Прояви сонячної активності та їх вплив на Землю

За сучасними уявленнями, спалах - це раптове виділення енергії, накопиченої у магнітному полі активної зони.

На певній висоті над поверхнею Сонця виникає зона, де магнітне поле на невеликому відрізку різко змінюється за величиною і напрямком.

Рисунок – Магнітні поля Сонця

Це супроводжується прискоренням заряджених частинок і перетворенням їх на високоенергійні. При цьому речовина нагрівається, з'являється потужне електромагнітне випромінювання у рентгенівському, ультрафіолетовому та радіодіапазоні, а також у міжпланетний простір у радіальному напрямку викидається вузький струмінь частинок високої енергії зі швидкостями 3 000-30 000 км/с. У деяких найпотужніших спалахах навіть народжуються сонячні космічні промені - електрони, протони, нейтрони, с-частинки та інші, що рухаються зі швидкостями до 0,2-0,8 швидкості світла.

Процес розвитку невеликих спалахів триває 5 10 хв, найпотужніших - до семи годин. За цей час у ділянці сонячної поверхні протяжністю лише 1 000 км виділяється енергія близько 10 гі—1025 Дж, сумірна з енергією, що її випромінює Сонце з усієї своєї поверхні за 1 с, або з кількістю тепла, що його отримує Земля від Сонця за цілий рік.

З усіх активних утворень спалахи вирізняються своєю особливою здатністю впливати на геофізичний стан Землі. І хоча принцип утворення спалахів вчені зрозуміли, детальної теорії поки що немає.

Оскільки під час спалаху потік рентгенівських квантів зростає у 100-400 разів, то вже через 8 хв 20 с вони досягають орбіти Землі й проникають в іоносферу. Жорстке випромінювання спричиняє додаткову іонізацію повітря. Як наслідок, змінюється щільність іоносферних шарів і їхня відбивна здатність, а тому одразу ж порушується зв'язок на коротких радіохвилях. Почасти також руйнується озоновий шар, і до поверхні Землі проникає підвищена кількість ультрафіолету.

Через декілька годин після спалаху Землі досягає потік високоенергійних частинок. Завдяки наявності геомагнітного поля вони не потрапляють на земну поверхню, але в районах магнітних полюсів, де силові магнітні лінії виходять з поверхні або входять у неї, частинки проникають до висот 100 км, іонізують і збуджують атоми повітря.

При поверненні атомів до нейтрального стану відбувається висвічування, яке спостерігається у вигляді полярних сяйв.

Рисунок – Полярне сяйво

Ще через 1-2 доби Землі досягає підсилений потік сонячного вітру. Під його дією земна магнітосфера стискається. Але, як відомо, навколо Землі у пастці силових геомагнітних ліній є багато заряджених частинок (радіаційні пояси). На висоті 3-5і?0 вони утворюють в екваторіальній площині електричний струм, що тече зі сходу на захід. Цей струм, у свою чергу, створює власне магнітне поле, яке додається до геомагнітного. При посиленні сонячного вітру збільшується кількість заряджених частинок в радіаційних поясах, тому збільшується і екваторіальний електричний струм. Зростає при цьому і його магнітне поле, яке перешкоджає подальшому стисненню магнітосфери; більше того, вона розширюється.

При стисненні магнітосфери напруженість магнітного поля збільшується, при розширенні, навпаки, зменшується. Так виникає окремий сплеск геомагнітного збурення тривалістю близько години. Потужні сонячні збурення обумовлюють тривале підсилення сонячного вітру. В магнітосферу надходить один імпульс за іншим. Виникає послідовна серія збурень геомагнітного поля, коли його напруженість швидко і різко змінюється - настає магнітна буря .

Під час магнітних бур збурення геомагнітного поля можуть досягати такої сили, що в земній корі, у металевих предметах, у провідниках тощо індукуються досить сильні хаотичні електричні струми. Вони здатні спричиняти навіть аварії в телеграфно-телефонному зв'язку і виводити з ладу електричні прилади.

Так, під час сильної магнітної бурі 11 лютого 1958 р. у Швеції був зареєстрований вихід з ладу електричної лінії, на кабелях горіла ізоляція, горіли запобіжники і трансформатори. А електричні збурення в земній корі можуть спровокувати землетруси в сейсмічно активних районах.

Активність Сонця впливає на погоду. Цей зв'язок можна прослідкувати таким чином. Встановлено, що крім екваторіального кільцевого струму, в районах геомагнітних полюсів на віддалі 20 вночі та 10° удень на висоті близько 100 км приблизно вздовж магнітних паралелей також тече електричний струм. Після надходження від Сонця посиленого потоку заряджених частинок деяка їхня кількість затримується у високих широтах і підсилює цю течію. Збільшення струму призводить до додаткового розігріву атмосфери. Від місця розігріву вниз до тропосфери проникає хвилеподібний імпульс, який далі вздовж поверхні Землі поширюється впродовж кількох годин до низьких широт. Ці хвилі є тим енергетичним мостом між іоносферою і тропосферою, який передає енергію корпускулярних сонячних потоків погодному шару повітря. Вони підсилюють меридіональну циркуляцію повітря і зменшують зональну. Там, де тиск був низьким, він стає ще нижчим, а де був високим - ще вищим. За таких умов у тропічній зоні народжуються тайфуни, а у місцях з різко вираженим континентальним кліматом - засухи.

Сонячна активність і коливання клімату Землі. У ритмі з циклами сонячної активності настають певні коливання клімату Землі. У тисячолітньому циклі істотно коливається рівень води в озерах і морях, що видно на наступному прикладі.

У V ст. н. е. на березі Каспійського моря були збудовані порт Дербент і фортеця. Тепер залишки її стін перебувають на глибині близько 5 м, а в ХІ-ХІУ ст. ця глибина сягала 8 м.

Цікава також історія колонізації Ісландії. У 860 р. клімат цього острова був значно м'якшим, ніж тепер. Родючі землі й багаті на рослинність пасовиська були і в Гренландії, де в IX ст. існували два поселення із числом мешканців близько 5 000. Але з XIV ст. у північній півкулі, зокрема в Європі, різко похолодало, кількість опадів зросла. Заледеніння Арктики досягло значних розмірів, Гренландія була блокована льодом, і на 200 років зв'язок з нею перервався. А коли до неї пробилися через криги, там не було знайдено жодного мешканця.

Сонячна активність і біосфера Землі. Впливаючи на погоду і клімат, сонячна активність не може не впливати на рослинний світ. Було зібрано багато зрізів дерев з чітко вираженими річними кільцями. Серед них були зрізи секвої віком 3 200 років і дев'ятнадцяти 500-річних дерев. У всіх дерев визначали товщину річних кілець з точністю до 0,01 мм. Виявилося, що в роки максимумів сонячної активності приріст дерев був більшим, ніж у роки мінімумів. А те, що врожайність сільськогосподарських культур і відповідно ціни на них співвідносяться з кількістю сонячних плям, стало вже класичним прикладом.

Рисунок – Ілюстрація Сонячного вітру

До сонячної активності небайдужий і тваринний світ. Тісно пов'язані з 11-річним циклом періоди підвищеного розмноження каракуртів, бліх, пустельної саранчі тощо. Останню в періоди між піками сонячної активності взагалі не можна виявити.

До тваринного світу належать бактерії та віруси, що спричиняють різноманітні захворювання у людей і тварин. Через зміну їхньої чисельності та поведінки сонячна активність впливає на поширення епідемій і пандемій (розповсюдження хвороби на цілі країни та материки), а також на поширення епізоотій (масових захворювань тварин). Як показав О. Чижевський, у роки високої сонячної активності виникають пандемії холери, грипу, дизентерії, дифтерії тощо.

Вплив сонячної активності на людину. Численні дослідження показали, що найчутливішими до змін напруженості геомагнітного поля, обумовлених сонячною активністю, є нервова і серцево-судинна системи людини.

Вплив виявляється по-різному: через зміну електричних властивостей тканин людського організму; через вільні радикали у клітинах; через індукційні струми, що виникають в організмі під впливом геомагнітних полів; через зміну проникності клітинних мембран тощо. Як наслідок, у людей з хворобами серцево-судинної системи під час геомагнітних бур погіршується стан, збільшується число інфарктів та інсультів.

У здорових людей змінюється сприйняття часу, сповільнюється рухова реакція, різко знижується короткочасна пам'ять, об'єм та інтенсивність уваги. Навіть у спеціально тренованих людей - спортсменів вищого класу та льотчиків — зафіксовано підвищену кількість помилок при виконанні контрольних завдань. Різкі й часті збільшення збуреності геомагнітного поля, впливаючи на візерунок біопотенціалів мозку, погіршують сон.

Все це відбивається на виконанні робіт, які вимагають точності та уваги, спричиняє збільшення травматизму на виробництві та кількості автотранспортних пригод. А люди з порушеннями функцій головного мозку в такі дні часто потрапляють на лікарняне ліжко.

Сонячна активність впливає на систему крові людини. Під час геомагнітних бур швидкість згортання крові зменшується на 8%. А кількість білих кров'яних тілець - лейкоцитів, від яких, як відомо, залежить опірність організму різним інфекційним захворюванням, у роки активного Сонця знижується в 1,5-1,7 раза. Так що поширеність епідемій у цей час може залежати не лише від посилення діяльності патогенних мікроорганізмів.

Отже, можна з упевненістю сказати, що ізоляція біосфери від дії космічних чинників відносна. Біосфера дуже чуйно реагує на зміну параметрів зовнішнього середовища.

У зв'язку з цим дуже важливо вести регулярні спостереження за Сонцем і вміти аналізувати різні явища на ньому. Саме цим і займаються багато обсерваторій світу.

Запитання для самоперевірки

1. Як розуміти поняття «поверхня Сонця»?

2. Що таке гранули? Що таке спікули?

3. Як змінюється температура в атмосфері Сонця?

4. Що на сьогодні відомо про хімічний склад Сонця?

5. На якій підставі зроблений висновок про те, що Сонце обертається не як тверде тіло?

6. Що таке гравітаційна рівновага?

7. Що таке потенціальна енергія зорі?

8. За рахунок яких джерел енергії Сонце випромінює? Які зміни при цьому відбуваються з його речовиною?

9.Чому Сонце не вибухає як термоядерна бомба?

10. Що спричиняє появу плям на поверхні Сонця?

11. Що таке число Вольфа?

12. Що таке протуберанці?

13. Звідки береться енергія сонячних спалахів?

14. Що відомо про вплив окремих проявів сонячної активності на організм людини?

15. Перевірте твердження про те, що Земля отримує одну двохмільярдну частку енергії, яка випромінюється Сонцем у навколишній простір 18.2. Встановіть, чому дорівнює період обертання Сонця, якщо із спостережень визначено, що пляма, розміщена поблизу екватора, змістилась за 3 доби на 40°?