Радио- и рентгеновское излучение Солнца. Солнечный ветер и магнитосфера Земли.

Солнечная корона полностью прозрачна для видимого излучения, но плохо пропускает радиоволны, которые испытывают в ней сильное поглощение и преломление.

На метровых волнах яркостная температура короны достигает миллиона градусов. На более коротких волнах она уменьшается. Это связано с увеличением глубины, откуда выходит излучение, из-за уменьшения поглощающих свойств плазмы.

Радиоизлучение солнечной короны прослежено на расстояния в несколько десятков радиусов. Это возможно благодаря тому, что Солнце ежегодно проходит мимо мощного источника радиоизлучения - Крабовидной туманности и солнечная корона затмевает его. Происходит рассеяние излучения туманности в неоднородностях короны.

Наблюдаются всплески радиоизлучения Солнца, вызванные колебаниями плазмы, связанными с прохождениями через неё космических лучей во время хромосферных вспышек.

Рентгеновское излучение изучено при помощи специальных телескопов, установленных на космических аппаратах. Рентгеновское изображение Солнца имеет неправильную форму с множеством ярких пятен и “клочковатой” структурой. Вблизи оптического лимба заметно увеличение яркости в виде неоднородного кольца. Особенно яркие пятна наблюдаются над центрами солнечной активности, в областях, где находятся мощные источники радиоизлучения на дециметровых и метровых волнах. Это означает, что рентгеновское излучение возникает в основном с солнечной короне. Рентгеновские наблюдения Солнца позволяют проводить детальные исследования структуры солнечной короны непосредственно в проекции на диск Солнца.

Рядом с яркими областями свечения короны над пятнами обнаружены обширные тёмные области, не связанные ни с какими заметными образованиями в видимых лучах. Они называются корональными дырами и связаны с участками солнечной атмосферы, в которых магнитные поля не образуют петель. Корональные дыры являются источником усиления солнечного ветра. Они могут существовать в течение нескольких оборотов Солнца и вызывать на Земле 27-дневную периодичность явлений, чувствительных к корпускулярному излучению Солнца.

В межпланетном пространстве существует непрерывный поток плазмы, текущий радиально от Солнца со скоростью 100 - 1000 км/с и достигающий расстояний 100 а.е. Это явление получило название солнечный ветер.

Своим происхождением солнечный ветер обязан короне. Нагретая до высочайших температур корона не может находиться в состоянии гидростатического равновесия и должна расширяться. При этом корональное вещество (плазма) непрерывно ускоряется и на расстоянии в несколько радиусов Солнца достигает скорости звука, а далее превосходит её в несколько раз.

Солнечный ветер - поток протонов и электронов с небольшой примесью (2-20%) ионов гелия и некоторых других элементов.

В пределах орбиты Земли скорость протонов - 400 км/с, концентрация протонов - 6 в см³. За счёт солнечного ветра Солнце ежегодно теряет до 10^-14 своей массы. Общий поток кинетической энергии, уносимый от Солнца солнечным ветром - 10²⁷ эрг/с.

Потоки солнечного ветра вблизи Солнца движутся по силовым линиям его магнитного поля. Однако, на расстоянии 2-3 радиуса скорость солнечного ветра значительно увеличивается и коллективное движение протонов и электронов увлекает магнитные силовые линии за собой. Это явление получило название “вмороженность” магнитного поля в плазму. Структура солнечного ветра неразрывно связана с магнитным полем Солнца и меняется с изменением солнечной активности. Вращение Солнца придаёт вытянутым (замыкающимся на краю гелиосферы на расстоянии 10⁵ а.е.) магнитным силовым линиям форму спиралей. Средняя напряжённость межпланетного магнитного поля 6 ^. 10⁶ Гс.

Электроны и протоны солнечного ветра движутся по спиралям, радиус которых зависит от массы и скорости частиц: радиус спиралей для электронов около нескольких км, для протонов - нескольких сотен км.

При сближении с Землёй происходит деформация силовых линий межпланетного магнитного поля - возникают поперечные волны Альвена. При резком усилении скорости плазмы солнечного ветра на границе с магнитосферой Земли возникает магнитогидродинамическая ударная волна, приводящая к существенным деформациям магнитного поля Земли (магнитные бури).

Плазма солнечного ветра, встречая на своём пути планету, частично огибает это препятствие, частично им поглощается.

Солнечный ветер, набегающий на атмосферу, образует ударную волну. За фронтом ударной волны расположена переходная область, в которой направленная скорость существенно меньше, но концентрация частиц, температура и напряжённость магнитного поля больше, чем в невозмущённом солнечном ветре. Частицы солнечного ветра отклоняются магнитным полем задолго до того, как они вступают в соприкосновение с ионосферой. Картина магнитных линий в магнитном поле заметно деформируется.

Магнитное поле Земли удерживает огромное количество энергичных частиц, электронов и протонов. Их энергия и концентрация зависят от расстояния до Земли и геомагнитной широты. Частицы заполняют радиационные пояса.

Вся область околоземного пространства, заполненная заряженными частицами, движущимися в магнитном поле Земли, называется магнитосферой.

Она отделена от межпланетного пространства магнитопаузой. Вдоль магнитопаузы частицы корпускулярных потоков солнечного ветра обтекают магнитосферу.

Через лучистое и корпускулярное излучение Солнца и межпланетное магнитное поле осуществляется непрерывное влияние на все процессы, происходящие на поверхности Земли и в земной атмосфере.

Возмущения магнитного поля сопровождаются нарушениями радиосвязи в полярных районах.

Сильные магнитные бури происходят при наличии вблизи центра солнечного диска больших групп пятен. Но связаны они с солнечными вспышками, которые появляются во время развития группы пятен. Жёсткое излучение вспышки вызывает в ионосфере резкое увеличение ионизации.

18.5 Цикличность солнечной активности и её связь с явлениями на Земле.

Главным возбудителем жизнедеятельности Земли является Солнце. Весь его спектр, начиная от коротких - невидимых, ультрафиолетовых волн и кончая длинными красными, а также все его электронные и ионные потоки.

Статистические исследования показали, что в те годы, месяцы и недели, когда электромагнитная и радиоактивная деятельность Солнца увеличивается, на Земле, на разных материках, в разных странах увеличивается число массовых феноменов, например, заболевания, смертность от разных причин и другое. Обнаруживается соответствие между солнечными и земными феноменами.

Количество пятен и других связанных с ними проявлений солнечной активности периодически меняется. Эпоха, когда количество центров активности наибольшее, называется максимумом солнечной активности.

В качестве меры степени солнечной активности пользуются условными числами Вольфа.

W = k(f + 10g),

где f - сумма общего числа пятен, g - число их групп.

Коэффициент пропорциональности k зависит от мощности применяемого инструмента.

Обычно число Вольфа усредняют по месяцам или годам и строят график зависимости солнечной активности от времени.

Максимумы и минимумы чередуются через каждые 11 лет, хотя промежутки времени между отдельными последовательными максимумами могут колебаться в пределах от 7 до 17 лет.

В течение каждого 11-летнего цикла все ведущие пятна биполярных групп имеют некоторую полярность в северном полушарии и противоположную в южном. В следующем цикле полярность ведущих и хвостовых пятен меняется на противоположную. Одновременно с этим меняется и полярность общего магнитного поля Солнца.

11-летний цикл имеют и другие характеристики Солнца: доля площади, занятая факелами и флоккулами, частота вспышек, количество протуберанцев, форма короны, мощность солнечного ветра.

Некоторые исследователи выделяют и более продолжительные циклы, например, 33,33 года, 66,67 и 88,33 года, а также период в 266 лет.

Самый длительный цикл солнечной активности - 1800 лет. С этим циклом связывают значительные изменения климата на Земле.

Примерно около -4000 лет был период наибольшей влажности. С этих времён остались легенды о всемирном потопе, были найдены археологические подтверждения того, что сильно разливались реки Тигр и Евфрат, Амударья, был влажный климат в Сахаре.

Примерно к -3000 году период влажности сменился периодом усыхания. Понизились уровни альпийских озёр, сократилось оледенение Северной Атлантики, из Сахары люди переместились к Нилу и к озеру Чад.

Максимум новой эпохи увлажнения пришёлся на -200 год. Были затоплены многие свайные селения в Альпах, лес стал наступать на степь, широко разлилось Ладожское озеро. В Сахаре снова установился благоприятный климат.

В очередной период эпохи влажности в европе были суровые зимы и снегопады. В -219 году армия Ганнибала с большим трудом преодолела снежные завалы в Альпах. В -177 году в Северной Греции вымерзли все деревья и сильные ветры сносили дома.

Засушливый период 6 - 10 вв. н.э. привёл к обмельчанию Каспийского моря, заселению горных долин Кавказа и Альп.

В 860 году викинги открыли Исландию и колонизовали её. В 895 году началось заселение Гренландии. Здесь были плодородные земли и хорошие пастбища.

С 13 века в Гренландии начались похолодания. Надвинулись с севера льды, население перестало заниматься скотоводством и земледелием. последнее норвежское судно посетило Гренландию в 1377 году, а из Гренландии приплыло в Норвегию в 1410 году. Спустя 132 года экспедиция, отправленная из Европы в Гренландию не нашла ни одного жителя.

Максимум последней эпохи увлажнения приходится на 13 - 16 века. Вода в Каспийском море поднялась настолько, что затопила часть Баку. В Альпах и на Кавказе ледники достигли небывалой мощности. В Европе были сильнейшие морозы.

В нынешнее время идёт сухой период. В Альпах из-под отступающих ледников показались мощёные римлянами дороги, мелеет Каспийское море, усыхают озёра и реки.

Статистическими исследованиями было установлено, что солнечные пертурбации оказывают непосредственное влияние на сердечно-сосудистую, нервную и другие системы человека, а также на микроорганизмы.

В. Зейбель тщательно исследовал описания древних авторов, касающиеся чумы Юстиниана 580 - 581 гг. Согласно его работе с 513 года начался ряд необычайных явлений в природе, которые кончились лишь в 570 году.

В 513 году началось извержение Везувия, затем были опустошительные землетрясения, например, в Антиохийском погибло 250 тыс. человек. В 542 году чума появилась в Константинополе, в 543 году землетрясения потрясли всю Европу. С 552 года открылся новый цикл стихийных бедствий, землетрясений во всех странах древнего мира по берегам Средиземного моря.

В 526 году случилось настолько значительное уменьшение и потускнение солнечного света, что оно потеряло свой блеск и стало походить на луну, оставаясь без сияния в течение целого года.

Летописцы упоминают об огненном метеоре, разрушительных грозах 556 года, о засухах 562 - 563гг., о появлении трёх комет в период сильной чумы, о движении саранчи в последнюю эпоху эпидемии, о необычном размножении рыб и др. необычных явлениях.

Современники чумной эпидемии 1348 - 1351 годов оставили много наблюдений природы.

Так, Мюсси писал, что в Китае шёл дождь из змей и жаб, в Индии землетрясение разрушило многие города, после чего с неба сошло пламя и сожгло их дотла вместе с людьми и животными. Во многих местах “с неба текли потоки крови и падали камни”.

В 1334 году в Китае стихийные бедствия и болезни уничтожили около 5 млн. человек.

В 1348 году в Европе, в год наибольшего распространения чумы с юга на север и с востока на запад, прокатилось несколько сильнейших землетрясений. Было разрушено много городов и замков.

В зависимость от степени напряжённости солнечной активности поставлены следующие физические явления на Земле:

- напряжённость земного магнетизма, магнитные бури, их частота,

- частота полярных сияний,

- частота появления пёристых облаков,

- частота появления галосов и венцов вокруг Солнца и Луны,

- количество ультрафиолетовой радиации,

- количество радиоактивной эманации в воздухе,

- сиепень ионизации верхних слоёв атмосферы, изменение радиоприёма,

- частота и интенсивоность грозовой деятельности,

- количество озона в воздухе,

- количество тепловой радиации,

- температура воздуха у поверхности Земли и воды морей,

- давление воздуха, частота бурь, ураганов, смерчей,

- количество осадков, частота градобитий, число полярных айсбергов,

- высота уровны озёр,

- колебания климата, возмущения климата,

- землетрясения.

Явления в органическом мире Земли, поставленные в связи с периодической деятельностью Солнца:

- величина урожая кормовых злаков,

- количество и качество добываемого вина,

- рост древесины,

- время зацветания растений, пышность цветения растений,

- размножаемость и миграция насекомых,

- размножаемость, миграции рыб, количество икры в печени некот. рыб,

- время весеннего прилёта птиц,

- размноэжаемость и миграции животных, падёж скота,

- количество кальция в крови,

- частота поражения человека ударами молнии,

- колебания веса младенцев,

- психопатические эпидемии, массовые истерии, галлюцинации,

- частота эффективных преступлений,

- частота несчастных случаев,

- модификация нервной возбудимости нервно-психического тонуса,

- частота внезапных смертей, обострений, ухудшений в течении болезней,

- частота эпилептических припадков,

- колебания общей смертности,

- рождаемость, - брачность,

- эпидемии и пандемии.

19.Звезды и расстояния в межзвездной среде

19.1 Методы определения расстояний в астрономии. Единицы расстояний – парсек и световой год.

Самым распространённым методом определения расстояний до звёзд является метод годового параллакса. Он опирается на знание расстояния от Земли до Солнца. Современные радиолокационные данные дают значение а.е. = 149 597 870,5 +- 1,6 км. Удвоенная астрономическая единица является базисом, находясь на краю которого можно измерить параллактические углы ближайших звёзд, и определить расстояния до них. Расстояния находятся из треугольника, у которого известны одна сторона и два прилежащих угла.

1 a.e. 206 265" а.е.

D = ------------- = --------------------.

sin p p"

Расстояние, соответствующее годичному параллаксу в 1", называется парсеком (пс).

1 пс = 206 265 а.е. = 3,086 .1013км.

Если D выражается в парсеках, то D = 1/p".

Расстояние, составляющее 1000 парсек, называется килопарсеком, а расстояние 1 000 000 парсек - мегапарсеком.

Расстояние, которое свет проходит за один год, распространяясь со скоростью около 300 000 км/с, называется световым годом.

1 световой год = 9,46 .1012км = 63198 а.е. = 0,3064 пс.

1 пс = 3,26 светового года.

Ближайшая к нам звезда имеет параллакс, равный 0,75”, т.е. находится на расстоянии 4,3 светового года, или 1,3 пс.

В современной астрономии используется фотографический метод для определения параллаксов звёзд. Он был развит в начале 19 века Шлезингером на длиннофокусном рефракторе Йеркской обсерватории.

Из многих миллионов звёзд параллаксы измерены только у нескольких тысяч. Современные каталоги параллаксов включают около 8000 звёзд. Ежегодно измеряется лишь по 60 - 80 тригонометрических параллаксов. Ошибки измерения составляют 0,004” или более. Таким образом, измеренный параллакс звезды, находящейся на расстоянии 50 пс может иметь значение от 0,016 до 0,024”. Ошибка измерения очень велика. Точные параллаксы можно найти только для близких звёзд (до 20 пс).

Использование новых методов позиционных измерений с использованием современных светоприёмников и спутниковой астрономии позволит измерять параллаксы звёзд, находящихся на расстояниях 75 - 100 пс.

Расстояния между звёздами очень велики. Межпланетная станция “Пионер-10”, покинувшая пределы Солнечной системы, окажется у одной из самых близких звёзд - звезды Барнарда, находящейся на расстоянии 1,8 пс в 12490 году.