Какие явления на земле связаны с солнечной активностью кратко

Обновлено: 02.07.2024

Солнце нельзя считать полностью стабильной звездой, оно постоянно меняет силу излучения, тем самым проявляется солнечная активность. Причины этой активности находятся в глубинах нашей звезды и определяются совокупностью нестационарных процессов, которые возникают и развиваются в глубинных областях звезды.

Солнечные пятна

Те области фотосферы, где выходят сильные, в несколько тысяч гауссов, магнитные поля, и являются солнечными пятнами. Они выделяются потемнениями на общем фоне поверхности. Это вызвано тем, что магнитное поле подавляет конвективные движения вещества, поэтому снижается поток переноса тепловых энергий. В 1947 году зафиксирована самая большая группа солнечных пятен. Её максимальная площадь составила около 18 млрд. км², что больше размеров нашей планеты в 100 раз. Самая долговременная группа просуществовала в 1947 году 7 месяцев.

Известны периоды, когда Солнце вообще не имело пятен. Это случалось два раза: первый раз (минимум Шперера) с 1400 года по 1510 год, второй (минимум Маундера) – с 1645 года по 1715 год.

Солнечные вспышки

Так называется процесс выделения энергии в солнечной атмосфере. Он имеет взрывной характер. Вспышки затрагивают все слои атмосферы. Они бывают и в фотосфере, и в хроносфере, и в солнечной короне. За несколько минут вспышки высвобождается энергия в миллиарды мегатонн, если исчислять её в тротиловом эквиваленте. Выделенная энергия – это электромагнитное и корпускулярное излучения. Они превращаются в потоки, называемые солнечным ветром. Это очень ионизированные частицы, мчащиеся со скоростями 300-1200 км/с. До Земли они добираются за двое-трое суток.

Корональные выбросы

Из солнечной короны происходит выброс вещества посредством энергии, накопленной в активных областях звезды. Выброс состоит из плазмы, содержащей электроны и протоны с незначительным количеством кислорода и гелия. Внешне выброс выглядит, как гигантская петля. Её основания – одно или оба – сцеплены с солнечной атмосферой. Высокое магнитное поле при этом представляется скрученными в жгут силовыми линиями.

Протуберанцы

Магнитное поле Солнца поднимает и удерживает над поверхностью более плотные и холодные (по отношению к короне) слои вещества. Это и есть протуберанец. При наблюдении они выглядят, как волокнистые или клочковатые структуры, или же постоянно движущиеся сгустки плазмы.

Влияние на Землю

Активность Солнца несомненно влияет и на нашу планету, и на её биосферу. Фактически, наша звезда определяет характер и ритм жизни планеты. Без неё существование Земли и жизни на ней невозможно, но оно же и главная опасность для них.

Земля хорошо защищена своим мощным магнитным полем, и именно оно отбивает атаки жёсткого облучения, вызванные вспышками нашего светила. Мы можем наблюдать следы этой борьбы в высоких широтах, где через полярные воронки магнитного поля просачиваются частички солнечного ветра. Они взаимодействуют с молекулами и атомами газов атмосферы Земли, вызывая красочные северные сияния.

Воздействие на человека

Но красоту полярных сияний дополняют магнитные бури, воздействующие на работу некоторых приборов, да и на организм человека. Ученый А.Л. Чижевский Чижевский, Александр Леонидович советский учёный, биофизик, философ, поэт, художник. ещё в 20-х годах понял, что солнечная активность влияет на возникновение заболеваний. Особенно явно это проявляется в сердечно-сосудистых заболеваниях. Эпидемии, поражавшие человечество в разные века, тоже укладываются в теорию учёного. Чижевским была составлена хронология эпидемий чумы с середины пятого века до конца девятнадцатого. Вспышки смертельной болезни пришлись на пики солнечной активности.

Учёные из Японии установили, что вспышки на Солнце могут изменить количество лейкоцитов в крови. Более того, с конца XIX по вторую половину ХХ веков среднее количество лейкоцитов уменьшилось в три раза. Это полностью совпало с интенсивностью солнечной активности. Магнитные бури, рождаемые взрывами солнечной активности, приводят к сбоям механизма свёртывания крови. Нервные заболевания учащаются и обостряются. Человек быстрее утомляется, а количество дорожных происшествий увеличивается. Это происходит из-за влияния магнитных бурь на биоритмы мозга человека.

Изучение солнечной активности привело к созданию новых наук: гелиобиологии и солнечно-земной физики. Они призваны исследовать взаимную связь земной жизни и климата с активными солнечными проявлениями, потому что солнечная активность – главный стимулятор жизненных процессов.

Воздействие на природу

Животный и растительный миры тоже зависимы от солнечной активности. Именно в их высшие значения саранча собирается в полчища, а рыбы увеличивают свою численность. Даже популяции соболей, когда активность Солнца на пике, растут.

Мировой океан изменяет свою температуру в зависимости от активизации светила. И это влияет на развитие морских растений и планктона.

Всплески солнечной активности вполне способны отрицательно повлиять на функционирование систем связи, линий электропередач. Нарушаются системы навигации авиационных и космических объектов, возникают вихревые токи в трансформаторах и проводниках.

Специфическими особенностями турбулентности в атмосфере является широкий спектр масштабов турбулентных неоднородностей (от мм до тыс. км) и существенное влияние вертикального распределения плотности на развитие мелкомасштабной турбулентности. Важную роль при формировании структуры турбулентности играют различного рода неустойчивости, присущие движущимся воздушным массам. В условиях сильно развитой турбулентности в атмосфере глобальная циркуляция воздуха также становится нестабильной. Возникают вихри, охватывающие пространство в тысячи километров и распадающиеся, в конце-концов, на более мелкие (от см до мм). При мелких размерах вихрей вязкость подавляет турбулентные флуктуации. Все течения в атмосфере, так или иначе связанные с конвекцией, оказываются не только сложными, но и неустойчивыми даже относительно слабых внешних возмущений.

Общая циркуляция атмосферы.

Современные принципы классификации форм атмосферной циркуляции северного полушария Вангенгейма – Гирса.

Проблема прогноза..

Вопрос о влиянии солнечной активности на погоду имеет практическое значение. Если это влияние существенно, его нужно учитывать в метеорологических прогнозах, значение которых важно для планирования и организации самых различных мероприятий. Прогнозирование текущей погоды на сроки до полусуток основываются на интенсивном подходе с использованием непрерывных наблюдений. При этом анализируются и экстраполируются данные наблюдений метеорологических полей, особенно мезо-масштабных полей облаков и осадков, полученных по данным со спутников и радиолокаторов. Численный (гидродинамический) метод прогноза погоды основан на математическом решении системы полных уравнений гидродинамики и получении прогностических полей давления и температуры на определенных промежутках времени. Вычислительные центры в Москве, Вашингтоне, Токио, Рейдинге (Европейский прогностический центр) используют различные численные схемы развития крупномасштабных атмосферных процессов. Точность численных прогнозов зависит от скорости счета вычислительных систем, количества и качества информации, поступающей от метеостанций. Чем больше данных, тем точнее расчет. Синоптический метод составления прогнозов погоды основан на анализе карт погоды. Сущность этого метода состоит в одновременном обзоре состояния атмосферы на обширной территории, позволяющем определить характер развития атмосферных процессов и дальнейшее наиболее вероятное изменение погодных условий в рассматриваемом районе. Такой обзор осуществляется с помощью карт погоды, на которые наносятся данные метеорологических наблюдений на различных высотах, а также у поверхности Земли, производимых одновременно по единой программе в различных точках земного шара. На основе подробного анализа этих карт синоптик определяет дальнейшие условия развития атмосферных процессов в определенный период времени и рассчитывает характеристики метеопараметров – температуру, ветер, облачность, осадки и т.д. Статистические методы прогноза позволяют по прошлому и настоящему состоянию атмосферы спрогнозировать погоду на определенный будущий период времени, т.е. предсказать изменения различных метеоэлементов в будущем. Часто выбирается комплексный подход – использование сразу нескольких частных методов прогноза одной и той же характеристики состояния атмосферы с целью выбора окончательного варианта прогноза. Поскольку земная атмосфера очень чувствительна к внешним воздействиям, предсказать погоду на длительный срок путем непосредственного расчета движения воздушных масс становится невозможным. Проведенные расчеты показали, что вначале близкие (в рамках гидродинамической модели атмосферы) различные решения затем быстро расходятся и приводят к качественно различным результатам. В процессе гидродинамических вычислений начальные ошибки возрастают вдвое в течение трех – пяти дней. А через две – три недели дальнейшие расчеты могут дать неопределенные результаты.

Основоположником гелиометеорологии считается метеоролог А.В.Дьяков (1900–1989), который в 1960–1980 руководил метеостанцией в поселке Темиртау (Горная Шория, предгория Алтая), считается основоположником гелиометеорологии, поскольку он прогнозировал погоду в районах Казахстана, Западной Сибири, Алтая и Урала на основании своих наблюдений солнечных пятен и даже был награжден за это орденом. Дьяков на несколько месяцев вперед давал долгосрочные прогнозы погоды с учетом активности Солнца. В своих прогнозах он опирался на идеи К.Фламмариона, А.В.Клоссовского (1846–1917) и А.И.Воейкова (1842–1916) о существовании двух атмосферных потоков: холодного (полярного) и теплого (экваториального). Помимо этого он большое внимание уделял работам Элеоноры Лир, разработавшей типы сезонной циркуляции. В результате Дьяков пришел к выводу, что земную атмосферу следует рассматривать как открытую автоколебательную систему, на которую влияет неравномерное солнечное излучение.

Игорь Цыганков приводит календарь Дьякова, в котором отмечены осадки и урожайность зерновых, начиная с 1892. Этим календарем пользуются уже многие годы. В нем приведены наблюдения за выпадением осадков более чем за 100 лет. Календарь применим для Восточной Сибири и Казахстана. Все пятые годы по этому календарю – засушливые. Дьяковскими прогнозами пользовалось и советское правительство. И.Цыганков ведет и свой календарь, начиная с 1955, который вполне совпадает с дьяковским: Например, в 1965 – урожай элитных зерновых на ухоженных полях составил всего 7 центнера с гектара. 1975 – урожайность еще ниже, всего 4 центнера.

Биологические проявления солнечной активности. Солнечная активность и биологические ритмы.

Макроскопические флуктуации и их связь с солнечной активностью СА.

Под руководством Шноля были открыты макрофлуктуации (МФ) – неравномерность протекания химических реакций в физико-химических средах. Это открытие в наши дни привело к новому этапу в развитии биологии – гелиобиологии. После того, как была обнаружена связь с действием космических агентов (СА) на МФ, расширились возможности поиска ритмики в физико-химических явлениях.

Суть МФ можно пояснить так: пусть в определенном объеме водного раствора измеряется скорость протекания некоторой химической реакции. Если последовательно со скоростью раз в несколько минут измерять скорость течения этой реакции, то значения скорости могут существенно отличаться друг от друга, во много раз превышая приборную ошибку. Число прореагировавших частиц, изменяясь во времени, дает ряд дискретных величин. Переход от одной величины к другой происходит самопроизвольно и быстро (за время меньше 0,01 с) и, что самое поразительное, в макрообъеме синхронно даже в двух отдельных, рядом расположенных сосудах. Со временем признаки МФ были обнаружены в самых различных процессах, что привело к выводу, что распространение МФ в среде физико-химических процессов носит всеобщий характер.

Техногенные проявления солнечной активности СА.

Важнейшие техногенные влияния СА:

1. Вызывают ионосферные возмущения.

2. Нарушают радиосвязь.

3. Являются источником радиационной опасности для космонавтов и оборудования космических кораблей.

4. Магнитосферные и ионосферные вариации усиливают электромагнитное излучение на частотах 0,001–10 Гц и влияют на навигацию (компасы и радио), кабельную связь (телекс, телефон), работу линий электропередачи, нефтепроводов и газопроводов.

Обнаружение солнечно-земных связей и воздействие на Землю солнечного излучения.

Еще в летописях древних наблюдателей, фиксировавших происходящие события, встречаются упоминания о возможной зависимости между солнечными и земными явлениями. Земные явления проявлялись в виде грандиозных геофизических катастроф (засухи, наводнения, землетрясения, извержения вулканов, полярные сияния, видимые во всей Европе и даже в тропических странах), смертоносных эпидемических заболеваний и массового голода (неурожаи пшеницы или рост цен на нее на биржах). На основании наблюдений солнечных пятен, полярных сияний и колебаний магнитного поля Земли датский астроном Горребов (середина 18 в.) был одним из первых, кто заподозрил зависимость явлений, наблюдаемых на Земле, от количества пятен на Солнце, т.е. от его активности. Предположение о корпускулярном излучении Солнца в конце 19 в. высказал норвежец К.О.Биркеланд. Многие, исходя из наблюдаемой или подозреваемой периодичности разных явлений в земной атмосфере, старались точно восстановить длину периодов и амплитуду колебаний, а потом уже их причину. Из подобных явлений лучше всего исследована предполагаемая приблизительно 35-летняя периодичность попеременно теплых и сухих и холодных и влажных периодов, на которые впервые указал профессор Э.Брюкнер.

Андрю Эллиот Дуглас (A.E.Douglass), американский астроном, основатель науки дендрохронология, изучал влияние солнечных пятен на климат Земли, разработал метод датировки по кольцам деревьев. В 1894 он опубликовал труд о связи климата с кольцами на спилах деревьев: широкое кольцо соответствует влажному климата, узкое – сухому. Разработал метод построения климатологических карт и археологического датирования по данным о годичных кольцах древесины.

Дуглас исследовал годичные кольца на пнях дерева Sequoia gigantea. Поскольку один экземпляр из этих тысячелетних гигантов обладал возрастом около 3200 лет, то оказалось возможным проследить величину прироста годичных колец на огромном промежутке времени. Из этих данных Дуглас сделал вывод о существовании колебаний климата, периоды которых являются числами, кратными 11-летнему циклу солнечной активности. Им был также выделен период в 101 год, возможно, соответствующий вековому циклу СА.

Рост деревьев и число солнечных пятен, по исследованиям живых деревьев Англии, Норвегии, Швеции, Германии и Австрии. Кривая роста деревьев имеет большие максимумы вблизи максимумов солнечных пятен, а также более слабые вторичные максимумы, приблизительно посредине между ними. Оба максимума в пределах одного 11-летнего цикла соответствуют ходу кривых общего выпадения осадков, отличающихся той же периодичностью (Дуглас).

Применение статистики для анализа солнечно-земных связей.

Спектральный анализ временных рядов – важнейший метод изучения свойств различных физических, биологических, метеорологических и прочих процессов в природе, для которых есть количественные характеристики в определенные моменты времени. Его цель – разделение временных рядов на различные частотные составляющие. Для этого наблюдаемый ряд данных разлагается в ряд Фурье. Получаемая зависимость амплитуд фурье-гармоник от частоты называется спектром ряда (процесса), а зависимость квадрата амплитуд называют спектром мощности. Анализ этой зависимости позволяет выявить важнейшие периодические закономерности изучаемого явления, провести сравнение с другими процессами и оценить соответствующие корреляции.

Анализ вариаций земных процессов и проявлений солнечной активности, а также сравнение их между собой показывают, что солнечная активность и обусловленные ею возмущения межпланетной среды проявляются во всех оболочках Земли, включая магнитосферу, все слои атмосферы, литосферу, биосферу и даже техносферу.

Шноль С.Э., Коломбет В.А., Пожарский Э.В. и др. О реализации дискретных состояний в ходе флуктуаций макроскопических процессов, т. 168. УФН., 1998, № 10
Кононович Э.В., Мороз В.И. Общий курс астрономии. УРСС, М., 2004
Владимирский Б.М., Темурьянц Н.А., Мартынюк В.С. Космическая погода и наша жизнь. Век 2, 2004

В XVIII в. шотландский астроном и геофизик Иоганн Ламопт заметил, что интенсивность и частота магнитных бурь тем выше, чем больше на Солнце пятен. Так была открыта связь земных явлений с солнечной активностью. Позднее, в 1801 г. английский астроном Уильям Гершель сообщил, что цены на хлеб (зависящие от урожайности) на протяжении целого столетия менялись в соответствии с максимумами циклов солнечной активности. Бельгийский астроном Фернан Моро в 1904 г. показал, что солнечные пятна влияют не только на мировой урожай хлеба, но и на урожай винограда, сроки цветения сирени во Франции и прилёта ласточек.
В России влиянием солнечной активности на землю занимался основатель гелиобиологии А. Л. Чижевский. Наблюдая за пятнообразовательной деятельностью Солнца, он обнаружил, что некоторые периоды усиления пятнообразования совпадали с развёртыванием и обострением военных действий на многих фронтах Первой мировой войны. Чижевский показал, что значительные исторические события имеют хорошо выраженную тенденцию повторяться примерно через каждые 100 лет, а внутри каждого столетия отчетливо вырисовываются ровно девять периодов максимальных напряжений человеческой деятельности. Таким образом, за минимальную естественную единицу отсчета исторического времени принят 11-летний цикл (историометрический цикл) , что совпадает со средней продолжительностью цикла солнечной активности. В годы максимумов Землю потрясали мятежи, войны и революции. В периоды спокойного Солнца гораздо чаще отмечалась склонность людей к миролюбию, а их интересы и энергия направлялись в область духовной деятельности.

Влияние солнечной активности на земную атмосферу и магнитное поле Земли весьма разнообразно: магнитные бури, полярные сияния, влияния солнечной активности на качество радиосвязи, засухи, ледниковые периоды и др. Изменение уровня солнечной активности приводит к изменению величин основных метеорологических элементов: температуры, давления, числа гроз, осадков и связанных с ними гидрологических и дендрологических характеристик: уровня озер и рек, грунтовых вод, солености и оледенения океана, числа колец в деревьях, иловых отложений и т. п.
С изменением солнечной активности учеными было замечено изменение численности насекомых и многих животных. В результате изучения свойств крови: числа лейкоцитов, скорости свертывания крови и др. , были доказаны связи сердечно-сосудистых заболеваний человека с солнечной активностью.

В России влиянием солнечной активности на землю занимался основатель гелиобиологии А. Л. Чижевский. Наблюдая за пятнообразовательной деятельностью Солнца, он обнаружил, что некоторые периоды усиления пятнообразования совпадали с развёртыванием и обострением военных действий на многих фронтах Первой мировой войны. Чижевский показал, что значительные исторические события имеют хорошо выраженную тенденцию повторяться примерно через каждые 100 лет, а внутри каждого столетия отчетливо вырисовываются ровно девять периодов максимальных напряжений человеческой деятельности. Таким образом, за минимальную естественную единицу отсчета исторического времени принят 11-летний цикл (историометрический цикл) , что совпадает со средней продолжительностью цикла солнечной активности. В годы максимумов Землю потрясали мятежи, войны и революции. В периоды спокойного Солнца гораздо чаще отмечалась склонность людей к миролюбию, а их интересы и энергия направлялись в область духовной деятельности. Влияние солнечной активности на земную атмосферу и магнитное поле Земли весьма разнообразно: магнитные бури, полярные сияния, влияния солнечной активности на качество радиосвязи, засухи, ледниковые периоды и др. Изменение уровня солнечной активности приводит к изменению величин основных метеорологических элементов: температуры, давления, числа гроз, осадков и связанных с ними гидрологических и дендрологических характеристик: уровня озер и рек, грунтовых вод, солености и оледенения океана, числа колец в деревьях, иловых отложений и т. п. С изменением солнечной активности учеными было замечено изменение численности насекомых и многих животных. В результате изучения свойств крови: числа лейкоцитов, скорости свертывания крови и др. , были доказаны связи сердечно-сосудистых заболеваний человека с солнечной активностью.

Солнце – не самая стабильная звезда. Внутри него постоянно протекают различные процессы, влияющие на силу солнечного излучения, отчего она регулярно меняется. Это и есть солнечная активность, и выражаться она может в разных формах. В каких именно, вы сегодня и узнаете.

Солнечные пятна

Солнечные пятна – это области фотосферы звезды, из которых выходят чрезвычайно мощные магнитные поля. В результате таких выбросов эти зоны начинают темнеть. Происходит это потому, что в это время значительно уменьшается перенос тепловой энергии через эти конкретные области. Пятна на Солнце – обычное явление, происходящее там постоянно. Истории известны лишь два временных периода, когда их не было совсем. Они названы минимумами Шперера и Маундера, и протекали несколько десятков лет в 13-14 и 17-18 веках. Самое большое количество пятен на Солнце было обнаружено в 1947 году. Их общая площадь составляла 18 миллиардов квадратных километров, что в сотню раз больше Земли.

Солнечные вспышки

В отличие от пятен, где потоки энергии замедляются, в этом случае они, наоборот, увеличиваются до таких масштабов, что происходит мощный взрыв. Вспышка прорывается через всю атмосферу с большой скоростью. За пару минут происходит высвобождение энергии объемом в несколько миллиардов мегатонн. После этого вырвавшееся излучение превращается в поток и несется по космосу на огромных скоростях. Это явление называется солнечным ветром, и после высвобождения оно достигает Земли примерно за 2-3 дня.

Солнечные вспышки

Корональные выбросы

Так называют выбросы вещества из солнечной короны. Энергия долго копится в зонах солнечной активности, а затем выбрасывается наружу, образуя эдакую огромную петлю. По большей части она состоит из плазмы.

Протуберанцы

Влияние на Землю

Солнечная активность оказывает непосредственное влияние как на Землю, так и на людей. Без всех этих процессов жизнь на нашей планете не существовала бы, но они же являются и одной из главных угроз для нас.

Магнитное поле Земли надежно защищает ее от облучения солнечным ветром, который происходит в результате вспышек. В полярных широтах это особенно наглядно показано. Там ветер все-таки проскальзывает сквозь магнитное поле, вызывая северное сияние.

Влияние на человека

Северное сияние – безусловно очень красивое явление, однако это не единственный побочный эффект солнечной активности. Нас также преследуют магнитные бури, которые негативно влияют не только на технику, но и на людей.

Активность на Солнце может стать причиной возникновения болезней сердечно-сосудистой системы и даже целой чумы. Ученый Чижевский еще в прошлом веке сопоставил периоды эпидемий и солнечной активности. Исследования показали, что все эти болезни пришлись на самый ее пик.

Японские ученые также рапортуют о том, что солнечные вспышки снижают количество лейкоцитов в крови человека. Именно магнитные бури влияют на плохую свертываемость крови, учащение заболеваний нервной системы, приводят к утомлению и сонливости.

Северное сияние

Влияние на природу

Флора и фауна тоже подвержена воздействию активности нашей звезды. На самом ее пике начинается нашествие саранчи, быстрее плодится рыба и даже увеличивается количество соболей.

Температура вод мирового океана постоянно изменяется в зависимости от уровня активности Солнца. А это влияет на многих морских животных и растений.

Читайте также: