5.3.3 11-Летний ритм солнечной активности

Мы обсудили долгопериодические, соответствующие геологической шкале времени, изменения геомагнитного поля. Есть и другие- очень кратковременные, резкие, нерегулярные, на первый взгляд, изменения магнитного поля Земли. Эти изменения происходят из-за того, что в результате взрывных процессов на Солнце в равномерном потоке солнечного ветра образуются сильные неоднородности. Взрывные процессы в атмосфере Солнца- солнечные вспышки- приводят к тому, что целые облака плазмы, потоки высокоэнергичных частиц устремляются прочь от Солнца вдоль магнитных силовых линий межпланетного магнитного поля. Если на их пути оказывается Земля с ее магнитосферой, они вызывают большую совокупность явлений глобального масштаба. Происходит изменение геомагнитного поля (магнитная буря), изменяется состояние ионосферы, возрастает поток космических лучей, бомбардирующих Землю. Нарушается или даже совсем прекращается радиосвязь, происходит усиление полярных сияний. Через 2 - 4 суток после магнитной бури происходит заметная перестройка в тропосфере Земли, увеличивается нестабильность атмосферы, нарушается характер циркуляции воздуха, развиваются циклоны и другие метеорологические явления.

Таковы последствия отдельной вспышки, которые, впрочем, быстро проходят. Действительно, сама вспышка (взрыв) продолжается несколько минут, свет от нее долетает до Земли за 8 мин., облака плазмы- за 1- 2 суток, еще столько же длятся глобальные возмущения во внешних оболочках Земли. Однако бывают продолжительные периоды, когда вспышки следуют часто одна за другой. Эти периоды называются периодами повышенной активности Солнца. Солнечная активность вызывает ряд явлений в биосфере Земли. Статистически установлена связь между уровнем солнечной активности и количеством сердечно-сосудистых заболеваний, динамикой эпидемий, эпизоотий и т.д.

Мерой активности Солнца можно считать количество вспышек за месяц или за год. Но удобнее выбрать другую характеристику активности. Лучше измерять солнечную активность по числу солнечных пятен (f) и числу групп пятен (g), наблюдающихся в данный момент на Солнце. Комбинация этих чисел

называется числами Вольфа (по имени швейцарского астронома Р.Вольфа, предложившего такую меру в середине XIX века). Числа Вольфа подсчитывают ежедневно, а затем усредняют за месяц или за год. График чисел Вольфа показан на рис..

Рис.46: Вариации солнечной активности с начала телескопических наблюдений в 1610 г.

В первом приближении общее поле Солнца имеет вид магнитного диполя (как поле Земли). По некоторым данным, общее поле Солнца медленно (с периодом 22 года) вращается. Это вращение поля происходит таким образом, что в период минимума солнечной активности магнитные полюса совпадают с осью вращения Солнца (скажем, в 1985 г. южный магнитный полюс Солнца находился вблизи северного гелиографического полюса), затем угол между осью вращения и осью магнитного диполя постепенно увеличивается и через 11 лет полярность общего поля меняется на противоположную (в 1996 г. южный магнитный полюс совпадал с южным гелиографическим). Поэтому, формально, правильнее говорить не об 11-летнем, а о 22-летнем цикле солнечной активности. Общее магнитное поле Солнца отчетливо фиксируется только в периоды минимума солнечной активности. В годы повышенной активности Солнца общее поле маскируется мощными магнитными полями многочисленных пятен и активных областей.

11-летний цикл активности Солнца открыл аптекарь и любитель астрономии из немецкого города Дессау Генрих Швабе. Сравнивая данные своих наблюдений за многие годы, Швабе обнаружил, что в 1828 и 1829 гг. не было ни одного дня, когда Солнце было бы абсолютно чистым от пятен. И наоборот, в 1833 и 1843 гг. в течение половины всех дней наблюдений на Солнце вообще не было пятен. За 1828 г. Швабе наблюдал 223 пятна, а в 1833 году- лишь 33. В 1837 г. Швабе насчитал 333 пятна, а за весь 1843-й- только 34.

Швабе сделал заключение о том, что максимумы и минимумы повторялись примерно через 10 лет. Результат был проверен по историческим материалам, и вывод Швабе подтвердился. Свои результаты он опубликовал в 1851 г., и в этом же году появилось сообщение о том, что вариации магнитного поля Земли также имеют период в 10 лет, то же самое оказалось справедливым и для полярных сияний. Таким образом, связь процессов, происходящих на Солнце и на Земле была установлена еще в середине XIX в.!

Систематические наблюдения пятен начали проводиться гораздо раньше- с середины XVIII в. Характер изменения солнечной активности можно проследить и в более далеком прошлом на основании первых зарисовок пятен с использованием телескопов и исторических данных летописей и т.п. На рис.46 показано изменение числа Вольфа с начала телескопических наблюдений в 1610 г. Продолжительность цикла варьируется от периода к периоду, отмечались циклы длительностью от 7 до 15 лет. Среднее значение продолжительности цикла составляет 11,3 года.

Амплитуда 11-летнего цикла (степень максимальной активности Солнца) меняется от цикла к циклу, причем вполне регулярным образом: 3-4 сильных максимума, затем 3-4 слабых и так далее. А на протяжении 70 лет с 1645 по 1715 г. солнечных пятен вообще почти не наблюдалось. Аналогичный продолжительный минимум, по-видимому, был в XV в.

Пятна и вспышки на Солнце- наиболее заметные проявления магнитной активности Солнца. В области солнечного пятна магнитное поле в несколько тысяч раз превышает величину общего регулярного магнитного поля Солнца. Магнитное поле, как всякое поле, обладает энергией. Энергия, выделяющаяся при вспышке, берется из потенциальной энергии магнитного поля активной области, включающей несколько солнечных пятен. Главная причина возникновения вспышки- быстрая перестройка, перезамыкание и аннигиляция магнитных полей противоположной полярности в активной области атмосферы Солнца. В области перезамыкания высвобождается чудовищная энергия, запасенная в мощном магнитном поле. Вспышка- это взрывообразный процесс, но он может длиться несколько минут, а то и целые сутки.

Связь между солнечной активностью и различными процессами, происходящими в как в органическом, так и неорганическом мире на Земле, отмечалась еще в XIX в. По-видимому впервые В.Гершель в 1801 г. подметил зависимость урожая пшеницы от числа солнечных пятен. В 1878 г. было замечено, что количество и качество производимого в Германии вина тоже таинственным образом связано с пятнами на Солнце.

Рис.47: Александр Леонидович Чижевский

Огромную работу по исследованию связей земных процессов с солнечной активностью провел российский ученый А.Л.Чижевский (1897- 1964, рис.47). Результаты этой работы он обобщил в замечательной книге "Земное эхо солнечных бурь ", которую написал на французском языке и впервые издал в Париже в 1937 г. Чижевскому удалось установить, что от активности Солнца зависит частота несчастных случаев, преступлений, внезапных смертей и целый ряд других явлений: уровень озер, грунтовых вод, сток рек, толщина донных отложений ила, количество льда в полярных морях, повторяемость засух, ураганов, ливней, среднегодовая температура. Он сделал впечатляющий анализ статистики эпидемий и пандемий холеры, тифа, дифтерии и гриппа в прошлом (до появления прививок и эффективных методов лечения) и установил их отчетливую связь с активностью Солнца. А.Л.Чижевский по праву считается во всем мире основоположником гелиобиологии- науки о связи биосферы Земли и явлений на Солнце.

Любопытно учение Чижевского о "периодичности всемирно-исторического процесса ", в котором утверждалось, что "состояние предрасположения к поведению человеческих масс есть функция энергетической деятельности Солнца ". По его представлениям, "резкое усиление солнечных потоков приводит через воздействие на нервную и гормонально-эндокринную систему индивидуальных организмов к повышению коллективной возбудимости. Как есть эпидемии холеры и гриппа, существуют и своего рода психические поветрия, вспышки негативной эмоциональности, агрессивности, экстремального поведения. Бомбардировка Земли этими солнечными потоками переводит потенциальную нервную энергию целых групп людей в кинетическую, неудержимо и бурно требующую разрядки в движении и действии. Когда нет какой-то объединяющей "идеи ", единой цели, куда может устремиться общая нервная возбужденность, а то и взвинченность, возрастают индивидуальные и групповые аномалии поведения: хулиганство, преступность, часто не мотивированная, экзальтации, истерии разного рода. А когда есть такая "идея ", и в котел общей озабоченности, недовольства, экономического, политического, национального, попадает искра солнечного излучения, он начинает неожиданно бурлить и переливаться через край. Импульсивно возрастает "социальная раздражимость " масс, и она в своем выходе наружу изменяет, то ускоряя, то замедляя (в зависимости от солнечной фазы), самый темп истории, ритм жизни социума ".

Как пример можно добавить, что все знаменитые мировые революционные события 1789, 1830, 1848, 1870, 1905, 1917 гг. приходятся на годы активного Солнца, интенсивнейшего пятнообразования на нем. Чижевский подсчитал, что в период минимальной солнечной активности наблюдается и минимум массовых движений-5% , а во время максимума- 60% .

Огромный статистический материал, собранный в Екатеринбурге при сотрудничестве медиков и астрономов, свидетельствует о зависимости от магнитных бурь смертности в результате сердечно-сосудистых заболеваний.

В заключение этого раздела обратим внимание на серьезную экологическую проблему, которую стали осознавать лишь в последнее время. Оказалось, что солнечная активность имеет прямое отношение к современной проблеме защиты окружающей среды и человека от искусственного электромагнитного излучения. На Земле сотни тысяч мощных стационарных и передвижных радиопередатчиков непрерывно работают в диапазоне от длинных волн до ультракоротких. В то же время известны поражающие факторы радиоволн СНЧ и УКВ диапазонов и механизмы их воздействия на человека на значительных удалениях (до сотен километров) от источника. Энергия этих волн, отражаясь от ионосферы, может накапливаться в слое между поверхностью Земли и ионосферой (в так называемом приземном волноводе). Степень накопления энергии волн может быть очень большой, многократно превышая допустимые нормы. Она зависит от состояния ионосферы, которое определяется космическими факторами и прежде всего степенью солнечной активности.

¹⁸ Так называют гигантскую территорию от Уссури до Дуная, окаймленную с севера сибирской тайгой, а с юга - горными хребтами. О роли климатических колебаний в истории народов Евразии см. Гумилев Л.Н. Из истории Евразии. М., 1993. 

¹⁹ Сильная солнечная вспышка, порождающая космические лучи, уничтожает такое количество озона, что уровень ультрафиолетового излученя на поверхности Земли после вспышки превышает нормальный примерно на 15%