199_p1912_D2_9575

скорости атомов водорода превышают 100 км/с, а у свободных электронов в 40 раз больше), плотность падает по мере удаления от Солнца.

Поток частиц от Солнца – солнечный ветер – заполняет область вокруг Солнца, включающую в себя все планеты Солнечной системы. Вблизи Земли скорость солнечного ветра в среднем 400–500 км/с. Область, где превалируют частицы солнечного ветра (по сравнению с частицами, прилетевшими от других звезд), называется гелиосферой. Границы гелиосферы до сих пор неизвестны. Космические аппараты «Пионер» и «Вояджер», запущенные в 70-е гг. ХХ в. и преодолевшие орбиту Плутона, не достигли границы гелиосферы и продолжают полет в ее пределах.

Излучение Солнца характеризуется набором длин волн – от гаммалучей до длинных радиоволн, испускаемых с уровня фотосферы. Максимум в распределении мощности излучения по длинам волн падает на оптический диапазон, в районе желтого цвета. Поэтому Солнце выглядит желтоватым и относится к типу звезд – желтых карликов.

Солнце в современную эпоху является звездой с высокостабильным режимом энерговыделения. Стационарность солнечного излучения обеспечивает внешние условия для поддержания стабильности состояния поверхностей планет, включая Землю. По мнению ученых, через 6,5 млрд лет в ходе эволюции Солнце превратится в «красного гиганта» со светимостью, вдвое превышающей нынешнюю. Оно разрастется до огромных размеров и поглотит Меркурий, Венеру и, вероятно, Землю (Наука из первых рук, 2007). Впоследствии светило должно сжаться до размеров «белого карлика». На этом его эволюция завершится.

Выдающийся астрофизик Артур Эддингтон высказался, что нет проще звезды, чем Солнце. Однако природа оказалась значительно сложнее. Два фактора, действующие на Солнце, существенно усложнили и сделали нестационарными (переменными во времени) многие процессы.

Во-первых, в недрах Солнца генерируются мощные магнитные поля. Поскольку Солнце состоит из ионизованной при высоких температурах плазмы, движения заряженных частиц (токи) создают магнитные поля разнообразных конфигураций, масштабов и напряженностей. Определяющим становится свойство «вмороженности» магнитного поля в плазму, т. е. вещество движется только вдоль силовых линий магнитного поля, а поток вещества может увлекать за собой и деформировать конфигу-

рацию поля (Современная геодинамика…, 2002).

Во-вторых, основополагающим становится свойство дифференциального вращения Солнца. Экваториальные слои близ поверхности совершают один оборот вокруг оси вращения за 25 суток. При удалении от

121

экватора скорость вращения снижается, вблизи полюсов один оборот составляет 30–35 суток. Дифференциальное вращение вытягивает, искривляет и скручивает силовые линии магнитного поля. Это приводит к тому, что на поверхности возникают (всплывают из подфотосферных слоев) локальные области с магнитными полями различной напряженности. Согласно свойству «вмороженности» поля, на поверхности и в атмосфере Солнца возникает множество сложных структур. Например, жгуты из силовых линий магнитного поля (силовые трубки магнитного поля) очень высокой напряженности – 1–4 тыс. Гаусс. Выход излучения в этих местах затруднен, в связи с этим обстоятельством температура здесь на фотосферном уровне оказывается пониженной примерно на 1500°, по контрасту с ярко светящейся фотосферой они выглядят, как более темные участки – солнечные пятна, которые с Земли наблюдаются как участки пониженной яркости на сверкающем солнечном диске. Величина пятен колеблется от 1 тыс. км до 40 тыс. и более километров (самое большое достигало 100 тыс. км). Наиболее маленькие пятна называются порами и выглядят они практически бесструктурными. Более крупные обычно имеют два характерных элемента: более темная тень в центре окружена относительно светлой полутенью. При переходе от тени к полутени интенсивность излучения меняется скачкообразно. В полутени выделяются радиальные (по отношению к тени) волокна – яркие и темные. Пятна бывают разной конфигурации. Встречаются достаточно сложные, когда в пределах одной протяженной полутени наблюдаются несколько отдельных участков тени (ядер) разных форм и размеров. Важное свойство пятен – то, что они обычно появляются и развиваются группами. Наиболее мощные группы солнечных пятен могут насчитывать многие десятки (сотни) близко расположенных пятен и пор. Даже после исчезновения пятен активная область еще продолжает существовать – остаются поля факелов и некоторые петли.

Поскольку магнитное поле должно быть замкнутым, силовые линии пятен, как правило, замыкаются поблизости на другие участки поверхности Солнца, которые проявляются как пятна противоположной магнитной полярности либо как факелы. Простейшие группы пятен представляют биполярную структуру – два пятна противоположной полярности, силовые линии выходят из одного пятна и входят в другое. Пятна в небольшом количестве возникают на 40° параллелях в северном и южном полушариях Солнца. Постепенно процесс пятнообразования нарастает, а число образующихся активных областей увеличивается, смещаясь в приэкваториальную область. После максимума активности число пятен по-

122

степенно уменьшается, последние активные области цикла образуются уже вблизи экватора. После минимума активности наступает новый цикл, меняется на обратное расположение знаков магнитных полярностей в активных областях.

Факты истории

Считается, что китайцы первыми наблюдали пятна на солнечном диске. Первое упоминание о пятнах в древнекитайских хрониках датируется 28 г. до н. э.: «…в марте первого года правления императора Хэпина взошло желтое солнце, в центре которого было пятно размером с монету…». В этих хрониках, охватывающих период около 1600 лет, содержится свыше 100 упоминаний о солнечных пятнах. Ученые считают, что в обнаружении пятен китайцам помогло загрязнение атмосферы, связанное с тем, что северо-западные ветры приносили в Китай песок и пыль из пустыни Гоби и монгольских степей. Сквозь дым, пыль и вулканический пепел Солнце проглядывало тусклым медным диском без лучей, и на него можно было легко смотреть незащищенными глазами. Только при таких условиях можно было легко различать пятна (Чижевский, 1995). Кроме того, А. Л. Чижевский обращает внимание на особое положение китайцев среди прочих народностей в отношении остроты зрения. Визиус китайцев в среднем выше визиуса европейцев. Китайцы тщательно следили за пятнами, определяя их форму свойственной им символикой. Они сравнивали пятна с куриным яйцом, с уткой, с персиком, сливой и прочими предметами. В Европе пятна на Солнце были открыты в XVII в. Первым, кто сообщил об открытии пятен на Солнце, был Фабрициус (1587–1615) – и опять Средние века. В 1611 г. своей работе «Описание наблюдаемых на Солнце пятен, передвигающихся вместе с Солнцем» он изложил результаты систематических наблюдений за пятнообразовательной деятельностью Солнца. Регулярные наблюдения за этим процессом, в понимании Средневековья, начались одновременно с изобретением Галилеем простого телескопа, состоявшего из двух, находившихся на определенном расстоянии друг от друга и от глаза человека линз. Большая заслуга в изучении пятен на Солнце принадлежит патеру Шейнеру (1575– 1650). В это время церковь яростно сражалась с еретиками «противниками» чистоты и незапятнанности Солнца. Поэтому Шейнеру было запрещено публиковать свои наблюдения и только после публикаций Фабрициуса такая возможность была предоставлена и Шейнеру. Чтобы сохранить чистоту и незапятнанность, чистоту и совершенство Солнца, он пытался объяснить происхождение пятен прохождением перед диском Солнца других планет. Однако мнение Шейнера не разделяли Галилей и Фабрициус, которые считали пятна образованиями на самой поверхности Солнца (Чижевский, 1997). Предполагают, что на этой почве между Шейнером и Га-

123

лилеем завязался спор, который оказался роковым для Галилея. Подозревают, что выходом книги «Диалог о двух великих системах мироздания» и своими саркастическими замечаниями Галилей навлек на себя гнев святой инквизиции. Вынужденный «отречься от ложного заблуждения, что Солнце является центром мироздания», Галилей окончил свои дни под домашним арестом. Однако инквизиция оказалась не в силах воспрепятствовать распространению его прогрессивных идей, совершивших переворот в астрономии. Лишь в 1992 г. католическая церковь признала необоснованность выдвинутых против Галилея обвинений. Утверждение Галилея о том, что пятна есть ничто иное, как образования на самой поверхности Солнца, вскоре было признано и Шейнером. Двумя годами позже исходя из наблюдений о движении солнечных пятен Галилей, Фабрициус и Шейнер открыли скорости обращения Солнца вокруг своей оси, определив это время равным

26–27 дням.

Немецкий астроном-любитель Генрих Швабе 17 лет вел систематические наблюдения за солнечными пятнами. Он заметил, что их количество убывает от максимума к минимуму, затем вновь увеличивается до максимального значения за период около 10 лет. Сообщение о своем открытии Швабе опубликовал в 1843 г. Затем, много лет спустя и благодаря наблюдениям американского астронома Джорджа Эллери Хейла (1908 г.) стало известно, что активность Солнца имеет магнитную природу, а солнечные пятна обладают интенсивным магнитным полем.

В 1848 г. цюрихский врач и гелиофизик Вольф предложил способ подсчета солнечных пятен и их групп. Для характеристики солнечной активности используется относительное число пятен, или число Вольфа

W = k (10f +g),

где f – число групп пятен, наблюдаемых одновременно на диске Солнца, g – полное число отдельных пятен на Солнце, k – нормировочный коэффициент, определяемый для телескопа, на котором проводятся наблюдения. На рис. 2.1 представлены вариации солнечной активности, выраженной в значениях чисел Вольфа, по годам столетий.

В середине 50-х гг. по анализу исторических фактов мониторинговый ряд чисел Вольфа был удлинен в прошлое вплоть до 650-х гг. до н. э. гелиофизиком Шоувом, что позволило выявить длиннопериодные гармоники солнечной активности. В конце XIX в. с пятнами на Солнце начали сопоставлять различные земные процессы.

124

ление факела связано с усилением конвекции, вызванным слабым магнитным полем. Группы пятен и окружающие их факельные поля, образуют так называемые активные области на Солнце.

Над линиями раздела магнитных полярностей в хромосфере могут возникать облака из относительно плотного газа (протуберанцы). Вещество протуберанца поддерживается арками из силовых линий магнитного поля. Длина протуберанца может достигать сотен тысяч километров, а ширина не превышает 6–10 тыс. км. Через протуберанцы постоянно происходит обмен вещества хромосферы и короны. Возникновение, развитие и движение протуберанцев тесно связано с эволюцией групп солнечных пятен. На первых стадиях развития активной области пятен образуются короткоживущие и быстроменяющиеся протуберанцы вблизи пятен. На более поздних стадиях возникают устойчивые спокойные протуберанцы, существующие без заметных изменений в течение нескольких недель и даже месяцев. После этого может внезапно наступить стадия активизации протуберанца, проявляющаяся в возникновении сильных движений, выбросов вещества в корону и в появлении быстро движущихся эруптивных протуберанцев. Пятна, факелы, протуберанцы отличаются широким спектром морфологических типов и времени жизни – от часов до многих недель (в отдельных случаях – месяцев).

Магнитное поле в активных областях способно накапливать огромную энергию, которая может импульсно освобождаться в виде грандиозных взрывов на Солнце так называемых солнечных вспышек. Наиболее мощные вспышки высвобождают до 1031 эрг энергии. Во время вспышек выбрасывается огромное количество протонов, альфа-частиц и электронов. Потоки частиц достигают внешних оболочек Земли через несколько часов (или десятков часов), вызывая ряд эффектов. Кроме того, вспышки создают кратковременные всплески электромагнитного излучения на некоторых длинах волн. Электромагнитное излучение за 8 с лишним минут преодолевает расстояние от Солнца до Земли. Спокойный солнечный ветер имеет скорость 250–400 км/с при его плотности в районе орбиты Земли 7–20 частиц/см2. Полная мощность солнечного ветра, приходящаяся на магнитосферу Земли, составляет 1010 кВт, а температура – при-

мерно 105 К (Мазур, Иванов, 2004).

Изменения потока электромагнитного излучения и заряженных частиц от Солнца во время вспышек сказываются на земных процессах. При вспышках на Солнце скорость солнечного ветра возрастает до 1000 км/с, а плотность – 100 частиц/см2. Происходят изменения в магнитосфере Земли, возрастает ее деформация, степень ионизации верхней атмосферы (ионосферы). В районе полюсов образуются «щели», через которые возможен прорыв горячей плазмы в верхние слои атмосферы. Частицы,

126

«скатывающиеся» вдоль силовых линий магнитного поля Земли в атмосферу вблизи магнитных полюсов, вызывают свечение атомов и молекул кислорода и азота на высотах 90–12 км. Отмечены случаи выхода из строя электрических и электронных систем, реагирующих на вариации электромагнитного фона. Во всех других областях магнитосферы возможно лишь медленное просачивание частиц солнечной плазмы. Выявлен целый ряд типов откликов на импульсные солнечные события в земных оболочках. Под воздействием усиленных потоков от Солнца в течение несколько часов, а иногда и дней, изменяется по направлению и напряженности магнитное поле Земли. Такие процессы называются магнитными бурями.

В конце ХХ в. спутниковые наблюдения обнаружили еще один тип солнечной активности – выбросы корональной массы – грандиозные выбросы сгустков вещества (газа), распространяющихся с высокими скоростями и способных достигать Земли.

Важной характеристикой светимости Солнца является «солнечная постоянная» – количество энергии солнечного происхождения, которая переносится электромагнитным излучением через единичную площадку, расположенную перпендикулярно солнечным лучам на расстоянии 1 а. е. от Солнца за пределами земной атмосферы за единицу времени. Она равна – 1400 Вт/м2. Долгое время считалось, что этот параметр величина постоянная, однако с начала применения спутников для исследования космоса, выяснилось, что солнечная постоянная меняется по своей величине в течение солнечного цикла на 0,02 % – в периоды активного Солнца она больше. Одновременно размеры солнечного диска в периоды высокой солнечной активности тоже увеличиваются. Меняются в соответствии с цикличностью и размеры и форма Солнечной короны: в периоды активного Солнца она имеет изометричную форму, в периоды низкой солнечной активности – становится эллиптичной, очень узкой над полярными областями и очень широкой в приэкваториальной.

Весь комплекс нестационарных процессов и явлений магнитной природы называется солнечной активностью. Сложное взаимодействие существующего режима генерации магнитных полей и дифференциального вращения приводит к явлению цикличности солнечной активности. Количество активных областей, а также связанных с ними вспышек, протуберанцев и т. д. периодически меняется почти от нуля (минимумы солнечной активности) до довольно больших значений. Продолжительность цикла солнечной активности оценивается 11 годами. Продолжительность магнитного цикла, в течение которого расположение магнитных полярностей в активных областях возвращается к начальному состоянию, составляет 22 года – циклы Хэйла (табл. 2.1).

127

Таблица 2.1

Продолжительность известных циклов солнечной активности

В течение ХХ в. были выполнены тысячи работ, в которых отмечено, что для многих процессов на Земле, как и на Солнце, также характерна 11-летняя цикличность. Одним из родоначальников исследований в области солнечно-земных связей является А. Л. Чижевский, который обнаружил 11-летние вариации интенсивности потока информации об исторических событиях. А. Л. Чижевский был основоположником нового научного направления – гелиобиологии. Он впервые обосновал влияние солнечной активности на размножение бактерий, возникновение вирусных и «психологических» эпидемий в социуме. Он считал, что воздействию солнечной активности сильно подвержена психика людей, как отдельных индивидуумов, так и обществ в целом. Больше всего исторических событий – начало войн, крестовых походов, восстаний и т. п. происходит на фазе максимумов 11-летних циклов солнечной активности. Все это случается и на других фазах цикла, но в максимумах получается систематически больше. Как будто степень «психической» возбудимости людей немного меняется в зависимости от ритмов Солнца, и наступают периоды, когда человек больше подвержен внешним влияниям и быстрее склоняется к активным действиям (Чижевский, 1995). Выяснилось, что 11-летняя цикличность влияет на живую природу. По этому закону нарастает древесина на деревьях: ширина годовых колец меняется с 11-летней периодичностью. С этой же периодичностью иногда повторяются засухи и наводнения, что приводит к колебаниям урожаев и цен на сельскохозяйственную продукцию. Частота эпидемий чумы и холеры в минувшие столетия, частота эпизоотий у грызунов, частота налетов саранчи – все это подчиняется 11-летнему закону. Число вызовов

128

скорой помощи по поводу инфарктов миокарда немного увеличивается в среднем через пару дней после наиболее мощных солнечных вспышек.

Факты истории

Александр Леонидович Чижевский родился 23 января 1897 г. в местечке Цехановец Гродненской губернии в семье потомственных военных. Отец – Леонид Васильевич (1861–1929) окончил Александровское военное училище. В 1916 г. получил генеральский чин, занимался разработкой ракетного оружия, изобрел командирский угломер для стрельбы артиллерии по невидимой цели с закрытых позиций. После революции служил в Красной Армии. Мать – Надежда Александровна (1875–1898) умерла от туберкулеза, когда сыну не было года. Воспитанием Александра занималась родная сестра отца Ольга Васильевна Чижевская–Лесли. Чижевский получил прекрасное домашнее образование, которое включало в себя естественнонаучные и точные дисциплины, но наибольший интерес представляли для него гуманитарные науки. В 1913 г. отец получил назначение в Калугу. Александр поступает в частное реальное училище Ф. М. Шахмагонова. Учась в училище, он увлекается литературой, астрономией. В 1914 г. знакомится с К. Э. Циолковским, отношения с которым с годами переросли в дружбу.

В1915 г. А. Л. Чижевский закончил реальное училище, сдав все выпускные экзамены на «отлично». Лето 1915 г. посвятил наблюдениям за Солнцем. Летом того же года издал первую книгу – «Стихотворения». В сентябре 1915 г. уезжает в Москву, поступает вольнослушателем в Археологический институт. В октябре 1915 г. сделал первый доклад о результатах своих наблюдений за Солнцем «Влияние пертурбаций на электрическом режиме Солнца на биологические явления». Будучи студентом, посещает московские литературные вечера и кружки, знакомится с И. А. Буниным, В. Я. Брюсовым.

Виюле 1916 г. пошел добровольцем в армию, участвовал в боевых действиях на Галицком фронте, был ранен, награжден солдатским Георгиевским крестом и демобилизован в декабре 1916 г.

Вмае 1917 г. защищает диссертацию в Московском археологическом институте на тему «Русская лирика XVIII в.», зачислен в действительные члены института с присвоением звания ученого археолога. В 1917–1923 гг. читает курсы лекций в Археологическом институте, в качестве вольнослушателя посещает лекции физико-математического факультета Московского университета, участвует в работе калужского общества по изучению природы.

Вмарте 1918 г. Чижевский представил на историко-филологический факультет Московского университета диссертацию на степень доктора всеобщей истории: «Исследование периодичности всемирно-исторического процесса». Через шесть лет по рекомендации А. В. Луначарского издает книгу «Физические факторы исторического процесса», в которой в краткой

129

идоступной форме излагает свою докторскую диссертацию. Публикация вызвала бурную критику. А. Л. Чижевский: «Сразу же ушаты помоев были вылиты на мою голову... Я получил кличку “солнцепоклонника” – ну, это куда еще не шло, – но и “мракобеса”».

С1918 г. Чижевский начинает исследование отдельных элементов возможного механизма солнечно-земных связей, занимается проблемами ионизации воздуха. В конце 1919 г. в Калужском обществе по изучению природы прочитан доклад о результатах экспериментов. В 1919 г. знакомится с выдающимся физиком П. П. Лазоревым, который в дальнейшем всячески поддерживал деятельность Чижевского. В 1922 г. работал сверхштатно в Институте биофизики у П. П. Лазарева. Свой доклад в Калужском обществе Чижевский разослал многим ученым, в том числе за границу. Лауреат Нобелевской премии Сванте Аррениус приглашает молодого ученого к себе на работу, но, не смотря на поддержку Луначарского и Горького, за границу его не выпустили. С осени 1920 г. работает в Калуге инструктором литотдела Наркомпроса, одновременно читает лекции в Археологическом институте и Московском университете.

С1923 по 1931 гг. работает в Практической лаборатории зоопсихологии В. Л. Дурова, состоит сотрудником и членом ученого совета. Работы Чижевского привлекают внимание международных научных кругов. Именно тогда впервые появился термин «аэроионотерапия», а статья Чижевского во французском издании стала первой системной работой о лечебном воздействии аэроионов при заболевании дыхательных путей животных и человека. В 1929 г. он избирается в число членов Тулонской Академии наук. Тогда же последовало приглашение Колумбийского университета в Нью-Йорке прочесть курс лекций.

В 1924–1930 гг. Чижевский собрал обширный статистический материал по многолетней динамике самых различных процессов биосферы и выступил с концепцией их связи с циклами солнечной активности.

В 1931 г. была учреждена научно-исследовательская лаборатория ионификации, Чижевский был назначен директором.

В 1942 г. А. Л. Чижевского арестовали, вспомнив его непролетарское происхождение. Восемь лет он провел в лагерях и был выпущен только в 1950 г., определен на поселение в Караганду. До 1958 г. проживал там, пока не был реабилитирован. Находясь в Караганде, провел серию работ по геодинамике, подготовил материалы рукописей по аэроионификации и структуре движущейся крови. По возвращении в Москву внедрил метод аэроионотерапии в ряде медицинских учреждений. Основал научноисследовательскую лабораторию по ионизации и кондиционированию воздуха – «Союзсантехника», научным консультантом и руководителем которой оставался до самой смерти.

Умер А. Л. Чижевский 20 декабря 1964 г., похоронен на Пятницком кладбище в Москве. Труды ученого продолжают оставаться актуальными

исегодня.

130