Вековые колебания солнечной постоянной и солярного климата Земли

Интенсивность солнечной радиации на верхней границе атмосферы испытывает, так называемые вековые, колебания. С этими колебаниями солнечной постоянной обычно связывают соответствующие вековые изменения климата, что нашло отражение ещё в работах М.В. Ломоносова, А.И. Воейкова и др. В дальнейшем при разработке этого вопроса возникла астрономическая гипотеза М.Н. Миланковича, объясняющая изменения климата Земли в её геологическом прошлом.

Вековые колебания солнечной постоянной и солярного климата связаны с медленными изменениями формы и положения земной орбиты, а также ориентировками земной оси в мировом пространстве, обусловленными взаимным притяжением Земли и планет. В результате сложного взаимодействия сил тяготения путь Земли вокруг Солнца представляет собой не неизменимый эллипс, а довольно сложную кривую. Облучение Земли, следующей по этой кривой, непрерывно изменяется.

В изменении солнечной радиации на Земле выделяют три составляющие вековой периодичности. Первая из них обусловлена изменением формы земной орбиты, определяемой большой полуосью и эксцентриситетом орбиты, от которых зависит удалённость Земли от Солнца, а следовательно, её облучение. Правда, изменения солнечной радиации, связанные с рассматриваемой периодичностью, невелики. По данным Миланковича, колебания эксцентриситета в пределах от 0,0167 до ,0051 и от 0,0167 до 0,0475 приводят в первом случае к уменьшению сумм солнечного тепла, рассчитанных для определённой широты за астрономическое лето, зиму и год только на 0,013, а во втором – к увеличению на 0,099 по сравнению с современными величинами на этой широте. В настоящее время эксцентриситет земной орбиты равен 1/603 0,0167 и ежегодно уменьшается на 4,2410^-7. Полный цикл его изменений в указанных пределах совершается в среднем за период, равный 92000 лет.

Вторая причина периодических изменений в поступлении солнечной радиации связана с изменениями наклона плоскости эклиптики к плоскости экватора. Угол наклона между этими плоскостями значительно меняется со временем, что объясняется действием на Землю сил притяжения других планет и Луны. Пределами изменениями угла являются 2158 и 2436, а период, в течение которого совершаются эти изменения, равен около 40000 лет. Изменения солнечной периодичности, связанные с рассматриваемой периодичностью, наиболее результативны. Увеличение угла между плоскостями эклиптики и экватора, т.е. увеличение склонений Солнца, влечёт за собой увеличение высоты Солнца над горизонтом летом и уменьшение её зимой. Поэтому лето становится теплее, а зима холоднее. При этом облучение Земли существенно увеличивается в высоких широтах, что отметил ещё в 1902 г. А.И. Воейков, а на экваторе оно несколько уменьшается. Так, при увеличении наклона эклиптики всего на 1 годовая сумма радиации на экваторе уменьшается всего лишь на 0,35%, а на полюсе она возрастает более чем на 4%.

Таким образом, увеличение угла наклона эклиптики усиливает сезонные, но уменьшает широтные различия в количестве солнечной радиации на Земле. При уменьшении угла наклона эклиптики различия между летними и зимними суммами солнечного тепла уменьшаются, а широтные различия увеличиваются.

Наконец, третьим фактором вековых колебаний солнечной постоянной является изменение ориентировки земной оси в мировом пространстве, обусловленное несовпадением центра Земли вследствие её сплюснутости с осью притяжения Земля-Луна-Солнце. Перемещаясь ежегодно на 50,3", земная ось в конечном итоге описывает в пространстве некоторую коническую поверхность. Это есть так называемое явление лунно-солнечной прецессии, или предварения равноденствий, при котором происходит смещение дат равноденствий на другие года. Полный годовой цикл этих смещений при неизменности земной орбиты происходил бы за 26000 лет, а с учётом возмущающих влияний других планет на движение Земли он совершается за 21000 лет, т.е. смещение дат равноденствия на один день происходит примерно за 57,5 лет. Это изменение в движении Земли оказывает совсем небольшое влияние на приток радиации.

Все вышеперечисленные разновеликие колебания солнечной активности накладываются друг на друге и дают сложный вековой ход изменения солнечной постоянной.