Підручник з Астрономії. 11 клас. Сиротюк - Нова програма

§ 21. ПРОЯВИ СОНЯЧНОЇ АКТИВНОСТІ ТА ЇХНІЙ ВПЛИВ НА ЗЕМЛЮ

1. Інтенсивність сонячного випромінювання поза оптичним діапазоном. Електромагнітне випромінювання Сонця, максимум якого припадає на видиму частину спектра, не все проходить через земну атмосферу. Вона «прозора» тільки для видимого світла і частково ультрафіолетового та інфрачервоного випромінювань, а також для радіохвиль порівняно вузького діапазону.

В ультрафіолетовому й рентгенівському діапазонах потужність сонячного випромінювання різко зменшується - у сотні тисяч разів порівняно з потужністю випромінювання в оптичному діапазоні. Але якщо в оптичному діапазоні Сонце є постійною зорею, то випромінювання в короткохвильовій області спектра залежить від сонячної активності, збільшуючись або зменшуючись у кілька разів протягом 11-річного сонячного циклу. Сильно зростає потік короткохвильового випромінювання під час хромосферних спалахів. З нижніх шарів хромосфери виходить ультрафіолетове випромінювання, максимальна інтенсивність якого може вдвічі перевищувати мінімальне значення в 11-річному циклі. Основне рентгенівське випромінювання виходить з корони Сонця.

Рентгенівське та ультрафіолетове випромінювання Сонця поглинається у верхніх шарах атмосфери Землі. Воно йонізує гази земної атмосфери. Ионізований шар верхньої атмосфери Землі називають йоносферою. Ионосфера Землі повністю визначає поширення коротких радіохвиль між віддаленими пунктами земної поверхні. Під час сильних сплесків сонячного рентгенівського випромінювання через хромосферні спалахи порушується зв’язок на коротких радіохвилях.

Довгохвильове ультрафіолетове випромінювання Сонця здатне проникати на 30-35 км в атмосферу Землі. Там воно розділяє молекули Оксигену О2 на дві складові - атоми. Вільні атоми, з’єднуючись із молекулами Оксигену, утворюють нову речовину - озон, кожна молекула якого складається з трьох атомів Оксигену.

Озоновий шар поглинає практично все ультрафіолетове випромінювання Сонця, залишаючи лише малу частину, що досягає поверхні Землі, і людина має можливість засмагати. Коли товщина озонового шару зменшується, сонячне ультрафіолетове випромінювання може зрости в 1,5-2 рази. Тоді це випромінювання стає дуже активним і може спричинити рак шкіри.

2. Сонячний вітер.

Потік розрідженої плазми, що радіально поширюється від Сонця вздовж ліній напруженості магнітного поля і заповнює собою міжпланетний простір, називають сонячним вітром.

У його складові входять протони, електрони, а також α-частинки та в незначних кількостях ряд високойонізованих атомів Оксигену, Сіліціуму, Сульфуру, Феруму. Швидкість частинок сонячного вітру збільшується з віддаленням від Сонця. Поблизу Землі швидкість сонячного вітру сягає 450 км/с, а густина становить кілька частинок у кубічному сантиметрі.

Потік сонячної плазми не може перебороти протидію магнітного поля Землі й обтікає його. При цьому утворюється простір - магнітосфера (мал. 4.11).

Мал. 4.11. Будова магнітосфери Землі: 1) ударна хвиля; 2) перехідна зона; 3) магнітопауза; 4) магнітосфера; 5) північна пелюстка магнітного хвоста; 6) південна пелюстка магнітного хвоста; 7) плазмосфера

Магнітосфера має краплеподібну форму. З боку Сонця магнітосфера стиснута тиском сонячного вітру. Межа магнітосфери повернена до Сонця і перебуває на відстані в середньому 10-12 радіусів Землі. З протилежного (нічного) боку магнітосфера витягнута подібно до хвоста комети і має довжину близько 6000 радіусів Землі. Зі зміною швидкості та густини частинок сонячного вітру змінюється і форма магнітосфери.

3. Сонячно-земні зв’язки. Сонячна активність впливає, у першу чергу, на зовнішні оболонки Землі - магнітосферу та йоносферу. Під час потужних сонячних спалахів частинки можуть розганятися до 100 000 км/с, тобто виникають космічні промені сонячного походження. Під їхнім впливом утворюється окис азоту NO, взаємодіючи з озоном, - активно його руйнує за рахунок реакції NO + О3—> NO2 + О2. Після потужних спалахів на Сонці спостерігається зниження вмісту озону в стратосфері над полярними шапками Землі.

За допомогою коронографів, установлених на космічних апаратах, реєструють грандіозні викиди речовини зі збудженої корони Сонця. Згусток відірваної корональної плазми несе всередині себе замкнуту петлю магнітного поля, що називають корональним викидом маси (мал. 4.12).

Зіткнення плазмової хмари з магнітосферою Землі спричиняє її сильне збудження. Вплив коронального викиду призводить до виникнення сильних магнітних бур та розігріву й прискорення плазми всередині магнітосфери. При цьому швидкі протони й електрони, зіштовхуючись із молекулами повітря на висоті 100-200 км, йонізують їх і змушують світитися. Під час йонізації повітря на певній частоті починає світитися. У результаті йонізації на Землі, переважно в навколополярних широтах, спостерігаються полярні сяйва (мал. 4.13). За високої геомагнітної активності полярні сяйва з’являються на висоті 300-400 км.

Під час магнітної бурі змінюються електричні поля над поверхнею Землі. Це призводить до виникнення перевантажень у лініях електропередач (до кількох сотень ампер) та їхнього відключення, до виникнення сильних струмів у трубах газо- і нафтопроводів і до виходу з ладу їхніх систем керування. Також наслідки магнітної бурі позначаються на бортових електронних системах космічних апаратів.

Мал. 4.12. Корональний викид маси

Мал. 4.13. Полярне сяйво

Магнітні бурі спричиняють зміну тиску у тропосфері (нижньому шарі атмосфери Землі), у результаті чого розвиваються циклони.

Уперше ще в 1915 р. Олександр Чижевський (1887-1964) звернув увагу на те, що Сонце впливає на біологічні об’єкти та на здоров’я людини. Проаналізувавши історичні документи, учений дійшов висновку, що в минулому масові стихійні лиха, соціальні «вибухи» і спалахи епідемій припадали переважно на роки максимумів сонячної активності. На підставі цього вчений спробував передбачати деякі епідемії на 35 років уперед. Його прогнози збулися в сімох випадках з восьми.

Щоб усебічно досліджувати явища, що відбуваються на Сонці, учені проводять безперервні спостереження за Сонцем. Так створено Службу Сонця, яка здійснює сукупність заходів у різних астрономічних обсерваторіях світу для систематичного вивчення всіх проявів сонячної активності.

ЧИ ЗНАЄТЕ ВИ, ЩО...

• Чижевський є одним із засновників геліобіології. Ця наука, що виникла на стику фізики Сонця та біології, вивчає вплив циклічної активності Сонця на біологічні об’єкти, здоров’я людини й соціальні катаклізми.

• До коливань сонячної активності особливо чутлива нервова система людини. Встановлено, що число хворих різко збільшується у дні підвищеної сонячної активності. Сонячна активність впливає на людину через збурення магнітного поля Землі. Магнітна буря погіршує вироблення мелатоніну в організмі, у корі надниркових залоз стимулюється вироблення величезної кількості кортизолу, який спричиняє стрес. Це явище провокує загальну слабкість організму, а також занепокоєння, тахікардію, звуження артеріальних судин і підвищення артеріального тиску.

• Якщо магнітна буря триває довгий період, то це може призвести до збою біоритмів і спровокувати неврози та порушення гормонального фону.

• Навіть невеликі бурі можуть бути приводом для серйозного нездужання. Лікарі зазначають, що саме в період магнітних бур спостерігається підвищена кількість інсультів, інфарктів та гіпертонічних кризів. Найпоширенішою реакцією на магнітні бурі є посилені головні болі, а також пришвидшення серцевого ритму, виникають запаморочення, зниження активності та безсоння.

ЗАПИТАННЯ ДО ВИВЧЕНОГО

  • 1. Що таке сонячна активність і яка її циклічність? Які прояви сонячної активності спостерігаються в різних шарах атмосфери Сонця?
  • 2. Що таке сонячний вітер? Як він виникає?
  • 3. Які причини походження полярного сяйва? Чому на території України ми не можемо спостерігати полярні сяйва?
  • 4. Наведіть приклади, як використовує сонячну енергію людина. Які переваги має сонячна енергія порівняно з іншими видами енергії?
  • 5. Які причини й наслідки магнітних бур на Землі? Який їхній впив на живі організми?