Огромная роль солнечной энергии в жизни нашей планеты стала очевидной довольно давно. Нагревая по­верхность Земли, Солнце приводит в движение массы воздуха, заставляя их перемещаться из одних районов в другие. Таким образом, наше дневное светило являет­ся основным «виновником» всех явлений погоды.

Однако влияние Солнца на погоду не ограничивается одним лишь тепловым воздействием. Наше дневное све­тило — источник не только света и тепла; с его поверхности излучаются потоки невидимых ультрафиолетовых и рентгеновских лучей, а также потоки корпускул — за­ряженных частиц вещества. Воздействие этих излучений на характер процессов, протекающих в земной атмо­сфере, было замечено уже много лет назад, но только в последние годы стали вырисовываться некоторые под­робности этой неощутимой связи. Хотя количество тепла и света, посылаемое на Землю нашим дневным свети­лом, уже на протяжении многих сотен миллионов лет остается постоянным, интенсивность его невидимых излу­чений может испытывать значительные изменения. Она зависит от так называемой солнечной активности, кото­рая не всегда одинакова.

Наибольшее количество света испускает самый ниж­ний слой солнечной атмосферы, так называемая «фото­сфера» (что означает «светящаяся сфера»). Это и есть тот ослепительный диск, который мы наблюдаем на небе. Выше фотосферы находится сравнительно тонкий (около 14 000 км) красноватый слой — «хромосфера» (что озна­чает «окрашенная сфера»), состоящая из водорода, каль­ция и некоторых других химических элементов. Над хро­мосферой на огромную высоту вздымаются гигантские газовые фонтаны — протуберанцы. Газы в протуберанцах движутся с колоссальными скоростями, иногда до­стигающими 400—500 км/сек. Наконец, еще выше рас­полагается самый внешний слой солнечной атмосферы — солнечная корона, состоящая из протонно-электронного газа. Корона простирается в космическое пространство на несколько сотен миллионов километров, заходя да­леко за орбиту Земли. Можно с полным правом ска­зать, что мы живем внутри солнечной атмосферы.

При наблюдении невооруженным глазом поверхность Солнца представляется нам совершенно гладкой. Од­нако если посмотреть на дневное светило в достаточно сильный телескоп, мы увидим, что фотосфера состоит из множества отдельных зерен — гранул, которые нахо­дятся в постоянном движении. В фотосфере вблизи эква­ториальной зоны возникают и солнечные пятна — темные образования, поперечник которых достигает иногда 250 тыс. км.

Еще в начале текущего столетия было обнаружено, что солнечные пятна обладают сильными магнитными полями. Напряженность этих полей достигает 1000 гаусс у небольших пятен и 4000 гаусс у крупных. Для срав­нения можно сообщить, что напряженность земного маг­нитного поля у полюсов составляет всего 0,5 гаусса.

Но это и не удивительно, так как вообще все веще­ство Солнца находится в ионизованном состоянии, а движение заряженных частиц всегда сопровождается об­разованием электрических и магнитных полей. Поэтому электромагнитные явления должны играть весьма суще­ственную роль во всех физических процессах, происхо­дящих на Солнце. Видимо, и возникновение солнечных пятен связано с действием магнитных сил. Во всяком случае, было замечено, что перед появлением пятна на­пряженность магнитного поля в данном районе атмо­сферы возрастает в несколько тысяч раз. Возможно, что такое усиление магнитного поля замедляет передачу теп­ловой энергии из центральных областей Солнца к фото­сфере и возникают области пониженной температуры (примерно 4500—5000° по сравнению с 6000° к фото­сфере). По контрасту с окружающей солнечной поверхностью такие области и выглядят темными пятнами.

Весьма вероятно также, что в местах ослабления магнитного поля происходят мощные выбросы энергии факелы и протуберанцы.

Пятна — одно из внешних проявлений солнечной ак­тивности. По их количеству можно судить об ее уровне.

Но самое мощное проявление активности Солнца — так называемые вспышки, происходящие в нижних слоях солнечной атмосферы. Это термоядерные взрывы, возникающие благодаря быстрому сжатию магнитных полей и разогреванию солнечного вещества. Энергия одной из таких вспышек, зарегистрированной 23 февраля 1956 г., была  по оценке  ученых эквивалентна энергии од­новременного взрыва мил­лиона водородных бомб.

Электромагнитные из­лучения вспышек доходят до Земли практически мгновенно (через 8 минут 18 секунд). Потоки же ча­стиц, образующиеся при вспышках, в основном до­стигают нашей планеты через 1—2 суток. И лишь сравнительно небольшая часть движущихся с вы­сокой скоростью частиц преодолевает расстояние между  Солнцем  и  Землей за несколько часов. Если световое и тепловое  излучение  нашего дневного светила из года в год практически не меняется, то в его поверхностной деятельности наблюдаются своеобразные циклы, в те­чение которых солнечная активность достигает макси­мального значения, а затем вновь убывает. Это слу­чается примерно через каждые 11 лет. В такие годы па поверхности нашего дневного светила наблюдается боль­шое количество пятен и вспышек, невидимые излучения достигают наибольшей интенсивности. Одновременно с этим на Земле возникают магнитные бури, происходят нарушения радиосвязи, наблюдается усиление иониза­ции верхних слоев атмосферы.

Помимо 11-летнего цикла солнечной активности су­ществуют и другие, в частности, 100-летний, или вековой.

Эти циклы как бы накладываются друг на друга. Бла­годаря этому общий уровень солнечной активности за­висит от того, на каком «этапе» своего развития нахо­дится в данный момент каждый из циклов. Поэтому не­видимые излучения Солнца достигают наибольшей интен­сивности в те годы, когда максимумы циклов совпадают. Именно такое совпадение произошло, например, в 1957 г. Если посмотреть на кривую, изображающую ход сол­нечной активности в текущем столетии, сразу можно заметить, что почти каждый очередной ее максимум рас­положен гораздо выше предыдущего. И максимум 1957— 1958 гг. был самым высоким за последние 100 лет.

Таким образом, «тепловой фон», на котором развер­тываются явления погоды, из года в год в среднем не меняется, но зато меняется воздействие солнечной ак­тивности на земную атмосферу и, в частности, на по­году. Механизм подобного воздействия исследован еще недостаточно, и сведения, которыми мы располагаем на этот счет, не выходят в основном за рамки чисто стати­стических закономерностей, но сам факт зависимости явлений погоды от интенсивности невидимой радиации Солнца в настоящее время уже не вызывает сомнений.

Так, одновременно с ростом максимумов солнечной активности с начала текущего столетия наблюдалось явное потепление климата. Например, граница вечных льдов в Арктике отступила на несколько сотен километ­ров к северу. Если в 1901 г. ледокол «Ермак» не смог дойти даже до северной оконечности Новой Земли, то в 1935 г. ледокол «Садко» прошел по чистой воде на 600 км севернее этого места. В 1925 г. малые неледокольные суда впервые обогнули с севера по чистой воде остров Шпицберген, а в 1932 г. Землю Франца Иосифа. В период с 1924 по 1944 гг. общая площадь льда только в советских арктических районах уменьшилась прибли­зительно на 1 млн. квадратных километров.

О значительном потеплении говорит и неуклонный рост среднегодовых температур. Повышение среднегодо­вых температур отмечено на острове Шпицберген, на Земле Франца Иосифа, в Гренландии, в северных райо­нах Советского Союза.

Если в 1895—1915 гг. средняя годовая температура в Архангельске составляла 0,2 градуса, то в период с 1916 по 1930 гг. она возросла до 0,9 градуса. А в районе

Ленинграда за последние 130 лет средняя температура поднялась на 1,1 градуса. Чтобы оценить величину по­добного потепления, достаточно сказать, что повышение средней годовой температуры всего лишь на один градус равносильно перемещению данной местности к югу на 600—700 км.

Отодвигается к северу граница вечной мерзлоты в Сибири. Высокие деревья, в том числе березы, посте­пенно, со скоростью около 100 м в год, начинают про­никать в тундру, где раньше они не могли расти из-за холодов. Растительность поднимается все выше и выше по склонам гор. Отступают ледники. Общее потепление не замедлило отразиться на целом ряде явлений при­роды. Многие реки, в том числе и Волга, стали вскры­ваться раньше, а замерзать позже, раньше начинают цвести многие деревья, раньше, чем прежде, прилетают и вестники весны — грачи. И вообще по всему земному шару весна наступает раньше, чем в прежние годы. По­вышается температура воды в океане.

Кроме того, все чаще и чаще в различных районах пашей планеты наблюдаются длительные отклонения по­годы от ее обычного состояния. Погода стала заметно неустойчивой. Летом после сильной жары наступают рез­кие похолодания, а зимой жестокие морозы сменяются неожиданными продолжительными оттепелями.

В традиционные зимние месяцы наблюдаются про­должительные периоды, когда погода на Европейской территории СССР почти целиком определяется теплыми воздушными массами, поступающими из района Атлан­тического океана. Арктическая же «кухня погоды», обыч­но то и дело поставляющая в Европу холодные массы воздуха, в это время почти не «работает».

Конечно, климат и погода — не одно и то же. Ка­ковы бы ни были изменения погоды в отдельных райо­нах Земли, они всегда остаются в известных границах. Эти границы и определяют климат данного района. Таким образом, климат — это многолетний режим по­годы в данном районе, непосредственно связанный с его географическим положением.

Однако и климат и погода тесно связаны с Солнцем. Недаром само слово «климат» происходит от древнегре­ческого слова «клима», что означает «наклон». Речь идет о том угле, под которым солнечные лучи падают на землю в различных широтных зонах. Связь между дея­тельностью нашего дневного светила и погодой не столь прямая. Но одно уже более или менее ясно: солнечная активность воздействует на характер движения воздушных масс над поверхностью нашей планеты, на так на­зываемую общую циркуляцию атмосферы.

Циркуляция воздуха бывает двух видов — зональная, когда ветры направлены по широте, главным образом с запада на восток, и меридиональная. Сотрудникам Советского арктического и антарктического института удалось установить, что в годы минимума солнечной ак­тивности преобладает зональная циркуляция, обеспечи­вающая в северном полушарии относительно спокойную погоду, соответствующую обычным климатическим нор­мам. Наоборот, в годы максимума происходит интенсив­ный обмен воздушными массами между тропическими и полярными районами. Теплый воздух заходит далеко на север, а холодный на юг. Погода становится неустойчи­вой, а атмосферные явления приобретают иногда весьма бурный характер.

Не исключена возможность, что и потепление Арк­тики объясняется ходом векового цикла солнечной ак­тивности. В настоящее время этот цикл уже «перевалил» через свой максимум и теперь происходит постепенный спад солнечной активности. И хотя 11-летние максимумы будут продолжать оказывать свое влияние на атмосфе­ру, оно с каждым разом будет становиться все менее заметным. По мнению некоторых ученых, это должно привести к тому, что потепление Арктики прекратится и сменится постепенным похолоданием, растянутым на несколько десятилетий. Подобная точка зрения подтверждается наблюдениями советских ученых в Антарктике, проводившимися по программе Международного геофи­зического года. Было обнаружено, что хотя общая площадь ледяного покрова «по инерции» еще продолжает уменьшаться, его толщина уже начинает возрастать.

Конечно, подобный прогноз нельзя считать оконча­тельным, так как нам известны еще далеко не все зако­номерности атмосферных процессов и далеко не все фак­торы, оказывающие влияние на погоду и климат Земли. Об этом говорит хотя бы тот факт, что, несмотря на то, что в 1964—1965 гг. наступил очередной минимум сол­нечной активности, а после максимума 1957—1958 гг. прошло к этому времени уже около семи лет, в погодных явлениях и в этот период довольно часто наблюдались весьма резкие отклонения от нормы.

Весьма вероятно, что сами циклы солнечной актив­ности имеют гораздо более сложный вид, чем это пред­ставлялось нам раньше. Об этом свидетельствуют и не­которые данные по изучению солнечной деятельности.

Так, например, в результате многолетних наблюдений Солнца на Горной астрономической станции Пулковской обсерватории вблизи Кисловодска советский ученый М. М. Гневышев обнаружил весьма любопытный факт. Оказалось, что примерно через 2—3 года после очеред­ного «обычного» максимума солнечной активности, ко­торая характеризуется наибольшей площадью солнечных пятен, наступил второй, ранее неизвестный максимум солнечной активности, связанный со значительным уве­личением яркости солнечной короны (внешней части сол­нечной атмосферы) на низких широтах Солнца (т. е. в удалении от солнечного экватора).

Точно такое же увеличение яркости короны наблю­далось и при обычном максимуме. Между тем, в этот период общая площадь пятен значительно меньше. Это наводит на мысль, что уровень солнечной активности свя­зан не с площадью пятен, а с каким-то другим фактором.

И, действительно, Гневышеву удалось обнаружить, что возмущения в солнечной короне зависят не от пло­щади солнечных пятен, а от того, с какой скоростью эта площадь изменяется.

Подобный вывод представляется весьма интересным и с точки зрения чисто физических соображений. Ведь известно, что величина напряженности электрического поля, возникающей в результате изменений магнитного поля, зависит от скорости этих изменений. И наоборот, величина напряженности магнитного поля зависит от того, с какой скоростью меняется электрическое поле. Между тем нет никаких сомнений в том, что физические явления, протекающие на поверхности Солнца, тесно связаны с электрическими и магнитными процессами. Поэтому зависимость, обнаруженная Гневышевым, весь­ма правдоподобна, тем более, что ученому удалось уста­новить, что скорости изменения площади пятен, точно так же, как и величина возмущений в короне, одинаковы для первого и второго максимумов.

Сфера влияния солнечной деятельности на геофизи­ческие явления отнюдь не ограничивается атмосферными процессами. Физические условия на поверхности нашего дневного светила оказывают существенное влияние на распространение радиоволн в околоземном простран­стве, на состояние магнитного поля Земли, возникнове­ние полярных сияний. Статистические наблюдения обна­руживают и несомненную связь между солнечной актив­ностью и целым рядом других природных процессов, происходящих на нашей планете.

Существует также немало земных явлений, относи­тельно которых есть основания предполагать, что их при­чины лежат за пределами Земли — в космосе.

 

Приглашаем Вас обсудить данную публикацию на нашем форуме о космосе.

Комаров В. Н. «Увлекательная астрономия» 1968 год. «Наука»