Проблема «Солнце — Земля»
Огромная роль солнечной энергии в жизни нашей планеты стала очевидной довольно давно. Нагревая поверхность Земли, Солнце приводит в движение массы воздуха, заставляя их перемещаться из одних районов в другие. Таким образом, наше дневное светило является основным «виновником» всех явлений погоды.
Однако влияние Солнца на погоду не ограничивается одним лишь тепловым воздействием. Наше дневное светило— источник не только света и тепла; с его поверхности излучаются потоки ультрафиолетовых и рентгеновских лучен, а также потоки корпускул —-заряженных частиц вещества. Воздействие этих излучений на характер процессов, протекающих в земной атмосфере, было замечено уже много лет назад, но только в последние годы стали вырисовываться некоторые подробности этой неощутимой связи. Хотя количество тепла и света, посылаемое на Землю нашим дневным светилом, уже на протяжении многих сотен миллионов лет остается постоянным, интенсивность его невидимых излучений может испытывать значительные изменения. Она зависит от так называемой солнечной активности, которая не всегда одинакова.
Наибольшее количество света испускает самый нижний слой солнечной атмосферы, так называемая «фотосфера» (что означает «светящаяся сфера»). Это и есть тот ослепительный диск, который мы наблюдаем па небе. Выше фотосферы находится сравнительно тонкий (около 14 000 км) красноватый слой — «хромосфера» (что означает «окрашенная сфера»), состоящая из водорода, кальция и некоторых других химических элементов. Над хромосферой на огромную высоту подымаются гигантские газовые фонтаны — протуберанцы. Газы в протуберанцах движутся с колоссальными скоростями, иногда достигающими 400—500 км/сек. Наконец, еще выше располагается самый внешний слой солнечной атмосферы — солнечная корона, состоящая из протонно-электронного газа. Корона простирается в космическое пространство на несколько сотен миллионов километров, заходя далеко за орбиту Земли. Можно с полным правом сказать, что мы живем внутри солнечной атмосферы.
При наблюдении невооруженным глазом поверхность Солнца представляется нам совершенно гладкой. Однако если посмотреть на дневное светило в достаточно сильный телескоп, мы увидим, что фотосфера состоит из множества отдельных зерен — гранул, которые находятся в постоянном движении. В фотосфере вблизи экваториальной зоны возникают и солнечные пятна — темные образования, поперечник которых достигает иногда 250 тыс. км.
Еще в начале XX столетия было обнаружено, что солнечные пятна обладают сильными магнитными полями. Напряженность этих полей достигает 1000 гаусс у небольших пятен и 4000 гаусс у крупных. Для сравнения можно сообщить, что напряженность земного магнитного поля у полюсов составляет всего 0,5 гаусса.
Но это и не удивительно, так как движение солнечных заряженных частиц всегда сопровождается образованием электрических и магнитных полей. Поэтому электромагнитные явления должны играть весьма существенную роль во всех физических процессах, происходящих на Солнце. Видимо, и возникновение солнечных пятен связано с действием магнитных сил. Во всяком случае, было замечено, что перед появлением пятна напряженность магнитного поля в данном районе атмосферы возрастает в несколько тысяч раз. Возможно, что такое усиление магнитного поля замедляет передачу тепловой энергии из центральных областей Солнца к фотосфере и возникают области пониженной температуры (примерно 4500—5000° по сравнению с 6000° к фотосфере). По контрасту с окружающей солнечной поверхностью такие области и выглядят темными пятнами.
Весьма вероятно также, что в местах ослабления магнитного поля происходят мощные выбросы энергии - факелы и протуберанцы.
Пятна — одно из внешних проявлений солнечной активности. По их количеству можно судить об ее уровне.
Но самое мощное проявление активности Солнца — так называемые вспышки, происходящие в нижних слоях солнечной атмосферы. Это термоядерные взрывы, возникающие благодаря быстрому сжатию магнитных полей и разогреванию солнечного вещества. Энергия одной из таких вспышек, зарегистрированной 23 февраля 1956 г., была но оценке ученых эквивалентна энергии одновременного взрыва миллиона водородных бомб.
Электромагнитные излучения вспышек доходят до Земли практически мгновенно (через 8 минут 18 секунд). Потоки же частиц, образующиеся при вспышках, в основном достигают пашен планеты через 1—2 суток. И лишь сравнительно небольшая часть движущихся с высокой скоростью частиц преодолевает расстояние между Солнцем и Землей за несколько часов.
Если световое и тепловое излучение нашего дневного светила из года в год практически не меняется, то в его поверхностной деятельности наблюдаются своеобразные циклы, в течение которых солнечная активность достигает максимального значения, а затем вновь убывает. Это случается примерно через каждые 11 лет. В такие годы па поверхности нашего дневного светила наблюдается большое количество пятен и вспышек, невидимые излучения достигают наибольшей интенсивности. Одновременно с этим на Земле возникают магнитные бури, происходят нарушения радиосвязи, наблюдается усиление ионизации верхних слоев атмосферы.
Помимо 11-летнего цикла солнечной активности существуют и другие, в частности, 100-летиий, или вековой.
Эти циклы как бы накладываются друг на друга. Благодаря этому общий уровень солнечной активности зависит от того, на каком «этапе» своего развития находится в данный момент каждый из циклов. Поэтому невидимые излучения Солнца достигают наибольшей интенсивности в те годы, когда максимумы циклов совпадают. Именно такое совпадение произошло, например, в 1957 г. Если посмотреть и л кривую, изображающую ход солнечной активности в текущем столетии, сразу можно заметить, что почти каждый очередной ее максимум расположен гораздо выше предыдущего. И максимум 1957— 1958 гг. был самым высоким за последние 100 лет.
Таким образом, «тепловой фон», на котором развертываются явления погоды, из года в год в среднем не меняется, но зато меняется воздействие солнечной активности на земную атмосферу и, в частности, на погоду. Механизм подобного воздействия исследован еще недостаточно, и сведения, которыми мы располагаем па этот счет, не выходят в основном за рамки чисто статистических закономерностей, но сам факт зависимости явлений погоды от интенсивности невидимой радиации Солнца в настоящее время уже не вызывает сомнений.
Так, одновременно с ростом максимумов солнечной активности с начала текущего столетия наблюдалось явное потепление климата. Например, граница вечных льдов в Арктике отступила па несколько сотен километров к северу. Если в 1901 г. ледокол «Ермак» не смог дойти даже до северной оконечности Новой Земли, то в 1935 г. ледокол «Садко» прошел по чистой воде на 600 км севернее этого места. В 1925 г. малые неледокольные суда впервые обогнули с севера по чистой воде остров Шпицберген, а в 1932 г. Землю Франца Иосифа. В период с 1924 по 1944 гг. общая площадь льда только в советских арктических районах уменьшилась приблизительно па 1 млн. квадратных километров.
О значительном потеплении говорит и неуклонный рост среднегодовых температур. Повышение среднегодовых температур отмечено на острове Шпицберген, на Земле Франца Иосифа, в Гренландии, в северных районах Советского Союза.
Если в 1895—1915 гг. средняя годовая температура в Архангельске составляла 0,2 градуса, то в период с 1916 по 1930 гг. она возросла до 0,9 градуса. А в районе Санкт-Петербурга за последние 130 лет средняя температура поднялась на 1,1 градуса. Чтобы оценить величину подобного потепления, достаточно сказать, что повышение средней годовой температуры псего лишь на один градус равносильно перемещению данной местности к югу на 600—700 км.
Отодвигается к северу граница вечной мерзлоты в Сибири. Высокие деревья, в том числе березы, постепенно, со скоростью около 100 м а год, начинают проникать в тундру, где раньше спи не могли расти из-за холодов. Растительность поднимается все выше и выше по склонам гор. Отступают ледники. Общее потепление не замедлило отразиться на целом ряде явлений природы. Многие реки, в том числе и Волга, стали вскрываться раньше, а замерзать позже, раньше начинают цвести многие деревья, раньше, чем прежде, прилетают и вестники весны — грачи. И вообще по всему земному шару весна наступает раньше, чем а прежние годы. Повышается температура поды в океане.
Кроме того, все чаше п чаще в различных районах нашей планеты наблюдаются длительные отклонения погоды от ее обычного состояния. Погода стала заметно неустойчивой. Летом после сильной жары наступают резкие похолодания, а зимой жестокие морозы сменяются неожиданными продолжительными оттепелями.
В традиционные зимние месяцы наблюдаются продолжительные периоды, когда погода на Европейской территории России почти целиком определяется теплыми воздушными массами, поступающими из района Атлантического океана. Арктическая же «кухня погоды», обычно то и дело поставляющая в Пиропу холодные массы воздуха, в это время почти не «работает».
Конечно, климат и погода — не одно и то же. Каковы бы ни были изменения погоды в отдельных районах Земли, они всегда остаются в известных границах. Эти границы и определяют климат данного района. Таким образом, климат — это многолетний режим погоды в данном районе, непосредственно связанный с его географическим положением.
Однако и климат и погода тесно связаны с Солнцем. Недаром само слово «климат» происходит от древнегреческого слова «клима», что означает «наклон». Речь идет о том угле, под которым солнечные лучи падают на землю в различных широтных зонах. Связь между деятельностью нашего дневного светила и погодой не столь прямая. Но одно уже более или менее ясно: солнечная активность воздействует на характер движения воздушных масс над поверхностью пашой планеты, на так называемую общую циркуляцию атмосферы.
Циркуляция воздуха бывает двух видов — зональная, когда ветры направлены по широте, главным образом с запада на восток, и меридиональная. Сотрудникам Сове1ского арктического и антарктического института удалось установить, что в годы минимума солнечной активности преобладает зональная циркуляция, обеспечивающая в северном полушарии относительно спокойную погоду, соответствующую обычным климатическим нормам. Наоборот, в годы максимума происходит интенсивный обмен воздушными массами между тропическими и полярными районами. Теплый воздух заходит далеко па север, а холодный на юг. Погода становится неустойчивой, а атмосферные явления приобретают иногда весьма бурный характер.
Не исключена возможность, что и потепление Арктики объясняется ходом векового цикла солнечной активности. В настоящее время этот цикл уже «перевалил» через свой максимум и теперь происходит постепенный спад солнечной активности. И хотя 11-летппе максимумы будут продолжать оказывать свое влияние па атмосферу, оно с каждым разом будет становиться все менее заметным. По мнению некоторых ученых, это должно привести к тому, что потепление Арктики прекратится и сменится постепенным похолоданием, растянутым на несколько десятилетий. Подобная точка зрения подтверждается наблюдениями советских ученых в Антарктике, проводившимися по программе Международного геофизического года. Было обнаружено, что хотя общая площадь ледяного покрова «по инерции» еще продолжает уменьшаться, его толщина уже начинает возрастать.
Конечно, подобный прогноз нельзя считать окончательным, так как нам известны еще далеко не все закономерности атмосферных процессов и далеко не все факторы, оказывающие влияние на погоду и климат Земли. Об этом говорит хотя бы тот факт, что, несмотря на то, что в 1964—1965 гг. наступил очередной минимум солнечной активности, а после максимума 1957—1958 гг. прошло к этому времени уже около семи лет, в погодных явлениях и в этот период довольно часто наблюдались весьма резкие отклонения от нормы.
Весьма вероятно, что сами циклы солнечной активности имеют гораздо более сложный вид, чем это представлялось нам раньше. Об этом свидетельствуют и некоторые данные по изучению солнечной деятельности.
Так, например, в результате многолетних наблюдений Солнца на Горной астрономической станции Пулковской обсерватории вблизи Кисловодска советский ученый М. М. Гневышев обнаружил весьма любопытный факт. Оказалось, что примерно через 2—3 года после очередного «обычного» максимума солнечной активности, которая характеризуется наибольшей площадью солнечных пятен, наступил второй, ранее неизвестный максимум солнечной активности, связанный со значительным увеличением яркости солнечной короны (внешней части солнечной атмосферы) на низких широтах Солнца (т. с. в удалении от солнечного экватора).
Точно такое же увеличение яркости короны наблюдалось и при обычном максимуме. Между тем, в этот период общая площадь пятен значительно меньше. Это наводит на мысль, что уровень солнечной активности связан не с площадью пятен, а с каким-то другим фактором.
И, действительно, Гневышеву удалось обнаружить, что возмущения в солнечной короне зависят не от площади солнечных пятен, а от того, с какой скоростью эта площадь изменяется.
Подобный вывод представляется весьма интересным и с точки зрения чисто физических соображений. Ведь известно, что величина напряженности электрического поля, возникающей в результате изменений магнитного поля, зависит от скорости этих изменений. И наоборот, величина напряженности магнитного поля зависит от того, с какой скоростью меняется электрическое поле. Между тем нет никаких сомнений в том, что физические явления, протекающие па поверхности Солнца, тесно связаны с электрическими и магнитными процессами. Поэтому зависимость, обнаруженная Гневышевым, весьма правдоподобна, тем более, что ученому удалось установить, что скорости изменения площади пятен, точно так же, как и величина возмущений в короне, одинаковы для первого и второго максимумов.
Сфера влияния солнечной деятельности на геофизические явления отнюдь не ограничивается атмосферными процессами. Физические условия на поверхности нашего дневного светила оказывают существенное влияние на распространение радиоволн в околоземном пространстве, на состояние магнитного поля Земли, возникновение полярных сияний. Статистические наблюдения обнаруживают и несомненную связь между солнечной активностью и целым рядом других природных процессов, происходящих на нашей планете.
Существует также немало земных явлений, относительно которых есть основания предполагать, что их причины лежат за пределами Земли — в космосе.
|
|
Читайте в рубрике «Планета Земля»: |