Сонячно-земні зв'язки

Роботи вчених Е. Брикнера, А. Дугласа, Ч. Брукса, О. Петерсона, 0. JI. Чижевського, В. І. Вернадського дозволили достеменно встановити, крім вищезгаданих, ряд інших порівняно короткочас­них циклів природних явищ: «вікових» — тривалістю 169, 222, 400 і більше років і «середньовікових» — тривалістю 1, 2, 3, 4, 6, 11, 23, 33, 80 років. Най тривалішій з них мають гравітаційну приро­ду й впливають на всі природні оболонки Землі. Цикли середньої тривалості залежать від коливань сонячної активності: квазідворічний, ll-річний., 22-річний, 100-річний цикли мають найбіль­шу фундаментальність нарівні із 27-добовим синодичним періо­дом обертання Сонця навколо своєї осі і впливають на магнітне поле, атмосферу й біосферу Землі. Найбільш короткочасні цикли пов’язані з нерівномірним опроміненням Землі космічними част­ками, область їхньої дії — атмосфера.

Стан навколоземного космічного простору, магнітосфери й верхніх шарів атмосфери Землі обумовлено космічною погодою, основними параметрами якої є температура й концентрація ком­понент низькоенергетичної плазми, магнітні й електричні поля й струми, спектральний склад електромагнітного випромінювання й потоків заряджених частинок.

Видиме випромінювання Сонця практично не змінюється з ча­сом. Основними типами змінюваних у часі активних сонячних випромінювань є: 1) короткохвильове (ультрафіолетове й рентге­нівське), здатне здійснювати іонізацію й дисоціацію молекул ат­атмосфери; 2) сонячний вітер і корпускулярні потоки з їхніми магнітними полями, що взаємодіють з магнітосферою (енергія окремих поривів сонячного вітру еквівалентна енергії ядерного вибуху потужністю 10^-1 Мт). Під час переходу від мінімуму до максимуму 11-річного. сонячного циклу повна енергія потоку іонізуючого ви­промінювання збільшується втричі.

У максимумі сонячного циклу температура в тропіках на 0, 5° вище, ніж у мінімумі; збільшується кількість гроз, зростає амп­літуда коливань атмосферного тиску; посилюється загальна цир­куляція атмосферних потоків. У середніх широтах після підви­щення сонячної активності зростає повторюваність циклонів, що веде до збільшення кількості опадів. Ряд учених пояснює це по­слідовним поетапним переданням енергії з верхніх шарів атмосфе­ри в тропосферу; коливання ультрафіолетового випромінювання впливають на концентрацію озону й змінюють температуру по­вітря, що спричиняє відхилення внаслідок обертання Землі вер­тикальних повітряних потоків, які породжують східні й західні вітри. Від рівня сонячної активності сильніше залежать літні тем­ператури стратосфери.

Передбачається, що періодичність «малих льодовикових періо­дів» пов’язана із широкомасштабними змінами рівня сонячної ак­тивності (період близько 2500 років).

Численні ефекти впливу сонячної активності на біосферу здо­були серйозне морфологічне й статистичне обґрунтування, але механізм їхнього фізичного впливу дотепер неясний, оскільки повний потік і спектральні складові сонячного випромінювання поблизу земної поверхні змінюються лише на частку відсотка. Од­нак всі живі організми чутливі до зовнішніх електромагнітних по­лів низьких і наднизьких частот, що впливають на фізико-хімічні властивості живих клітин. Передбачається, що організми викорис­товують квазіперіодичні зміни параметрів зовнішнього середови­ща, у тому числі електромагнітних полів, для синхронізації біоритмів шляхом «настроювання» на зовнішню частоту, для орієнтації в просторі й т. ін. Так, якщо досить різко змінюється магнітне поле, в організмі людини одночасно спостерігається підвищення кров’яного тиску із одночасним спазмом кровоносних посудин, внаслідок чого бактерицидні властивості крові погіршуються.

На поверхні Землі реєструються електромагнітні поля із час­тотою 10⁴-10⁵Гц і найбільшою інтенсивністю в діапазоні над­низьких частот, що чутливо реагують на будь-які прояви сонячної активності. Так, через 1, 5-2 доби після спалаху на Сонці напруже­ність магнітного поля в іоносфері на частоті 8 Гц змінюється більш ніж у 10 разів. В епоху максимумів сонячної активності зростає число інфарктів й інсультів, випадків виробничого й дорожнього травматизму, епідемічних захворювань, епізоотій.

Рис. 6. Зміна радіального приросту сосни протягом 90-річного циклу (у мм)

Рис. 7. Усереднена за циклами сонячної активності кількість захворювань холерою в Росії в 1823-1923 p.p. (за О. Л. Чижевським)

Завдання земної екології передбачають здійснення астроно­мічних спостережень, а також спостережень із космосу не тільки за Землею, але й за Сонцем і ближнім космосом. У міру свого розви­тку сучасна технологічна цивілізація стає дедалі більш уразливою до дії космічних факторів.

Сонячна активність впливає не тільки на магнітосферу, атмо­сферу й біосферу Землі, але й на техніку, створену людьми. У роки активного сонця:

• погіршується зв’язок у короткохвильовому, високочастотному й ультрависокочастотному діапазонах, телефонний і телеграф­ний зв’язок, особливо в освітленій сонцем півкулі й під час іо­носферних бур;

• спотворюються дані геомагнітних зйомок;

• відбуваються збої й катастрофи в енергетичних мережах;

• посилюється корозія магістральних трубопроводів;

• зменшується строк експлуатації ШСЗ через посилення гальму­вання у верхніх шарах атмосфери, що розбухає (15.07.2000 р. ви­йшла з ладу космічна рентгенівська обсерваторія ASCA (Японія)). Слабко захищені від потужних проявів сонячної активності

електронні й комп’ютерні системи й мережі, системи навігації, системи керування й контролю атомних станцій та військових об’єктів.

1999 року була розроблена «шкала космічної погоди», що ста­ло першою спробою здійснити систематичне дослідження всього комплексу явищ сонячно-земних зв’язків, потенційно небезпеч­них для земної цивілізації. Виділяються 3 категорії явищ: геомаг­нітні бурі, радіаційні бурі й порушення радіозв’язку. Кожна ка­тегорія розділяється на 5 рівнів: незначний (1 бал); помірний (2 бали); сильний (3 бали); дуже сильний (4 бали) і екстремальний (5 балів). Найнебезпечніші екстремальні геомагнітні бурі, що при­зводять до цілковитого знеструмлення мереж електроживлення, появи сильних струмів у трубопроводах і практично повного при­пинення радіозв’язку на всіх частотах. Екстремальні радіаційні бурі спричиняють небезпечне опромінення космонавтів, екіпажів і пасажирів висотних літаків.

У цей час на Землі 88 % всієї енергії людство одержує за ра­хунок спалювання природного вуглецевого палива (щорічно спалю­ють 4 млрд. тонн вугілля, 3, 5 млрд. тонн нафти, десятки трильйонів кубометрів газу, деревину, торф і т. ін.), що забруднює навколишнє середовище на 60 %. Ідея використання «безкоштовної» сонячної енергії для потреб земної енергетики лягла в основу застосування космічних технологій:

1. Орбітальні відбивачі-рефлектори для освітлення окремих по­лярних.

2. Орбітальні сонячні електростанції: проекти розроблені в Ро­сії, СІЛА, Західній Європі і Японії. Проект КСЕ 2000 року пе­редбачає виведення на екваторіальну орбіту експерименталь­ної японської станції потужністю 10 МВт. У першій половині XXI ст. США планує створити 60 КСЕ потужністю 5 ГВт кожна з переданням енергії на Землю у вигляді мікрохвильового про­меня. Існуючі сонячні батареї мають ККД близько 30 %.