загрузка...

Солнечная активность

  • 16.06.2010 / Просмотров: 7537
    //Тэги: Гордон   космос   Солнце  

    Долгое время исследования солнечной активности опирались в основном на изучение локальных полей на Солнце - солнечных пятен. Предполагалось, что за пределами локальных образований солнечной активностью можно пренебречь. О "невозмущенном Солнце", "фоновых полях" и новом взгляде на проблему солнечной активности - физик Владимир Обридко.

загрузка...







загрузка...

Для хранения и проигрывания видео используется сторонний видеохостинг, в основном rutube.ru. Поэтому администрация сайта не может контролировать скорость его работы и рекламу в видео. Если у вас тормозит онлайн-видео, нажмите паузу, дождитесь, пока серая полоска загрузки содержимого уедет на некоторое расстояние вправо, после чего нажмите "старт". У вас начнётся проигрывание уже скачанного куска видео. Подробнее

Если вам пишется, что видео заблокировано, кликните по ролику - вы попадёте на сайт видеохостинга, где сможете посмотреть этот же ролик. Если вам пишется что ролик удалён, напишите нам в комментариях об этом.


Расшифровка передачи


Александр Гордон. …так себе, средняя звездочка,
достаточно молодая, это звезда не первого поколения,
и кроме того, находится она на окраине галактики, и
после этого они сразу с упоением начинают говорить о
черных дырах, нейтронных звездах – вот там интерес-
но.
Владимир Обридко. Действительно, такое отноше-
ние есть, это грустно. Ведь на самом деле вся астро-
физика началась от Солнца, и еще в 30-х годах вся
астрофизика была изучением физики Солнца. После
войны все наши крупнейшие астрономы были солнеч-
никами. Это и Шкловский, и Пикильнер, и Фесенков, и
Северный, Мустель, все эти академики и член-корры,
все эти астрофизики были солнечниками.
Потом наступил какой-то момент, когда, с одной
стороны, улучшились средства наблюдения дальне-
го космоса. С другой стороны, физика солнца ста-
ла приобретать то, за что нас ценят другие, но за
что нас меньше любят астрономы, стала приобретать
несколько прикладной характер. Иосиф Самуилович
Шкловский где-то в 70-х вернулся из Америки с воз-
гласом: «Физика Солнца больше не наука, а часть
промышленности!» И действительно постепенно инте-
рес астрономов сместился в космологические аспек-
ты астрономии, в ранние стадии развития вселенной,
в пульсары, квазары, вообще в «антропный принцип»
и к тому подобным вещам. А солнечники продолжают
снабжать астрофизику самыми точными данными, но
действительно многие астрофизики относятся к этому
немножко снисходительно, как к полуприкладной и от-
носительно простой науке.
Кроме того, есть ещё одна вещь: в нашей области
мы не можем себе позволить те фантазии, которые по-
зволяют себе астрофизики, мы слишком много знаем
о Солнце. Мы не можем позволить себе, скажем, взяв
несколько простеньких формул и опираясь только на
размерности, сляпать теорию. Мы слишком много зна-
ем, у нас количественные результаты. И это вовсе не
потому, что мы к астрофизике относимся с меньшим
уважением, наоборот, это они к солнечникам относят-
ся, как я уже сказал, с некой осторожностью.
Александр Гордон. Вы сказали: «Мы слишком много знаем о Солн-
це». А что вы не знаете о Солнце? И что вам очень бы
хотелось узнать?
Владимир Обридко. О Солнце мы не знаем гораздо больше, чем мы
знаем, к сожалению. Что мы не знаем о Солнце. На са-
мом деле, мы наверное знаем, где источники энергии
Солнца. Хотя ещё совсем недавно мы этого не знали.
Точнее скажем так: мы это знали, потом мы перестали
это знать, поскольку выявился так называемый пара-
докс нейтрино и возникла проблема: а есть ли вообще
на самом деле термоядерная реакция внутри Солнца?
Идет ли действительно там тот цикл, который мы все-
гда считали естественным?
Александр Гордон. Из-за дефицита нейтрино.
Владимир Обридко. Да, из-за дефицита нейтрино. Сейчас как буд-
то бы всё это утряслось, можно считать, что этой про-
блемы у нас уже нет. Но трудности всё равно остают-
ся. Потому что сама структура, сама атмосфера Солн-
ца рассчитана на основе каких-то предположений, ко-
торые не бесспорны.
Но если говорить о том, что мы меньше всего зна-
ем, то я бы сказал так. Мы не знаем самой главной
основы солнечной активности. Солнечная активность
на самом деле – это магнитные поля. Если бы на звез-
дах и на Солнце, в том числе, не было бы магнитных
полей, это были безжизненные шары, без каких-либо
сколько-нибудь серьезных изменений. Просто гигант-
ские шары разной температуры, но на них не было бы
того, что мы сейчас называем жизнью. Откуда берется
магнитное поле, мы не знаем. Сейчас основные меха-
низмы, так называемые механизмы динамо, дают нам
возможность хоть как-то прогнозировать и рассчиты-
вать возникновение магнитного поля. Но надо прямо
сказать, что противоречий больше, чем совпадений.
На самом деле проблема состоит еще и в том,
что даже многие солнечники, не говоря уже о специ-
алистах в других направлениях астрономии, солнеч-
ную активность воспринимают чрезвычайно упрощен-
но. Спроси я вас, что вы знаете о солнечной активно-
сти? Вы же, наверное, скажете: «Я знаю, солнечные
пятна есть на Солнце».
Александр Гордон. Я знаю о солнечных циклах, я знаю о солнечных
пятнах.
Владимир Обридко. Прекрасно. То есть вы знаете следующее: на
Солнце бывают солнечные пятна, которых в какие-то
годы больше, в какие-то годы меньше. Таким образом
возникает 11-летний цикл солнечной активности: есть
максимум, есть минимум. Но кроме того, на Солнце
бывают вспышки, о чём большинство уже знают гораз-
до меньше. Такое представление о солнечной активно-
сти настолько распространено, что даже многие сол-
нечники, я уж не говорю о звездниках, продолжают счи-
тать, что так оно и есть, что солнечная активность – это
в первую очередь вариации числа солнечных пятен.
На самом деле это уже не совсем так. За последние,
скажем, лет 20-30 мы несколько поумнели и поняли,
что Солнце и вообще солнечная активность – это ком-
плекс сложнейших и взаимосвязанных явлений. С од-
ной стороны, мы научились понимать взаимодействие
полей разных характерных масштабов. Есть поля от-
носительно малые, локальные поля, они и образуют
солнечные пятна, они перемещаются, двигаются, их
действительно в какие-то годы больше. Скажем, в рай-
оне 2000 года их было больше, сейчас их число умень-
шается, становится всё меньше и меньше, и, по-види-
мому, мы придем к минимуму числа солнечных пятен
в 2007 году.
Но это отнюдь не значит, что одновременно с этим
уменьшается солнечная активность. На самом деле
она переходит в явление другого характерного мас-
штаба. Есть магнитные поля меньших размеров, мень-
шей напряженности – в пятнах напряженность соста-
вляет 3–5 тысяч Гаусс. Для сравнения скажу, что маг-
нитное поле Земли, это пол-Гаусса. То есть поле Солн-
ца на 4 порядка больше, гигантское магнитное поле.
Это, собственно, и определяет сущность солнечного
пятна. Но на поверхности Солнца есть поля других
масштабов и другой напряженности – всего лишь в сот-
ни Гаусс. Главное – они охватывают всю поверхность
Солнца, и они меняются в противофазе. То есть то-
гда, когда мы видим минимум солнечной активности
по пятнам, мы видим своего рода максимум солнечной
активности по крупномасштабным полям. И поэтому
говорить о том, что есть какой-то период «спокойного
Солнца» или «активного Солнца» можно только, если
вы дополнительно определяете, что вы имеете в виду в
данном случае под термином «солнечная активность».
Александр Гордон. То есть единого, стабильного – такого как у Зе-
мли – магнитного поля у Солнца нет, это некая система
магнитных полей.
Владимир Обридко. В общем, да. Можно сказать следующее. Есть
то, что мы называем квазидипольным полярным маг-
нитным полем, которое в какие-то периоды времени
напоминает магнитное поле Земли. Но оно, во-первых,
непостоянное, каждые 11 лет меняется его знак, чего
совершенно нет у Земли. У Земли переполюсовки маг-
нитного поля тоже бывают, но у них характерные вре-
мена – миллионы лет. И во-вторых, оно не является та-
ким мощным, как на Земле. Ведь на Земле магнитные
полюса по своей напряженности – всё, они определя-
ют основу. На Солнце же гораздо более сложное вза-
имодействие.
Но здесь ещё надо обратить внимание вот на что.
Эти крупномасштабные поля раньше несколько прене-
брежительно назывались фоновыми полями и раньше
даже и не очень-то изучались. Кстати, и изучать их го-
раздо труднее, потому что они гораздо слабее, напря-
женность у них меньше, и нужны специальные инстру-
менты для того, чтобы их изучать. Но оказалось, что,
несмотря на то, что они более слабые, они и опреде-
ляют собой более мощные локальные поля. Если мы
возьмем развитие по времени, то увидим, что эволю-
ция глобальных магнитных полей, как мы их называем,
или крупномасштабных магнитных полей, примерно на
пять лет опережает развитие локальных полей, более
мощных, но занимающих на поверхности Солнца пло-
щадь, не превышающую, скажем, одной десятой про-
цента.
Александр Гордон. Причем они локализованы.
Владимир Обридко. Они локализованы в пятнах, а вокруг пятен ещё
есть яркие образования, которые называются факе-
лы или флоккулы, в зависимости от того, в какой ли-
нии они наблюдаются. Сейчас, я вижу, показывается
картинка: так выглядит Солнце, если его наблюдать
в рентгеновских лучах, в лучах, в которых мы видим
верхнюю часть атмосферы Солнца, наиболее горячие
слои. Тут видны и пятна, и активная область. И черные
образования, которые проходят по диску, это так назы-
ваемые «корональные дыры». Это тоже объект, кото-
рый мы раньше не знали, он был открыт меньше 30 лет
назад. Оказалось, что это очень интересные образова-
ния. В какой-то мере они напоминают солнечные пятна
крупномасштабных магнитных полей. В локальных по-
лях в малом масштабе мы видим области большой на-
пряженности. А если мы уберем все локальные поля,
оставим только фоновые, то в них тоже будут какие-то
холмы, и эти холмы связаны с корональными дырами.
Александр Гордон. То есть всё Солнце состоит из пятен, по сути
дела.
Владимир Обридко. Не совсем так. Я бы сказал, что всё Солнце
состоит, скорее, из петель, из магнитных трубок. Если
ещё раз посмотреть, то видны такие тончайшие про-
жилочки. Всё Солнце на самом деле – и это парадок-
сально – состоит из тонких трубок, очень малых харак-
терных размеров, которые организованы, в свою оче-
редь, неким очень крупномасштабным полем. Вот та-
кая своеобразная иерархия. Сейчас вы видите эти тон-
кие трубки, как они развиваются, как они движутся, пе-
реливаясь, переходя одна в другую, взаимодействуя.
Александр Гордон. Они оформлены в петли.
Владимир Обридко. Они оформлены в петли, это типичная структу-
ра петли, типичная структура магнитного поля на Солн-
це. И когда эти петли взаимодействуют между собой,
возникают солнечные вспышки, о которых многократно
говорилось и о которых знают уже почти все. Это крат-
ковременные, длящиеся в течение нескольких минут
или десятков минут, выделения очень мощной энергии
с выбросом вещества в космос, во все стороны, в том
числе и к Земле.
Это сложный вопрос, природу вспышек мы до конца
тоже ещё не знаем. На самом деле можно определен-
но утверждать, что это опять же выделение всё той же
магнитной энергии. Когда магнитная петля закручива-
ется сложными движениями вещества… Но надо ска-
зать, что на Солнце есть специфика, дело в том, что
вещество в фотосфере тащит за собой магнитное по-
ле, и поэтому магнитное поле закручивается сложней-
шим образом, при этом возникают области накопле-
ния энергии в этих петлях, и энергия в какой-то момент
может резко выделиться, как иногда говорят, происхо-
дит пересоединение. До конца неясен вопрос: проис-
ходит ли это пересоединение в результате нестацио-
нарного процесса, само собой, как своего рода само-
возгорание или есть какие-то дополнительные движе-
ния, дополнительные толчки, которые приходят снизу
и вызывают это пересоединение, это выделение веще-
ства. Но определенно энергия идет из магнитного по-
ля, и эта энергия магнитного поля перерабатывается
в выброс вещества, в выделение протонов, частиц вы-
соких энергий, которые идут к Земле.
Александр Гордон. Магнитная пушка своего рода получается.
Владимир Обридко. Своего рода да. Здесь многое зависит от осо-
бенностей вспышки, от конструкции, иногда это дей-
ствительно выглядит как магнитная пушка, особенно
если это происходит при выделении энергии в боль-
шом пространственном масштабе. Как мы говорили,
аналогом солнечного пятна является корональная ды-
ра, а аналогом вспышки, которая чаще происходит в
локальных полях, является так называемый корональ-
ный выброс массы. Мы ещё увидим это на некоторых
картинках. Тогда происходит выброс вещества. Иногда
как бы возгорается всё Солнце (на самом деле, конеч-
но, не всё Солнце), это мы называем корональный вы-
брос типа гало. Что это значит? Это значит, что выбро-
шено вещество, и оно идет к Земле и тогда нам кажет-
ся, что Солнце со всех сторон окружено этим веще-
ством.
Александр Гордон. У вас есть иллюстрация, по-моему, которую у ва-
шего коллеги из Германии специально попросили для
нашего разговора.
Владимир Обридко. Да, да, мы её увидим несколько позднее. Я
хочу публично поблагодарить моего коллегу профес-
сора Райнера Швенна, который специально для этой
передачи разрешил использовать эту подготовленную
им проекцию. Здесь происходит выброс вещества ти-
па гало, и вещество идет дальше, распространяясь по
межпланетной среде, к Земле, и наталкивается на зем-
ную магнитосферу. Собственно, так возникает магнит-
ная буря – происходит пересоединение уже теперь в
окрестностях Земли, в хвосте магнитосферы и…
Александр Гордон. И часть энергии возвращается по магнитным по-
лям в область полюсов Земли.
Владимир Обридко. Энергия, скажем так, попадает в область полю-
сов Земли и, в частности, таким образом возникает по-
лярное сияние. Это основной механизм, который вы-
зывает магнитные бури на Земле. На этой картине вы
видите, как трепещет магнитосфера под действием на-
летающего солнечного ветра. Так меняются силовые
линии. А внизу – возникновение полярного сияния в по-
лярной зоне Земли.
Следует сказать о еще одной специфическом мо-
менте. Проблемы, с которыми мы сталкиваемся, за-
труднены ещё и тем, что вся наша область исследова-
ний, к сожалению, пока ещё не стоит на эксперимен-
тальном пути – мы не можем поставить эксперимент.
Вся наша работа, это работа как бы пассивная, мы вос-
принимаем приходящее к нам излучение в электромаг-
нитном диапазоне, измеряем приходящие к нам части-
цы, можем их измерить, можем получить характери-
стики солнечной активности в самом широком диапа-
зоне. Но во всей астрономии – и у нас, в физике Солн-
ца, – пока ещё невозможен никакой активный экспе-
римент. Это специфика, которая отличает наши рабо-
ты от лабораторных экспериментов, поэтому там есть
определенные трудности.
Александр Гордон. Но иногда природа сама ставит эксперименты,
как это было, например, тогда, когда осколки кометы
Шумейкера–Леви ворвались в атмосферу Юпитера.
Владимир Обридко. Действительно – но это специфика уже пла-
нетных исследований. В планетных исследованиях мы
уже напрямую подошли к таким исследованиям, там
это действительно есть. Более того, и в планируемых
нами экспериментах по физике Солнца есть некото-
рые работы, которые предполагают если не активный
эксперимент, то, по крайней мере, уход с Земли. То
есть предполагают наблюдение Солнца с трех точек в
пространстве, это так называемый эксперимент «Сте-
рео». Это предполагает подлёт к Солнцу на очень ко-
роткие расстояния. Выход на такую орбиту, на кото-
рой космический аппарат зависнет над определенной
точкой на Солнце, и мы будем одну точку наблюдать
в течение длительного времени, в отличие оттого, что
мы имеем сейчас, ведь Солнце всё время вращается с
периодом 27 дней. Поэтому мы не можем проследить
один объект на Солнце в течение всего времени его
жизни. Обычное время жизни этих объектов – несколь-
ко оборотов. Он уходит на обратную сторону, и мы его
не видим.
Но эта 27-дневка, с другой стороны, очень для нас
полезна с точки зрения прогноза. Стоит поговорить о
задаче прогнозирования магнитных бурь. Я знаю, что
и в ваших передачах было уже это обсуждение. Стро-
го говоря, непосредственный приход плазмы к Земле,
то есть возникновение магнитной бури, мы можем уве-
ренно прогнозировать только за один-полтора дня, а
на самом деле, за несколько часов, когда мы уже ви-
дим приходящий поток.
Но вопрос ведь вот в чем: что прогнозировать? Как
мы говорили и до сих пор, надо сформулировать зада-
чу. Если мы прогнозируем величину магнитной бури и
точный день и час, это действительно можно сделать
только за день-полтора. За неделю с довольно боль-
шой степенью уверенности мы можем указать период,
несколько дней, когда эти бури более вероятны. За 27
дней мы тоже можем указать примерно трех-четырех-
дневный интервал высокой вероятности магнитной бу-
ри.
Более того, сейчас (я об этом не говорил, это со-
вершенно отдельная задача) методами так называе-
мой гелиосейсмологии мы можем наблюдать активные
области на обратной стороне Солнца, то есть те, ко-
торые придут к нам ещё только через 2 недели. Это
совершенно отдельная, совершенно фантастическая
возможность, о которой мы даже не могли мечтать ещё
3-4 года назад, эта возможность возникла совсем не-
давно. И таким образом мы можем указать момент на-
ступления магнитных бурь за 27 дней и за 2 недели,
указать период, когда высока вероятность возникнове-
ния магнитной бури.
Я перед тем, как с вами здесь встретится, специаль-
но в Интернете посмотрел данные. В частности, сейчас
период довольно активный. Весь май и июнь – высокая
геомагнитная активность при относительно невысокой
солнечной активности, здесь нет стопроцентно одно-
значной связи. Потому что выброс вещества Солнца
может миновать Землю. Тем не менее, на протяжении
всего мая и 10 дней июня – очень высокий уровень гео-
магнитной активности. Бури идут одна за другой. Если
традиционно интервал между бурями составляет не-
сколько дней, 5–6 дней, то сейчас практически день-
два – и мы наталкиваемся на хотя бы слабую бурю, а
иногда и на очень мощную бурю. Например, сегодня в
середине дня была буря, точнее сказать так: был трех-
часовой интервал, в течение которого на Земле было
подобие небольшой бури (обычно состояния измеря-
ются такими трехчасовыми интервалами).
Поэтому прогноз, вообще говоря, возможен и на
большие интервалы времени. Мы можем прогнозиро-
вать и на годы вперед. Скажем, определенно сейчас
можно утверждать, что где-то в 2007-ом году уровень
солнечной активности, понимаемой как активность пя-
тен, будет пониженным, средняя скорость солнечно-
го ветра будет порядка 400–450, 500 километров в се-
кунду. Геомагнитные бури будут, но будут они связаны
не со вспышками, а с корональными дырами. Наобо-
рот, на Солнце будут к этому моменту гигантские ко-
рональные дыры, они уже сейчас довольно большие,
мы сейчас на спаде солнечной активности. А затем к
2010 году повторится примерно ситуация 2000 года.
То есть опять появятся явления вспышечного плана,
опять появятся бури с внезапными началами, связан-
ные со вспышками. И будут происходить события та-
кого плана, что мы обычно наблюдаем в период мак-
симума пятнообразовательной деятельности Солнца.
Александр Гордон. У меня есть вопрос к вам, если позволите. Ведь
Солнце вместе с Солнечной системой ещё и движет-
ся вокруг центра галактики. И космос, в котором она
движется, хоть и изотропен, однороден, но не на всём
пути. То есть наверняка встречаются какие-то газовые
облака и неоднородности. Как-то реагирует Солнце на
своё продвижение в космосе или нет?
Владимир Обридко. Это сложный вопрос. Прежде всего, движение
Солнца по космосу в космических масштабах, в галак-
тических масштабах настолько мало, что мы этого дви-
жения практически не замечаем. Мы же фактически
сколько-нибудь серьезно наблюдаем Солнце только со
времён Галилея, который открыл пятна. Серьезные на-
блюдения, с использованием хороших инструментов
вообще начались только в этом веке. Поэтому за это
время Солнце практически не изменило своё положе-
ние в галактике. Хотя есть работы – я с ними не согла-
сен, но они есть, – которые говорят о том, что напра-
вление галактического магнитного поля, направление
рукавов галактики не безразличны для солнечной ак-
тивности, и когда Солнце поворачивается таким обра-
зом, что оно как бы выстраивается вдоль галактиче-
ского направления магнитного поля, солнечная актив-
ность на это как-то реагирует, модулируется.
Есть вторая концепция, которая сводит возникно-
вение солнечной активности к воздействию планет. И
здесь тоже у меня есть серьезные возражения. Хотя
нельзя отрицать того, что 11-летний период солнечной
активности совпадает с 11-летним периодом обраще-
ния самой большой планеты – Юпитера – вокруг Солн-
ца, и это – самый главный аргумент у тех специали-
стов, которые отстаивают теорию планетного возник-
новения солнечной активности.
Аргумент против состоит в том, что приливная вол-
на, которую могут привести все эти планеты на Солн-
це, составляет буквально миллиметры, притом что ва-
риации диаметра Солнца могут составлять 10-15 кило-
метров. Поэтому как-то это кажется маловероятным с
энергетической точки зрения.
Александр Гордон. Буря в стакане воды.
Владимир Обридко. Да. Но есть другой ответ, с ним мы непрерывно
сталкиваемся в физике. А именно, что энергетические
оценки часто не объясняют наблюдаемых связей. Это
проявляется и в гелиобиологии, и в гелиометеороло-
гии, и в многочисленных, до сих пор не всегда ясных,
аспектах воздействия солнечной активности на техно-
генные катастрофы и так далее.
Логика примерно такая: да, конечно, энергетики
здесь не хватает, но какая вам нужна энергетика для
того, чтобы нажать, скажем, курок пистолета? Или та-
кой пример: человек получил письмо, в котором ему
сообщают о смерти близкого человека, он упал в об-
морок. Тут энергетика почти нулевая: информацион-
ное сообщение или резонансы. И здесь мы с таким
положением вещей действительно сталкиваемся, эти
вещи широко обсуждаются, и по-видимому, это долж-
но работать, по крайней мере, в некоторых аспектах
солнечно-земных связей. Вероятно, это существенно
в проблеме воздействия солнечной активности на по-
годные, климатические условия.
Здесь тоже тонкий вопрос. Часто люди несведущие
к этому прибегают и говорят: «Вот дождь пошел. Как,
у вас на Солнце всё в порядке?» То есть существует
стремление связать каждое отдельное событие на Зе-
мле с отдельными событиями на Солнце. На самом де-
ле ничего подобного быть не может, и существующая
связь – сложная, статистическая и с очень низким ко-
эффициентом достоверности, хотя и не с нулевым ко-
эффициентом достоверности.
Проблемы здесь вот какие. На протяжении многих
лет противники концепции связи солнечной активности
и земной метеорологии выдвигали вот какие аргумен-
ты. В самом деле, возьмем статистические исследова-
ния. В периоды высокой солнечной активности в одном
месте – оледенение, потопы. Но в то же самое время
в другом месте наблюдается засуха, очень теплые го-
ды. Казалось бы, одно противоречит другому. И обна-
ружилась следующая вещь: солнечная активность ра-
ботает как дестабилизирующий фактор. На самом де-
ле, солнечная активность влияет на любое событие и
явление, как бы сталкивая его в ту потенциальную яму,
в которую это явление уже готово упасть.
Это воздействие солнечной активности проявляет-
ся и в биологии, то есть у человека, склонного к сер-
дечно-сосудистым заболеваниям, солнечное воздей-
ствие приведет именно к инфарктам и к сердечно-со-
судистым заболеваниям. У человека, склонного к за-
болеваниям органов пищеварения, будут обострения
своей болезни. То же самое и в метеорологии. В ме-
теорологии это явление было открыто нашим сооте-
чественником, членом-корреспондентом Академии на-
ук Эвальдом Рудольфовичем Мустелем в конце 50-х
– начале 60-х годов, он назвал это «эффект акцента-
ции». То есть он показал именно то, о чём я сейчас
говорю, что в регионах, которые имеют предрасполо-
женность к засухам, в периоды высокой солнечной ак-
тивности усиливается вероятность засух. В районах, в
которых сложная метеорологическая обстановка, свя-
занная с возможными потопами, наводнениями, там
усиливается вероятность этих наводнений.
Пока не очень ясно, в чём состоит механизм этого
действия. Здесь есть два важных момента, о которых
следует сказать. Один из них обнаружен у нас в инсти-
туте с моим участием и с участием нашего директора
Виктора Николаевича Ораевского, который у вас тут
тоже выступал. Он состоит в том, что мы обнаружили,
что есть некие зоны, в которых воздействие солнеч-
ной активности на циклоническую деятельность в ат-
мосфере Земли является особенно интенсивным. Од-
на из них располагается в Сибири в районе Турухан-
ска, там коэффициенты корреляции, коэффициенты
связи особенно высоки. Другая расположена несколь-
ко южнее Сахалина, третья – в районе Гренландии и
Исландии. Есть, вероятно, и другие зоны, но мы изуча-
ли только эти.
Что происходит? Эти зоны мы назвали гелиопогод-
ными управляющими зонами (это, кстати, области, в
которых есть много других аномалий, например, раз-
витая магнитная аномалия). В эти зоны сваливаются
при приходе космические частицы – плазма, частицы
сваливаются по силовым линиям в эти места. И части-
цы воздействуют на циклоническую деятельность, ко-
торая в дальнейшем распространяется уже повсюду
по Земле.
Второй механизм, о котором сейчас очень много го-
ворят, мне представляется очень перспективным, и
мы тоже им интенсивно занимаемся. Он выглядит не-
сколько парадоксально. В чём здесь проблема? Я уже
говорил о том, что с энергетической точки зрения вли-
яние солнечной активности на Землю очень невелико.
Когда мы с метеоролагами пытаемся разговаривать на
этом языке, они часто говорят: а вы пробовали срав-
нить энергию ваших частиц с энергией хотя бы одного
крупного циклона? И действительно энергетически тут
ничего не проходит. Более того, стало ясно, что поток
излучения от Солнца – полный, интегральный поток –
практически не меняется. Конечно, он меняется, и да-
же более того, он меняется тоже с 11-летней циклично-
стью. Но эти изменения составляют десятые доли про-
цента, даже меньше, не более десятой доли процента.
Этого заведомо не хватит, чтобы влиять на температу-
ру на Земле.
С другой стороны, мы видим, это показано, что вари-
ация температуры Земли за последние 100 лет повто-
ряет вариацию крупномасштабного магнитного поля
на Солнце. Последние 20-30 лет, по-видимому, сильно
вмешался человеческий фактор, парниковый эффект,
и кривая пошла ещё круче. А до этого всё довольно
хорошо сходилось. Спрашивается: в чём же дело? Так
вот, по-видимому, здесь возникает такой своеобразный
эффект. Приходящие к нам от Солнца частицы сдавли-
вают всю гелиосферу во всей солнечной планетной си-
стеме, меняют магнитное поле и препятствуют прихо-
ду к Земле галактических космических лучей. Казалось
бы, «в огороде бузина, а в Киеве дядька».
Александр Гордон. Если энергии Солнца не хватает, то уж энергии
галактических лучей…
Владимир Обридко. Да, галактических космических лучей прихо-
дит меньше. А оказывается, галактические космиче-
ские лучи меняют прозрачность земной атмосферы.
Понимаете?
Александр Гордон. За счет чего?
Владимир Обридко. Когда они приходят к Земле, то меняют цирус-
ную облачность, ее становится то больше, то меньше.
И в зависимости от этого…
Александр Гордон. Увеличивается нагрев…
Владимир Обридко. Да. То есть возникает своеобразный механизм:
вода в самом резервуаре вроде бы и не меняется,
но мы поворачиваем туда-сюда кран, усиливаем или
уменьшаем приток энергии.
Александр Гордон. Зонтик открывается, зонтик закрывается.
Владимир Обридко. Да, сам поток излучения от Солнца почти не
меняется. Но поскольку меняется облачность, меняет-
ся прозрачность земной атмосферы вкупе с парнико-
вым эффектом, то меняется тепловой баланс Земли. И
оказалось, что это действительно существует. Вот ил-
люстрация, схематически изображающая приход кос-
мических лучей. Идеи эти были выдвинуты первона-
чально за границей, но у нас они сейчас интенсивней-
шим образом развиваются. Мне это представляется
очень перспективным. Хотя трудностей здесь остается
ещё очень много, например, коэффициенты корреля-
ции пока еще на уровне, который чуть-чуть превыша-
ет уровень достоверности. Потому что здесь на самом
деле очень много факторов, которые искажают стати-
стику.
Александр Гордон. И опять же эксперимент не поставишь.
Владимир Обридко. Да, не поставишь. Правда, здесь можно посту-
пить немножко по-другому. По кольцам деревьев мы
можем просто определить 11-летний цикл. На кольца
деревьев может влиять только климат. То есть мы, рас-
капывая кольца деревьев, раскапывая отложения, ви-
дим проявления 11-летнего цикла. Более того, нам уда-
лось восстановить (в этом достоинство данного мето-
да) солнечную цикличность на две сотни лет назад, ис-
пользуя кольца деревьев. То есть, связь несомненно
есть. Но мы начали беседу с того, что вы спросили: че-
го мы не знаем? Так вот, мы много чего не знаем, и на
самом деле мы не знаем самого главного – откуда бе-
рется солнечная активность и через что она всё-таки
воздействует на Землю…

Обзор темы


Главными звеньями в цепочке солнечно-земных связей являются Солнце, межпланетная среда и Земля с ее атмосферой и другими оболочками. Строго говоря, между этими физическими объектами существует взаимное влияние. Однако энергетический вклад Земли по сравнению с энергетикой солнечных процессов настолько мал, что им обычно пренебрегают и рассматривают только влияние Солнца на Землю. Этот традиционный подход опирается на известные физические законы, управляющие процессами на Солнце, в межпланетном и околоземном пространстве. Значительное внимание уделяется самым внешним оболочкам Земли — магнитосфере и ионосфере: именно здесь в основном и проявляется энергия солнечных возмущении. Главные из них — это солнечные вспышки, корональные транзиенты (мощные выбросы коронального вещества), ударные волны в солнечной плазме, колебания мощности солнечного ветра. Большую роль в солнечно-земных связях играют межпланетные магнитные поля, регулирующие потоки космических лучей галактического и солнечного (вспышечного) происхождения. Таким образом, предметом исследования в солнечно-земной физике являются вся среда между Солнцем и Землей и процессы, происходящие в этой среде.
Из проблем, стоящих перед солнечно-земной физикой, отметим такие фундаментальные, как выяснение физических механизмов, ответственных за солнечные вспышки, ускорение частиц, формирование структуры солнечного ветра и межпланетного магнитного поля, за передачу энергии солнечного ветра в магнитосферу Земли и взаимодействие магнитосферы и ионосферы.
Изучение крупномасштабной солнечной активности. С момента открытия солнечных пятен на протяжении более трех столетий исследования солнечной активности опирались в основном на изучение локальных полей на Солнце, т. е. объектов с характерными размерами много меньше солнечного радиуса. Для более крупных образований укоренились названия типа «невозмущенное Солнце», «спокойное Солнце», «фоновые поля» и т.п., т. е. предполагалось, что за пределами локальных образований солнечной активностью можно пренебречь. Даже в учебниках астрономии солнечная цикличность связывается преимущественно с солнечными пятнами и вспышками.
Только в последние 2–3 десятилетия стало ясно, что Солнце активно всегда и везде, а именно:
1) Солнечная активность наблюдается в разных формах на всех широтах от полюса до экватора и во всех характерных пространственных масштабах от нескольких сотен до многих сотен тысяч километров. Некоторые структуры и явления могут охватывать почти весь диск и называются глобальными.
2) Солнечная активность не ограничивается относительно короткими периодами максимумов 11-летних циклов, а в разной форме существует всегда, в том числе и в периоды минимумов 11-летних циклов. Так, например, в периоды минимумов локальных полей резко усиливается активность глобальных полей. Более того, обнаружены мощные килогауссовые поля в полярных зонах, что ранее считалось невозможным.
3) Существует некий дуализм между локальными и крупномасштабными (глобальными) полями, при котором большинству объектов и явлений в локальных полях можно сопоставить аналогичный объект или явление в глобальных полях. Так, есть много общего во внешних проявлениях и структуре солнечных пятен и корональных дыр, солнечных вспышек и корональных выбросов массы, волоконец-фибрилл в активных областях и гигантских волокон, протягивающихся через весь диск Солнца.
4) Ряд геоэффективных явлений на Земле, вблизи Земли и в гелиосфере, которые ранее считались следствием исключительно процессов в локальных полях, оказались обусловленными в значительно большей мере процессами в крупномасштабных структурах. Можно привести примеры мощных геомагнитных бурь, произошедших в период минимума солнечного цикла при числе Вольфа, равном нулю.
5) В этом едином комплексе активных процессов и явлений приоритет принадлежит крупномасштабным и глобальным полям, которые определяют собой энергетику и пространственную локализацию полей всех масштабов.
Таким образом, сегодня классическое направление изучения солнечной активности через локальные поля дополняется бурно развивающимся изучением крупномасштабной солнечной активности. При этом стало ясно, что крупномасштабные поля сами по себе есть результат взаимодействия двух систем поля, различающихся по характерным размерам, глубине образования и характеристикам вращения.
В прикладном плане основные задачи солнечно-земной физики можно сформулировать следующим образом:
диагностика и прогноз радиационной обстановки в космосе, магнитосферных и ионосферных возмущений для нужд практической космонавтики, космической и наземной радионавигации и связи (включая телексную и телефонную), для нужд энергетики (линии электропередач), нефтегазовой промышленности, медицины, метеорологии и других отраслей народного хозяйства;
идентификация тропосферных и наземных источников ионосферно-магнитосферных возмущений (обнаружение и отождествление искусственных воздействий и мощных взрывов, поиск предвестников землетрясений и извержении вулканов и т. п. ); исследование магнитосферно-ионосферно-тропосферного взаимодействия и пространственно-временной устойчивости солнечно-тропосферных связей (энергетика взаимодействия, вклад в метеопроцессы);
изучение и прогнозирование глобальных долговременных трендов в окружающей среде, выяснение связи солнечно-земной физики с экологическими проблемами и перспективами развития человеческого сообщества.
Особенности процессов в системе Земля — Солнце. В типичных задачах физики, включая и лабораторные исследования плазмы, изучаемые явления обычно можно неоднократно воспроизводить с высокой степенью точности (адекватности начальных и граничных условий). При этом эксперимент ставится так, чтобы влияние неконтролируемых внешних воздействии свести к несущественному минимуму, то есть, чтобы сделать объект исследования изолированной («закрытой») системой. В солнечно-земной физике подобное практически невозможно: здесь мы имеем дело с набором многопараметрических «открытых» систем, непрерывно взаимодействующих между собой. Поэтому поведение солнечно-земной среды в целом может коренным образом отличаться от простой суммы свойств отдельных ее составляющих.
Другим следствием открытости является невоспроизводимость (в классическом смысле) какого-либо «эксперимента» (точнее, наблюдения) в солнечно-земной физике. Отсюда ясна принципиальная «неповторимость» таких явлений, как солнечная вспышка, геомагнитная буря, ионосферное возмущение. При общей схожести, например, вспышек среди них нет двух абсолютно идентичных, поскольку каждая есть реализация совокупности случайных процессов (или совокупности случайных и детерминированных процессов) при несколько различных начальных и «граничных» условиях. Заметим, что само понятие границы в данном случае является условным, так как в космической плазме нет жестких «стенок».
Путем прямых наблюдений иногда удается обнаружить отдельные важные закономерности или интересные единичные явления. Например, совершенно неожиданным оказалось обнаружение корональных дыр — областей с пониженной плотностью газа и открытой конфигурацией магнитного поля в короне Солнца.
Напротив, вполне естественной была регистрация давно предсказанных теорий гамма-излучения и нейтронов от солнечных вспышек или низкочастотного электромагнитного излучения в ионосфере накануне землетрясений.
Объективные научные выводы можно получить лишь на основе большого статистического материала. Но даже при соблюдении этих условий во многих случаях трудно гарантировать однозначность полученных выводов. Причиной тому — относительно высокая нестационарность системы Солнце — Земля, которая характеризуется отчетливой иерархией процессов с различными пространственными, временными и энергетическими масштабами, с различной глубиной корреляционных связей. Поэтому при изучении солнечно-земных связей очень важно обеспечить синхронность наблюдений на различных космических аппаратах или наземных пунктах. Этой цели служат мировые сети станций для одновременных наблюдений геомагнитного ноля, возмущений ионосферы, вариации космических лучей, полярных сияний и других явлений. Крупные исследовательские программы с привлечением наземных и космических средств осуществляются, как правило, на комплексной основе.
Одна из важнейших особенностей солнечно-земных связей — нелинейность взаимодействующих систем и, как следствие, отсутствие пропорциональности между интенсивностью воздействия и вызываемым им откликом системы.
Имеется много примеров, когда относительно слабое энергетическое воздействие вызывало весьма мощные процессы. В Солнечной системе (при слабодиссипативных процессах) такие воздействия могут способствовать постепенному накоплению энергии в отдельных звеньях цепочки «Солнце — межпланетная среда — Земля». Если спустя длительное время накопленная энергия достигнет критической величины, то будет достаточно небольшого дополнительного импульса, чтобы начался качественно новый процесс ее быстрого высвобождения.
Отсутствие жесткой устойчивости процессов, протекающих на Солнце, в межпланетной среде, в плазменных оболочках и в атмосфере Земли, позволяет считать, что в системе солнечно-земных связей существенную роль играет триггерный (спусковой) механизм воздействия первичного фактора на протекание результирующего процесса. Этот механизм работает, по-видимому, и в атмосфере Солнца (в частности, при генерации вспышек), но особое значение он имеет для процессов в атмосфере Земли.
Многие атмосферные процессы колоссальной мощности (например, ураганы и циклоны) не являются строго детерминированными на всех этапах своего формирования и развития. В этих условиях энергетически слабые воздействия, поступающие от возмущений в солнечном ветре или в магнитосфере в подходящие моменты времени, могут существенно повлиять на весь ход соответствующих тропосферных явлений.
На большом статистическом материале наблюдений показано также, что при вхождении Земли в усиленный поток солнечного ветра заметно меняется структура поля приземного атмосферного давления (растет нестабильность тропосферы и изменяется интенсивность циркуляции), причем совокупность всех свойств этих эффектов подтверждает триггерный механизм их происхождения.
По этой причине исключительное значение приобретает тот факт. что верхние слои атмосферы в определенных условиях чрезвычайно чувствительны даже к небольшим энергетическим воздействиям. Поэтому определить допустимые границы антропогенного воздействия на верхнюю атмосферу Земли — одна из важнейших прикладных задач солнечно-земной физики.
В последние годы применительно к задачам солнечно-земной физики развивается известный подход, часто называемый синергетическим. Его основная идея состоит в том, что плазма в космических условиях должна обнаруживать свойства «самоорганизации» — упорядочения структуры течений, полей и т. н. При наблюдениях магнитных полей в атмосфере Солнца, например, такая тенденция действительно проявляется в виде иерархии взаимодействующих дискретных структур. Этот фундаментальной важности факт может служить объяснением, почему наша Земля и солнечно-земная среда в целом — сложно организованная природная система — устойчива.
Сложность исследования лишь подчеркивает богатство физического содержания процессов в системе Солнце — Земля.
Наиболее впечатляющие достижения солнечно-земной физики за последние полтора — два десятилетия. Начнем с открытия колебаний Солнца как звезды. Хотя такие колебания (например, 160-минутные и 5-минутные) не имеют прямого отношения к солнечно — земным связям. Обнаруженные экспериментально вариации потока нейтрино обострили интерес к традиционным проблемам солнечной активности: природе солнечной цикличности (11-летний, 22-летний и более длительные циклы), механизмам генерации и роли крупномасштабных магнитных полей на Солнце. Было установлено, в частности, определяющее влияние структуры крупномасштабных полей на возникновение и развитие активных областей на Солнце.
В физике вспышек разработана концепция пересоединения магнитных полей в качестве энергетической основы вспышки, получены наблюдательные свидетельства в пользу существования нейтральных токов; уточнена картина первичного накопления и высвобождения энергии в форме электромагнитных излучений и ускоренных частиц (солнечных космических лучей). Согласно некоторым наблюдательным данным и теоретическим оценкам, поступление и высвобождение энергии происходит, по-видимому, в течение всего процесса вспышки.
Интересные результаты дало изучение солнечной короны и межпланетной среды. Было установлено, что корональные транзиенты — это одно из фундаментальных проявлений солнечной активности. Такие выбросы вносят существенный вклад в геомагнитные возмущения. Недавно вблизи Солнца была обнаружена особая (переходная) область, где резко меняются свойства солнечного ветра: наблюдается скачок скорости, представляющий большой интерес для теории формирования солнечного ветра.
Исследования геомагнитных возмущений выявили их тесную связь со структурой и направлением магнитных полей на поверхности Солнца и в межпланетном пространстве. Эта связь может быть использована как один из критериев при прогнозировании магнитосферных возмущений.
В последние годы большое внимание исследователей привлекают ионосферные эффекты землетрясений, наземных и подземных взрывов. Их обнаружение помогает лучше понять механизм передачи возмущения не сверху вниз — от ионосферы к тропосфере, как это обычно происходит, а снизу вверх — от тропосферы к ионосфере. Средняя и нижняя атмосфера в таких случаях служит линией передачи электромагнитных возмущений, распространяющихся в неоднородной и анизотропной среде. Как выяснилось, проводимость такой линии сильно меняется во времени и пространстве (например, под воздействием космических лучей), причем основное изменение электрического сопротивления происходит, по-видимому, в стратосфере и тропосфере. Из-за близости этих оболочек к поверхности планеты атмосферное электричество вообще играет большую роль в системе солнечно-земных связей (особенно в развитии некоторых метеорологических явлений и процессов в биосфере).
В области метеорологии и климатологии получены доказательства статистических связей между изменением приземного давления и мощностью солнечного ветра, частотой засух и 22-летним циклом солнечной активности, уровнем геомагнитной возмущенности в целом и поведением некоторых метеопараметров. Эти связи, однако, географически обусловлены (горы, граница суша-океан и т. п. ) и связаны с распределением аномалий геомагнитного поля, с областями неустойчивостей (центров действия) самой атмосферы. Важность исследования солнечно-тропосферных связей уже широко признается, по получаемые при этом данные качественно отличны от метеорологической информации, используемой синоптиками в традиционных методах прогнозирования. Это различие (отсутствие «алгоритма перехода») служит одним из препятствий на пути внедрения результатов исследования солнечно-тропосферных связей в практику метеопрогнозирования.
Подробней об увеличении магнитного потока от полярных областей солнца за последние 120 лет. Физиками В. И. Макаровым, В. Н. Обридко и А. Г. Тлатовым определена широта зональных границ глобального магнитного поля Солнца по магнитным нейтральным линиям на синоптических Н-альфа картах Солнца с 1878 по 1999 гг. Ими показано, что за последние 120 лет площадь полярной зоны Солнца, занятая магнитным полем одной полярности в минимуме активности, увеличилась в два раза. Этот эффект объясняет вековое увеличение геомагнитного индекса, но не за счет двукратного увеличения напряженности магнитного поля Солнца в этот период. Кроме того, ученые исследовали временные вариации магнитного потока из полярных областей Солнца в связи с проблемой векового изменения структуры внутреннего магнитного поля Солнца и их роль в глобальном изменении климата Земли.
В последнее время появилось ряд косвенных указаний на рост магнитного поля Солнца со временем. Эта проблема имеет отношение, как к изменению внутренней структуры Солнца, так и к глобальному потеплению и росту поверхностной температуры океанов на Земле. Эффект потепления регистрировался как по метеорологическим данным, так и по дендрологическим измерениям. Как правило, глобальное потепление связывается с техногенными последствиями. Недавно был проведен анализ измерений радиальной компоненты межпланетного магнитного поля на орбите Земли за 1964–1996 гг. Оказалось, что магнитное поле в солнечной короне возросло за последние 32 года на 40%. За последние 100 лет магнитное поле Солнца возросло в 2.3 раза.
Существенное значение это эффект может иметь и для геофизических явлений и климатических вариаций на большой временной шкале. С одной стороны, магнитное поле является источником всей активности на Солнце. С другой стороны, обнаружена корреляция чисел Вольфа как индекса локальной активности с полным потоком излучения от Солнца. Следовательно, можно ожидать, что и поток излучения от Солнца будет меняться со временем. Действительно солнечная радиация меняется с периодом около 11 лет. Но в данном случае особенно интересным является наличие долговременного тренда, представляющего собой рост радиации на 0.036% в десятилетие.
Обычно вариацию солнечной радиации связывают с локальными полями (число солнечных пятен и флоккулов). В то же время магнитное поле в гелиосфере определяется открытыми конфигурациями на Солнце, которые определяются глобальными и крупномасштабными магнитными полями. Вклад локальных магнитных полей не велик. Эти поля имеют 11-летнюю периодичность, но глобальное магнитное поле Солнца в своей динамике опережает локальное магнитное поле на 5–6 лет. Кроме этого, за вариации солнечной радиации ответственно не только локальное, но в значительной мере и глобальное магнитное поле. Расчеты магнитного поля вблизи Земли и в гелиосфере на основе наблюдений фотосферного магнитного поля согласуются с прямыми измерениями на космических аппаратах.
Заметим, что результаты наблюдений Солнца как звезды, которые Владимир Обридко и Валерий Фомичев интерпретируют как наблюдения «общего магнитного поля Солнца», связаны с магнитным полем в межпланетной среде неоднозначно. По существу, «магнитное поле Солнца как звезды» представляет собой разбаланс магнитных потоков разной полярности на видимой полусфере Солнца. В эту величину дают вклад магнитные поля разных структур, причем с весом, пропорциональным интенсивности излучения. Периферийные части видимой полусферы Солнца дают малый вклад в измеряемую величину. Но особенно важно отметить малый вклад полярного магнитного поля, которое на самом деле участвует в формировании гелиосферного магнитного поля решающим образом. Принципиально также и то, что все эти системы магнитных полей входят в индекс «магнитное поле Солнца как звезды» и в гелиосферное магнитное поле с разными весами.
Были использованы данные о широтно-временном распределении униполярных областей крупномасштабного магнитного поля Солнца за 120 лет (1878–1999), полученные на основе Н-альфа синоптических карт распределения магнитных нейтральных линий. Хотя эти данные опираются только на знак магнитного поля, они дают надежную статистическую информацию о длительных вариациях глобального поля. На основе Н-альфа магнитных карт был проведен детальный анализ процесса смены знака магнитного поля Солнца, открыты трехкратные переполюсовки полярного магнитного поля, обнаружен 55-летний цикл активности Солнца в крутильных колебаниях, показано, что крупномасштабное магнитное поле Солнца первично по отношению к локальным полям активных областей. Н-альфа магнитные карты были оттестированы сопоставлением с разнообразными солнечными и геофизическими данными (количество полярных факелов и расходимостью полярных силовых линий магнитного поля по затменным данным, вариациями галактических космических лучей. Полярная активность Солнца на уровне фотосферы с 1960 по 1999 год может быть представлена числом полярных факелов согласно наблюдениям на Кисловодской Горной станции ГАО. Наблюдается корреляция между числом полярных факелов и напряженностью полярного магнитного поля Солнца.
Осесимметричная компонента магнитного поля Солнца имеет зональную структуру с характерным масштабом, который определяется средней широтой магнитных нейтральных линий или границами зональной структуры. В минимуме активности Солнца, как правило, l = 3 при m =0, где 1 и m номер гармоники при разложении магнитного поля по сферическим функциям. В период минимума активности границы зональной структуры располагаются на широтах около 40° и 0°, но они изменяются от цикла к циклу. В максимуме активности структура магнитного поля характеризуется 1 ~ 5–7, при т=0. В этот период кроме двух высокоширотных границ, которые дрейфует к полюсам, наблюдаются две зональные границы на широтах около 20° в каждом полушарии.
Данные о магнитном поле Солнца за последние 100 лет получены на основе анализа геомагнитного индекса <аа>. Этот планетарный магнитосферный индекс определяется в результате 3 часовых измерений геомагнитного поля на двух антиподальных станциях, начиная с 1868 года. Высокая корреляция <аа> индекса со скорость солнечного ветра около Земли показывает глубокую связь между солнечной и геомагнитной активностью. Известно, что цикл геомагнитного индекса <аа> состоит из нескольких компонент. Компонента <аа> индекса, связанная с полоидальной составляющей магнитного поля (полярные корональные дыры), смещена относительно цикла солнечных пятен на 5–6 лет. Гелиосферное магнитное поле определяется совокупностью открытых силовых линий, связанных с полярными областями Солнца.
Северное полушарие за последние 120 лет было более активно, так как экваториальное смещение зональной границы в нем составило 19°, тогда как в южном полушарии только 12°. Тем не менее общее увеличение площади полярной зоны Солнца, занятой магнитным полем одной полярности в минимуме активности, отчетливо наблюдается.
Двукратное увеличение величины магнитного поля Солнца следует отнести к увеличению магнитного потока из полярных областей Солнца за счет увеличения площади, занятой полем одной полярности. Этот полярный магнитный поток, очевидно, определяется полярными корональными дырами и следовательно имеет прямое отношение к геомагнитной активности, выраженной <аа> индексом. Полученный результат открывает проблему долговременных изменений внутренней структуры Солнца, которая имеет отношение к глобальным изменениям активности Солнца и изменению климата Земли. «Маундер минимум» активности Солнца и малый ледниковый период на Земле в это время яркий пример влияния глобальных изменений солнечной активности на изменение климата.
В период с 1878 по 1996 год площадь полярной области Солнца в минимумах активности, занятая магнитным полем одной полярности увеличилась почти в два раза.
Высокоширотная и полярная активность Солнца выражена не только корональными дырами. Полярные факелы в белом свете с килогауссовыми магнитными полями, яркие рентгеновские точки, эфемерные активные области представляют особый класс солнечной активности на широтах выше 40°.
Особо рассмотрены циклы полярной активности Солнца с 20 по 23, 1965–1999. Полный магнитный поток от Солнца с 1964 года увеличился в 1.4 раза. Значительная часть потока связана с полярной областью Солнца, поэтому использовались имеющиеся данные об изменении площади полярной шапки Солнца и среднее число полярных факелов за цикл. Оказалось, что площадь полярной шапки в минимуме активности, занятая магнитным полем одной полярности, увеличилась в 1.5 раза за это время. Это результат подтверждает тот факт, что магнитный поток от Солнца в основном связан с изменением высокоширотной области, занятой полем одной полярности.
Исследователи сделали вывод, что среднее магнитное поле Солнца увеличилось в 1.5 раза: с 2 Гаусс в 1965 году до 3 Гаусс в 1996 году. Действительно происходило увеличение величины полярного поля Солнца на интервале времени, порядка двух-трех 11-летних циклов. Так как наблюдения полярных факелов в системе Маунт Вилсон за период около 80 лет не показывают долговременного увеличения числа полярных факелов, то можно утверждать, что величина полярного магнитного поля не изменялась. Долговременное увеличение магнитного потока от Солнца и <аа> индекса обусловлены ростом площади полярной шапки Солнца в этот период.
Весьма интригующие результаты получены при изучении солнечно-биосферных связей (гелиобиология). Как и в случае метеорологии, обнаруженные связи не всегда однозначны (неустойчивы), их механизмы плохо изучены. Однако корреляцию некоторых явлений в биосфере (например, эпидемий и популяционцых циклов) с циклами солнечной активности нельзя признать случайной. Многими исследователями показано также, что колебания геомагнитного поля могут вызывать ответную реакцию центральной нервной системы человека, эндокринной, сердечно-сосудистой и кроветворной систем, влиять на общее состояние человека. Правда, в работах последних лет отмечается, что в некоторых случаях (например, в крупных городах и промышленных районах) связь между геомагнитными колебаниями и состоянием биологических процессов может быть затушевана влиянием мощных электромагнитных полей искусственного происхождения. Для реальной стыковки гелиобиологии с гелио-геофизикой, для проведения объективных исследований явно не хватает «общего языка» — системы индексов, количественно описывающих гелиобиофизические эффекты. Такой язык индексов, по-видимому, можно создать совместными усилиями биологов, медиков и гелиогеофизиков.
Влияние солнечных возмущений на функционирование и синхронизацию человеческого организма. Экспериментально подтверждается влияние космической погоды на людей. Получены результаты комплексного эксперимента по выявлению воздействия нестационарных солнечных процессов на состояние человеческого организма. На базе постоянной группы из 30 обследуемых проводятся ежедневные измерения электрической проводимости 22 контрольных биологически активных точек кожи, артериального давления, пульса, регистрация субъективных ощущений обследуемых. К настоящему времени выполнено сравнение полученных рядов данных с вариациями значений различных параметров внешней среды за описываемый период, таких как локальный А-индекс, атмосферное давление, температура, индексы космических лучей, а также с данными медицинской статистики по отделению интенсивной терапии ЦКБ № 3 г.Москвы. Можно сделать вывод о существовании последовательной двухфазной (гиперфункция-гипофункция) реакции человеческого организма на резкие солнечные возмущения, наличии полугодовой волны в синхронизации работы внутренних органов, и наличии трех сезонных максимумов инфарктов и инсультов. Число тяжелых реанимационных случаев находится в антикорреляционной зависимости от интенсивности вариаций магнитного поля Земли.
Человек, как и любой другой живой организм, в процессе длительной эволюции вынужден был приспосабливаться ко всему многообразию внешних факторов. Мы живем в океане внешних электромагнитных полей. И отсутствие субъективно ощущаемой органами чувств реакции на изменения электромагнитной обстановки вовсе не говорит об отсутствии отклика вообще.
Любые биологические организмы (в том числе и человеческие) являются открытыми нелинейными системами. За время эволюционирования от простейшей клетки до сложной многопараметрической системы человек вынужден был выработать адаптационные механизмы для приспособления ко всем без исключения внешним природным факторам. Причем приспособления не по типу противостояния, а по типу самосогласованного включения в систему природных связей.
Для детального исследования реакции человеческого организма на резкие изменения солнечной активности и среды обитания был проведен эксперимент с использованием метода электроакупунктурной диагностики Р.Фолля. Этот метод характеризуется оперативностью и объективностью в описании как всех систем организма, так и организма как целого. Впервые на базе этого метода с марта 1998 года по настоящее время в ИЗМИРАН ведутся ежедневные мониторинговые измерения проводимости выделенных участков кожи постоянной группы из 30 человек разного возраста, с различным состоянием здоровья. После измерений следует сравнение полученных данных со значениями атмосферного давления, а также индекса, характеризующего возмущенность геомагнитного поля.
Метод электроакупунктурной диагностики Р.Фолля базируется на изменении электрических свойств акупунктурных точек (БАТ) кожи человека в зависимости от состояния организма. Эти точки — участки диаметром и глубиной до 3мм, обладающие пониженным электрическим сопротивлением относительно окружающей ткани и другими особыми свойствами. Каждая БАТ связана с определенным органом или системой организма. Экспериментально доказано, что проводимость БАТ меняется синхронно с изменением состояния соответствующих внутренних органов. Главный плюс методики в том, что она позволяет выражать изменения в функционировании различных органов в одних и тех же единицах — электрической проводимости, что позволяет сравнивать непосредственно между собой такие различные системы, как, например, сердечно-сосудистую и эндокринную.
Измерения велись по 22 точкам на обеих руках. По классификации, принятой в методе Р.Фолля, были выбраны так называемые «контрольные точки», характеризующие состояние нервной, эндокринной, кровеносной, лимфатической системы, сердца, легких, толстого и тонкого кишечника, аллергии и дегенерации паренхиматозных органов, а также дополнительная точка гипофиза-эпифиза. Обследуемые выбирались случайным образом, то есть никакой специальной выборки по возрастным категориям и типам заболевания сделано не было. В дни начала магнитных бурь и резких скачков давления проводилось неоднократное обследование добровольцев из числа постоянной группы измеряемых.
Связь изменения электропроводности биологически активных точек человека с резкими изменениями солнечной активности. Воздействие изменений солнечной активности на биологические объекты опосредовано, и пока нельзя с уверенностью выделить один или несколько факторов, ответственных за реакцию человеческого организма на нестационарные солнечные процессы. Дело в том, что приход к Земле излучения от вспышек, солнечных космических лучей, вспышечных и рекуррентных потоков вызывает целый комплекс взаимосвязанных изменений в оболочках Земли и окружающей среде. Поэтому день начала магнитной бури был выбран нами всего лишь как удобный репер для сравнения с рядами данных проводимости БАТ.
Человеческий организм — биосенсор. Благодаря применению весьма чувствительного метода, исследования показали, что человеческий организм действительно можно рассматривать как биосенсор по отношению к нестационарным процессам на Солнце. За время измерений регистрировалось более 40 магнитных бурь. В качестве характеристики возмущенности магнитного поля Земли брался локальный А-индекс его осреднение за месяц (аа-индекс). В результате сравнения А-индекса с рядами данных проводимости БАТ выяснилось, что достоверно и устойчиво воспроизводимо наблюдается однотипная реакция на нестационарные процессы на Солнце и в окружающем космическом пространстве. Для 80% испытуемых электрическая проводимость во всех БАТ резко меняется в непосредственной близости (± 2 суток) от момента начала магнитной бури.
Особенности реакции организма. Реакция различных испытуемых отличается лишь интенсивностью, имея при этом совпадающие профили. Типичная реакция выглядит следующим образом:
1-ая фаза — резкое синхронное возрастание значений проводимости всех точек акупунктуры (от 50–60 ед. до 80–100 ед.) с уменьшением разброса значений как между различными БАТ, так и между разными испытуемыми. Эта фаза, названная нами фазой гиперфункции длится несколько часов и субъективно обследуемыми не фиксируется.
2-ая фаза — фаза депрессии, характеризуется падением значений и их десинхронизацией, её характерное время 2–3 суток. Именно в этот период обследуемыми фиксировалось резкое ухудшение самочувствия. Особенно чувствительными оказались лица, у которых в невозмущенный период корреляция между рядами данных, характеризующих состояние внутренних органов мала или слишком высока (коэффициент корреляции либо ниже 0.5, либо выше 0.8).
Отклонение значений по различным системам организма от среднего за день во время 1-ой фазы резко уменьшается, составляя 1–3 ед. (индивидуальная норма 5–7 ед.). Во время 2-ой фазы отклонение резко возрастает, превышая индивидуальную норму в два-три раза (около 15–20 ед.).
Изменения абсолютных значений проводимости и среднего отклонения типичны для всех обследуемых, независимо от пола, возраста и состояния здоровья.
Замечено, что обе фазы реакции могут растягиваться во времени примерно вдвое в случае многодневного физического или психического стресса. После финансового кризиса осени 1998г. такое явление наблюдалось практически у всех обследуемых. Фаза гиперфункции могла длиться до 3-х дней, а фаза депрессии — до недели. То есть нами подтверждено, что адаптационная способность организма резко снижается во время длительного стресса. Наблюдается временной разброс начала реакции от -2 до +2 суток от начала магнитной бури для различных бурь, при этом форма реакции остается постоянной для всех прореагировавших обследуемых.
Все сверхинтенсивные магнитные бури за период наблюдений (5 бурь с локальным A-индексом порядка 100) не сопровождались массовой реакцией обследуемых. По-видимому, существует «коридор интенсивности» биоэффективности магнитных бурь: реакция обследуемых отсутствует при значениях А-индекса ниже и выше определенных значений. Все бури, во временной окрестности которых наблюдалась выраженная реакция, характеризовались значениями А-индекса от 20 до 60.
Несмотря на то, что для большинства обследуемых связь временного хода параметров с невозмущенным геомагнитным полем не прослеживается, встречаются отдельные обследуемые (10% от общего числа) с высоким коэффициентом корреляции. Можно предположить, что для них геомагнитное поле — постоянный внешний синхронизатор.
Тяжесть «реакции на магнитные бури» зависит от степени сбалансированности работы органов человека. Специально введено понятие матрицы внутренних корреляций. Матрица внутренних корреляций (Mic) описывает синхронность реакции различных органов на внешние раздражители и является индивидуальным физиологическим портретом испытуемого.
Совокупность индивидуальных коэффициентов корреляции внутренних органов отдельного человека в более ранних работах была названа авторами индивидуальной матрицей корреляции. Сильная связь между органами характерна для сбалансированного организма, находящегося под воздействием внешнего стресс-фактора. Такая связь — нормальная стресс-реакция организма, у которого все органы синхронизированы. Это очень важный момент: человек может быть болен хроническими заболеваниями, но при хорошо скоррелированном функционировании органов его организм будет достаточно легко адаптироваться к внешним условиям и стрессам. «Реакция на магнитную бурю» не сопровождается у таких людей отрицательными ощущениями.
Слабая связь говорит о неодновременной реакции органов на стресс-факторы, сильной разбалансировке систем организма и чаще характерна для лиц преклонного возраста, обследуемых с выраженными воспалительными заболеваниями и подавленным иммунитетом. Преимущественно эти люди и составляют группу, болезненно реагирующую на «магнитные бури».
Нормальный уровень коэффициента корреляции, характерный для здоровых людей, лежит в области 0,55

Библиография


Владимирский Б. Н., Теймурьянц Н. А. Влияние солнечной активности на биосферу-ноосферу. М., 2000
Корнелиссен Ж., Халберг Ф., Обридко В. Н., Бреус Т. К. Квазиодиннадцатилетняя модуляция глобальных и спектральных особенностей геомагнитного возмущения//Геофизика. Биофизика. 1998. Т. 43. Вып. 4
Макаров В. И., Обридко В. Н., Тлатов А. Г. Об увеличении магнитного потока от полярных областей солнца за последние 120 лет//Астрономический журнал. 2001. Т. 78. № 9
Мигулин В. В., Мирошниченко Л. И., Обридко В. Н. Солнечно-земная физика: проблемы и перспективы//Вестник Академии наук СССР. 1987. № 10
Обридко В. Н. Солнечные пятна и комплексы активности. М., 1985
Обридко В. Н. Новый взгляд на проблемы солнечной активности//Известия Академии наук. Серия физическая. 1999. Т. 63. № 11
Солнечная и солнечно-земная физика: Иллюстрированный словарь терминов/Под ред. А. Бруцека, Ш. Дюрана, Я. И. Фельдштейна и В. Н. Обридко. М., 1980
Смольков Г. Я., Фомичев В. В., Снегирев С. Д., Радиоизлучение Солнца и космическая погода//Солнечно-земная физика. 2002. Вып. 2
Фомичев В. В., Черток И. М. Тонкая структура солнечных радиовсплесков на метровых волнах//Изв. Вузов. Радиофизика. 1977. Т. 20. № 9
Kruger A. Introduction to solar radio astronomy and radio physics. Dordrecht, 1979
Miroshnichenko Leonty I. Solar cosmic rays//Astrophysics and space library. Dordrecht;
Boston; London, 2001. V. 260
Obridko V.N., Oraevsky V.N., Dmitrieva I.V., Zaborova E. P. Some aspects of heliometeorologic coupling//Astronomical and Astrophysical Transactions. Amsterdam, 1995. V. 9 helios@izmiran.rssi.ru

  • ДРУГИЕ МАТЕРИАЛЫ РАЗДЕЛА:
  • РЕДАКЦИЯ РЕКОМЕНДУЕТ:
  • ОСТАВИТЬ КОММЕНТАРИЙ:
    Имя
    Сообщение
    Введите текст с картинки:

Интеллект-видео. 2010.
RSS
X