Solnechno-zemnye svyazi

Ris. 1. Kartina korpuskulyarnogo izlucheniya v okrestnosti Zemli (integral'nyi energeticheskii spektr protonov): 1 - spokoinyi solnechnyi veter; 2 - vozmushennyi solnechnyi veter; 3 i 4 - chasticy polyarnyh siyanii; 5-7 - solnechnye kosmicheskie luchi; 8 - galakticheskie kosmicheskie luchi; 9 - geomagnitnaya shirota, na kotoruyu mogut pronikat' izvne protony s energiei vyshe zadannoi; 10 - shkala vysot, na kotorye mogut pronikat' sverhu protony s energiei vyshe zadannoi; 11 - uslovnaya granica mezhdu plazmoi i protonami, dvizhushimisya v geomagnitnom pole po shtermerovskim orbitam. Levaya shkala - potok protonov I [sm-1s-1]; nizhnyaya shkala - kineticheskaya energiya protonov v eV.

Predstavleniya o S.-z.s. skladyvalis' postepenno, na osnove otdel'nyh dogadok i otkrytii. Tak, v konce 19 v. V.O. Birkelan (Birkeland; Norvegiya) vperye vyskazal predpolozhenie, chto Solnce krome volnovogo izlucheniya ispuskaet takzhe i chasticy. V 1915 g. A.L. Chizhevskii obratil vnimanie na ciklich. svyaz' mezhdu razvitiem nek-ryh epidemii i pyatnoobrazovatel'noi deyatel'nost'yu Solnca. Sinhronnost' mnogih gelio- i geofizich. yavlenii (a takzhe forma kometnyh hvostov) navodila na mysl', chto v mezhplanetnom prostranstve imeetsya agent, peredayushii solnechnye vozmusheniya Zemle. Etim agentom okazalsya solnechnyi veter, sushestvovanie k-rogo eksperimental'no bylo dokazano v nachale 1960-h gg. putem pryamyh izmerenii s pomosh'yu AMS. Otkrytie solnechnogo vetra vmeste s nakoplennymi o dr. proyavleniyah solnechnoi aktivnosti posluzhilo osnovoi dlya issledovaniya fiziki S.-z.s.

Posledovatel'nost' sobytii v sisteme Solnce-Zemlya mozhno prosledit', nablyudaya cepochku yavlenii, soprovozhdayushih moshnuyu vspyshku na Solnce - vysshee proyavlenie solnechnoi aktivnosti. Posledstviya vspyshki (ris. 2) nachinayut skazyvat'sya v okolozemnom prostranstve pochti odnovremenno s sobytiyami na Solnce (vremya rasprostraneniya el.-magn. voln ot Solnca do Zemli chut' bol'she 8 min). V chastnosti, UF- i rentg. izluchenie vyzyvayut dopolnitel'nuyu ionizaciyu verhnei atmosfery, chto privodit k uhudsheniyu (ili dazhe polnomu prekrasheniyu) radiosvyazi (effekt Dellindzhera) na osveshennoi storone Zemli.

Ris. 2. Shematicheskoe izobrazhenie effektov, nablyudaemyh na Zemle posle moshnoi vspyshki: 1 - vidimoe izluchenie vspyshki; 2 - radioizluchenie vysokoi chastoty; 3 - radioizluchenie nizkoi chastoty; 4 - solnechnye kosmicheskie luchi; 5 - variacii galakticheskih kosmicheskih luchei (effekt Forbusha); 6 - pogloshenie kosmicheskih radioshumov v polyarnyh oblastyah Zemli; 7 - variacii geomegnitnogo polya (magnitnaya burya). Po vertikal'noi osi otlozhena uslovnaya amplituda effektov, po gorizontal'noi - vremya v chasah posle nachala solnechnoi vspyshki.

Obychno moshnaya vspyshka soprovozhdaetsya ispuskaniem bol'shogo kolichestva uskorennyh chastic - solnechnyh kosmicheskih luchei (SKL). Samye energichnye iz nih (s energiei E_K > 10⁸-10⁹ eV) nachinayut prihodit' k Zemle spustya > 10 min posle maksimuma vspyshki v linii . Povyshennyi potok SKL s E_K < 10⁸ eV u Zemli mozhet nablyudat'sya nesk. desyatkov chasov. Vtorzhenie SKL v ionosferu polyarnyh shirot vyzyvayut dopolnit. ionizaciyu i sootvetstvenno uhudshenie radiosvyazi na korotkih volnah. Imeyutsya dannye o tom, chto SKL v znachit. mere sposobstvuyut opustosheniyu ozonovogo sloya Zemli (ozonosfery). Usilennye potoki SKL predstavlyayut soboi takzhe odin iz glavnyh istochnikov radiac. opasnosti dlya ekipazhei i oborudovaniya kosmich. korablei.

Vspyshka generiruet moshnuyu udarnuyu volnu i vybrasyvaet v mezhplanetnoe prostranstvo oblako plazmy. Dvigayas' so skorost'yu svyshe 100 km/s, udarnaya volna i oblako plazmy za 1,5-2 sut dostigayut Zemli i vyzyvayut magn. buryu, ponizhenie intensivnosti galaktich. kosmich. luchei (sm. Variacii kosmicheskih luchei), usilenie polyarnyh siyanii, vozmusheniya ionosfery i t.d. (sm. Verhnyaya atmosfera, Magnitosfery planet). Imeyutsya statistich. dannye o tom, chto cherez 2-4 sut posle magn. buri proishodit zametnaya perestroika barich. polya troposfery. Eto privodit k uvelicheniyu nestabil'nosti atmosfery, narusheniyu haraktera cirkulyacii vozduha (razvitiyu ciklonov i dr. meteoyavlenii). Mirovye magn. buri predstavlyayut soboi krainyuyu stepen' vozmushennosti magnitosfery v celom. Bolee slabye (no bolee chastye) vozmusheniya, nazyvaemye subburyami, razvivayutsya v magnitosfere polyarnyh oblastei. Eshe bolee slabye vozmusheniya voznikayut vblizi granicy magnitosfery s solnechnym vetrom. Prichinoi vozmushenii poslednih dvuh tipov yavl. flukluacii moshnosti solnechnogo vetra. Pri etom v magnitosfere generiruetsya shirokii spektr el.-magn. voln s chastotami 0,001-10,0 Gc, k-rye svobodno dohodyat do aoverhnosti Zemli. Vo vremya magn. bur' intensivnost' etogo nizkochastotnogo izlucheniya vozrastaet v 10-100 raz. Bol'shuyu rol' v geomagnitnyh vozmusheniyah igraet mezhplanetnoe magn. pole (MMP), osobenno ego yuzhnyi komponent, perpendikulyarnyi ploskosti ekliptiki. So smenoi znaka radial'nogo komponenta MMP svyazany asimmetrii potokov SKL, vtorgayushihsya v polyarnye oblasti, izmeneniya napravleniya konvekcii magnitosfernoi plazmy i ryad dr. yavlenii.

Statisticheski ustanovlena svyaz' mezhdu urovnem solnechnoi i geomagnitnoi vozmushennosti i hodom ryada processov v biosfere Zemli (dinamikoi populyacii zhivotnyh, epidemii, epizootii, kolichestvom serdechno-sosudistyh krizov i dr.). Naibolee veroyatnoi prichinoi takoi svyazi yavlyayutsya nizkochastotnye kolebaniya el.-magn. polya Zemli. Eto podtverzhdaetsya laboratornymi eksperimentami po izucheniyu deistviya el.-magn. polei estestvenoi napryazhennosti i chastoty na mlekopitayushih.

Ris. 3. Shema solnechno-zemnyh svyazei.

Hotya ne vse zven'ya cepochki S.-z.s. (ris. 3) odinakovo izucheny, v obshih chertah kartina S.-z.s. predstavlyaetsya kachestvenno yasnoi. Kolichestv. issledovanie etoi slozhnoi problemy s ploho izvestnymi (ili voobshe neizvestnymi) nachal'nymi i granichnymi usloviyami zatrudneno iz-za neznaniya konkretnyh fiz. mehanizmov, obespechivayushih peredachu energii mezhdu otdel'nymi zven'yami.

Naryadu s poiskami fiz. mehanizmov vedutsya issledovaniya informac. aspekta S.-z.s. Svyazi proyavlyayutsya dvoyako, v zavisimosti ot togo, plavno ili skachkoobrazno proishodit pereraspredelenie energii solnechnyh vozmushenii vnutri magnitosfery. V pervom sluchae S.-z.s. proyavlyayutsya v forme ritmich. kolebanii geofizich. parametrov (11-letnih, 27-dnevnyh i dr.). Skachkoobraznye izmeneniya svyazyvayut s t.n. triggernym mehanizmom, k-ryiprimenim k processam ili sistemam, nahodyashimsya v neustoichivom sostoyanii, blizkom k kriticheskomu. V etom sluchae nebol'shoe izmenenie kritich. parametra (davleniya, sily toka, koncentracii chastic i t.p.) privodit k kachestvennomu izmeneniyu hoda dannogo yavleniya ili vyzyvaet novoe yavlenie. Dlya primera mozhno ukazat' na yavlenie obrazovaniya vnetropicheskih ciklonov pri geomagnitnyh vozmusheniyah. Energiya geomegnitnogo vozmusheniya preobrazuetsya v energiyu IK-izlucheniya. Poslednee sozdaet nebol'shoi dopolnitel'nyi razogrev troposfery, v rezul'tate kotorogo i razvivaetsya ee vertikal'naya neustoichivost'. Pri etom energiya razvitoi neustoichivosti mozhet ne dva poryadka prevyshat' energiyu pervonachal'nogo vozmusheniya.

Novym metodom issledovaniya S.-z.s. yavl. aktivnye eksperimenty v magnitosfere i ionosfere po modelirovaniyu effektov, vyzyvaemyh solnechnoi aktivnost'yu. Dlya liagnostiki sostoyaniya magnitosfery i ionosfery ispol'zuyutsya puchki elektronov, oblaka natriya ili bariya (vypuskaemye s borta rakety). Dlya neposredstv. vozdeistviya na ionosferu ispol'zuyutsya radiovolny korotkovolnovogo diapazona. Glavnoe preimushestvo aktivnyh eksperimentov - vozmozhnost' kontrolirovat' nek-rye nachal'nye usloviya (parametry puchka elektronov, moshnost' i chastotu radiovoln i t.p.). Eto pozvolyaet bolee uverenno sudit' o fiz. processah na zadannoi vysote, a vmeste s nablyudeniyami na drugih vysotah - o mehanizme magnitosferno-ionosfernogo vzaimodeistviya, ob usloviyah generacii nizkochastotnyh izluchenii, o mehanizme S.-z.s. v celom. Aktivnye eksperimenty imeyut takzhe i prikladnoe znachenie. Dokazana vozmozhnost' iskusstvennyi radiac. poyas Zemli i vyzvat' polyarnye siyaniya, izmenyat' sv-va ionosfery i generirovat' nizkochastotnye izlucheniya nad zadannym raionom.

Izuchenie S-z.s. yavl. ne tol'ko fundamental'noi nauchnoi problemoi, no i imeet bol'shoe prognosticheskoe znachenie. Prognozy sostoyaniya magnitosfery i drugih obolochek Zemli kraine neobhodimy dlya resheniya prakticheskih zadach v oblasti kosmonavtiki, radiosvyazi, transporta, meteorologii i klimatologii, sel'skogo hozyaistva, biologii i mediciny.

Lit.:
Chizhevskii A.L., Zemnoe eho solnechnyh bur', 2 izd., M., 1976; Vitinskii Yu.I., Ol' A.I., Sazonov B.I., Solnce i atmosfera Zemli, L., 1976; Gordiec B.F., Markov M.N., Shelepin L.A., Solnechnaya aktivnost' i Zemlya, M., 1980; Miroshnichenko L.I., Solnechnaya aktivnost' i Zemlya, M., 1981; Vladimirskii B.M., Kislovodskii L.D., Solnechnaya aktivnost' i biosfera, M., 1982; Vitinskii Yu.I., Solnechnaya aktivnost', 2 izd., M., 1983.

(L.I. Miroshnichenko)