Солнце — генератор земных проблем

О том, как масштабно Солнце способно влиять на нашу жизнь — начиная с цен на хлеб и заканчивая военными конфликтами, — читайте в статье нашего колумниста Дарьи Зарембы.

Обычно люди не задумываются,  что они — лишь крохотные песчинки, населяющие планету, которая движется в необъятном космосе. Мы не привыкли думать так глобально и отождествлять себя с населением одного из космических объектов. Однако это так. И очень часто события, происходящие в глубинах  космоса, откликаются у нас на Земле. Причем корреляция обнаруживается даже там, где, казалось бы, ее быть не могло. Одним из основных «диктаторов»  условий жизни  человека на Земле является Солнце. И речь идет не только о климатических условиях. Как оказывается, цены на хлеб, международные и гражданские войны, суициды, экономические кризисы (и это далеко не весь список) также подвергаются влиянию нашего светила.

Чтобы понять, как именно Солнце оказывает влияние на нашу планету, необходимо хотя бы минимально представлять его физику. Итак, как известно, в центре Солнца расположена главная печка-генератор солнечной энергии — ядро. Несмотря на то, что наша звезда — это огромный газовый шар, от постоянных термоядерных реакций плотность его ядра в 15 раз превышает плотность свинца. Основным источником солнечной энергии является так называемый водородный (или протон-протонный) цикл реакций. В ходе его протекания четыре «голых» ядра изотопа водорода протия (или, другими словами, четыре протона) сливаются, образуя ядро гелия.

В будущем, когда водородное топливо Солнца исчерпается и гравитационные силы возьмут верх (ведь теперь «ответное» давление от термоядерных реакций горения водорода значительно уменьшится), наша звезда начнет сжиматься, вследствие чего в ее «печке» начнутся новые процессы — теперь уже слияния ядер гелия в более тяжелый элемент — углерод. А далее по цепочке — вплоть до самого железа. Но на данном этапе в центре Солнца массово производится именно гелий. (Не зря этот химический элемент так назван, в переводе с греческого он означает «cолнце»: по сравнению с «запасами» на Земле, на нашей звезде его очень много.) При этом водородный цикл сопровождается испусканием высокоэнергетичных гамма-квантов. Именно они в конечном итоге и заставляют нас жмурить глаза при взгляде на дневное светило. Правда, не сразу, а после некоторых превращений.

Дело в том,  что при «рождении» квант («порция») электромагнитного излучения в ядре Солнца обладает очень высокой энергией и длина его волны слишком мала, чтобы быть видимой в оптическом диапазоне. Однако в процессе своего продвижения от центра звезды до ее  внешних слоев этот квант по нескольку раз поглощается и снова переизлучается атомами Солнца. В процессе каждой такой «манипуляции» первоначальный квант теряет свою былую энергию и «на выходе» вылетает уже не один высокоэнергетичный квант, а несколько, обладающих гораздо меньшей энергией и большей длиной волны (увеличение их количества связано с законом сохранения энергии: суммарно энергия конечных квантов равняется энергии первоначального). По причине того, что длина электромагнитной волны увеличивается в результате постоянных «превращений» кванта по дороге к поверхности Солнца, большинство своей энергии наша звезда излучает в диапазоне видимого света. Именно поэтому Солнце нас и слепит. 

Но самое главное оружие коварного желтого карлика против Земли — это не столько излучение разных диапазонов, сколько магнитное поле. Именно в нем и заложен весь «корень зла». Магнитное поле Солнца возникает из-за движения его плазмы. Солнечная плазма — это раскаленная «каша» из протонов, электронов и альфа-частиц (ядер гелия). Она образуется оттого, что при таких сверхвысоких температурах газ, который является строительным материалом Солнца, становится полностью ионизированным, то есть электроны существуют в нем отдельно от голых ядер (положительных ионов), не создавая атомов. Несмотря на наличие заряженных частиц, сама по себе плазма электронейтральна в связи с одновременным существованием в ней носителей как положительного, так и отрицательного заряда. Но когда плазма приводится в движение (а значит, и свободные заряды, из которых она состоит), это влечет за собой возникновение магнитного поля.  

При этом важно знать, что эта солнечная «каша» перемешивается и, соответственно, продуцирует магнитное поле в конкретном месте — конвективной зоне Солнца. От ядра до этой зоны солнечная энергия передается путем излучения (такой солнечный «слой» называется «зоной излучения», или «радиационной зоной»), а вот в конвективной зоне — уже путем физического перемешивания солнечного вещества. Таким образом, это и есть место зарождения основного оружия Солнца — магнитного поля.

Но как же это оружие работает против Земли? Через солнечный ветер. Последний представляет собой будто бы поток «ошметков» плазмы, которые покинули солнечную атмосферу, отправляясь странствовать в космических просторах. Он возникает оттого, что  плазма из-за своей раскаленности не может удерживаться гравитационным притяжением Солнца в его короне — и последняя как бы «расширяется» в межпланетное пространство, унося с собой потоки солнечного вещества — собственно, то, что мы и называем солнечным ветром. При этом не забываем, что потоки плазмы создают магнитное поле, а значит, и солнечный ветер, мчащий по направлению к Земле, им обладает. В какой-то степени нам это, конечно же, на пользу, ведь это значит, что наш щит в виде магнитосферы Земли защитит нас от  потоков солнечного вещества. Однако реальную опасность солнечный ветер  представляет для Земли в периоды так называемой солнечной активности.

Что же это такое? Да, по сути, все нестационарные процессы, происходящие на поверхности Солнца и влияющие на его излучение: образование пятен и протуберанцев, солнечные вспышки, корональные выбросы вещества и т. д. В такие периоды производимые «куски» солнечной плазмы, стремящиеся к Земле, гораздо более мощны и оттого способны вызвать серьезные возмущения в магнитосфере нашей планеты. Помимо прекрасных проявлений этих возмущений в виде полярного сияния (возникает оно вследствие пересоединения магнитных полей в месте «встречи» потока солнечного вещества с магнитосферой Земли), они также несут с собой и множество негативных последствий  для нас, землян.

Но прежде чем перейти к рассмотрению этих последствий, разберемся с тем, почему такие явления на Солнце вообще существуют? И здесь опять-таки все дело в магнитном поле. Когда речь идет о солнечной активности, основным индикатором при этом выступают солнечные пятна. Все просто: чем пятен на поверхности Солнца больше, тем ближе пик периода солнечной активности. Связано это с тем, что именно с пятен начинаются все остальные процессы по типу вспышек и корональных выбросов вещества, которые и создают потоки частиц (солнечный ветер), искажающие магнитное поле Земли.

А вот теперь самое главное: почему образуются эти солнечные пятна и при чем здесь магнитное поле?  Как мы уже говорили, магнитное поле Солнца создают потоки его плазмы в конвективной зоне. Тут важно учитывать, что наша звезда пребывает в постоянном движении. Солнце вращается не как твердое тело: у экватора вращение солнечного вещества происходит быстрее, чем у полюсов. Это является причиной того, что магнитные силовые линии начинают растягиваться в сторону вращения звезды, завлекаясь потоками плазмы, и обвивают  Солнце (как показано на рисунке ниже). Это, в свою очередь, вызывает усиление поля. В  конечном счете в областях наибольшего усиления магнитного поля эти линии петлями «всплывают» на поверхность Солнца. Именно такое место «всплытия» магнитной петли и становится пятном. Его цвет темнее остальной поверхности звезды, потому что теперь конвекционные потоки, доносящие раскаленную плазму до верхних слоев светила, встречают на своем пути препятствие в виде локального магнитного поля-пятна — и оттого в полной мере нагреться до той же температуры, какую имеет вся поверхность, оно не может.

В дальнейшем полюса Солнца  меняются местами, и процесс образования пятен начинается заново.

Собственно, из-за процессов, связанных с накоплением магнитной энергии в пятнах, и возникают разные солнечные вспышки, в том числе корональные выбросы массы, отправляющие в направление Земли мощные магнитные «плевки» в виде солнечного ветра.

При этом процесс возникновения пятен не является самопроизвольным, а имеет определенную периодизацию. Такая закономерность была открыта благодаря стараниям немецкого аптекаря и астронома-любителя Генриха Швабе и швейцарского астронома Рудольфа Вольфе. Их исследования доказали, что число пятен на солнечном диске изменяется циклично и достигает максимума в среднем через каждые 11 лет. Этот 11-летний цикл получил название в честь своих первооткрывателей — цикл Швабе-Вольфа.

Для того чтобы, глядя на Солнце, определять, в какой фазе цикла активности находится наше светило, Рудольфом Вольфом был изобретен специальный индекс — числа Вольфа (W). Считается он по следующей формуле: W = 10g + f, где g — это число групп пятен (умножается на 10 из-за того, что это, предположительно, среднее количество пятен в группе), а f — полное число пятен на видимом полушарии Солнца. Таким образом, числа Вольфа — это, по сути, относительное количество солнечных пятен. На сегодняшний день, благодаря не одному поколению ученых мы владеем информацией про ряд чисел Вольфа, начиная с 1610 года! Это во многом помогает нам примерно определить фазу текущего цикла солнечной активности и предсказать поведение нашей звезды.  

Но для чего нам эта информация? Почему так важно следить за активностью Солнца? Потому что, как оказалось, циклы Солнечной активности находятся в прямой корреляции со многими наземными процессами. Наверняка многие знают, что магнитные бури пагубно влияют на техносферу Земли. Это действительно так: в моменты пика солнечной активности техника часто выходит из строя, на светофорах вместо одного цвета может загореться другой, а в радиосигналах появляются помехи. К примеру, 30 июня 2002 года после мощной солнечной вспышки в небе над Германией столкнулись два самолета: транспортный «Боинг-757» и пассажирский Ту-154 компании «Башкирские авиалинии», что привело к гибели 157 человек. А 11 июля 1979 года американская обсерватория «Скайлэб» потерпела катастрофу и упала в океан из-за накопления на панели электрозарядов под воздействием солнечной активности. Но в действительности это лишь крохи от того, каково реальное, всепоглощающее влияние Солнца.

Одним из главных исследователей зависимости между циклами солнечной активности и наземными явлениями был советский биофизик Александр Чижевский. Он обнаружил прямую связь между циклами солнечной активности и историометрическими земными циклами. Ученый установил, что все глобальные социально-политические события происходят на пике солнечной активности. Для этого ему пришлось сопоставлять числа Вольфа с основными историческими событиями за  последние 300 лет!

По словам Чижевского, такая закономерность прослеживается оттого, что солнечная активность напрямую влияет на общественно-психологический фон, вызывая возбуждение масс. И этот факт находит свое научное объяснение. Солнечный ветер — это, как  мы уже определили, поток заряженных частиц, и он создает электроток (отсюда и возникновение магнитного поля солнечного ветра). Как отмечает ученый Ю. В. Лупачев в своей статье «Историометрические циклы А. Л. Чижевского: реальность и прогностические возможности» в годы максимума солнечной активности сила этого электротока достигает примерно 10¹¹ Ампер. При этом внутри каждого из нас также помещен мини-автогенератор биотоков — наш мозг. Биоэлектрическая активность человеческого мозга же находится в прямой зависимости от напряженности электрического поля Земли. И когда солнечный ветер «врезается» в магнитосферу Земли, он, помимо прочего, вносит возмущения и в электрическое поле нашей планеты, влияя таким образом на биоэлектрическую активность человеческого мозга.

Кроме того, физиологи также определили, что изменение магнитного поля Земли, вызванное потоками солнечной плазмы, влияет на возбуждение нервной системы человека. Всплески магнитной активности нарушают гормональный баланс и тем самым активизируют какой-то из отделов нервной системы. Отсюда и другая статистика: согласно исследованиям, в годы пика солнечной активности чаще встречаются случаи обострения шизофрении и всех хронических заболеваний, инфаркты и нарушения сердечного ритма. Советский радиоинженер Леонид Куприянов в своей книге «Биологические ритмы и сон» приводит примеры таких исследований. Так, повествует он, французские ученые Г. Сардау и Г. Валло установили, что момент прохождения пятен через центральный мери­диан Солнца в 84% случаев совпадает с внезапными смер­тями, инфарктами, инсультами и другими осложнениями. А вот американ­ские исследователи, сопоставив сведения о поступлении больных в семь психиатрических клиник штата Нью-Йорк за 4 года и 3 месяца (было учтено около 30 тыс. случаев) с данными о солнечной активности, выяснили, что число больных резко увеличивалось в дни усиления солнечной активности. Помимо этого, по данным американского ученого К. Мак Магона  было обнаружено, что в периоды наивысшей солнечной активности своего максимума достигает и показатель суицидности (чтобы определить это, исследователь проанализировал 185 687 случаев самоубийства за период с 1972 по 1978 год.)

Также солнечная активность может провоцировать и возрастание числа  дорожно-транспортных происшествий. Это обусловлено тем, что в периоды ее максимума организм человека затормаживается и скорость его реакции замедляется на несколько секунд, чего вполне достаточно, чтобы не успеть вовремя среагировать, к примеру, на загруженном перекрестке. Одно из статистических подтверждений этому было получено японским ученым Ш. Масамура, который, собирая сведения о дорожных катастрофах в десяти городах Японии за первую декаду июля 1966 года, обнаружил, что их количество достигало максимальных показателей в дни, когда Солнце было максимально «запятнано».

Из-за важности и опасности воздействия Солнца на земную жизнь в науке даже возникло отдельное направление — гелиобиология, — которое занимается изучением влияния солнечной активности на земные организмы. Помимо влияния на человека и его историю, Солнце синхронизирует и многие другие процессы, протекающие на Земле.  На приведенных ниже графиках можно проследить эту зависимость.

Нижняя кривая — солнечные пятна. 1-я кривая — уровень Ладожского озера; 2-я кривая — уровень озера Виктория; 3-я кривая — уровень Каспийского моря (по Д. О. Святскому и Л. С. Бергу). Источник: А. Л. Чижевский «Земное эхо солнечных бурь».

Перейдя по ссылке, также можно ознакомиться с интерактивной таблицей, которая демонстрирует очевидную корреляцию между солнечной активностью и глобальными экономическими кризисами. Сегодня все больше людей на планете начинают следить за состоянием нашего светила. Да и теперь делать это совсем не сложно, даже телескоп покупать не приходится — достаточно лишь зайти на один из сайтов, где в настоящем времени можно увидеть, каково «настроение» Солнца в текущий момент, внимательно рассмотрев его поверхность.

Источник: naked-science.ru