Солнечно-земные связи

6. Солнечные и лунные  затмения 

30 июня 1954 г.  на территории Кавказа, Украины  и Белоруссии наблюдалось полное солнечное затмение. Еще задолго до этого дня газеты и радио широко оповестили население нашей страны о предстоящем интересном явлении природы. Ученые Москвы, Петербурга, Казани и многих других городов съехались в полосу видимости солнечного затмения. Они привезли с собой сложнейшие приборы. И вот наступил день затмения Солнца. Природа живет своей обычной жизнью. В синем небе ярко сияет Солнце. Ничто не предвещает грядущего события. Но постепенно солнечный свет начинает ослабевать. На правом крае Солнца появляется ущерб. Он медленно увеличивается, и солнечный диск принимает форму серпа, обращенного выпуклостью влево. Темнота сгущается. Становится прохладнее. Наконец, последний солнечный луч гаснет, на всю окружающую местность ложится полумрак. Небо принимает ночной вид, на нем вспыхивают яркие звезды. Вдоль горизонта появляется кольцо оранжевого оттенка.

Это наступило  полное солнечное затмение. На месте  погасшего светила виден черный диск, окруженный серебристо-жемчужным  сиянием.

Напуганные  внезапно наступившей темнотой, животные и птицы замолкают и спешат укрыться на ночной покой, многие растения свертывают листья; 2, 3, иногда 5 минут  длится необычная темнота. Но вот  справа из-за черного диска появляется край Солнца, и вновь вспыхивают яркие солнечные лучи. В тот же миг исчезает серебристо-жемчужное сияние, гаснут звезды. Словно на заре, поют петухи, возвещая о наступлении дня. Вся природа опять оживает.

Солнце снова  принимает вид серпа, но теперь уже  повернутого выпуклостью в другую сторону, как серп молодой Луны. Серп увеличивается, и уже через час в небе все как обычно.

Солнечное затмение представляет собой величественное и очень красивое явление природы. Никакого вреда растениям, животным и человеку оно, конечно, причинить  не может. Но не так думали люди в далеком прошлом. Явление солнечного затмения знакомо человеку с глубочайшей древности. Когда наука только зарождалась, человек не знал, отчего происходят затмения. Панический страх вызывало у людей неожиданное, таинственное исчезновение лучезарного светила. В угасании Солнца среди бела дня они видели проявление неведомых, сверхъестественных сил.

У восточных  народов существовало поверье, что  во время затмения некое злое чудовище – дракон – пожирает Солнце. В  Древнем Китае во время солнечных затмений жители, чтобы отогнать дракона и освободить Солнце, били в барабаны, встречали затмение звуками гонга, звоном колокольчиков, пели молитвы.

Отголоски этих древних представлений человека встречались и в сравнительно недавнее время. Так, в Турции во время затмения 1877 г. перепуганные жители стреляли из ружей в Солнце, желая прогнать шайтана – злого духа, по их мнению пожиравшего Солнце.

И даже тогда, когда действительная причина солнечных  затмений была уже известна ученым, все-таки часто затмение вызывало у населения страх. Люди считали, что затмение послано богом и предвещает конец мира, голод, какое-либо несчастье. Эти суеверные представления сеяли среди народа служители сектантских культов, чтобы держать народные массы в повиновении.

Что же такое  солнечное затмение? Нам часто  приходится наблюдать, как в ясный, солнечный день тень от облака, подгоняемого ветром, пробегает по земле и достигает  того места, где мы находимся. Облако скрывает Солнце. Между тем другие места, находящиеся вне этой тени, остаются освещенными Солнцем.

Во время  затмения Луна проходит между нами и Солнцем и скрывает его от нас.

Рассмотрим  подробнее условия, при которых  может наступить затмение Солнца.

Наша планета, Земля, вращаясь в течение суток  вокруг своей оси, одновременно движется вокруг Солнца и за год делает полный оборот. У Земли есть спутник – Луна. Луна движется вокруг Земли и полный оборот совершает за время около месяца.

Взаимное  расположение этих трех небесных тел  все время меняется. При своем движении вокруг Земли Луна оказывается между Землей и Солнцем.

Луна –  темный непрозрачный твердый шар. Оказавшись между Землей и Солнцем, она, словно громадная заслонка, закрывает собой  Солнце.

В это время  та сторона Луны, которая обращена к Земле, оказывается темной, неосвещенной. Следовательно, солнечное затмение может произойти только во время новолуния. В полнолуние Луна проходит от Земли в стороне, противоположной Солнцу, и может попасть в тень, отбрасываемую земным шаром. Тогда мы будем наблюдать лунное затмение.

Среднее расстояние от Земли до Солнца составляет 149,5 млн. км, а среднее расстояние от Земли  до Луны – 384 400 км. Чем ближе предмет, тем большим он нам кажется.

Луна по сравнению  с Солнцем ближе к нам почти  в 400 раз, и в то же время ее диаметр меньше диаметра Солнца также приблизительно в 400 раз. Поэтому видимые размеры Луны и Солнца почти одинаковы. Луна, таким образом, может закрыть Солнце.

Однако расстояния Солнца и Луны от Земли не остаются постоянными, а слегка изменяются. Происходит это потому, что пути Земли вокруг Солнца и Луны вокруг Земли не окружности, а эллипсы. 

С изменением расстояний между этими телами изменяются и их видимые размеры. Если в момент затмения лунный диск будет больше солнечного, Луна целиком закроет  собой Солнце, и затмение будет полным. Если же во время затмения Луна будет находиться в наибольшем удалении от Земли, то она будет нам казаться меньшего размера и закрыть Солнце целиком не сможет. Останется незакрытым светлый ободок Солнца, который во время затмения будет виден как яркое тоненькое кольцо вокруг черного диска Луны. Такое затмение называют 

кольцеобразным. 

Казалось  бы, солнечные затмения должны случаться  ежемесячно (каждое новолуние).

Если бы Земля  и Луна двигались в одной плоскости, то в каждое новолуние Луна действительно оказывалась бы точно на прямой линии, соединяющей Землю и Солнце, и происходило бы затмение. На самом же деле Земля движется вокруг Солнца в одной плоскости, а Луна вокруг Земли – в другой. Эти плоскости не совпадают. Поэтому часто во время новолуний Луна проходит либо выше Солнца, либо ниже. Видимый путь Луны на небе не совпадает с тем путем, по которому движется Солнце. Эти пути пересекаются в двух противоположных точках, которые называются узлами лунной орбиты. Вблизи этих точек пути Солнца и Луны близко подходят друг к другу. И только в том случае, когда новолуние происходит вблизи узла, оно сопровождается затмением.

Затмение  будет полным или кольцеобразным, если в новолуние Солнце и Луна будут находиться почти точно  в узле. Если же Солнце в момент новолуния окажется на некотором расстоянии от узла, то центры лунного и солнечного дисков не совпадут и Луна закроет Солнце лишь частично. Такое затмение называется частным.

Луна перемещается среди звезд с запада на восток. Поэтому закрытие Солнца Луней начинается с его западного, т.е. правого, края. Степень закрытия называется в астрономии фазой затмения.

Ежегодно  бывает не меньше двух солнечных затмений.

Трудно представить  себе, чтобы затмения происходили  так часто: ведь каждому из нас наблюдать затмения приходится чрезвычайно редко. Объясняется это тем, что во время солнечного затмения тень от Луны падает на Землю. Упавшая тень имеет форму почти круглого пятна, поперечник которого может достигать самое большее 270 км. Это пятно покроет лишь ничтожно малую долю земной поверхности. В данный момент только на этой части Земли будет видно полное солнечное затмений. Тень от Луны движется относительно Земли со скоростью 1 км/сек, т.е. быстрее ружейной пули. Малые размеры тени и большая скорость ее движения приводят к тому, что тень не может закрыть надолго какое-то одно место на земном шаре.

Полное солнечное  затмение не может продолжаться более 8 минут. В прошлом столетии наибольшая продолжительность затмений была в 1955 г. и в 1973 г. (не более 7 минут).

Лунная тень, двигаясь по Земле, описывает узкую, но длинную полосу, на которой последовательно  наблюдается полное солнечное затмение. Протяженность полосы полного солнечного затмения достигает нескольких тысяч  километров. И все же площадь, покрываемая тенью, оказывается незначительной по сравнению со всей поверхностью Земли. Кроме того, в полосе полного затмения часто оказываются океаны, пустыни и малонаселенные районы Земли.

Вокруг пятна  лунной тени располагается область  полутени, где затмение бывает частным. Поперечник области полутени составляет около 6–7 тыс. км. Для наблюдателя, который будет находиться вблизи края этой области, лишь незначительная доля солнечного диска покроется Луной. Такое затмение может вообще пройти незамеченным.

Можно ли предсказать  наступление затмения?

Ученые еще  в глубокой древности установили, что через 6585 дней 8 часов, что составляет 18 лет 11 дней 8 часов, затмения повторяются. Происходит это потому, что именно через этот промежуток времени расположение в пространстве Луны, Земли и Солнца повторяется. Этот промежуток был назван саросом, что значит «повторение».

В течение  одного сароса в среднем бывает 43 солнечных затмения, из них 15 частных, 15 кольцеобразных и 13 полных. Прибавляя  к датам затмений, наблюдавшихся в течение одного сароса, 18 лет 11 дней и 8 часов, мы сможем предсказать наступление затмений в будущем.

Однако в  саросе содержится не целое число  дней, а 6585 дней и 8 часов. За эти 8 часов  Земля повернется на треть оборота  и будет обращена к Солнцу уже другой своей стороной. Поэтому следующее затмение будет наблюдаться в другом районе Земли.

В одном и  том же месте Земли полное солнечное  затмение наблюдается один раз в 250 – 300 лет.

Как видите, предсказать день затмения очень  легко. Предсказание точного времени его наступления и условий его видимости – трудная задача; чтобы решить ее, астрономы в течение нескольких столетий изучали движение Земли и Луны. В настоящее время затмения предсказывают очень точно. Ошибка в предсказании момента наступления не превосходит 2 – 4 секунд.  

7. Солнечно-земные  связи 

Процессы, идущие в космосе и внутри Солнца, приводят к излучениям энергии в виде электромагнитных волн различной длины. Животные и  люди являются преобразователями энергии  и неотделимы от мира растений и микроорганизмов. Все мы включены в энергетические циклы Вселенной. Энергия электромагнитных излучений Солнца и космоса воспринимается живым веществом в разных диапазонах, а отдается в основном в инфракрасном – в виде тепла. На тепловую (инфракрасную) составляющую энергии приходится 51% солнечной радиации, достигающей Земли. Около 10% энергии достигает поверхности планеты с ультрафиолетовыми лучами (при современном состоянии озонового слоя атмосферы). Плотность суммарной энергии на поверхности Земли в зонах с умеренным климатом летом около 200 Вт/м, зимой около 10 Вт/м. Океаны, моря, озера и реки являются аккумуляторами энергии, сглаживающими температурные перепады. При замерзании вода отдает 300 Вт/м.

Земля непрерывно бомбардируется потоком частиц, летящих от Солнца, – так называемым солнечным ветром. Столкновение солнечного ветра с магнитным полем Земли приводит к возбуждению электрических полей и токов. Хвост магнитосферы Земли вытягивается в межпланетное пространство по крайней мере на тысячу радиусов Земли. В хвосте содержатся огромная энергия – 10 МДж. Часть этой энергии приходится на область, находящуюся вблизи Земли. С ней связано образование полярных сияний на высотах около 100 км. Когда магнитосферный хвост «переполняется» энергией, происходит ее высвобождение. Гигантский сгусток энергии в виде макрообразований («плазмоидов») отрывается и со скоростью 500–1000 км/с покидает магнитосферу, уносясь в межпланетное пространство. При этом оставшаяся часть магнитосферы сокращается и частично замыкается через ионосферу Земли, вызывая возмущения ее магнитного поля. Различают явления, связанные с потерей магнитосферой накопленной энергии, и магнитные бури. Первые имеют длительный период накопления энергии и быструю ее отдачу (в течение часа). Магнитные бури, наоборот, имеют длительность более суток и определяются не столько периодическими процессами в магнитосфере, сколько возникновением ударных волн в солнечном ветре в результате вспышек на Солнце. Хотя физика причин различна, для биосферы Земли оказался важным сам факт изменения электромагнитных полей в атмосфере. Вблизи поверхности Земли влияние солнечного ветра ослаблено атмосферой, но тем не менее оно существует с периодом 4–7 суток с наложенными на него за счет вращения Земли вокруг своей оси дневными и ночными колебаниями. Механизмы воздействия электромагнитных полей на живые организмы и человека полностью пока не известны, но факт их воздействия установлен. Земля получает от Солнца не только свет и тепло, обеспечивающие необходимый уровень освещенности и среднюю температуру ее поверхности, но и подвергается комбинированному воздействию ультрофиолетового и рентгеновского излучения, солнечного ветра, солнечных космических лучей. (см. схема.) 

Для спасения себя человечество обязано беречь атмосферу  и водные пространства планеты от изменения их свойств, экранирующих и сглаживающих энергетические скачки в биосфере.  

8. Магнитные бури 

В период, когда  на Солнце возникают пятна, происходят исключительной силы взрывы и выбрасываются мощные потоки заряженных частиц – корпускул и ультрафиолетовых лучей. Примерно через два дня частицы достигают земного шара, где они захватываются его магнитным полем и «сортируются» по зарядам и массам. Вокруг Земли образуется гигантский круговой электрический контур радиусом в 20–25 тысяч километров. Магнитное поле этого тока в основном и создает бурю, охватывающую весь земной шар. Ионизация атмосферы усиливается, проводимость возрастает, возникают сильные, сравнительно кратковременные электрические токи, которые обнаруживаются на Земле в виде магнитных возмущений.