Земля и Солнце основной фактор жизни на Земле

     Солнечный ветер сильно влияет на хвосты комет  и даже слабо, но заметно изменяет траектории космических аппаратов.

     На  Солнечном лимбе часто бывают видны необычные петли и выступы.

     Cолнечное  энерговыделение не совсем постоянно. Солнечные пятна также не всегда активны. Был период очень низкой активности солнечных пятен во второй половине 17 века, названный Минимум Мондера (the Maunder Minimum) Он совпал с необычайно холодным периодом в северной Европе, также известном, как Малый Ледниковый период. С момента образования Солнечной Системы мощность излучения Солнца увеличилась почти на 40%.

     Солнцу  около 4. 5 миллиардов лет. Со времени  своего рождения оно использовало около  половины водорода, находящегося в  его ядре. Оно будет продолжать «мирно» светить еще 5 миллиардов лет или около того, (хотя его светимость к тому времени приблизительно удвоится). Но, в конце концов, водородное топливо закончится. И тогда в Солнце произойдут радикальные изменения, которые, хотя и достаточно типичны по звездным стандартам, приведут к полному разрушению Земли (и, вероятно, к образованию планетарной туманности).

     1. Солнечные пятна являются активным  источником электромагнитного излучения,  вызывающего так называемые «магнитные  бури». Эти «магнитные бури» влияют на теле- и радиосвязь, вызывают мощные полярные сияния.

     2. Солнце излучает следующие виды  излучения: ультрафиолетовое, рентгеновское,  инфракрасное и космические лучи (электроны, протоны, нейтроны  и тяжёлые частицы адроны). Эти излучения почти целиком задерживаются атмосферой Земли. Вот почему следует сохранять атмосферу Земли в нормальном состоянии. Периодически появляющиеся озоновые дыры пропускают излучение Солнца, которое достигает земной поверхности и пагубно влияет на органическую жизнь на Земле.

     3. Солнечная активность проявляется через каждые 11 лет, солнечная активность была в 1991,– 2002 годах, и ожидается в 2013 г. Максимум солнечной активности означает наибольшее количество пятен, излучения и протуберанцев. Давно установлено, что изменение солнечной активности Солнце влияет на следующие факторы:

     1. эпидемиологическую обстановку на Земле;

     2. количество разного рода стихийных бедствий (тайфуны, землетрясения, наводнения и т. д.);

     3. на количество автомобильных и железнодорожных аварий.

     Максимум  всего этого приходится на годы активного  Солнца. Как установил учёный Чижевский, активное Солнце влияет на самочувствие человека. С тех пор составляются периодические прогнозы самочувствия человека.  

      4. Атмосфера и  магнитное поле Земли

     Над поверхностью Земли. Земля окружена атмосферой. Нижний ее слой (тропосфера) простирается в среднем до высоты в 14 км; происходящие здесь процессы играют определяющую роль для формирования погоды на планете. Температура в тропосфере падает с увеличением высоты. Слой от 14 до 50-55 км называют стратосферой; здесь температура возрастает с увеличением высоты. Еще выше (примерно до 80-85 км) находится мезосфера, над которой наблюдаются (обычно на высоте около 85 км) серебристые облака. Для биологических процессов на Земле огромное значение имеет озоносфера — слой озона, находящийся на высоте от 12 до 50 км. Область выше 50-80 км называют ионосферой. Атомы и молекулы в этом слое интенсивно ионизируются под действием солнечной радиации, в частности, ультрафиолетового излучения. Если бы не озоновый слой, потоки излучения доходили бы до поверхности Земли, производя разрушения в имеющихся там живых организмах. Наконец, на расстояниях более 1000 км газ настолько разрежен, что столкновения между молекулами перестают играть существенную роль, а атомы ионизированы более чем наполовину. На высоте порядка 1,6 и 3,7 радиусов Земли находятся первый и второй радиационные пояса.

     Гравитационное  поле Земли с высокой точностью описывается законом всемирного тяготения Ньютона. Ускорение свободного падения над поверхностью Земли определяется как гравитационной, так и центробежной силой, обусловленной вращением Земли. Зависимость ускорения свободного падения от широты приближенно описывается формулой g = 9,78031 (1+0,005302 sin2) m/c², где m —масса тела.

     Земля обладает также магнитным и электрическим полями. С давних пор известно,что наша Земля – гигантский магнит.

     Если  радиация, приходящая из мирового пространства, представляет собой поток заряженных частиц, то магнитное поле будет их отклонять и у магнитных полюсов интенсивность излучения будет выше, чем в районе экватора.

     В 1940 году американские физики под руководством М. Шайна подняли на шарах-зондах аппаратуру на высоту20 000м., чтобы выяснить какие частицы приходят на Землю из мирового пространства? По характеру поглощения космических частиц в свинце был сделан вывод, что первичное космическое излучение скорее всего состоит из протонов. Но для того, чтобы окончательно решить вопрос о природе частиц, нужно ещё и уточнить знак её электрического заряда, а значит, прследить её движение в земном магнитном поле.

     Траектория  заряженных частиц по мере приближения  к Земле и попадания в сферу  действия геомагнитного поля искривляются. У магнитных полюсов Земли, где  концентрация силовых линий велика, в ловушку попадают практически все частицы. В районе экватора преодолеть своеобразный магнитный экран удаётся только наиболее энергичным частицам – так возникает широтный эффект.

     На  основе многочисленных экспериментов  физики пришли к выводу, что из мирового пространства на Землю приходит поток положительно заряженных частиц, в основном протонов.

     В настоящее время магнитные полюсы несколько смещены по отношению к географическим. Их положение, впрочем, меняется со временем, и хотя эти изменения достаточно медленны, за геологические промежутки времени, по палеомагнитным данным, обнаруживаются даже магнитные инверсии, то есть обращения полярности. Напряженности магнитного поля на северном и южном магнитных полюсах равны соответственно 0,58 и 0,68 Э, а на геомагнитном экваторе — около 0,4 Э. Электрическое поле над поверхностью Земли в среднем имеет напряженность около 100 В/м и направлено вертикально вниз — это так называемое «поле ясной погоды», но это поле испытывает значительные (как периодические, так и нерегулярные) вариации.

     Магнитная буря. Особенно интенсивные магнитные возмущения, распространяющиеся на весь земной шар, называют магнитными бурями. Некоторые магнитные бури начинаются неожиданно и почти одновременно по всей Земле, а другие развиваются постепенно. Признаком внезапно начинающейся магнитной бури служит резкое изменение всех трех магнитных элементов на магнитограмме.

     Горизонтальный  компонент H внезапно увеличивает интенсивность, чему иногда предшествует небольшой отрицательный импульс. При внезапном начале бури амплитуда вариации максимальна в авроральных зонах и уменьшается по направлению к экватору; увеличение S_q и L наблюдается в пределах узкого пояса на магнитном экваторе в дневные часы.

     Часто магнитные бури происходят через 1–2 дня после солнечной вспышки из-за прохождения Земли через поток частиц, выброшенных Солнцем. Исходя из времени запаздывания, скорость такого корпускулярного потока оценивают в несколько миллионов км/ч.

     Теория  магнитных бурь была развита С.Чапменом, В.Ферраро, Х.Альфвеном, С.Зингером, А.Десслером, Е.Паркером и другими. Когда на некотором расстоянии от Земли поток солнечных частиц – протонов и электронов – сталкивается с земным магнитным полем, это вызывает «магнитный удар», который в виде сильной гидромагнитной ударной волны проходит через окружающий Землю электропроводящий газ. Внезапное начало магнитной бури означает приход гидромагнитной ударной волны.

     Солнечный газ, обволакивая Землю, сжимает  ее магнитное поле и, следовательно, увеличивает его интенсивность. Рост магнитного поля в начальной фазе магнитной бури происходит как следствие этого эффекта. Некоторые из солнечных частиц захватываются земным магнитным полем на расстоянии более 40 000 км от Земли.

     Магнитное поле ослабевает с увеличением расстояния от Земли.

     Ток протонов, имеющий повсюду западное направление, генерирует собственное магнитное поле, направленное так, что оно ослабляет магнитное поле Земли. Этим можно объяснить особенности главной фазы магнитной бури.

     Геофизика — физика Земли — относительно молода. Все происходящее в недрах нашей планеты изучено пока еще далеко не полно.

     Природа полярных сияний. Полярные сияния возникают в следствие бомбардировки верхних слоёв атмосферы заряженными частицами, движущимися к Земле вдоль силовых линий геомагнитного поля из области околоземного космического пространства, называемой плазменным слоем. Проекция плазменного слоя вдоль геомагнитных силовых линий на земную атмосферу имеет форму колец, окружающих северный и южный магнитные полюса (авроральные овалы). Выявлением причин, приводящим к высыпаниям заряженных частиц из плазменного слоя, занимается космическая физика. Экспериментально установлено, что ключевую роль в стимулировании высыпаний играет ориентация межпланетного магнитного поля и величина давления плазмы солнечного ветра.

     В очень ограниченном участке верхней  атмосферы сияния могут быть вызваны  низкоэнергичными заряженными частицами  солнечного ветра, попадающими в  полярную ионосферу через северный и южный полярные каспы. В северном полушарии каспенные сияния можно наблюдать над Шпицбергеном в околополуденные часы.

     При столкновении энергичных частиц плазменного  слоя с верхней атмосферой происходит возбуждение атомов и молекул газов, входящих в её состав. Излучение возбуждённых атомов в видимом диапазоне и наблюдается как полярное сияние. Спектры полярных сияний зависят от состава атмосфер планет: так, например, если для Земли наиболее яркими являются линии излучения возбуждённых кислорода и азота в видимом диапазоне, то для Юпитера — линии излучения водорода в ультрафиолете.

     Полярные сияния Земли. Полярные сияния наблюдаются преимущественно в высоких широтах обоих полушарий в овальных зонах-поясах, окружающих магнитные полюса Земли — авроральных овалах. Диаметр авроральных овалов составляет ~ 3000 км во время спокойного Солнца, на дневной стороне граница зоны отстоит от магнитного полюса на 10—16°, на ночной — 20—23°. Поскольку магнитные полюса Земли отстоят от географических на ~12°, полярные сияния наблюдаются в широтах 67—70°, однако во времена солнечной активности авроральный овал расширяется и полярные сияния могут наблюдаться в более низких широтах — на 20—25° южнее или севернее границ их обычного проявления.

     Полярные сияния весной и осенью возникают заметно чаще, чем зимой и летом. Пик частотности приходится на периоды, ближайшие к весеннему и осеннему равноденствиям. Во время полярного сияния за короткое время выделяется огромное количество энергии (во время одного их зарегистрированных в 2007 году возмущений — 5x10¹⁴ джоулей, примерно столько же, сколько во время землетрясения магнитудой 5,5.

     При наблюдении с поверхности Земли  Полярное сияние проявляется в виде общего быстро меняющегося свечения неба или движущихся лучей, полос, корон, «занавесей». Длительность полярных сияний составляет от десятков минут до нескольких суток. 

      5. Заключение. «Влияние  Космоса» на Земную  цивилизацию. Значение изучения влияния на Землю других небесных тел.

     Будущее планеты тесно связано с будущим Солнца. В результате накопления в ядре Солнца гелиевого «шлака», светимость звезды начнёт медленно возрастать. Яркость солнца возрастёт на 10 % в течение следующих 1,1 млрд лет и ещё на 40 % в течение следующих 3,5 млрд лет. Согласно некоторым климатическим моделям, увеличение количества солнечного излучения, падающего на поверхность Земли, приведёт к чудовищным последствиям, включая возможность полного испарения всех океанов.

     Повышение температуры поверхности Земли  ускорит неорганическую циркуляцию CO₂, уменьшив его концентрацию до смертельного для растений уровня (10 ppm для C4-фотосинтеза) за 900 млн лет. Но даже если бы солнце было вечно и неизменно, то продолжающееся внутреннее охлаждение Земли могло бы привести к потере большей части атмосферы и океанов (из-за понижения вулканической активности). Ещё через миллиард лет вода с поверхности планеты исчезнет полностью.