Солнечно-земные связи

  МИНИСТЕРСТВО  ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

  Государственное образовательное учреждение высшего  профессионального образования

  ТЮМЕНСКИЙ  ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АРХИТЕКТУРНО-СТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
                                                Выполнила: Отраднова  О.Ю.

                                                Группа УП10-2

                                                Проверила: Марьинских С.Г.

Тюмень, 2011 

Оглавление

  1. Наша Звезда - Солнце 3

  2. Влияние солнечной активности на Землю 3

  3. Влияние солнечной активности на человека 15

  4. Заключение 23

  Список  использованной литературы: 25

1. Наша  Звезда - Солнце

  Интерес ученых к проблеме солнечно – земных связей вызван несколькими причинами. Прежде всего по мере выяснения физических сторон влияния Солнца на Землю выявилось  громадное прикладное значение этой проблемы для радиосвязи, магнитной  навигации, безопасности космических  полетов, прогнозирования погоды и  так далее.

      Природа Солнца и его значение для нашей  жизни – неисчерпаемая тема. О  его воздействии на Землю люди догадывались еще в глубокой древности, в результате чего рождались легенды  и мифы, в которых Солнце играло главную роль. Оно обожествлялось во многих религиях. Исследование Солнца – особый раздел астрофизики со своей инструментальной базой, со своими методами. Роль получаемых результатов  исключительна, как для астрофизики (понимание природы единственной звезды, находящейся так близко), так и для геофизики (основа огромного  числа космических воздействий). Постоянный интерес к Солнцу проявляют  астрономы, врачи, метеорологи, связисты, навигаторы и другие специалисты, профессиональная деятельность которых сильно зависит  от степени активности нашего дневного светила, на котором "также бывают пятна".

      Первое  описание пятен в русских летописях  датируется 1371 и 1385 годами, когда наблюдатели  заметили их сквозь дым лесных пожаров. История борьбы взглядов на природу  процессов на Солнце связана с  кажущимися нам сейчас почти невероятными драматическими коллизиями. Нас же интересует вопрос о том, какое влияние  оказывает деятельность Солнца на наше здоровье, каким образом солнечные  бури, пятна и вспышки влияют на наше самочувствие.

2. Влияние солнечной активности на Землю

     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 ультрафиолетового 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. 

     "Цикличность  солнечной активности. Индексы солнечной  активности"

     Для изучения любого явления природы  нужны характеристики, которые помогли  бы нам разглядеть его сущность. Характеристики различных активных образований на Солнце называют индексами  или показателями солнечной активности. К настоящему времени существует более десятка различных индексов солнечной активности, характеризующих "погоду" на Солнце.  Числа Вольфа (по фамилии придумавшего их швейцарского астронома Р. Вольфа) равны сумме удесятеренного числа групп пятен и общего числа пятен во всех группах. Поскольку обычно видна только одна полусфера, эти числа определяются не для всего Солнца, а для видимого его полушария.  Числа Вольфа определены за последние 240 лет (но для Солнца это очень небольшой период.) Скрупулезная работа цюрихских наблюдателей Солнца позволила сохранить столь длинный и сравнительно однородный ряд чисел Вольфа, к которому ныне "привязываются" ряды всех других обсерваторий. Причем усреднение чисел за год дает надежные результаты для всех задач изучения солнечной цикличности. Для групп солнечных пятен широко применяются индексы суммарной площади пятен и максимальной напряженности их магнитных полей. Напряженность магнитного поля остается пока единственным индексом солнечной активности, который имеет ясный физический смысл.  
Индексы солнечных вспышек, определяемые как суммарные площади пятен, около ста лет регулярно фиксировались в Гринвичской астрономической обсерватории. Умножая число вспышек определенного балла на соответствующий коэффициент, вычисляют вспышечный индекс солнечной активности. Считают, что этот индекс характеризует интенсивность ультрафиолетового, а возможно, даже рентгеновского излучения.  
Особый интерес к протонным вспышкам привел к созданию обобщенного индекса вспышек, который определяет каждую вспышку суммой баллов, характеризующих ультрафиолетовое ее излучение (по внезапным ионосферным возмущениям), излучение в красной линии водорода Н и радиоизлучение в сантиметровом и метровом диапазонах. Этот индекс изменяется в пределах от 0 до 17; когда его значение превышает 10, вспышка оказывается сильной практически во всем диапазоне электромагнитных волн.  В течение последних 25-30 лет среди индексов солнечной активности довольно прочное место занял индекс потока радиоизлучения Солнца. Этот индекс определяется для разных длин волн, от метров до сантиметров. Особенно популярен индекс потока радиоизлучения Солнца на волне 10,7 см (частота 2800 Мгц). 

     "Солнечная  природа земных  ритмов"

     Многочисленная  группа земных явлений непосредственно  связанная с деятельностью Солнца. Вспомним, что "Космос (и прежде всего  Солнце) обрушивает на Землю непрерывный  поток атомных ядер, летящих с  огромными скоростями космических  лучей. Интенсивность космической "бомбардировки" то усиливается, то ослабевает, что  отражается на состоянии земной атмосферы: давлении, температуре, ионизации, проводимости". Особенно велико воздействие солнечной  активности на магнитное поле Земли. Солнечные пятна - это гигантские магниты, меняющие свой знак от цикла  к циклу. Но число солнечных пятен  прежде всего меняется по ходу 11-летнего  цикла, т. е. по ходу половины 22-летнего  пульсационного цикла. Поэтому земные процессы и явления, обусловленные  активностью Солнца или флуктуациями магнитного поля, подчинены в большей  мере 11-летнему режиму.  А. Л. Чижевский в книге "Земное эхо солнечных бурь" приводит перечень явлений органического мира, для которых установлена связь с солнцедеятельностью. Назовем самые важные из них:

• величина урожаев кормовых злаков,
• рост древесины,
• эпифитии, эпизотии и эпидемии,
• размножаемость и миграции насекомых, рыб, животных,
• психопатические эпидемии,
• частота внезапных смертей, преступлений и несчастных случаев, колебаний общей смертности, рождаемости и брачности. 

  Вероятно, все сказанное касается и векового ритма. Процессы земной пульсационной  природы должны в первую очередь  реагировать на полную длину ритма, а процессы, обусловленные солнцедеятельностью, - на длину полуритма. 

     "Вариации  магнитного поля"

     Если  внимательно смотреть на магнитную  чувствительную стрелку в течение, например, суток, можно обнаружить, что она не неподвижна, а движется то в одну, то в другую сторону. И  эти колебания имеют четко  выраженную ритмичность. В утренние часы северный конец стрелки направляется к востоку и, достигнув наибольшего  отклонения около 8 часов утра, возвращается обратно. В дневные часы стрелка  достигает наибольшего отклонения к западу. Затем она возвращается в начальное положение. Такие  колебания стрелки (амплитуда 10-20 градусов и более) совершаются изо дня  в день и имеют период, равный суткам. Если вековые изменения магнитного поля Земли связанны с процессами, протекающими в ее недрах, то суточные вариации обусловлены действием  ультрафиолетового излучения Солнца, проникающего в верхние слои атмосферы. Ультрафиолетовые лучи ионизируют ее, т. е. создают электрически заряженные частицы - ионы и электроны. В результате этого вокруг Земли на высоте 80 км и выше образуется электропроводящий  слой - ионосфера, в котором могут  существовать токи.  
Проводимость ионосферы определяется количеством ионов и электронов. Плотность их возрастает с высотой неравномерно. В ионосфере отмечают четыре слоя с различной проводимостью. Это слой D на высоте 80 км, E на высоте 110-120 км, F и слой F на высоте 240-600 км.  
Под воздействием ультрафиолетовой радиации Солнца в слоях D, E, F, F периодически изменяется соответственно и электропроводность ионосферы. Вследствие приливных и тепловых действий ионосферные слои находятся в непрерывном движении, поэтому в магнитном поле Земли, как в обмотке ротора динамо-машины, возникают электрические токи. Магнитное поле электрических токов в ионосфере и заставляет магнитную стрелку испытывать непрерывные колебания. Таков механизм возникновения суточных вариаций геомагнитного поля. Поскольку эти вариации обусловлены влиянием Солнца и имеют период, равный суткам, они называются солнечно-суточными вариациями.  Солнечно-суточные вариации зависят от географической широты и времени года, поскольку они определяются интенсивностью ультрафиолетовых лучей, т. е. положением Солнца. Поэтому, в частности, величина суточных вариаций, сама по себе хоть и не значительная, зимой в среднем в четыре раза меньше, чем летом. Для средних широт величина вариаций склонения составляет 10-15 гамм, а горизонтальной составляющей 20-30 гамм, причем и склонение, и горизонтальная составляющая в течение суток сильнее меняются на севере и слабее на юге. Вследствие суточных вариаций и магнитных возмущений магнитные полюса не остаются на одном месте. Они смещаются в течение суток относительно среднего положения примерно на 100 км. Колебания геомагнитного поля зависят от солнечной активности. Изучая их, можно получить ценные сведения о процессах, происходящих на Солнце, его ультрафиолетовом и корпускулярном излучении, а также о состоянии ионосферы.  
Кроме солнечно-суточных вариаций обнаружены вариации, период которых равен лунным суткам, их величина составляет примерно 10-15 % величины солнечно-суточных вариаций. Лунно-суточные вариации обусловлены воздействием силы тяжести Луны на атмосферу и ионосферу, в которых при этом возникают приливообразующие силы. 

     "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. Число сильных мировых магнитных бурь в течение года невелико: единицы в годы "спокойного" Солнца или несколько десятков в годы сильной солнечной активности. Что касается умеренных магнитных бурь или магнитных возмущений, то они бывают часто, особенно в полярных районах, где спокойные магнитные дни чрезвычайно редки. В течение сильной магнитной бури склонение изменяется на несколько градусов, а вертикальная и горизонтальная составляющие - на тысячи гамм и больше. Амплитуды магнитных бурь изменяются с изменением географической широты: на севере они больше, на юге меньше. Продолжаются магнитные бури в течение нескольких дней (в среднем 4-5 суток), однако очень сильные, как правило, 1-2 суток.  
Магнитные бури охватывают земной шар чаще в дни весеннего и осеннего равноденствия (март-апрель, август-сентябрь), а также в годы интенсивной солнечной активности, имеющей четко выраженную периодичность около 11 лет. Наблюдается в частоте появления магнитных бурь и 27-дневная повторяемость, связанная с периодом вращения Солнца вокруг своей оси. Таким образом, магнитное поле Земли очень чутко улавливает степень активности нашего светила, его "настроение"  
Солнечный ветер, или плазма, состоящая из ионизированного, очень разряженного газа, охватив земной шар, вызывает в его магнитном поле различные возмущения и колебания. В дни, когда земной шар находится во власти невидимой магнитной бури, в Арктике и Антарктиде полыхают сильные полярные сияния, а исследователи космических лучей - частиц, летящих из космоса и от Солнца, обладающих колоссальной энергией, наблюдают изменения интенсивности потоков этих частиц. 

     "Магнитосфера"

     Существование постоянного плазменного потока, исходящего от Солнца и называемого  солнечным ветром, доказано экспериментально, и полость, в которой заключено  магнитное поле, называется магнитосферой. Она лежит выше области ионосферы. Это наиболее обширная из всех сфер Земли, хотя количество вещества ее не составляет и сотой доли процента от количества нижележащих областей. Ее внешняя граница определяется тем условием, чтобы величина магнитного поля Земли превышала некоторую  постоянную величину - постоянное значение межпланетного магнитного поля. Магнитосфера не есть сфера, это сложное пространственное образование, не симметричное относительно Земли. Со стороны Солнца магнитосфера поджата давлением солнечного ветра  и отстоит от поверхности Земли  на 10-12 ее радиусов, а с ночной стороны  она вытянута, образуя так называемый магнитный хвост Земли. Последний  очень протяжен, и пока точно не установлено, где он кончается. Во всяком случае на расстояниях орбиты Луны он еще зафиксирован космическими аппаратами. Под давлением солнечного ветра  магнитные силовые линии, выходящие  из областей Северного и Южного полюсов, сносятся с дневной на ночную сторону Земли, образуя упомянутый магнитный хвост, который состоит из двух силовых трубок, соответствующим двум полярным шапкам и разделенных плоским нейтральным слоем с напряженностью магнитного поля около нуля. Нейтральный слой, "щели" или "каспы", которые разделяют силовые линии дневной стороны и хвоста, представляет особый интерес для нас, так как именно эти щели собирают горячую плазму солнечного ветра, вызывая разнообразный спектр ответной реакции земной атмосферы. Во всех других местах земная магнитная броня надежно защищает Землю, и возможно лишь слабое "просачивание" за счет диффузии частиц солнечной плазмы.