Rambler's Top100Astronet    
  по текстам   по ключевым словам   в глоссарии   по сайтам   перевод   по каталогу
 
На сайте
Астрометрия
Астрономические инструменты
Астрономическое образование
Астрофизика
История астрономии
Космонавтика, исследование космоса
Любительская астрономия
Планеты и Солнечная система
Солнце

Солнечно-земные связи

- система прямых или опосредованных физ. связей между гелио- и геофизическими процессами. Земля получает от Солнца не только свет и тепло, обеспечивающие необходимыйуровень освещенности и ср. темп-ру ее поверхности, но и подвергается комбинированному воздействию УФ- и рентгеновского излучения, солнечного ветра, солнечных космических лучей (рис. 1). Вариации мощности этих факторов при изменении уровня солнечной активности вызывают цепочку взаимосвязанных явлений в межпланетном пространстве, в магнитосфере, ионосфере, нейтральной атмосфере, биосфере, гидросфере и, возможно, литосфере Земли. Изучение этих явлений и составляет суть проблемы С.-з.с. Строго говоря, Земля оказывает некоторое обратное (по крайней мере, гравитационное) воздействие на Солнце, однако оно ничтожно мало, так что обычно рассматривают только воздействие солнечной активности на Землю. Это воздействие сводится либо к переносу от Солнца к Земле энергии, выделяющейся в нестационарных процессах на Солнце (энергетич. аспект С.-з.с.), либо к перераспределению уже накопленной энергии в магнитосфере, ионосфере и нейтральной атмосфере Земли (информац. аспект). Перераспределение энергии может происходить либо плавно (ритмич. колебания геофизич. параметров), либо скачкообразно (триггерный механизм).

Рис. 1. Картина корпускулярного излучения в окрестности
Земли (интегральный энергетический спектр протонов):
1 - спокойный солнечный ветер; 2 - возмущенный
солнечный ветер; 3 и 4 - частицы полярных сияний;
5-7 - солнечные космические лучи; 8 - галактические
космические лучи; 9 - геомагнитная широта, на
которую могут проникать извне протоны с энергией
выше заданной; 10 - шкала высот, на которые могут
проникать сверху протоны с энергией выше заданной;
11 - условная граница между плазмой и протонами,
движущимися в геомагнитном поле по штермеровским
орбитам. Левая шкала - поток протонов I [см-1с-1];
нижняя шкала - кинетическая энергия протонов в эВ.
Представления о С.-з.с. складывались постепенно, на основе отдельных догадок и открытий. Так, в конце 19 в. В.О. Биркелан (Биркеланд; Норвегия) вперые высказал предположение, что Солнце кроме волнового излучения испускает также и частицы. В 1915 г. А.Л. Чижевский обратил внимание на циклич. связь между развитием нек-рых эпидемий и пятнообразовательной деятельностью Солнца. Синхронность многих гелио- и геофизич. явлений (а также форма кометных хвостов) наводила на мысль, что в межпланетном пространстве имеется агент, передающий солнечные возмущения Земле. Этим агентом оказался солнечный ветер, существование к-рого экспериментально было доказано в начале 1960-х гг. путем прямых измерений с помощью АМС. Открытие солнечного ветра вместе с накопленными о др. проявлениях солнечной активности послужило основой для исследования физики С.-з.с.

Последовательность событий в системе Солнце-Земля можно проследить, наблюдая цепочку явлений, сопровождающих мощную вспышку на Солнце - высшее проявление солнечной активности. Последствия вспышки (рис. 2) начинают сказываться в околоземном пространстве почти одновременно с событиями на Солнце (время распространения эл.-магн. волн от Солнца до Земли чуть больше 8 мин). В частности, УФ- и рентг. излучение вызывают дополнительную ионизацию верхней атмосферы, что приводит к ухудшению (или даже полному прекращению) радиосвязи (эффект Деллинджера) на освещенной стороне Земли.

Рис. 2. Схематическое изображение эффектов,
наблюдаемых на Земле после мощной вспышки:
1 - видимое излучение вспышки; 2 -
радиоизлучение высокой частоты; 3 -
радиоизлучение низкой частоты; 4 -
солнечные космические лучи; 5 - вариации
галактических космических лучей (эффект
Форбуша); 6 - поглощение космических
радиошумов в полярных областях Земли;
7 - вариации геомегнитного поля (магнитная
буря). По вертикальной оси отложена
условная амплитуда эффектов, по
горизонтальной - время в часах после
начала солнечной вспышки.
Обычно мощная вспышка сопровождается испусканием большого количества ускоренных частиц - солнечных космических лучей (СКЛ). Самые энергичные из них (с энергией EK > 108-109 эВ) начинают приходить к Земле спустя > 10 мин после максимума вспышки в линии $H_\alpha$. Повышенный поток СКЛ с EK < 108 эВ у Земли может наблюдаться неск. десятков часов. Вторжение СКЛ в ионосферу полярных широт вызывают дополнит. ионизацию и соответственно ухудшение радиосвязи на коротких волнах. Имеются данные о том, что СКЛ в значит. мере способствуют опустошению озонового слоя Земли (озоносферы). Усиленные потоки СКЛ представляют собой также один из главных источников радиац. опасности для экипажей и оборудования космич. кораблей.

Вспышка генерирует мощную ударную волну и выбрасывает в межпланетное пространство облако плазмы. Двигаясь со скоростью свыше 100 км/с, ударная волна и облако плазмы за 1,5-2 сут достигают Земли и вызывают магн. бурю, понижение интенсивности галактич. космич. лучей (см. Вариации космических лучей), усиление полярных сияний, возмущения ионосферы и т.д. (см. Верхняя атмосфера, Магнитосферы планет). Имеются статистич. данные о том, что через 2-4 сут после магн. бури происходит заметная перестройка барич. поля тропосферы. Это приводит к увеличению нестабильности атмосферы, нарушению характера циркуляции воздуха (развитию циклонов и др. метеоявлений). Мировые магн. бури представляют собой крайнюю степень возмущенности магнитосферы в целом. Более слабые (но более частые) возмущения, называемые суббурями, развиваются в магнитосфере полярных областей. Еще более слабые возмущения возникают вблизи границы магнитосферы с солнечным ветром. Причиной возмущений последних двух типов явл. флуклуации мощности солнечного ветра. При этом в магнитосфере генерируется широкий спектр эл.-магн. волн с частотами 0,001-10,0 Гц, к-рые свободно доходят до аоверхности Земли. Во время магн. бурь интенсивность этого низкочастотного излучения возрастает в 10-100 раз. Большую роль в геомагнитных возмущениях играет межпланетное магн. поле (ММП), особенно его южный компонент, перпендикулярный плоскости эклиптики. Со сменой знака радиального компонента ММП связаны асимметрии потоков СКЛ, вторгающихся в полярные области, изменения направления конвекции магнитосферной плазмы и ряд др. явлений.

Статистически установлена связь между уровнем солнечной и геомагнитной возмущенности и ходом ряда процессов в биосфере Земли (динамикой популяций животных, эпидемий, эпизоотий, количеством сердечно-сосудистых кризов и др.). Наиболее вероятной причиной такой связи являются низкочастотные колебания эл.-магн. поля Земли. Это подтверждается лабораторными экспериментами по изучению действия эл.-магн. полей естественой напряженности и частоты на млекопитающих.

Рис. 3. Схема солнечно-земных связей.
Хотя не все звенья цепочки С.-з.с. (рис. 3) одинаково изучены, в общих чертах картина С.-з.с. представляется качественно ясной. Количеств. исследование этой сложной проблемы с плохо известными (или вообще неизвестными) начальными и граничными условиями затруднено из-за незнания конкретных физ. механизмов, обеспечивающих передачу энергии между отдельными звеньями.

Наряду с поисками физ. механизмов ведутся исследования информац. аспекта С.-з.с. Связи проявляются двояко, в зависимости от того, плавно или скачкообразно происходит перераспределение энергии солнечных возмущений внутри магнитосферы. В первом случае С.-з.с. проявляются в форме ритмич. колебаний геофизич. параметров (11-летних, 27-дневных и др.). Скачкообразные изменения связывают с т.н. триггерным механизмом, к-рыйприменим к процессам или системам, находящимся в неустойчивом состоянии, близком к критическому. В этом случае небольшое изменение критич. параметра (давления, силы тока, концентрации частиц и т.п.) приводит к качественному изменению хода данного явления или вызывает новое явление. Для примера можно указать на явление образования внетропических циклонов при геомагнитных возмущениях. Энергия геомегнитного возмущения преобразуется в энергию ИК-излучения. Последнее создает небольшой дополнительный разогрев тропосферы, в результате которого и развивается ее вертикальная неустойчивость. При этом энергия развитой неустойчивости может не два порядка превышать энергию первоначального возмущения.

Новым методом исследования С.-з.с. явл. активные эксперименты в магнитосфере и ионосфере по моделированию эффектов, вызываемых солнечной активностью. Для лиагностики состояния магнитосферы и ионосферы используются пучки электронов, облака натрия или бария (выпускаемые с борта ракеты). Для непосредств. воздействия на ионосферу используются радиоволны коротковолнового диапазона. Главное преимущество активных экспериментов - возможность контролировать нек-рые начальные условия (параметры пучка электронов, мощность и частоту радиоволн и т.п.). Это позволяет более уверенно судить о физ. процессах на заданной высоте, а вместе с наблюдениями на других высотах - о механизме магнитосферно-ионосферного взаимодействия, об условиях генерации низкочастотных излучений, о механизме С.-з.с. в целом. Активные эксперименты имеют также и прикладное значение. Доказана возможность искусственный радиац. пояс Земли и вызвать полярные сияния, изменять св-ва ионосферы и генерировать низкочастотные излучения над заданным районом.

Изучение С-з.с. явл. не только фундаментальной научной проблемой, но и имеет большое прогностическое значение. Прогнозы состояния магнитосферы и других оболочек Земли крайне необходимы для решения практических задач в области космонавтики, радиосвязи, транспорта, метеорологии и климатологии, сельского хозяйства, биологии и медицины.

Лит.:
Чижевский А.Л., Земное эхо солнечных бурь, 2 изд., М., 1976; Витинский Ю.И., Оль А.И., Сазонов Б.И., Солнце и атмосфера Земли, Л., 1976; Гордиец Б.Ф., Марков М.Н., Шелепин Л.А., Солнечная активность и Земля, М., 1980; Мирошниченко Л.И., Солнечная активность и Земля, М., 1981; Владимирский Б.М., Кисловодский Л.Д., Солнечная активность и биосфера, М., 1982; Витинский Ю.И., Солнечная активность, 2 изд., М., 1983.

(Л.И. Мирошниченко)


Глоссарий Astronet.ru


А | Б | В | Г | Д | З | И | К | Л | М | Н | О | П | Р | С | Т | У | Ф | Х | Ц | Ч | Ш | Э | Я 

Оценка: 2.9 [голосов: 109]
 
О рейтинге
Версия для печати Распечатать

Астронет | Научная сеть | ГАИШ МГУ | Поиск по МГУ | О проекте | Авторам

Комментарии, вопросы? Пишите: info@astronet.ru или сюда

Rambler's Top100 Яндекс цитирования