Солнце и земля

Электромагнитное (волновое) излучение Солнца изучено в настоящее время довольно обстоятельно по всему диапазону длин волн - от низкочастотных радиоволн до гамма-излучения (см., например, 1, 2). Коротковолновое (ультрафиолетовое и рентгеновское) излучение, с длинами волн от нескольких ангстрем (A) до 1000 A, почти полностью поглощается в верхних слоях земной атмосферы, приводя к их ионизации, т. е. к появлению ионосферы. Основные параметры ионосферы - концентрация электронов, распределение концентрации с высотой - существенно зависят от солнечной активности Ионосфера является естественным экраном, препятствующим проникновению к Земле радиоволн космического происхождения на частотах от нескольких герц до нескольких мегагерц (подробнее см. [4, 5]). На больших частотах на поверхности Земли возможны радиоастрономические наблюдения, в том числе и радионаблюдения Солнца [6, 29]. При изменении уровня солнечной активности интенсивность излучения в вышеназванном диапазоне сильно меняется (близ 10 A - в 1000 раз, см. [3]). Текущие в ионосфере электрические токи, изменяющиеся, конечно, при вариациях коротковолнового излучения Солнца, вносят вклад в фоновые электромагнитные поля на поверхности Земли в области сверхнизких частот

Корпускулярное излучение Солнца не является определяющим фактором в его энергетическом балансе (только миллионная доля энергии уносится с поверхности Солнца в виде частиц), но играет важную роль в процессах, связанных с влиянием солнечной активности на Землю. По современным представлениям, все околосолнечное пространство заполнено водородной плазмой, непрерывно истекающей из верхнего слоя солнечной атмосферы - короны.

Течение с точностью до нескольких градусов происходит радиально. По современной терминологии, название этого грандиозного явления - солнечный ветер Практически любое проявление солнечной активности сказывается на тех или иных характеристиках солнечного ветра. Если средняя скорость ветра около 400 км/сек , то эти возмущения могут быть зарегистрированы на орбите Земли спустя четыре с половиной дня после того, как они произошли на Солнце. Соответственно при больших скоростях - через 2-3 суток, а то и раньше. Хотя плазма солнечного ветра имеет очень малую плотность (обычно около пяти ионов водорода в 1 см3), обтекание ею крупных тел происходит так, как если бы ее можно было рассматривать как непрерывную среду. В частности, обтекание солнечным ветром Земли очень похоже на движение сверхзвукового самолета в атмосфере, с полуденной стороны «поджатое» магнитное поле Земли останавливает солнечный ветер; образуется стоячая ударная волна. Это происходит на расстоянии 7+10 земных радиусов.

С ночной стороны «сдуваемые» ветром силовые линии геомагнитного поля образуют длинный шлейф, простирающийся далеко за орбиту Луны. Таким образом, частицы солнечного ветра не попадают на поверхность Земли - сама Земля с ее ионосферой и поясами радиации оказывается внутри полости, получившей название магнитосферы (см. [7]). Комплекс сложных, еще не вполне изученных процессов, протекающих на границе магнитосферы, - это по сути дела «переработка» явлений солнечной активности в их земные следствия. Даже слабые «порывы» солнечного ветра (а возмущения в ветре, напомним, обусловлены разного рода эффектами солнечной активности1) приводят к возмущениям целого ряда факторов внешней среды на поверхности Земли. Важную роль играет при этом межпланетное магнитное поле. Установлено, что это поле солнечного происхождения. Солнечный ветер вытягивает силовые линии магнитного поля Солнца. Если смотреть со стороны полюса Солнца, то в проекции на плоскость гелиоэкватора силовые линии межпланетного магнитного поля имеют вид раскручивающихся спиралей.

Гелиосферный токовый слой

Гелиосферный то́ковый слой представляет собой поверхность в пределах Солнечной системы, при пересечении которой изменяется полярность магнитного поля Солнца. Эта поверхность простирается вдоль экваториальной плоскости Солнца и достигает границ гелиосферы. Форма токового слоя определяется воздействием вращающегося магнитного поля Солнца на плазму, находящуюся в межпланетном пространстве. Толщина токового слоя составляет порядка 10000 км. В токовом слое наблюдается слабый электрический ток (откуда и название) - около 10×10−10 А/м². Возникающий ток формирует часть гелиосферного токового контура. Иногда гелиосферный токовый слой называют межпланетным токовым слоем.

Как оказалось, имеет место следующая закономерность- направление силовых линий (например, от Солнца северная полярность) сохраняется в течение некоторого времени, затем скачкообразно меняется на противоположное, чтобы спустя несколько дней - вновь скачком принять прежнее направление. Обычно в условиях умеренной солнечной активности за один солнечный оборот (27 дней) наблюдается два или четыре таких перехода. Соответственно говорят о секторах межпланетного магнитного поля. Протяженность сектора обычно составляет 6 7 дней (четыре сектора) или 12-14 дней (двухсекторная структура). В последние годы установлено, что прохождение секторной границы близ Земли хорошо заметно по изменениям всех индексов геомагнитной возмущенности и приводит даже к таким эффектам, как изменения в типе циркуляции, земной атмосферы [8, 9] и мощности грозовой активности [10]. Дополнительную информацию о солнечном ветре читатель может найти в [11 13]

Солнечные космические лучи - это разогнанные до скоростей, близких скорости света, ядра атомов водорода, гелия и более тяжелых элементов. Они могут регистрироваться близ Земли после мощных хромосферных вспышек Это единственный вид корпускулярного излучения Солнца, который иногда может наблюдаться на поверхности Земли в ВИДЕ неожиданных возрастаний потока вторичных космических лучей. В отличие от галактических космических лучей солнечные космические лучи сильно поглощаются атмосферой. Подробнее о них см. [14].