Билет 8. Солнечно-Земные связи.

Солнечно-земные связи, реакция Земли (её внешних оболочек, включая биосферу) на изменение солнечной активности. 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 ~1032 эрг (~1025 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 (~10–5—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 l<0,2 нм появляется в спектре Солнца лишь на короткое время после вспышек.

В ультрафиолетовом диапазоне (l 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 ч до 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 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 и т.д. (см. Земля, раздел III). Эти процессы сопровождаются колебаниями напряжённости геомагнитного поля (магнитной бурей), полярными сияниями 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.