Космические ритмы земли и луны

Для того чтобы судить об изменениях климата (а не погоды), требуется  усреднять за еще больший промежуток времени, например за 100 лет. Замечено, что и в этом случае существует различие средних декадных температур: оно небольшое (доли градуса), но зато регулярное. Средние столетние температуры  имеют почти одинаковый ход по всей Земле. Например, в XVI- XVII веках  было на несколько градусов холоднее, чем сейчас, а в XI- XII веках немного  теплее, причем на всей планете целиком.

Если рассматривать историю  Земли на временной шкале в  десятки и сотни миллионов  лет, то можно убедиться, что в  далеком прошлом глобальный климат был в среднем на 8 - 15 ^oC теплее, чем сейчас. Большую часть времени полярные районы были свободны ото льда. Эти сравнительно теплые условия время от времени прерывались суровыми эпохами оледенений. Существуют геологические свидетельства того, что одна такая эпоха оледенения была 700 млн. лет тому назад, а другая- примерно 300 млн лет назад. Последнее подобное оледенение началось в геологическую эпоху плейстоцена- около 2 млн. лет назад- и продолжается до сих пор.

С тех пор длительные холодные периоды  сменялись кратковременными периодами  потепления. Изучение ледников и остающихся после них отложений позволило  обнаружить несколько десятков ледниковых периодов. Они повторяются нерегулярно, промежутки между ними колеблются от 40 тыс. до нескольких сот тысяч лет. Последний ледниковый период был  всего 20 тыс. лет тому назад. Именно в этом временном интервале происходят изменения характеристик вращения Земли вокруг своей оси и вокруг Солнца. Действительно, период прецессии  составляет 25800 лет, угол наклона экватора к плоскости орбиты (эклиптике) колеблется с периодом 41 тыс. лет, эксцентриситет земной орбиты также изменяется с  характерным периодом около 100 тыс. лет. Астрономическую теорию колебаний  климата разработал в 20-е гг. XX в. югославский ученый М. Миланкович. Эта теория дала возможность вычислить времена ледниковых периодов прошлого, которые практически совпали с ледниковыми периодами, известными по геологическим данным. В теории Миланковича доказывается, что совокупное изменение названных характеристик осевого и орбитального вращения Земли может привести к длительному изменению средней освещенности земной поверхности, которое, накапливаясь в течение столетий, дает устойчивое глобальное изменение климата, вплоть до наступления ледникового периода.

Земля- гигантский магнит. Ее магнитное поле можно уподобить полю, создаваемому полосовым постоянным магнитом (намагниченным стержнем). Такой стержень называется магнитным диполем. Так что магнитное поле Земли подобно полю магнитного диполя. Описывая таким образом магнитное поле Земли мы не должны забывать, что это лишь упрощенная модель. Модель была бы совсем простой, если бы ось магнитного диполя проходила через центр Земли и совпадала бы с осью вращения Земли. Но это не так. Ось воображаемого стержня отстоит от центра Земли на 0.07 R_? 460 км, а ее направление не совпадает с осью вращения Земли. Поэтому и магнитные полюса Земли не совпадают с ее северным и южным полюсами. Один магнитный полюс находится в Гренландии, а другой- в Антарктиде. Причем на севере, в Гренландии, находится южный полюс магнита, а в Антарктиде- северный.

На структуру крупномасштабного  поля Земли заметно влияет солнечный  ветер. Солнечный ветер- это поток  плазмы, непрерывно исходящий от Солнца во все стороны. Частицы солнечного ветра движутся вдоль магнитных  силовых линий межпланетного  магнитного поля. Средняя скорость солнечного ветра в окрестностях Земли составляет 400 км/с. Солнечный ветер сильно искажает симметричную картину магнитных силовых линий. Фигура, которую образует магнитное поле Земли в результате взаимодействия с солнечным ветром, называется магнитосферой Земли. С освещенной (дневной) стороны, то есть со стороны Солнца, линии сжимаются ветром- поле усиливается, с темной (ночной) стороны линии сдуваются, разрежаются- поле ослабляется.

А внутри всей этой сложной структуры  вращается планета Земля вместе со всеми ее обитателями. Выходит, что  для жителя Земли, участвующего в  суточном вращении, конфигурация и  напряженность магнитного поля непрерывно меняется в характерном суточном ритме. На эти изменения накладываются 27-суточные периодические вариации, связанные с вращением Солнца и секторной структурой межпланетного  поля. Поясним эти понятия.

Солнце вращается дифференциально, то есть периоды вращения на разных широтах не одинаковы. Период вращения на экваторе Солнца (гелиографическая широта 0^? ) составляет примерно 25 суток, на более высоких широтах период вращения больше: на широте 75^? он достигает 32 земных суток. Линейная скорость вращения на солнечном экваторе составляет примерно 2 км/с (в 4 раза больше, чем на экваторе Земли).

Мы смотрим на Солнце с Земли, которая вместе с нами обращается вокруг Солнца, причем в том же направлении, в каком вращается само Солнце. Поэтому с Земли нам кажется, будто Солнце вращается немного  медленнее. Синодический (видимый с  Земли) период вращения Солнца составляет приблизительно 27 суток.

Вместе с Солнцем вращается  и его магнитное поле. Оно простирается далеко от Солнца и на больших расстояниях  от него образует так называемую секторную  структуру.

Магнитосфера Земли выполняет  важнейшие защитные функции. Она  перехватывает или отклоняет  вредоносные космические лучи и  частицы солнечного ветра. Однако некоторые  наиболее энергичные частицы могут  проникать через щели в магнитосфере, то есть участки, где поле слабее всего. Эти частицы ответственны за разрушение ионосферы Земли и, следовательно, за нарушения радиосвязи.

Около магнитных полюсов силовые  линии геомагнитного поля расположены  ближе к поверхности Земли. Заряженные частицы солнечного ветра, двигась вдоль магнитных силовых линий, проникают в районах магнитных полюсов более глубоко в атмосферу и, взаимодействуя там с атомами и молекулами, передают им часть своей энергии. Из-за этого в верхней атмосфере возбуждается свечение, и мы можем наблюдать одно из самых красивых явлений природы- полярные сияния.

За последние 70 млн. лет инверсии (изменения знака) магнитного поля Земли  происходили не менее трех раз  за каждый миллион лет. Самые короткие из обнаруженных периодов с постоянным направлением поля- около 50 тыс. лет. Однако существовали и длительные периоды постоянного знака поля. Например, в период, близкий к меловому (более 70 млн лет назад) знак полярности оставался неизменным, вероятно, многие миллионы лет. Периоды смены полярности характеризуются исчезновением магнитного поля. Было установлено, что вымирание нескольких видов радиолярий происходило именно в периоды смены полярности магнитного поля Земли. Известно также, что около трети всех видов живых организмов вымерли в период, близкий к меловому, когда после очень длительного периода стабильной полярности снова возобновились частые смены полярности геомагнитного поля.

11-летний ритм солнечной  активности

Мы обсудили долгопериодические, соответствующие  геологической шкале времени, изменения  геомагнитного поля. Есть и другие- очень кратковременные, резкие, нерегулярные, на первый взгляд, изменения магнитного поля Земли. Эти изменения происходят из-за того, что в результате взрывных процессов на Солнце в равномерном потоке солнечного ветра образуются сильные неоднородности. Взрывные процессы в атмосфере Солнца- солнечные вспышки- приводят к тому, что целые облака плазмы, потоки высокоэнергичных частиц устремляются прочь от Солнца вдоль магнитных силовых линий межпланетного магнитного поля. Если на их пути оказывается Земля с ее магнитосферой, они вызывают большую совокупность явлений глобального масштаба. Происходит изменение геомагнитного поля (магнитная буря), изменяется состояние ионосферы, возрастает поток космических лучей, бомбардирующих Землю. Нарушается или даже совсем прекращается радиосвязь, происходит усиление полярных сияний. Через 2 - 4 суток после магнитной бури происходит заметная перестройка в тропосфере Земли, увеличивается нестабильность атмосферы, нарушается характер циркуляции воздуха, развиваются циклоны и другие метеорологические явления.

Сама вспышка (взрыв) продолжается несколько минут, свет от нее долетает до Земли за 8 мин., облака плазмы- за 1- 2 суток, еще столько же длятся глобальные возмущения во внешних оболочках Земли. Однако бывают продолжительные периоды, когда вспышки следуют часто одна за другой. Эти периоды называются периодами повышенной активности Солнца. Солнечная активность вызывает ряд явлений в биосфере Земли. Статистически установлена связь между уровнем солнечной активности и количеством сердечно-сосудистых заболеваний, динамикой эпидемий, эпизоотий и т.д.

Мерой активности Солнца можно считать  количество вспышек за месяц или  за год. Но удобнее выбрать другую характеристику активности. Лучше измерять солнечную активность по числу солнечных  пятен (f) и числу групп пятен (g), наблюдающихся в данный момент на Солнце. Комбинация этих чисел называется числами Вольфа (по имени швейцарского астронома Р.Вольфа, предложившего такую меру в середине XIX века). Числа Вольфа подсчитывают ежедневно, а затем усредняют за месяц или за год. График чисел Вольфа показан на рис.1.

Рис.1: Вариации солнечной активности с начала телескопических наблюдений в 1610 г.

В первом приближении общее поле Солнца имеет вид магнитного диполя (как поле Земли). По некоторым данным, общее поле Солнца медленно (с периодом 22 года) вращается. Это вращение поля происходит таким образом, что в период минимума солнечной активности магнитные полюса совпадают с осью вращения Солнца (скажем, в 1985 г. южный магнитный полюс Солнца находился вблизи северного гелиографического полюса), затем угол между осью вращения и осью магнитного диполя постепенно увеличивается и через 11 лет полярность общего поля меняется на противоположную (в 1996 г. южный магнитный полюс совпадал с южным гелиографическим). Поэтому, формально, правильнее говорить не об 11-летнем, а о 22-летнем цикле солнечной активности. Общее магнитное поле Солнца отчетливо фиксируется только в периоды минимума солнечной активности. В годы повышенной активности Солнца общее поле маскируется мощными магнитными полями многочисленных пятен и активных областей.

Связь между солнечной активностью  и различными процессами, происходящими  в как в органическом, так и  неорганическом мире на Земле, отмечалась еще в XIX в. По-видимому впервые В.Гершель в 1801 г. подметил зависимость урожая пшеницы от числа солнечных пятен. В 1878 г. было замечено, что количество и качество производимого в Германии вина тоже таинственным образом связано с пятнами на Солнце.

Огромную работу по исследованию связей земных процессов с солнечной  активностью провел российский ученый А.Л.Чижевский (1897- 1964,). Результаты этой работы он обобщил в замечательной  книге «Земное эхо солнечных  бурь», которую написал на французском  языке и впервые издал в  Париже в 1937 г. Чижевскому удалось установить, что от активности Солнца зависит  частота несчастных случаев, преступлений, внезапных смертей и целый  ряд других явлений: уровень озер, грунтовых вод, сток рек, толщина донных отложений ила, количество льда в полярных морях, повторяемость засух, ураганов, ливней, среднегодовая температура. Он сделал впечатляющий анализ статистики эпидемий и пандемий холеры, тифа, дифтерии и гриппа в прошлом (до появления прививок и эффективных методов лечения) и установил их отчетливую связь с активностью Солнца. А.Л.Чижевский по праву считается во всем мире основоположником гелиобиологии- науки о связи биосферы Земли и явлений на Солнце.

Огромный статистический материал, собранный в Екатеринбурге при  сотрудничестве медиков и астрономов, свидетельствует о зависимости  от магнитных бурь смертности в результате сердечно-сосудистых заболеваний.

В заключение этого раздела обратим  внимание на серьезную экологическую  проблему, которую стали осознавать лишь в последнее время. Оказалось, что солнечная активность имеет  прямое отношение к современной  проблеме защиты окружающей среды и человека от искусственного электромагнитного излучения. На Земле сотни тысяч мощных стационарных и передвижных радиопередатчиков непрерывно работают в диапазоне от длинных волн до ультракоротких. В то же время известны поражающие факторы радиоволн СНЧ и УКВ диапазонов и механизмы их воздействия на человека на значительных удалениях (до сотен километров) от источника. Энергия этих волн, отражаясь от ионосферы, может накапливаться в слое между поверхностью Земли и ионосферой (в так называемом приземном волноводе). Степень накопления энергии волн может быть очень большой, многократно превышая допустимые нормы. Она зависит от состояния ионосферы, которое определяется космическими факторами и прежде всего степенью солнечной активности.

Большой интерес представляют исследования влияния солнечной активности на умственные способности людей. Еще  несколько лет назад такая  постановка вопроса могла показаться антинаучной. Однако исследования послед-них лет показали, что излучение Солнца оказывает влия-ние на творческую активность людей. Это подтверждают исследования, проведенные советским ученым В. А. Ива-новым. Он проанализировал ритм работы 120 поэтов, пи-сателей и композиторов, статистически обработал полу-ченные результаты и пришел к выводу, что в их творчест-ве наблюдаются подъемы и спады. Особый интерес пред-ставляет тот факт, что подъем творческой активности приходится в основном на максимумы солнечной актив-ности.

Аналогичные исследования провел В. Г. Логинов. Проанализировав ритм творчества великих поэтов и пи-сателей, он подтвердил, что наибольший подъем в их твор-честве совпадал с периодами наибольшего излучения Солнца.

Весьма интересные исследования влияния  ритмов сол-нечной активности на рождаемость великих людей прове-ли российские ученые Е. В. Максимов и В. Н. Завадич. Они статистически обработали данные, взятые из энциклопе-дии,- даты рождений всех известных людей за последние 400 лет. Они обнаружили вполне определенную периодичность всплесков кривой рождения великих людей. За 400 лет выявилось 18 подъемов кривой, периодичность следо-вания которых составила в среднем 22,7 года.

Российский ученый М. С. Эйгенсон высказал предположение о взаимо-связи циклов солнечной активности. Он считает, что любой цикл высшего порядка  можно  представлять как сумму циклов  более низкого порядка.  Так,  например,  вековой цикл состоит из нескольких 11-летних циклов, 600-800-летний - из нескольких вековых и т. д.

Здесь речь идет о гармониках физического  режима Солнца, которые не всегда могут наблюдаться на его поверхности, но они обна-руживаются по геофизическим эффектам. В качестве при-мера можно привести полярные сияния, возникающие в результате проникновения солнечных корпускул в атмос-феру Земли. Корпускулярные излучения Солнца не видны на его поверхности, но обнаружить эти излучения можно по процессам, которые возникают на Земле при воздей-ствии корпускул Солнца на атмосферу (например, по магнитным бурям, приводящим к нарушению радиосвязи).

4 Ритмы и физические  поля организма

Естествознание приблизилось к  пониманию механизмов взаимосвязи  функционирования живой природы  и космических явлений.

Общеизвестно влияние метеорологических  и климатических факторов на жизнь, поэтому, если погода зависит от солнечной  активности, климат- от параметров вращения Земли и ее магнитного поля, то естественно ожидать зависимость биологических явлений от соответствующих космических причин. Вместе с тем есть много указаний на то, что космические факторы действуют на живые организмы не только через погоду, но и непосредственно переменными полями.