Сонце і життя землі - астрономія як наука

Сонячне випромінювання, падаюче на Землю, в общем-то дуже стабільно, інакше життя на Землі піддавалося б дуже великим температурним перепадам. В даний час супутники дуже ретельно зміряли енергію, що випромінюється Сонцем, і показали, що сонячна постійна не постійна, а схильна до варіаціям в межах десятих часток відсотка, причому долгопериодические варіації пов'язані з сонячним циклом (Сонячна постійна - кількість сонячної енергії, що приходить на поверхню площею 1 кв.м, розгорнену перпендикулярно сонячним променям в космосі) Від максимуму до мінімуму сонячна постійна зменшується приблизно на 0.1%, тобто під час максимуму активності (багато плям на Сонце) воно випромінює як би більше. Такі зміни також можуть мати вплив на земний клімат. У Маундеровский мінімум (1645-1715) було дуже мало плям. Цей період відомий на Землі як малий льодовиковий період: в цей час було набагато холодніше, ніж зараз. В принципі це може бути простим збігом, але швидше за все, ці події мають причинний зв'язок.

Глибина проникнення сонячної радіації в атмосферу Землі залежить від довжини хвилі його випромінювання. На щастя для життя, оксид азоту в тонкому шарі атмосфери на висоті вище 50 км над поверхнею Землі блокує дуже змінне короткохвильове ультрафіолетове випромінювання Сонця. На менших висотах озон і молекулярний кисень поглинають довгохвильову частину ультрафіолетового випромінювання, яке також шкідливо для життя. Зміни сонячного ультрафіолетового випромінювання впливають на структуру озонового шару.

На Землю впливає також так званий сонячний вітер, обумовлений спокійним випуском коронарної плазми. Сонячний вітер дуже сильно впливає на хвости комет і навіть має вимірювані ефекти впливу на траєкторію супутників. Заряджені частинки з сонячного вітру відповідальні за північні і південні полярні сяйва, коли вони пронизують земну атмосферу на високій швидкості і змушують її світитися.

Випуск Сонцем заряджених частинок, яке залежить в основному від умов в шарах, розташованих вище фотосфери, також змінюється в циклі сонячної активності. Найбільше значення серед цих частинок з точки зору впливу на земні процеси мають високоенергійні протони, які викидаються при вибухах в сонячній короні (одночасно викидаються також високоенергійні електрони).

Приходять до Землі високоенергійні сонячні протони мають енергії від 10 млн. До 10 млрд. ЕВ (для порівняння енергія фотона видимого світла складає близько 2 еВ). Найбільш енергійні протони рухаються зі швидкістю, близькою до швидкості світла, і досягають Землі приблизно через 8 хв після найпотужніших сонячних спалахів. Такі спалахи пов'язані з колосальними виверженнями в активних областях Сонця, які різко збільшують свою яскравість в рентгенівському і крайньому ультрафіолетовому діапазонах. Вважається, що джерелом енергії спалахів є швидке взаємне знищення (анігіляція) сильних магнітних полів, при якій відбувається розігрів плазми і виникають потужні електричні поля, що прискорюють заряджені частинки. Ці частинки здатні зробити різноманітний вплив на людей, що знаходяться в цей момент не під захистом земного магнітного поля.

Зміни потоку плазми сонячного вітру, оточуючого Землю, призводять до впливу зовсім іншого виду. Ця відносно низько енергійна плазма як би тікає з сонячної корони, долаючи через високу температуру гравітаційне тяжіння Сонця. Магнітне поле Землі впливає на заряджені частинки сонячного вітру і не дозволяє їм наблизитися до поверхні планети. Простір навколо Землі, в яке в основному не можуть проникати частинки сонячного вітру, називають земною магнітосферою. Спалахи та інші різкі зміни магнітних полів на Сонці приводять до збурень в сонячному вітрі і змінюють тиск плазми на земну магнітосферу. Пов'язані з впливом сонячного вітру зміни геомагнітного поля складають лише близько 0,1% його напруженості, рівної приблизно 1 Гс. Проте індуковані навіть такими малими змінами геомагнітного поля електричні струми в довгих провідниках на поверхні Землі (таких як високовольтні лінії або труби нафтопроводів) можуть приводити до драматичних наслідків. Довгий час робилися численні спроби знайти зв'язок між сонячною активністю і погодою, Видатний англійський астроном Вільям Гершель припустив, що Сонце найбільш яскраво світить при максимумі сонячних плям, а підвищення температури в цей період мало б приводити до збільшення врожаю пшениці і відповідно падіння цін на неї . У 1801 р він заявив, що ціна на пшеницю дійсно корелює з циклом сонячних плям. Кореляція, проте, виявилася недостовірною, і Гершель став займатися іншими проблемами. Багато такі удавані зв'язку виявилися недовговічними, і всі вони мали той недолік, що були швидше статистичними, ніж причинними. Ніхто ще не запропонував розумного механізму, за допомогою якого настільки малі зміни сонячної постійної могли б відчутно впливати на земні процеси.

Схожі статті