхностей.
На всю поверхность Земли поступает чуть более 100 тыс. калорий на 1см2 в минуту. Эта радиация поглощается растительностью, почвой, поверхностью морей и океанов. Она превращается в тепло, которое расходуется на прогревание слоев атмосферы, движение воздушных и водных масс, на создание всего великого разнообразия форм жизни на Земле.
Солнечная радиация поступает на земную поверхность различными путями:
1)прямая радиация: поступление радиации непосредственно от Солнца, если оно не закрыто облаками;
2)рассеянная радиация: поступление радиации от небесного свода или облаков, рассеивающих солнечные лучи;
)тепловая радиация: поступление радиации происходит от атмосферы, нагревшейся в результате воздействия радиации.
Прямая и рассеянная радиация поступает только днем и вместе они составляют суммарную радиацию. Та солнечная радиация, которая остается после потери на отражение от поверхности, называется поглощенной. Солнечную радиацию измеряют актинометром.
Космические лучи - поток частиц высоких энергий, со всех сторон падающий на Землю. Ядерные реакции в высоких слоях атмосферы вызваны космическими лучами отнюдь не солнечного, а галактического происхождения. И тем не менее, интенсивность этих космических лучей связана с солнечной активностью: чем больше пятен на Солнце, тем слабее поток космических лучей. Эта связь осуществляется солнечным ветром.
Солнечный ветер на расстоянии порядка 1013 м, т. е. на расстоянии примерно полусотни радиусов земной орбиты, сжимает силовые линии галактических магнитных полей. Космические лучи распространяются в основном вдоль магнитного поля. Только наиболее энергичные частицы космических лучей Галактики могут проникнуть вглубь этого магнитного пузырька вокруг Солнца. Расстояние до его границы солнечный ветер проходит за полгода - год. При спокойном Солнце солнечный ветер слабее, граница солнечной магнитосферы придвигается ближе и становится менее плотной. В результате растет интенсивность космических лучей, достигающих Земли, и доля 14С в атмосферной углекислоте.
Тепловое излучение Солнца постоянно. Солнечная активность изменяет только коротковолновую, нетепловую часть излучения при длинах волн, меньших 100 нм. На эту область, однако, приходится менее 1 % всей светимости Солнца. Коротковолновая часть солнечного излучения не проникает через верхние слои земной атмосферы. Поэтому солнечная активность практически не меняет тепловой поток, приходящий к нашей планете, почти не сказывается на погоде Земли. Переменное коротковолновое излучение Солнца существенно изменяет состояние только самой внешней оболочки земной атмосферы.
И ветры, и течения вызваны падающим на Землю излучением Солнца. Оно дает энергию движениям атмосферы и океана. Эта энергия диссипируется, переходит в тепло, при этом действительно возникают силы трения. Однако эти силы - внутренние. Для каждой такой силы, замедляющей вращение планеты, по третьему закону Ньютона найдется равная и противоположно направленная сила, ускоряющая вращение Земли. Суммарный момент всех внутренних сил равен нулю. Солнечное излучение не изменяет момента количества движения Земли - ветры и течения в среднем не замедляют Землю и не ускоряют ее.
Магнитные бури возникают под действием потоков солнечного ветра, интенсивность которых зависит от состояния нашего светила.
Солнце, как и Земля, обладает магнитным полем. На поверхности Солнца средняя величина магнитного поля оценивается в 1- 2 эрстед, т.е. в 2-4 раза выше земного. Напряженность магнитных полей солнечных пятен достигает более высоких значений: обычно 20-30 эрстед, а иногда и 3000 эрстед. Такая высокая напряженность магнитного поля внутри пятен приводит к снижению их излучатель ной способности. Магнетизм в группе больших пятен противоположен по знаку. Силовые линии выходят из одного такого пятна и замыкаются в другом. С противоположной стороны замыкание силовых линий происходит во внутренних областях Солнца. Сильное магнитное поле под пятнами снижает их температуру с 6000 до 4500 К. Вынос горячих масс плазмы из внутренних недр светила происходит в светлых областях солнечной поверхности. Появление максимума солнечных пятен связано с 11-летней цикличностью. Последний максимум такого цикла наблюдался в начале 1991 года. Нарастание максимума происходит 4,3 года, а спад - 6,7 года. С периодом 11 лет связана инверсия магнитного поля Солнца. В итоге полный цикл изменения его намагниченности происходит с полным периодом в 22 года. Изучая глинистые слои, исследователи установили, что и 700 миллионов лет назад проявлялся 11-летний цикл в солнечной деятельности.
С 11-летней цикличностью Солнца связан целый ряд явлений в атмосфере, гидросфере, литосфере и биосфере Земли. Эта периодичность четко увязывается с чередованием засух и наводнений на планете, отмечается в строении годичных колец деревьев, нарастании слоев целого ряда минералов (кальцитовых сталактитов, целестинов и т.д.), в напластовании песчано-глинистых осадков различных геологических эпох и т.д.
В изменениях солнечной активности обнаруживаются и короткопериодические циклы: 3-, 5- и 7-8-летние, а также длиннопериодные: 90-180-летние и др. Однако физическая природа всех этих циклов весьма слабо изучена.
В солнечную плазму «вморожено» магнитное поле, которое вытягивается из его короны в космическое пространство в виде волокон или струй. Вращение Солнца вокруг своей оси ведет к закручиванию линий в так называемую спираль Архимеда. Возникает 4 магнитных сектора. Направление магнитных полей в секторах взаимопротивоположно - в одном секторе оно направлено к Солнцу, а в другом - от Солнца. При вращении светила за один оборот (27 суток) тоновый слой 4 раза пересекает Землю, что ведет к изменению полярности внешнего магнитного поля также в 4 раза. Потоки плазмы (солнечного ветра) располагаются вдоль силовых линий Солнца. Наиболее мощные потоки частиц солнечного ветра вырываются из района полюсов светила, т.е. в тех его местах, где не замкнуты его магнитные силовые линии.
Исследователи, занимающиеся изучением солнечно-земных связей, в течение последних десятилетий на основе изучения статистических данных пришли к заключению, что при пересечении Землей неоднородных участков магнитных полей (на границе между двумя соседними секторами) происходит их воздействие на Землю. Советский геофизик А.И. Оль впервые отметил, что с этими границами должны быть связаны различные явления на нашей планете. На переход Земли из одного сектора в другой затрачивается двое суток. Магнитосфера Земли при этом испытывает некоторую перестройку, которая ощущается в нижней атмосфере, гидросфере, биосфере и литосфере. Специалисты указывают, что именно в такие периоды наблюдаются наиболее значительные изменения метеорологических факторов: турбулентность атмосферы, увеличение числа гроз, изменение давлений в атмосфере и т.д. Так, американский исследователь Р. Марксон еще в 1969 году отметил увеличение частоты гроз при пересечении Землей границы двух секторов. В 1974 году Дж. Уилкокс с коллегами на основе обработки данных искусственных спутников Земли обнаружили уменьшение количества облаков в атмосфере в момент перехода пограничной области между секторами. Это явление в 1977 году подметили также С. Хейнес и И. Халеви. Они объясняют его тем фактом, что корпускулы солнечного ветра способны в указанные моменты времени проникнуть через ионосферу и воздействовать на кучевые облака, располагающиеся в стратосфере. Воздушные шары-зонды, запускаемые в эти слои в момент солнечных вспышек, обнаружили увеличение электропроводности в 10 раз.
В период спокойного Солнца токовый слой распределяется в виде плоского диска. В период высокой активности Солнца токовый слой переходит из плоского в гофрированный. Земля в процессе своего движения по орбите находится то под токовым слоем, то над ним. Заметим, что ток по поверхности раздела течет в направлении, перпендикулярном магнитным силовым линиям.
Напряженность магнитного поля с удалением от Солнца падает. Величина его на орбитах планет достигает следующих значений (в гаммах): 25 - у Меркурия, 12 - у Венеры, 6 - у Земли, 3 - у Марса и 1,5 - у Юпитера.
В процессе возрастания и спада солнечной активности наблюдаются солнечные вспышки, обусловленные аномальными магнитными полями. Образуются они в местах максимального перепада магнитных полей. Академик А.Б. Северный (1913-1987) и его коллеги из Крымской астрофизической обсерватории показали, что в этих областях под действием магнитных полей возникают электрические токи в сотни миллиардов ампер. При вспышках выделяется энергия величиной примерно до 1025 джоулей в виде электромагнитного излучения и заряженных частиц высоких энергий. Величина вспышки эквивалентна ядерному взрыву в один миллиард мегатонн. Возникающее электромагнитное излучение достигает орбиты Земли за 8 минут 20 секунд, а частицы высокоэнергетической плазмы - за 1-2 суток. То и другое излучения прежде всего воздействуют на магнитосферу Земли и вызывают различные геофизические явления: магнитные бури, изменения геоэлектрических полей, перепады давления в атмосфере, оживление зон разломов литосферы, поступление через них повышенных количеств радиоактивного газа радона. Указанные явления приводят к оживлению землетрясений и вулканизма.
Магнитные бури возникают как при воздействии излучения вспышки на магнитосферу и ионосферу Земли, так и при пересечении планетой границ магнитных секторов. При возмущении ионосферы нарушается коротковолновая радиосвязь. Интенсивные потоки солнечной плазмы могут вызывать радиационную опасность для космонавтов, выходящих в открытый космос. Магнитные бури оказывают воздействие и на состояние здоровья человека на Земле. Возрастает число несчастных случаев на производстве, в быту и на транспорте из-за того, что снижается внимание водителей и пешеходов. В день появления сильных магнитных бурь увеличивается число заболеваний сердечно-сосудистой системы и смертельных случаев в 3-5 раз.
А.Л. Чижевский - мыслитель, поэт и художник - является основателем фундаментального направления в естествознании - гелио- и космобиологии. Ученый развивает идеи пульсации Вселенной, Солнца и их влияния на процессы жизни на Земле. «В этом бесконечном числе разной величины подъемов и падений, - пишет Чижевский, - сказывается биение общемирового пульса, великая динамика природы, различные части которой созвучно резонируют одна с другой». Пульсация Вселенной оказывает значительное воздействие на жизнь на Земле, на людей - их сознание, ритм жизни. Всем своим существом человек находится под влиянием мощных космических и геофизических факторов.
В работе «Физические факторы исторического процесса» Чижевский предлагает сопоставить исторические и Солнечные ритмы и объединить их в одной дисциплине - историометрии. В рамках последней он формулирует свой «основной морфологический закон»: «Течение всемирно-исторического процесса составляется из непрерывного ряда циклов, занимающих промежуток времени, равный, в среднем арифметическом, 11 годам и синхроничных в степени своей активности периодической пятнообразовательной активности солнца». Исторические циклы он разбивает на четыре периода: период минимальной возбуди-умости, равный трем годам, вмещает до 5% исторических событий; период нарастания возбудимости, длящийся два года, включает 20% событий истории; период максимальной возбудимости длиною в три года охватывает около 60% исторических событий; период падения возбудимости, равный трем годам, содержит 15% всех исторических событий. Обращая внимание на существенную зависимость всплесков социально-психической активности от солнечных циклов, Чижевский вместе с тем считает, что человечество способно познать эту зависимость и повергнуть ее себе во благо (используя дополнительную космическую энергию на созидание, творчество), не дожидаясь проявления разрушительной силы стихии.
А.Л. Чижевский считает необходимым обратить внимание на изучение влияния колебаний среды обитания на настроение, поведение человека. Он также убежден, что увеличение электромагнитной и радиоактивной деятельности Солнца влечет за собой увеличение заболеваний и смертей на планете Земля. Жизнь во Вселенной имеет свой пульс, свои периоды и ритмы. Задача науки будущего - выявить, где зарождаются, откуда исходят эти ритмы, познать биение общемирового пульса, великой динамики природы. Исследование внеземных радиации, считает Чижевский, способно в значительной степени повлиять на развитие эпидемиологии, которой следует связать данные явления с эпидемическими заболеваниями, человеческой патологией и смертностью.
Заключение
солнце вселенная магнитный пульсация
Итак, сегодня все более расширяется круг научных данных о влиянии космических излучений на различные земные организмы. Современные исследования по биомедицине приводят все больше свидетельств тому, что ритмы Земли, Солнца, Космоса оказывают влияние на эволюцию жизни.
Человечество широко использует не только прямую солнечную энергию в виде тепла и света, но и другие виды и формы, в которые она переходит, например, энергию воды и ветра (посредством водяных турбин на гидроэлектростанциях и т. п.). Каменный уголь - окаменевшие остатки растений, развившихся благодаря солнечному теплу. Это тоже запас солнечной энергии, скрытый в недрах Земли.
Солнце заливает Землю целым океаном энергии, который практически неисчерпаем. В настоящее время иногда применяются так называемые солнечные машины разных типов, т. е. аппараты, собирающие непосредственно солнечную энергию и превращающие ее в другие виды - энергию паровых и электродвигателей. В разных странах работают солнечные опреснители, водонагреватели, осушители. Полностью на энергии солнечной радиации работают запускаемые с Земли искусственные спутники, космические корабли.
Огромная часть солнечной энергии, падающей на Землю, остается, однако, не использованным. Кроме того, в понимании физических причин солнечной активности и других феноменов атмосферы Солнца, к сожалению, еще далеко нет полной ясности. А воздействие Солнца на окружающий нас мир огромно.
Список использованной литературы