§ 67. Проблема Солнце - Земля

Разносторонние исследования Солнца имеют огромное практическое значение. В самом деле, достаточно вспомнить, что получаемая от Солнца лучистая энергия - основа всех жизненных процессов, протекающих на Земле. Более того, любая энергетическая база имеет в своем начале энергию, поступающую от Солнца. Энергия любого топлива - дров, каменного угля, нефти - это преобразованная солнечная энергия, пришедшая к Земле в прошлые времена. Без этой энергии не было бы жизни на Земле.

Однако это еще не все. Установлено, что ряд процессов, происходящих на Солнце, вызывает явления, разыгрывающиеся в окрестностях Земли и ее атмосфере. Выяснение этих взаимодействий, их изучение и прогнозирование и составляют сущность проблемы «Солнце - Земля».

Уже давно было замечено, что прохождение вблизи центрального меридиана больших групп солнечных пятен сопровождается на Земле возникновением интенсивных полярных сияний, магнитных бурь и нарушением нормального состояния ионосферы. В том, что такая связь реально существует, можно убедиться, составив графики изменения частоты полярных сияний, магнитных бурь и «чисел Вольфа», которые, как уже было сказано, характеризуют солнечную активность. Это совпадение графиков показано на рис. 135. Однако от сопоставления до выяснения причин такой связи понадобилось пройти длинный путь разносторонних исследований и, в частности, исследований, предпринятых вне Земли, в космосе, при помощи искусственных спутников Земли и межпланетных кораблей.

Солнечная активность - это большая совокупность явлений, и солнечные пятна - это только одно из ее проявлений. В частности, одно из явлений, играющее особо важную роль в проблеме «Солнце - Земля»,- внезапно появляющиеся в окрестности солнечных пятен вспышки.

Иногда, и при том неожиданно, возникает более или менее протяженная сильно перегретая область, существующая непродолжительно, являющаяся источником очень быстрых корпускул. Появление вспышки заметить при помощи обычных наблюдений на экране нельзя. Ее яркость в видимой части спектра только немного превосходит яркость окружающей фотосферы. Вспышка хорошо видна при помощи спектральных приборов, позволяющих наблюдать солнечный диск в избранных, почти монохроматических лучах. Она хорошо видна в лучах водородной линии На, расположенной в красной части солнечного спектра.

Появление вспышки сопровождается рядом явлений не только в ближайших окрестностях Солнца. Потоки корпускул, пролетев через солнечную корону и вызвав в ней сильнейшие возмущения, устремляются в околосолнечное пространство. Корпускулярные потоки, испускаемые вспышками, разнообразны по своему составу. Тут есть и протоны, и мягкие космические лучи. О возникновении вспышки мы узнаём по наблюдениям излучения линии На (или ультрафиолетового излучения, которое в это время резко усиливается) через 8,3 минуты, необходимых свету для преодоления отделяющего Солнце от Земли пространства. Вскоре после этого Земли достигает поток солнечных космических лучей. Протоны и электроны, движущиеся медленнее, приходят к Земле с запозданием, измеряющимся часами. Таким образом, Земля подвергается со стороны Солнца корпускулярной «бомбардировке».

В ближайших окрестностях Земли корпускулярные потоки, состоящие из заряженных частиц, сортируются земным магнитным полем. Наиболее быстрые, космические лучи, «запираются» в магнитных ловушках, подробно описанных в § 38. Магнитное поле оказывает также сильное действие и на потоки протонов. Некоторые из них, движущиеся под малыми углами к магнитным силовым линиям, проникают в верхние слои земной атмосферы, и тогда в них возникает исключительно красивое явление, украшающее небо Арктики и Антарктики - полярное сияние. Соударяясь с атомами, входящими в состав верхних слоев земной атмосферы, на высотах, больших 90 - 100 км, корпускулы заставляют эти атомы светиться.

Рис. 135. Сравнение солнечной активности с магнетизмом Земли и числом полярных сияний

Как известно, земное магнитное поле складывается из двух составляющих. Основное поле вызвано движением зарядов в земных недрах. Дополнительное поле вызвано движением заряженных частиц в земной атмосфере. При проникновении из мирового пространства потоков заряженных частиц вторая составляющая земного магнитного поля испытывает сильнейшие возмущения. Это проявляется в виде магнитных бурь. Во время бури стрелка компаса отклоняется от нормального положения и перестает указывать направление на магнитный полюс Земли. При начале бури стрелка сильно отклоняется в сторону, а затем, на протяжении более или менее продолжительного промежутка времени, постепенно возвращается в нормальное положение, иногда не плавно, а волнообразно.

Потоки частиц, проникающие в верхние слои земной атмосферы вблизи магнитных полюсов, оказывают сильное воздействие на всю ионосферу, чем вызывают значительные нарушения в распространении радиоволн и помехи для радиосвязи.

Потоки частиц вносят дополнительный вклад в магнитное поле Земли, и в это время его свойства изменяются. Создается впечатление, что оно как бы «сдувается» в сторону, противоположную Солнцу. Поэтому влияние солнечных корпускулярных потоков получило название солнечного ветра.

Изучение солнечного ветра представляет огромную теоретическую и практическую важность. Поэтому на многих космических аппаратах установлены специальные приборы, позволяющие детально исследовать идущие от Солнца корпускулярные потоки. Одних земных наблюдений для их изучения оказалось недостаточно.