Лекции о Солнце - читать онлайн книгу. Автор: Сергей Язев cтр.№ 53

Но так ли верен этот первый взгляд?.. 6 мая 1852 года на заседании Лондонского королевского общества (академии наук) был зачитан мемуар Эдуарда Сабина, в котором говорилось об удивительном совпадении циклов солнечных пятен и циклов так называемых магнитных бурь. Этот термин предложил выдающийся немецкий естествоиспытатель, барон Александр фон Гумбольдт (1769–1859). Магнитные бури проявлялись в том, что иногда стрелки компасов начинали беспорядочно поворачиваться. При этом выяснилось, что это явление имеет глобальный характер: международная сеть первых магнитометров, введенная в строй по настоянию Александра фон Гумбольдта и выдающегося математика физика и астронома Карла Гаусса (1777–1855), фиксировала магнитные бури одновременно на пяти континентах! Сабин указал, что эпохи минимумов и максимумов для циклов солнечных пятен, обнаруженных Швабе, и циклов магнитных бурь полностью совпадают. 31 июля того же года об аналогичном выводе заявил Рудольф Вольф в Берне, 18 августа – Альфред Готье в Сионе. Это тройное открытие подтверждало объективность сделанных выводов.

Со временем статистика пополнялась. Появление аномально крупных групп пятен на Солнце неоднократно сопровождалось магнитными бурями и полярными сияниями. В феврале 1892 года наблюдалась просуществовавшая на протяжении пяти оборотов Солнца самая крупная группа пятен за всю предыдущую историю наблюдений. Прохождение этой группы пятен по солнечному диску сопровождалось мощным полярным сиянием. Новые и новые случаи подтверждали обнаруженную закономерность.

Как было указано выше, 1 сентября 1859 года Кэррингтон впервые в мире наблюдал на Солнце «белую вспышку». В этот период, с 28 августа по 4 сентября, на всем земном шаре бушевала магнитная буря. Направление и напряженность магнитного поля Земли стремительно и бессистемно менялись. Стрелки компасов беспорядочно метались. Прервались телеграфные сообщения, телеграфные аппараты искрились. Наблюдались мощнейшие полярные сияния, которые охватили огромные площади, спустившись до низких широт. Магнитометры зарегистрировали сильнейший всплеск магнитного поля Земли как раз в тот момент, когда Кэррингтон и Ходжсон наблюдали вспышку на Солнце…

Рис. 25. Вид группы пятен воспроизведен по зарисовке Кэррингтона. Гигантская группа пятен в сентябре 1859 года породила серию мощных вспышек, на Земле разразилась сильнейшая магнитная буря

По выражению Бальфура Стюарта, наблюдателя Солнца в обсерватории Кью, «Солнце было захвачено на месте преступления!»

Сегодня мы знаем, что причиной магнитных бурь и полярных сияний являются не сами пятна, но результаты мощных солнечных вспышек, которые происходят вблизи пятен. Мощные потоки протонов спустя сутки-двое после вспышки достигают внешней магнитной оболочки Земли – так называемой магнитосферы, вызывая в ней сильные изменения (магнитные бури). Но поскольку мощных вспышек без пятен не бывает, цикличность пятен определила и цикличность магнитных бурь.

Исследования в ХХ веке показали, что солнечные вспышки изменяют состояние самых верхних слоев земной атмосферы – так называемой ионосферы. Потоки заряженных частиц, прибывающих сюда от Солнца, а также потоки энергичного коротковолнового излучения (рентгеновского и ультрафиолетового) повышают степень ионизации ионосферы. В результате в ионосфере возникают мощные электрические токи, сопровождающиеся, в свою очередь, целым набором электромагнитных явлений, включая генерацию колебаний и волн различной частоты. Изменения в ионосфере приводят к нарушениям радиосвязи.

Электромагнитные явления, вызываемые солнечными событиями, иногда бывают очень мощными. Известен знаменитый случай, когда в марте 1989 года частицы крупнейшей солнечной вспышки навели сильные токи в обмотке силового трансформатора в канадской провинции Квебек. В результате аварии целая провинция несколько часов была обесточена. Известны случаи выхода из строя электронных датчиков железнодорожной сигнализации, появления непредвиденных токов в сетях электропередач.

Можно вспомнить и сравнительно недавний случай. Крупная вспышка в декабре 2006 года (на предминимальной стадии 23-го цикла) дала аномально мощный поток радиоизлучения в широком диапазоне частот, включая частоты, на которых работают приемники спутниковой системы глобального позиционирования GPS. По свидетельству иркутского геофизика Эдуарда Леонтьевича Афраймовича, исследовавшего феномен, в течение нескольких минут эта стратегическая система не работала: радиошум от Солнца превышал уровень полезного сигнала спутников! Подобный случай наблюдался и в октябре 2003 года во время серии крупнейших солнечных вспышек.

В первые годы космических исследований, бывало, выходила из строя бортовая аппаратура на спутниках, не рассчитанная на экстремальные воздействия со стороны Солнца. Исследования показали, что в фазе максимума цикла солнечной активности атмосфера Земли «распухает», ее плотность на больших высотах несколько увеличивается. Примеров такого рода можно привести огромное количество. На сегодняшний день влияние солнечной активности на магнитосферу и ионосферу Земли можно признать очевидным. Связь мощных солнечных вспышек с последними изучена достаточно хорошо. Здесь, в отличие от многих других феноменов, построены физические модели воздействия потоков солнечных частиц и излучений на магнитосферу и ионосферу Земли, и в этом смысле исследования уже давно перешли на уровень конкретных физических задач с известными начальными условиями. Но оказалось, что следы солнечных воздействий обнаруживаются и во многих других земных явлениях!

Исследования солнечно-земных связей неизменно (и справедливо) связываются с именем Александра Леонидовича Чижевского (1897–1964), выполнившего цикл пионерных исследований в этой области.

Основная идея заключалась в следующем. Как известно, около 99 % массы Солнечной системы приходится на Солнце. Солнце находится достаточно близко к Земле (всего 109 земных диаметров). Планета погружена в непрерывный, переменный по многим параметрам, поток электромагнитного и корпускулярного излучений Солнца, которые предположительно определяют многие процессы на Земле. Циклические (квазипериодические) и импульсные вариации потоков этих излучений должны оказывать влияние на земные оболочки, и поэтому можно ожидать, что многие параметры, описывающие состояние земных природных систем, могут модулироваться циклами солнечной активности.

Первые намеки на такую связь появились еще 200 лет назад. Уильям Гершель в 1801 году обнаружил, что цены на пшеницу повышаются, когда Солнце свободно от пятен. Другими словами, рост количества пятен на Солнце и обилие корма на Земле наступали одновременно. Естественно, возникала мысль о поисках связи между пятнами на Солнце и погодными условиями на Земле. Но здесь ясная связь не просматривалась…

Разумеется, идея о влиянии солнечной активности на земные процессы принадлежала не одному Чижевскому. Здесь можно упомянуть петербургского врача М. В. Соколова, шведского исследователя Сванте Аррениуса, французского аббата и астронома Т. Морэ, профессора МГУ М. А. Боголепова и многих других. Но, пожалуй, именно Чижевский занимался разработкой этой концепции наиболее серьезно, глубоко и системно.