30
КУРСОВАЯ РАБОТА
по «Теоретические основы прогрессивных технологий»
на тему
Солнечно-Земные связи и их влияние на Человека
Выполнил: студент гр.
№ зачетной книжки
Научный руководитель:
Доц., к.х.н.
2009
СОДЕРЖАНИЕ
Введение
1. Солнце - источник жизни на земле
2. Солнечная атмосфера
3. Состав солнца
4. Что говорит наука о солнце
5. Каковы источники энергии Солнца
6. Солнечные и лунные затмения
7. Солнечно-земные связи
8. Магнитные бури
9. Магнитосфера
10. Радиационные пояса земли
11. Геомагнитные пульсации
12. Природные ритмы и человечество
Заключение
Литература
ВВЕДЕНИЕ
Солнце является ближайшей к нам и довольно типичной звездой, которая наблюдается как протяженный объект. Оно само и его корона представляют собой естественную лабораторию для изучения фундаментальных характеристик плазмы.
Научная значимость исследований Солнца состоит еще и в том, что оно оказывает решающее влияние на основные процессы на Земле, в том числе на некоторые технические системы. Такое воздействие сказывается на работе различных радиосистем, энергосетей, проводных линий связи в Арктике, на интенсивности индуцированных электрических токов в трубопроводах и т.д. Серьезность проблемы лишний раз была продемонстрирована полным выходом из строя телевизионного ретрансляционного спутника "Telstar-401" произошедшим 11 января 1998 г. в результате его усиленного облучения энергичными частицами.
Постепенно возникает осознание того, что проявления солнечной активности оказывает сильное влияние и на организм человека. Начинает развиваться служба медицинского предупреждения о возникновении геомагнитных бурь вызванных солнечной активностью.
1. Солнце - источник жизни на земле
Если спросить любого человека, какое из небесных светил имеет наибольшее значение для нас на Земле, то, наверно, услышим, что Солнце. Не будь Солнца, не было бы на Земле зеленых лугов, тенистых лесов и рек, цветущих садов, хлебных полей, не могли бы существовать ни человек, ни животные, ни растения.
Значение Солнца для жизни на Земле человек чувствовал уже в далекие времена. Но первобытным людям Солнце представлялось каким-то сверхъестественным существом. Оно обожествлялось почти всеми народами древности.
Наши предки славяне поклонялись богу солнечных лучей - Яриле. У древних римлян был бог Солнца - Аполлон. Цари и князья, чтобы возвеличить свою власть, старались внушить людям представление о своем происхождении от бога Солнц
Различные религиозные верования и обряды, связанные с этими древними представлениями о Солнце, сохранились и до наших дней, например в праздновании пасхи, которое всегда связано с наступлением весны и обновлением всей природы от живительных солнечных лучей.
Всякое движение на Земле происходит главным образом за счет энергии, которая поступает к нам в солнечных лучах. Солнце - источник жизни на Земле.
Великий русский ученый К.А. Тимирязев в своей замечательной книге «Жизнь растения» писал: «Когда-то где-то на Землю упал луч Солнца, но он упал не на бесплодную почву, он упал на зеленую былинку пшеничного ростка, или, лучше сказать, на хлорофилловое зерно. Ударяясь о него, он потух, перестал быть светом, но не исчез... В той или другой форме он вошел в состав хлеба, который послужил нам пищей. Он преобразился в наши мускулы, в наши нервы... Пища служит источником силы в нашем организме потому только, что она - не что иное, как консерв солнечных лучей...»
2. Солнечная атмосфера
Во время полных солнечных затмений, когда вся фотосфера закрыта лунным диском, вокруг Солнца, у самого его края, видна слабо светящаяся красноватым светом кайма. Это слой раскаленных газов над фотосферой. За свою окраску он назван хромосферой. Она состоит из множества узких выступов пламени, отдельных струй, находящихся в движении. В сильный телескоп хромосфера имеет вид горящей травы в степи. Хромосфера простирается над фотосферой на высоту до 14 тыс. км. Она в общем так же нагрета, как фотосфера в своем верхнем слое. Временами в хромосфере наблюдаются блестящие вспышки вблизи солнечных пятен, развивающиеся в течение нескольких минут и затем угасающие, - как бы взрывы. Они отличаются очень сильным излучением, которое, достигая Земли, оказывает большое влияние на некоторые явления в земной атмосфере.
В отдельных местах хромосферы во время затмений бывают видны вздымающиеся над ней красноватые выступы газов, названные протуберанцами. Астрономы, наблюдая на протяжении долгого времени Солнце, выяснили, что протуберанцы - это громадные струи солнечного вещества, одинаковые по своему составу с хромосферой.
Астрономы установили, что протуберанцы изменяются по-разному: одни медленно, сохраняясь дни и месяцы, другие - быстро. Нередко они вздымаются над солнечной поверхностью на сотни тысяч километров и вскоре исчезают. Иногда протуберанцы появляются высоко над хромосферой и затем опускаются к ней. Некоторые протуберанцы связаны с темными пятнами. Наблюдается также движение солнечного вещества от одного протуберанца к другому. Протуберанцы могут появляться на всей поверхности Солнца - от экватора до полюсов. Температура протуберанцев 7000 - 10 000°, т. е. выше температуры хромосферы.
Количество протуберанцев на Солнце меняется в среднем за тот же 11-летний период, как и число пятен и факелов. В годы максимума пятен всегда больше и протуберанцев. Во время солнечных затмений можно видеть не только красноватую хромосферу и выступающие из нее - протуберанцы, но и самую внешнюю оболочку Солнца, светящуюся слабым серебристым светом. Ее называют короной. В разные годы солнечная корона имеет неодинаковый вид. Астроном А.П. Ганский установил, что вид короны связан с количеством пятен на Солнце. В годы максимума пятен корона широко раскинута вокруг Солнца, образуя как бы светлый венец. В годы же минимума пятен корона вытянута вдоль экватора Солнца. Корона Солнца и его хромосфера излучают радиоволны, которые принимают на Земле при помощи радиотелескопов.
В общем же все явления на Солнце связаны между собой, а их интенсивность периодически усиливается и ослабляется в среднем через каждые 11 лет. Так как этот период не всегда одинаков, нельзя заранее точно предсказать наступление максимумов и минимумов явлений на Солнце и их интенсивность; необходимо все время наблюдать за Солнцем и отмечать все происходящие на нем изменения.
3. Состав солнца
Из чего состоит Солнце? Об этом рассказывает нам спектр солнечных лучей.
Солнечные лучи идут к нам от очень горячей фотосферы и проходят через газы солнечной атмосферы, из которых каждый химический элемент поглощает определенные лучи. Поэтому спектр солнечных лучей и получается в виде цветной полосы с отдельными темными линиями. По этим линиям и определили состав солнечной атмосферы.
Оказалось, что на Солнце больше всего водорода, а затем гелия. Открыто там много и других химических элементов (кислород, кальций, железо, магний, натрий и др.), но все вместо они составляют очень малую долю по сравнению с водородом. На Солнце не обнаружено никаких химических элементов, помимо тех, которые имеются на Земле. Это указывает на то, что небесные тела состоят из тех же веществ, что и Земля. Но на разных небесных телах вещество может находиться в самых различных состояньях.
Корона во внутренней части представляет собой чрезвычайно разреженное облако легких частичек, главным образом частичек электричества - электронов, выделяющихся из нижележащих слоев. Все они быстро движутся в разных направлениях, но преимущественно в сторону от Солнца. Скорость их так же велика, как у газа при температуре до миллиона градусов. Во внешней части короны к ним примешаны и частички пыли, которая носится в межпланетном пространстве.
Астрономы много сделали для изучения различных явлений на Солнце, в особенности во время полных солнечных затмении. Ведь те несколько минут, в течение которых происходит полное солнечное затмение, являются лучшим временем для наблюдения солнечной короны, хромосферы, протуберанцев и многих других явлений, происходящих на Солнце. В настоящее время, впрочем, созданы специальные приборы и методы, при помощи которых можно исследовать многие области Солнца и без затмении; построены и специальные солнечные обсерватории.
В нашей стране изучением Солнца особенно успешно занимаются Крымская астрофизическая обсерватория и Горная солнечная станция Пулковской обсерватории около Кисловодска на Кавказе.
4. Что говорит наука о солнце
Что же говорит нам наука о Солнце? Как далеко Солнце от нас и как оно велико?
Расстояние от Земли до Солнца составляет почти 150 млн. км. Легко написать это число, но представить себе такое большое расстояние трудно. Быстрее всего в природе распространяется свет. Он идет со скоростью 300 тыс. км/сек. В течение одной секунды свет может почти восемь раз обойти вокруг Земли. При такой громадной скорости свету все же требуется больше 8 минут, чтобы дойти к нам от Солнца.
На небе мы наблюдаем Солнце в виде диска сравнительно небольшого размера. Зная же расстояние от нас до Солнца и угол, под которым виден диск Солнца, можно вычислить действительный его диаметр. Солнечный диаметр оказывается в 109 раз больше диаметра земного шара.
Чтобы составить шар, равный по объему Солнцу, нужно взять 1 301 000 таких шаров, как наша Земля. Представьте себе большой арбуз и зернышко пшена - это и даст вам понятие о сравнительных размерах Солнца и нашей планеты. Изучая движение планет под действием притяжения Солнца, астрономы определили массу Солнца. Она оказалась почти в 333 400 раз больше массы Земли. Сопоставьте это число с числом 1 301 000, которое представляет объем Солнца сравнительно с объемом земного шара. Это показывает, что Солнце состоит из вещества, почти в 4 раза менее плотного, чем Земля. Средняя плотность Земли по отношению к воде 5,5, а Солнца - 1,4, и тем не менее масса Солнца чрезвычайно велика. Если даже взять все планеты вместе с их спутниками, то окажется, что общая их масса почти в 750 раз меньше массы одного Солнца.
От Солнца мы получаем очень много тепла и света. А зная, на каком громадном расстоянии оно находится от нас, можно заключить, каким же горячим оно должно быть. В самом деле, чем выше температура тела, чем оно сильнее накалено, тем оно ярче. Солнце ярче электрической дуги, которую впервые открыл и описал русский физик В.В. Петров. А ведь температура электрической дуги доходит до 3500°, и все вещества при такой температуре не только плавятся, но и обращаются в пар (газ). Температура Солнца еще выше. При помощи особых приборов ученым удалось определить, что температура на поверхности Солнца достигает 6000°.
Вследствие такой высокой температуры Солнце не может быть ни в твердом, ни в жидком состоянии.
Солнце - это колоссальный шар, состоящий из раскаленных газов, в центре которого температура достигает 20 млн. градусов. Раскаленные солнечные газы находятся в постоянном движении.
5. Каковы источники энергии Солнца
Откуда берется энергия Солнца, не остывает ли оно и долго ли еще будет снабжать Землю теплом и светом? Делалось много разных предположений об источниках солнечной энергии. Но только новые открытия физики позволили это объяснить. Зная, что происходит в наружных слоях Солнца, и пользуясь законами физики, астрономы установили, что в недрах Солнца температура около 20 млн. градусов. В этих условиях происходит сложное превращение самого легкого элемента - водорода - в гелий. При этом выделяется огромное количество атомной энергии, которой вполне достаточно, чтобы обеспечить излучение Солнца. Водорода же на Солнце очень много. Подсчитано, что его хватит еще на десятки миллиардов лет. Поэтому нам не грозит никакая катастрофа из-за ослабления солнечного излучения
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.
Схема полного солнечного затмения
Схема кольцеобразного солнечного затмения
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.
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.
9. 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 нейтральным слоем с напряженностью магнитного поля около нуля.
Нейтральный слой, "щели" или "каспы", которые разделяют силовые линии трубок, соответствующим двум полярным шапкам и разделенных плоским 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.
10 Радиационные пояса Земли
Исследования показали, что в окрестностях Земли имеются частицы довольно высоких энергий. Они сконцентрированы в основном в двух зонах, образующих так называемый радиационный пояс Земли. Он представляет серьезную опасность для человека во время полета в космос. Внутренняя зона начинается на высоте 500-600 км и простирается до расстояний порядка радиуса Земли (около 6 тыс. км). Границы зон совпадают с соответствующими силовыми линиями магнитного поля Земли. Внутреннюю зону в основном составляют протоны с высокой энергией, а внешнюю - высокоэнергетические электроны. Частицы движутся по спиралям вокруг силовых линий. Приближаясь к Земле, где магнитное поле сильнее, они отражаются им, как зеркалом, и движутся в сторону другого полушария. Кроме того, из-за неоднородности магнитного поля Земли они совершают медленный по широте дрейф (движение поперек силовых линий). При таком дрейфе положительно заряженные частицы отклоняются к западу, а отрицательно заряженные к востоку. Так образуется кольцевой ток. Следует заметить, что в результате ядерных взрывов на больших высотах были созданы искусственные радиационные пояса, которые исказили естественные зоны, так что теперь трудно изучать свойства радиационных поясов в чистом виде. Радиационные зоны имеют сравнительно симметричный вид только примерно до расстояний 6-7 радиусов Земли. Далее распределение частиц и, следовательно, магнитное поле становится не симметричным. Оно вытягивается от Солнца. Вся картина похожа на конусообразную волну, порождаемую в воздухе летящим снарядом. Земля с ее магнитным полем как бы движется относительно потока солнечного ветра со скоростью 300-500 км/сек. Во время магнитной бури эта скорость увеличивается.
11. Геомагнитные пульсации
Ионизированный газ непрерывно "дует" со стороны Солнца, то слабее, то сильнее, подобно ветру на берегу моря. Достигнув внешней границы магнитного поля Земли, т. е. границы магнитосферы, он взаимодействует с ней и образует электромагнитные волны. Чувствительные волномеры в обсерваториях обнаруживают едва заметные колебания, называемые пульсациями, или короткопериодными колебаниями магнитного поля.
Пульсации были замечены около 100 лет назад в английской обсерватории Кью (близ Лондона), но только в последние 10-15 лет стали объектом самостоятельных исследований. Спектр частот геомагнитных пульсаций заключен в пределах от нескольких миллигерц до одного килогерца, т. е. период их составляет от тысячной доли секунды до нескольких минут. Особенно интересны пульсации, образно названные советским геофизиком В.А. Троцкой жемчужинами. Чаще всего жемчужины появляются в течение первой недели после магнитной бури. Амплитуда пульсаций составляет максимум несколько гамм, но чаще всего около одной гаммы.
Некоторые типы пульсаций отмечаются одновременно на всем земном шаре, как будто силовые линии геомагнитного поля колеблются подобно струнам гитары. Иногда пульсации имеют региональный характер. По мнению Троцкой "в настоящее время полной теории геомагнитных пульсаций не существует. Установлены лишь общие принципы физической интерпретации и дано объяснение отдельным свойствам пульсаций".
12 Природные ритмы и человечество
В самом общем случае в эволюции человека можно выделить три основных этапа: появление археоантропа, смена археоантропа палеоантропом и смена палеоантропа неоантропом. Последняя крупная перестройка в органическом мире относится к границе, определяемой в интервале от 1,3 до 0,9 млн. лет назад. Человек, судя по данным, приводимым В.А. Зубаковым, появился несколько раньше - 1,6-1,4 млн. лет назад в Восточной Африке.
Очень вероятно, что вспышка радиоактивности, приуроченная к холодному моменту ритма плейстоцена (и, может быть, совпадающая с холодным моментом геологического ритма), вызвала мутацию, в результате которой на Земле появился человек. Это был археоантроп или питекантроп, живший в древнюю палеолитическую эпоху или в эоплейстоцене и раннем плейстоцене. Орудиями его были грубо обтесанные камни и так называемые рубила. Последовательность культур, связанных с археоантропом, такова: культура галек-шельская - ашельская культура; последняя частично распространилась и на средний плейстоцен.
В конце раннего - начале среднего плейстоцена питекантроп вымирает. Его место занимает палеоантроп, живший в эпоху среднего палеолита. Неандертальцы большей частью обитали в пещерах и занимались охотой. Они создали несколько культур, из которых особенно важны культуры мустье и леваллуа. Первая берет начало с днепровского оледенения, т. е. примерно 100 тыс. лет назад, вторая - с лихвинского межледниковья, т. е. примерно 140 тыс. лет назад. Если судить по культуре леваллуа, то появление неандертальца надо отнести приблизительно к 140 тыс. лет назад. В это время какого-либо переломного момента ритма плейстопена не было. Но примерно к этому времени, 146 тыс. лет назад, приурочен узел ритма, т. е. пересечение кривых теплообеспеченности и увлажненности. А при рассмотрении геологического ритма уже было показано, что узлы ритма также связаны со вспышками радиоактивности.
Время исчезновения палеоантропа и замены его неоантропом - кроманьонцем установлено достаточно точно. Слои финального мустье в наскальном навесе Ла-Кина имеют датировку 3525±530 лет назад. Самые древние датировки позднего палеолита, 38160±1250 и 38320±2480 лет назад, получены из отложений в пещере Нетопержевой около Кракова. Теперь можно с большей степенью уверенности сказать, что три самых главных этапа в истории человечества контролируются тремя характерными моментами ритма плейстоцена (рис.1).
Внутренняя структура плейстоцена образована последовательными проявлениями 40700-летнего ритма. Всего на плейстоцен падают пять реализаций 40700-летнего ритма. За это время ритм прошел по меньшей мере через 29 характерных моментов (20 переломных точек и узлов), которые должны были отмечаться вспышками естественной радиоактивности и сопровождаться перестройками человеческого общества. Конечно, энергия вспышек по ходу 40700-летнего ритма во много раз ниже, чем по ходу ритма плейстоцена. Поэтому вряд ли можно допустить, чтобы по ходу 40700-летнего ритма существенно менялся тип человека. По-видимому, изменения, вызываемые вспышками радиоактивности, в основном сопровождались сменами культур внутри уже установившихся типов.
1-ход теплообеспеченности в системе ритма плейстоцена;
2-ход увлажненности в системе;
3-ход теплообеспеченности в системе эхо-ритма;
4-ход увлажненности в эхо-ритме;
5-момент рождения человека.
Наши знания о древнем и среднем палеолите еще очень фрагментарны. Поэтому восстановить последовательность культур палеоантропа и тем более, привязать их к хронологической последовательности, вероятно, нельзя. Это можно сделать (и то приблизительно) для позднего палеолита, начавшегося не ранее 40 тыс. лет назад.
Уже говорилось о том, что примерно 40 тыс. лет назад произошла смена палеоантропа неоантропом. Однако исчезновение неандертальца и появление кроманьонца не следует рассматривать как моментальный акт. Кризис, имевший место 40 тыс. лет назад, нанес смертельный удар неандертальцу и его культуре мустье, но полностью их не уничтожил. Иначе трудно объяснить датировки финального мустье порядка 35 тыс. лет назад. С этим же кризисом, видимо, связано появление кроманьонца (датировки порядка 38 тыс. лет назад). В общем, ранний период позднего палеолита, когда доживал свой век неандерталец и только-только начал жить кроманьонец, можно с одинаковым основанием относить и к среднепалеолитической культуре финального мустье и к позднепалеолитической культуре ориньяк. Общая численность населения в то время, по-видимому, сильно сократилась. Л.С. Серебрянный пишет, что между концом мустье и началом позднего палеолита в Западной Европе намечается разрыв примерно в 10 тыс. лет. С.Г. Неручев связывает завершение среднего палеолита и начало позднего палеолита в конце рисс-вюрма с заражением Земли ураном, которое должно было значительно усилить мутагенез.
Абсолютное преобладание позднепалеолитических памятников относится ко времени позже 33-34 тыс. лет назад. Эта культура получила наименование ориньяк (перигор). Примерно 25 тыс. лет назад ее сменила культура солютре, которая в свою очередь около 17-20 тыс. лет назад уступила место культуре мадлен (граветт). На границе плейстоцена и голоцена поздний палеолит закончился и начался мезолит с его культурой азиль.
Какие данные характеризуют переход от палеолита к мезолиту? По сообщениям П.М. Долуханова, в азильскую эпоху плотность населения на территории Франции уменьшилась. С.Г. Неручев отмечает падение уровня культуры. Так, мезолитические азильские орудия по сравнению с мадленскими грубы и неуклюжи. Вместо поразительно развитого реалистического искусства позднего палеолита для азиля характерны лишь гальки с абстрактными и примитивными узорами. На границе плейстоцена и голоцена С.Г. Неручев регистрирует повышенную концентрацию урана и сапропелевого органического вещества. По его мнению, эта вспышка радиоактивности, способствуя, с одной стороны, прогрессивному развитию человека, с другой, вызывает упадок культуры.
Во время климатического оптимума голоцена осуществлялся переход от мезолита к неолиту. В связи с этим очень симптоматично звучит фраза С.Г. Неручева о том, что "почти полное отсутствие населения во время проявления "климатического оптимума" выглядит довольно странным, если не принимать в расчет проявившейся радиоактивности среды".
Характерные моменты 40700-летнего ритма, по-видимому, в некоторой степени воздействуют и на физический тип человека. Так, расчетами Г.Ф. Дебеца установлено, что в интервале между 8-4 тыс. лет назад произошло скачкообразное изменение массивности черт человека.
Связь этапов развития человечества и его культур в позднем палеолите, мезолите и неолите с характерными моментами 40700-летнего ритма показана на рис. По-видимому, характерные моменты 40700-летнего ритма более или менее совпадают с кратковременными инверсиями геомагнитного поля Земли. За последние 70 млн. лет инверсии (изменение знака поля) происходили не менее 3-х раз за каждый миллион лет. Продолжительность наиболее коротких из обнаруженных периодов с постоянным направлением поля около 40-50 тыс. лет. Однако существовали и длительные периоды постоянного знака поля. Например, в период, близкий к меловому (более 40 млн. лет назад), знак полярности оставался неизменным, вероятно, многие миллионы лет.
Исследования показывают, что в период геомагнитных отклонений на планете свирепствовали жуткие катастрофы, которые и вызвали резкие скачки в эволюции Земли и биосферы. Распад Гондваны - древнего суперконтинента в южном полушарии, исчезновение Океана Тетис, образование Атлантического и Тихого океанов, другие крупнейшие катаклизмы и события громыхали именно тогда, когда отмечались глобальные колебания магнитного поля Земли, которые, несомненно, влияют и на состояние земной коры. То есть после смены полярности затухали или набирали силу тектонические процессы, начиналась или заканчивалась магматическая активность, усиливался или ослабевал вулканизм, увеличивался или понижался уровень морей, менялся климат.
Во время переполюсовки - инверсий, когда величина геомагнитного поля резко уменьшается и даже может исчезнуть, Земля, лишаясь своей магнитной брони, на какой-то период остается незащищенной и на нее обрушивается вся мощь жестких потоков солнечной и космической радиации.
Геомагнитное поле есть та самая нить, которая соединяет неживое с биосферой. Магнитные колебания трансформируют и генетику - вызывают мутации.
В новейшей истории человечества ведущую роль играют не столько смены культур, сколько смены цивилизаций. Понятие цивилизации включает широкий круг явлений. Это культурный, технический подъем, взлет литературы, искусства, архитектуры, строительство городов, увеличение численности населения и многое другое. Нас интересует сам факт активизации крупных общностей людей и ее связь с природными ритмами.
Античная цивилизация относится ко второй половине I тысячелетия до н.э. и первым векам нашей эры. Современная цивилизация началась с эпохи Возрождения и достигла своего апогея в наше время. Между ними более тысячи лет продолжалось средневековье - эпоха несомненного упадка цивилизации. Но ведь две последние многовековые стадии горного оледенения - эгезен (VI) и фернау (VII) - кульминировали, соответственно, на протяжении нескольких столетий около границы эр и в XVII-XIX вв. Значит, они почти точно совпадают по времени с античной и современной цивилизациями. Наиболее полную характеристику и широкую панораму подъема, расцвета и заката этих двух "волн" цивилизации приводит О. Шпенглер в своей книге "Закат Европы" (М., Пг., 1923).
В.М. Массон пишет, что "четыре тысячи лет назад общество южных областей Средней азии находилось на пороге рождения городских цивилизаций". В это время распространилось искусственное орошение в земледелии. В это же время получила развитие цивилизация Хараппы в Индии. Казалось, человечество подошло к этапу раннеклассического общества. Однако "произошло нечто, совсем противоположное. Вместо подъема и прогресса мы видим повсюду упадок и разорение. Приходят в запустение поселения-гиганты... Этот упадок виден во всех областях культуры... Грань цивилизации, порог раннеклассического общества оказались неперейденными". И далее В.М. Массон пишет: "В то же II тысячелетие до н.э. отмечается явный регресс в областях, расположенных на противоположных полюсах тогдашнего цивилизованного мира. В Греции и на Кипре в XIII-XII вв. до н.э. приходит в упадок крито-микенская культура... Еще более ошеломляющим было запустение в середине II тысячелетия до нашей эры гиганских древнеиндийских городов, известных нам, как и Намазга-депе, по позднему названию их руин - Мехенджо-Даро и Хараппы". Приведем также цитату Т. Хейердала об этом времени: "Всеобъемлющее крушение цивилизаций Восточного Средиземноморья датируется приблизительно 1200 г. до нашей эры. К датам около 3100 и 1200 гг. до н. э. привязаны чрезвычайно важные эпохи в истории Средиземноморья и Ближнего Востока. В первом случае видим ломку культур на средиземноморских островах и возникновение первых династий Египта и Двуречья, во втором - опять ломка сложившихся обществ, конец старых династий, поиски крупными этническими группами новых мест обитания".
Что может ожидать современное человечество? Профессор Г. Петрова пишет: "Похоже, мы попали на какую-то периодическую ветвь. Известны циклы в десятки, сотни миллионов лет, отражающие явления в мантии Земли. А процессы, связанные с утеканием энергии из жидкого ядра планеты, имеют свой 10 000-летний цикл, который, видимо, и вызвал нынешний спад магнитного момента, а стало быть, мы живем накануне инверсии. Если это так, то от этой катастрофы нас отделяют по крайней мере 5 тыс. лет. Другое дело - экскурс, когда наши полюса меняются местами, и очень быстро, скажем, в течение каких-то ста лет! Но, замечу, человечество благополучно пережило несколько подобных экскурсов - последний случился 3 тыс. лет назад - без каких-либо потрясений".
Существует мнение: если геомагнитное поле и впредь будет хиреть такими же темпами, то примерно через 2 тыс. лет оно вообще исчезнет, о чем вроде бы говорят расчеты, сделанные по намагниченными предметам древнеримской керамики. Кто-то называет и куда меньшие сроки. Скажем, немецкие ученые из Геоцентра в Потсдаме заключают: " Многое свидетельствует в пользу того, что в скором времени на Земле вновь произойдет смена магнитных полюсов, как это уже было более сотни раз за последние 40 млн. лет. В этом случае наша планета окажется практически беззащитной перед лицом космического излучения. Электронные приборы могут перестать работать, системы связи и радарные системы придут в негодность"...
Как это отразится на биосфере и человечестве, какие при этом могут быть потрясения - вопрос наиглавнейший.
Заключение
В заключение следует отметить, что проявления известных и пока еще не полностью раскрытых форм солнечного излучения могут быть коррелированные между собой. Это обстоятельство затрудняет построение полной модели наблюдаемых явлений. В связи с этим следует напомнить, что предлагаемые численные значения энергетических параметров должны восприниматься только как сугубо предварительные оценки. Непродолжительный мониторинг и последующий анализ совокупности солнечных явлений и сопровождающих их откликов в земной атмосфере позволит обнаружить запаздывание откликов на разных ее уровнях и в различных географических районах. При приемлемом увеличении объема наблюдений, по-видимому, удастся окончательно оценить все виды энергоносителей, участвующих в процессе солнечно-земных связей. После уточнения деталей связующих механизмов изучение солнечно-атмосферных воздействий обретет статистическую основу и, следовательно, станут возможными уверенные предсказания аномальных изменений погоды и катастрофических событий в разных районах земного шара.
ЛИТЕРАТУРА
1.http://schools.techno.ru/sch1567/dost/hp/astronom/solntse.htm
2. http://space.rin.ru/articles/html/395.html
3. http://domino.novsu.ac.ru/kse/pril/10.htm
4. http://www.1tv.ru/owa/win/ort6_main.main?p_news_title_id=78934
|
Заказать