Солнечно-земные связи

Солнечно-земные связи, реакция Земли (её внешних оболочек, включая биосферу) на изменение солнечной активности. Уровень солнечной активности (число активных областей и солнечных пятен, количество и мощность солнечных вспышек и т.д.) изменяется с периодом около 11 лет. Существуют также слабые колебания величины максимумов 11-летнего цикла с периодом около 90 лет. На Земле 11-летний цикл прослеживается на целом ряде явлений органической и неорганической природы (возмущения магнитного поля, полярные сияния, возмущения ионосферы, изменение скорости роста деревьев с периодом 11 лет, установленным по чередованию толщины годовых колец, и т.д.). На земные процессы оказывают также воздействие отдельные активные области на Солнце и происходящие в них кратковременные, но иногда очень мощные вспышки. Время существования отдельной активной области на Солнце может достигать 1 года. Вызываемые этой областью возмущения в магнитосфере и верхней атмосфере Земли повторяются через 27 сут (с наблюдаемым с Земли периодом вращения Солнца). Наиболее мощные проявления солнечной активности — солнечные (хромосферные) вспышки — происходят нерегулярно (чаще вблизи периодов максимальной активности), длительность их составляет 5—40 мин, редко несколько часов. Энергия хромосферной вспышки может достигать ~10³² эрг (~10²⁵ дж), из выделяющейся при вспышке энергии лишь 1—10% приходится на электромагнитное излучение в оптическом диапазоне. По сравнению с полным излучением Солнца в оптическом диапазоне энергия вспышки невелика (~10^–5—10^–6), но коротковолновое излучение вспышки и генерируемые при вспышке быстрые электроны, а иногда солнечные космические лучи могут дать заметный вклад в рентгеновское и корпускулярное излучение Солнца. В периоды повышения активности Солнца его рентгеновское излучение увеличивается в диапазоне 30—10 нм в 2 раза, в диапазоне 10—1 нм в 3—5 раз, в диапазоне 1—0,2 нм более чем в 100 раз. По мере уменьшения длины волны излучения вклад активных областей в полное излучение Солнца увеличивается, и в последнем из указанных диапазонов практически всё излучение обусловлено активными областями. Жёсткое рентгеновское излучение с длиной волны l<0,2 нм появляется в спектре Солнца лишь на короткое время после вспышек.

  В ультрафиолетовом диапазоне (l от 180 до 350 нм) излучение Солнца за 11-летний цикл меняется всего на 1—10%, а в диапазоне 290—2400 нм остаётся практически постоянным и составляет 3,6×10³³ эрг/сек, или 3,6×10²⁶ вт.

  Постоянство энергии, получаемой Землёй от Солнца (см. Солнечная постоянная), обеспечивает стационарность теплового баланса Земли. Солнечная активность существенно не сказывается на энергетике Земли как планеты, но отдельные компоненты излучения хромосферных вспышек и активных областей могут оказывать значительное влияние на многие физические, биофизические и биохимические процессы на Земле.

  Активные области являются мощным источником корпускулярного излучения. Частицы с энергиями около 1 кэв (в основном протоны), распространяющиеся вдоль силовых линий межпланетного магнитного поля из активных областей, усиливают солнечный ветер — поток частиц, непрерывно испускаемых Солнцем. Эти усиления (порывы) солнечного ветра часто повторяются через 27 дней и называются рекуррентными. Аналогичные потоки, но ещё большей энергии и плотности, возникают при вспышках. Они вызывают т. н. спорадические возмущения солнечного ветра и достигают Земли за интервалы времени от 8—10 ч до 2 сут. Протоны высокой энергии (от 100 Мэв до 1 Гэв) от очень сильных «протонных» вспышек и электроны с энергией 10—500 кэв, входящие в состав солнечных космических лучей, приходят к Земле через десятки минут после вспышек; несколько позже приходят те из них, которые попали в «ловушки» межпланетного магнитного поля и двигались вместе с солнечным ветром. Коротковолновое излучение и солнечные космические лучи (в высоких широтах) ионизуют земную атмосферу, что приводит к колебаниям её прозрачности в ультрафиолетовом и инфракрасном диапазонах, а также к изменениям условий распространения коротких радиоволн (в ряде случаев наблюдаются нарушения коротковолновой радиосвязи, см.(смотри) Ионосфера).

  Усиление солнечного ветра, вызванное вспышкой, приводит к сжатию магнитосферы Земли с солнечной стороны, усилению токов на её внешней границе, частичному проникновению частиц солнечного ветра в глубь магнитосферы (в зону авроральной радиации), пополнению частицами высоких энергий радиационных поясов Земли и т.д. (см. Земля, раздел III). Эти процессы сопровождаются колебаниями напряжённости геомагнитного поля (магнитной бурей), полярными сияниями и др. геофизическими явлениями, отражающими общее возмущение магнитного поля Земли (см. Вариации магнитные).

  Т. о., воздействие активных процессов на Солнце (солнечных бурь) на геофизические явления осуществляется как коротковолновой радиацией, так и через посредство магнитного поля Земли. По-видимому, эти факторы являются главными и для физико-химических, и биологических процессов (см. Магнитобиология). Проследить всю цепь связей, приводящих к 11-летней периодичности многих процессов на Земле, пока не удаётся, но накопленный обширный фактический материал не оставляет сомнений в существовании таких связей. Так, была установлена корреляция между 11-летним циклом солнечной активности и землетрясениями, колебаниями уровня озёр, урожаями с.-х.(сельскохозяйственный) культур, размножением и миграцией насекомых, эпидемиями гриппа, тифа, холеры, числом сердечно-сосудистых заболеваний и т.д. Эти данные указывают на постоянно действующие С.-з. с. Раскрытие механизмов С.-з. с. представляет большой научный и практический интерес. В частности, на этой основе может быть значительно повышена точность долгосрочных прогнозов погоды и необходимых для космонавтики прогнозов интенсивности корпускулярных потоков в околоземном пространстве. Влияние С.-з. с. на физические процессы изучает гелиогеофизика, влияние на биологические процессы — гелиобиология, на погоду — гелиометеорология.

  Лит.: Эллисон М. А., Солнце и его влияние на Землю, М., 1959; Солнечно-земная физика. Сб., пер.(перевод) с англ.(английский), М., 1968; Влияние солнечной активности на атмосферу и биосферу Земли, М., 1971; Ч ижевский А. Л., Земное эхо солнечных бурь, М., 1973.

  М. А. Лившиц.