Предметом дослідження є природа сонячних плям та їх вплив на атмосферу біосферу Землі.
Метод дослідження теоретичний – вивчення та аналіз довідкової літератури, матеріалів наукових досліджень Сонячних плям, ознайомлення з документальними довідниками, з інформаційними публікаціями в періодичних виданнях
Новизна роботи полягає в формуванні гіпотези про природу сонячних плям, 11- річної циклічності сонячної активності.
Практичне значення роботи полягає в розширенні знань про природу сонячних плям та вплив сонячної активності на атмосферу і біосферу землі.
РОЗДІЛ 1
Поняття про сонячну активність та плями на сонці
На сонячній поверхні часто спостерігаються особливі утворення: ділянки з підвищеною яскравістю - факели, ділянки із зниженою яскравістю - плями, інколи з'являються коротко живучі дуже яскраві спалахи, а на краю диска помітні протуберанці. Всі вони є активними утворами на Сонці, а їхня поява і розвиток - це прояв сонячної активності.
Місця, де спостерігаються активні утвори, отримали назву активних зон. Їхня головна характеристика - це сильні локальні магнітні поля, які виходять на поверхню Сонця і є набагато сильнішими від його регулярного магнітного поля.
Сонячні плями. Що у Сонце бувають плями, люди дізналися вже дуже довго. У древніх росіян і китайських літописах, соціальній та хроніках інших народів нерідко зустрічалися згадування про спостереженнях плям на Сонце. У російських літописах зазначалося, що плями було видно " Акі цвяхи". Записи допомогли підтвердити встановлену вже пізніше (в 1841 року) закономірність періодичного збільшення кількості сонячних плям. Щоб помітити такий об'єкт простим оком (за дотримання, звісно, запобіжних заходів - крізь густо закопчене скло чи засвічену негативну фотоплівку), необхідно, що його розмір на Сонце не була менш 50 - 100 тисячі кілометрів, що у десятки разів перевищує радіус Землі
Сонце складається з розпечених газів, постійно рухаються і перемішуються, і тому нічого постійного насилля і незмінного на сонячної поверхні, немає. Найбільш стійкими утвореннями є сонячні плями. Але їх вид з дна щодня змінюється, і вони також то з'являються, то зникають. У час появи сонячне пляма зазвичай має невеликі розміри, він може зникнути, а може і дуже збільшитися.
Головну роль більшості можна побачити на Сонце явищ грають магнітні поля. Сонячне магнітне поле має дуже складну структуру і безупинно змінюється. Спільність дій циркуляції сонячної плазми в конвективної зони і диференціального обертання Сонця постійно збуджує процес посилення слабких магнітних полів і нових. Очевидно, це обставина і причина виникнення на Сонці плям. Плями то з'являються, то зникають. Їхню кількість й розміри змінюються. Але, приблизно, кожні 11 років кількість плям стає найбільше. Тоді кажуть, що Сонце активне. З тим-таки періодом (
11 років) є і переполюсовка магнітного поля Сонця. Природно припустити, що ці явища зв'язані між собою.
Розвиток активної області починається з посиленням магнітного поля в фотосфері, що зумовлює появі яскравіших ділянок - смолоскипів (температура фотосфери Сонця середньому 6000К, у сфері смолоскипів приблизно за 300К вище). Подальше посилення магнітного поля призводить до появи плям.
На початку 11-річного циклу плями у кількості починають з'являтися на порівняно високих широтах (35 - 40 градусів), ай за тим поступово зона пятнообразования спускається до екватору, до широти плюс 10 - мінус 10 градусів, але самому екваторі плям, зазвичай, немає
Галілео Галілей однією з перших зауважив, що плями спостерігаються не скрізь на Сонце, а, переважно, на середніх широтах, не більше про "королівських зон".
Спочатку зазвичай з'являються одиночні плями, але потім із них виникає цілу групу, у якій виділять дві великі країни плями - одне - на західному, інше - на східному краю групи. На початку нашої століття з'ясувалося, що полярності східних і західних плям завжди протилежні. Вони утворюють хіба що двома полюсами одного магніту, тому таку групу називають біполярної. Типове сонячне пляма має в діаметрі кілька десятків тисячі кілометрів.
Галілей, замальовуючи плями, зазначав навколо декого з тих сіру каемку
Справді, пляма складається з центральної, більш темній частини - тіні й боротися більш світлої області – напівтіні.
Сонячні плями іноді бувають видно з його диску навіть неозброєним оком . Позірна чорнота цих утворень викликана тим, що й температура приблизно 1500 градусів нижче від температури оточуючої їх фотосфери (і безупинне випромінювання від нього набагато менше). Одиночне розвинене пляма складається з темного овалу - так званої тіні плями, оточеного більш світлої волокнистою полутенью . Неразвитые дрібні плями без напівтіні називають порами . Найчастіше плями і пори утворюють складні групи .
Типова група плям спочатку виникає у вигляді одній або кількох пір у сфері невозмущенной фотосфери. Більшість такі групи зазвичай зникають через 1-2 діб. Та деякі послідовно й зростають розвиваються, утворюючи досить складні структури. Сонячні плями може бути більше коштів у діаметрі, ніж Земля. Вони часто об'єднують у групи. Вони формуються кілька днів і звичайно зникають протягом тижня. Деякі великі плями, хоча, можуть зберігатися впродовж місяця. Великі групи сонячних плям активніші, ніж маленькі групи чи окремі плями.
Сонце змінює стан магнітосфери і атмосфери Землі. Магнітні поля і потоки частинок, які йдуть від сонячних плям, досягають Землі та впливають насамперед мозок, серцево-судинну і кровоносну системи людини, їхньому фізичне, нервове і стан. Високий рівень сонячної активності, його зміни збуджують людини, тож і колектив, клас, суспільство, особливо, коли є спільні інтереси і зрозуміла і сприйнята ідея
Розвертаючись до Сонцю то одним, то іншим своїм півкулею, Земля отримує енергію. Цей потік можна у вигляді хвилі: там, де падає світло -- її гребінь, де темно -- провал. Інакше кажучи, енергія то прибуває, то убуває. Про це у своєму відомому природному законі говорив ще два Михайло Ломоносов.
Теорія про хвилеподібному характері надходження енергії на Землю спонукала основоположника гелиобиологии Олександра Чижевського звернути увагу до зв'язок між збільшенням сонячної активності і земними катаклізмами. Перше спостереження, зроблене ученим, датується червнем 1915 року. На Півночі сяяли полярні сяйва, які спостерігалися як, і у Північній Америці, а "магнітні бурі безупинно порушували рух телеграм". Саме цей період учений звертає увагу, що підвищена сонячна активність збігаються з кровопролиттям Землі. І це дійсно, відразу після появи великих плям на Сонце на багатьох фронтах П ервой світової посилилися воєнних дій.
Тепер астрономи кажуть, що зараз світило стає дедалі яскравим і спекотним. Це з тим, протягом останніх 90 років активність його магнітного поля збільшилася більш як удвічі, причому найбільше зростання стався протягом останніх 30 років. У Чикаго, на щорічної конференції Американського астрономічного суспільства, пролунало попередження науковців щодо які загрожують людству неприємності. Саме той час, коли комп'ютери на планеті будуть пристосовуватися до умов праці 2000 року, наше світило вступить у найбільш бурхливу фазу своєї 11-річної циклічною . Тепер вчені зможуть безпомилково пророкувати сонячні спалахи, що дозволить завчасно підготуватися до можливим збоїв у роботі радіо- і електромереж. Зараз переважна більшість сонячних обсерваторій підтвердило "штормове попередження" наступного року, т.к. пік сонячної активності спостерігається кожні 11 років, а попередня буря простежувалася у 1989 року
Пляма, в якій магнітні силові лінії виходять з-під поверхні, має північну полярність N, якщо ж ці лінії йдуть під поверхню - південну S. На
мою думку вона складається з атомів і молекул водню Н, а лінії які йдуть під поверхню і складають південну полярність ─ містять в собі тілки атоми і молекули гелію Не. Це і становить основу магнітного поля. Газ на поверхні і всередині Сонця перебуває у стані плазми, що має високий ступінь йонізації, за якого концентрація електронів та йонів дуже висока. Одночасно з йонізацією при виникненні молекул газу відбувається і зворотній процес ─ приєднання електронів до позитивних йонів. Цей процес називається рекомбінація. І саме це, на мою думку, є основою періодичності сонячної активності, яка повторюється через 11 років. Магнітні силові лінії, які виходять із плям, іноді простягаються далеко за поверхню Сонця, у хромосферу і корону. (Додаток А)
Циклічність сонячної активності.Сонячний цикл охоплює весь диск Сонця й може бути простежений по багатьом явищам у фотосфері, хромосфері й короні Сонця. Однак найбільш наочний прояв Сонячного циклу — зміна з періодом близько 11,2 років числа сонячних плям, що входять до складу активних областей.
У середині 19 століття швейцарський астроном Рудольф Вольф запропонував характеризувати стан сонячної активності відносними числами плям (названих згодом числами Вольфа) W=10g + f, де g — кількість груп плям, f — загальна кількість усіх плям, які є в цей момент на диску Сонця.
Сонячну активність характеризують також сумарною площею плям, потоком радіовипромінювання в сантиметровому діапазоні хвиль та ін. На початку 11-річного циклу, після мінімуму W, плями з'являються досить далеко від сонячного екватора, на широтах близько 30°. Протягом циклу зона плям спускається до екватора до 15° у максимумі W і до 8° у наступному мінімумі. Далі на високих широтах 30° утворяться плями нового циклу . Ці закономірності стосуються й активних областей у цілому. Звичайно плями зустрічаються не поодинці, а групами, у яких вони концентрируються переважно навколо двох - ведучої (західної) і замикаючої (східної) плям. Найчастіше магнітні поля ведучої й замикаючої плям мають різну полярність (N і S), причому структура активної області над ними показує, що силові лінії поля як би виходять із однієї плями й входять в іншу.
Протягом одного циклу всі ведучі плями в Північній півкулі мають одну полярність, а в Південній - іншу. У наступному циклі всі полярності міняються на зворотні. Полярні магнітні поля Сонця досягають максимальної, напруженості (1 Е) біля мінімуму циклу й зникають, міняючи знак у полюсів в епохи максимумів 11-літніх циклів. Повернення до однієї й тієї ж магнітної ситуації - певної полярності ведучих плям в обраній півкулі, певного знаку поля біля обраного полюса відбувається тільки через 22 роки, причому першим із вхідних у пару 11-літніх циклів являеться цикл із парним номером (нульовий номер присвоєний циклу, максимум якого був близько 1750 року). Існує відставання по фазі явищ у полярних областях Сонця й на низьких широтах. Це приводить до відставання приблизно на 5 років від максимуму циклу ряду сонячних і геофізичних явищ, пов'язаних з високоширотним магнітним полем Сонця. Величина періоду циклу 11,2 роки (проміжок часу між сусідніми мінімумами або максимумами) носить статистичний характер; плями циклу з'являються протягом 12-15 років, період росту активності дорівнює 4,2 роки, спаду - 7 рокам. Відносна інтенсивність 11-річних циклів, очевидно, міняється з періодом 80 років.
Індекси сонячної активності:
─Число Вольфа (міжнародне число сонячних плям, відносне число сонячних плям, цюрихське число) — назване на честь швейцарського астронома Рудольфа Вольфа; числовий показник кількості плям на Сонці. Є одним із найпоширеніших показників сонячної активності.
Число Вольфа для даного дня обчислюється за формулою
, де
— число Вольфа;
— число плям, що спостерігаються;
— число груп плям, що спостерігаються;
— нормувальний коефіцієнт.
─ Потік радіовипромінення на хвилі 10,7 см, який характеризує сонячну активність у хвильовому випромінені. Індекс F10.7 випромінюється в сонячних одиницях потоку (с.о.п), причому 1 с.о.п = 
(
Гц). Індекс F 10.7 корелює зі змінами сумарної площі сонячних плям і кількості спалахів у всіх активних областях.
─ Планетарний 
– індекс 
середнє значення К─ індексів, обчислене з точністю до 1/3 за даними 13-ти геомагнітних обсерваторій. Яку характеризується корпускулярну складову сонячної активності;
─ Планетарний 
– індекс ─ визначається в нанотеслах (нТл), є середнім значення варіації магнітного поля Землі і відповідає певному - індексу (є таблиця відповідності - = 70…20 – магнітна буря).
Протуберанці. При спостереженнях Сонця через густочервоний світлофільтр на краю диска видно своєрідні світлі виступи над поверхнею, його, які можуть простягатися далеко за межі хромосфери аж у корону. Такі викиди речовини називаютьсяпротуберанцями (від лат. «протуберо» - «здуваюся»). Протуберанці - це речовина, яка підіймається над сонячною поверхнею і утримується над нею завдяки магнітному полю. Протуберанці - найграндіозніші утворення в атмосфері Сонця. Довжина деяких з них сягає 200 000 км, товщина - кілька тисяч кілометрів. Оскільки найчастіше протуберанці - це дуже плоскі й довгі, щільніші й холодніші від корони хмари газу, розташовані своєю площиною майже перпендикулярно до поверхні Сонця, то в проекції на сонячний диск вони мають вигляд вигнутих темних волокон, часто витягнутих у напрямку схід-захід уздовж паралелі. (Додаток Б).
Сонячні спалахи. Досить часто над сонячними плямами у хромосфері відбуваються хромосферні спалахи найбільш вражаючий прояв сонячної активності. В роки максимумів сонячної активності може трапитись до десяти спалахів за добу, тоді як у мінімумі впродовж багатьох місяців може не бути жодного.
Як правило, спалах починається зі швидкого зростання температури корони до 40 млн К, що призводить до сплеску м'якого рентгенівського випромінювання. Потім під зоною зростання температури в короні підвищується температура хромосфери. Найпотужніші спалахи видно без допомоги фільтра. Яскравість спалахів може бути на 50% більшою за яскравість фотосфери.
За сучасними уявленнями, спалах - це раптове виділення енергії, накопиченої у магнітному полі активної зони. На певній висоті над поверхнею Сонця виникає зона, де магнітне поле на невеликому відрізку різко змінюється за величиною і напрямком. Це супроводжується прискоренням заряджених частинок і перетворенням їх на високоенергійні. При цьому речовина нагрівається, з'являється потужне електромагнітне випромінювання у рентгенівському, ультрафіолетовому та радіодіапазоні, а також у міжпланетний простір у радіальному напрямку викидається вузький струмінь частинок високої енергії зі швидкостями 3 000-30 000 км/с. У деяких найпотужніших спалахах навіть народжуються сонячні космічні промені - електрони, протони, нейтрони, а-частинки та інші, що рухаються зі швидкостями до 0,2-0,8 швидкості світла.
Процес розвитку невеликих спалахів триває 5-10 хв, найпотужніших до семи годин. За цей час у ділянці сонячної поверхні протяжністю лише 1 000 км виділяється енергія близько 1021-1025 Дж, сумірна з енергією, що її випромінює Сонце з усієї своєї поверхні за 1 с, або з кількістю тепла, що його отримує Земля від Сонця за цілий рік.
З усіх активних утворень спалахи вирізняються своєю особливою здатністю впливати на геофізичний стан Землі. І хоча принцип утворення спалахів вчені зрозуміли, детальної теорії поки що немає.
Метелики Маундера - діаграма, що представляє зміни геліографічною широти, на якій з'являються сонячні плями в перебігу сонячного циклу. Вперше діаграма була побудована в 1922 р Е. В. Маундер. На графіку в якості вертикальної осі взята геліографічна широта, а в якості горизонтальній осі - час (у роках). Далі для кожної групи сонячних плям, що відносяться до деякої широті, і каррінгтоновского номера будуються вертикальні лінії, що покривають один градус широти. Отримана картина нагадує крила метелика, що і дало діаграмі це популярне назву.(Додаток Ґ)
Пляма має вигляд тарілки, дно якої утворює тінь, а крильця ─ напівтінь. Глибина кратера у великих плям сягає
2000 км. Цей досліджений факт називають ефектом Вільсона.
Засвідчують спектральні дослідження, у плями на рівні фотосфери відбувається рух газу від центра до її периферії зі швидкістю
2 км/с. Цей спостережуваний ефект називають ефектом Евершеда.
Предметом дослідження є природа сонячних плям та їх вплив на атмосферу біосферу Землі.
Метод дослідження теоретичний – вивчення та аналіз довідкової літератури, матеріалів наукових досліджень Сонячних плям, ознайомлення з документальними довідниками, з інформаційними публікаціями в періодичних виданнях
Новизна роботи полягає в формуванні гіпотези про природу сонячних плям, 11- річної циклічності сонячної активності.
Практичне значення роботи полягає в розширенні знань про природу сонячних плям та вплив сонячної активності на атмосферу і біосферу землі.
РОЗДІЛ 1
Поняття про сонячну активність та плями на сонці
На сонячній поверхні часто спостерігаються особливі утворення: ділянки з підвищеною яскравістю - факели, ділянки із зниженою яскравістю - плями, інколи з'являються коротко живучі дуже яскраві спалахи, а на краю диска помітні протуберанці. Всі вони є активними утворами на Сонці, а їхня поява і розвиток - це прояв сонячної активності.
Місця, де спостерігаються активні утвори, отримали назву активних зон. Їхня головна характеристика - це сильні локальні магнітні поля, які виходять на поверхню Сонця і є набагато сильнішими від його регулярного магнітного поля.
Сонячні плями. Що у Сонце бувають плями, люди дізналися вже дуже довго. У древніх росіян і китайських літописах, соціальній та хроніках інших народів нерідко зустрічалися згадування про спостереженнях плям на Сонце. У російських літописах зазначалося, що плями було видно " Акі цвяхи". Записи допомогли підтвердити встановлену вже пізніше (в 1841 року) закономірність періодичного збільшення кількості сонячних плям. Щоб помітити такий об'єкт простим оком (за дотримання, звісно, запобіжних заходів - крізь густо закопчене скло чи засвічену негативну фотоплівку), необхідно, що його розмір на Сонце не була менш 50 - 100 тисячі кілометрів, що у десятки разів перевищує радіус Землі
Сонце складається з розпечених газів, постійно рухаються і перемішуються, і тому нічого постійного насилля і незмінного на сонячної поверхні, немає. Найбільш стійкими утвореннями є сонячні плями. Але їх вид з дна щодня змінюється, і вони також то з'являються, то зникають. У час появи сонячне пляма зазвичай має невеликі розміри, він може зникнути, а може і дуже збільшитися.
Головну роль більшості можна побачити на Сонце явищ грають магнітні поля. Сонячне магнітне поле має дуже складну структуру і безупинно змінюється. Спільність дій циркуляції сонячної плазми в конвективної зони і диференціального обертання Сонця постійно збуджує процес посилення слабких магнітних полів і нових. Очевидно, це обставина і причина виникнення на Сонці плям. Плями то з'являються, то зникають. Їхню кількість й розміри змінюються. Але, приблизно, кожні 11 років кількість плям стає найбільше. Тоді кажуть, що Сонце активне. З тим-таки періодом (
11 років) є і переполюсовка магнітного поля Сонця. Природно припустити, що ці явища зв'язані між собою.Розвиток активної області починається з посиленням магнітного поля в фотосфері, що зумовлює появі яскравіших ділянок - смолоскипів (температура фотосфери Сонця середньому 6000К, у сфері смолоскипів приблизно за 300К вище). Подальше посилення магнітного поля призводить до появи плям.
На початку 11-річного циклу плями у кількості починають з'являтися на порівняно високих широтах (35 - 40 градусів), ай за тим поступово зона пятнообразования спускається до екватору, до широти плюс 10 - мінус 10 градусів, але самому екваторі плям, зазвичай, немає
Галілео Галілей однією з перших зауважив, що плями спостерігаються не скрізь на Сонце, а, переважно, на середніх широтах, не більше про "королівських зон".
Спочатку зазвичай з'являються одиночні плями, але потім із них виникає цілу групу, у якій виділять дві великі країни плями - одне - на західному, інше - на східному краю групи. На початку нашої століття з'ясувалося, що полярності східних і західних плям завжди протилежні. Вони утворюють хіба що двома полюсами одного магніту, тому таку групу називають біполярної. Типове сонячне пляма має в діаметрі кілька десятків тисячі кілометрів.
Галілей, замальовуючи плями, зазначав навколо декого з тих сіру каемку
Справді, пляма складається з центральної, більш темній частини - тіні й боротися більш світлої області – напівтіні.
Сонячні плями іноді бувають видно з його диску навіть неозброєним оком . Позірна чорнота цих утворень викликана тим, що й температура приблизно 1500 градусів нижче від температури оточуючої їх фотосфери (і безупинне випромінювання від нього набагато менше). Одиночне розвинене пляма складається з темного овалу - так званої тіні плями, оточеного більш світлої волокнистою полутенью . Неразвитые дрібні плями без напівтіні називають порами . Найчастіше плями і пори утворюють складні групи .
Типова група плям спочатку виникає у вигляді одній або кількох пір у сфері невозмущенной фотосфери. Більшість такі групи зазвичай зникають через 1-2 діб. Та деякі послідовно й зростають розвиваються, утворюючи досить складні структури. Сонячні плями може бути більше коштів у діаметрі, ніж Земля. Вони часто об'єднують у групи. Вони формуються кілька днів і звичайно зникають протягом тижня. Деякі великі плями, хоча, можуть зберігатися впродовж місяця. Великі групи сонячних плям активніші, ніж маленькі групи чи окремі плями.
Сонце змінює стан магнітосфери і атмосфери Землі. Магнітні поля і потоки частинок, які йдуть від сонячних плям, досягають Землі та впливають насамперед мозок, серцево-судинну і кровоносну системи людини, їхньому фізичне, нервове і стан. Високий рівень сонячної активності, його зміни збуджують людини, тож і колектив, клас, суспільство, особливо, коли є спільні інтереси і зрозуміла і сприйнята ідея
Розвертаючись до Сонцю то одним, то іншим своїм півкулею, Земля отримує енергію. Цей потік можна у вигляді хвилі: там, де падає світло -- її гребінь, де темно -- провал. Інакше кажучи, енергія то прибуває, то убуває. Про це у своєму відомому природному законі говорив ще два Михайло Ломоносов.
Теорія про хвилеподібному характері надходження енергії на Землю спонукала основоположника гелиобиологии Олександра Чижевського звернути увагу до зв'язок між збільшенням сонячної активності і земними катаклізмами. Перше спостереження, зроблене ученим, датується червнем 1915 року. На Півночі сяяли полярні сяйва, які спостерігалися як, і у Північній Америці, а "магнітні бурі безупинно порушували рух телеграм". Саме цей період учений звертає увагу, що підвищена сонячна активність збігаються з кровопролиттям Землі. І це дійсно, відразу після появи великих плям на Сонце на багатьох фронтах П ервой світової посилилися воєнних дій.
Тепер астрономи кажуть, що зараз світило стає дедалі яскравим і спекотним. Це з тим, протягом останніх 90 років активність його магнітного поля збільшилася більш як удвічі, причому найбільше зростання стався протягом останніх 30 років. У Чикаго, на щорічної конференції Американського астрономічного суспільства, пролунало попередження науковців щодо які загрожують людству неприємності. Саме той час, коли комп'ютери на планеті будуть пристосовуватися до умов праці 2000 року, наше світило вступить у найбільш бурхливу фазу своєї 11-річної циклічною . Тепер вчені зможуть безпомилково пророкувати сонячні спалахи, що дозволить завчасно підготуватися до можливим збоїв у роботі радіо- і електромереж. Зараз переважна більшість сонячних обсерваторій підтвердило "штормове попередження" наступного року, т.к. пік сонячної активності спостерігається кожні 11 років, а попередня буря простежувалася у 1989 року
Пляма, в якій магнітні силові лінії виходять з-під поверхні, має північну полярність N, якщо ж ці лінії йдуть під поверхню - південну S. На
мою думку вона складається з атомів і молекул водню Н, а лінії які йдуть під поверхню і складають південну полярність ─ містять в собі тілки атоми і молекули гелію Не. Це і становить основу магнітного поля. Газ на поверхні і всередині Сонця перебуває у стані плазми, що має високий ступінь йонізації, за якого концентрація електронів та йонів дуже висока. Одночасно з йонізацією при виникненні молекул газу відбувається і зворотній процес ─ приєднання електронів до позитивних йонів. Цей процес називається рекомбінація. І саме це, на мою думку, є основою періодичності сонячної активності, яка повторюється через 11 років. Магнітні силові лінії, які виходять із плям, іноді простягаються далеко за поверхню Сонця, у хромосферу і корону. (Додаток А)
Циклічність сонячної активності.Сонячний цикл охоплює весь диск Сонця й може бути простежений по багатьом явищам у фотосфері, хромосфері й короні Сонця. Однак найбільш наочний прояв Сонячного циклу — зміна з періодом близько 11,2 років числа сонячних плям, що входять до складу активних областей.
У середині 19 століття швейцарський астроном Рудольф Вольф запропонував характеризувати стан сонячної активності відносними числами плям (названих згодом числами Вольфа) W=10g + f, де g — кількість груп плям, f — загальна кількість усіх плям, які є в цей момент на диску Сонця.
Сонячну активність характеризують також сумарною площею плям, потоком радіовипромінювання в сантиметровому діапазоні хвиль та ін. На початку 11-річного циклу, після мінімуму W, плями з'являються досить далеко від сонячного екватора, на широтах близько 30°. Протягом циклу зона плям спускається до екватора до 15° у максимумі W і до 8° у наступному мінімумі. Далі на високих широтах 30° утворяться плями нового циклу . Ці закономірності стосуються й активних областей у цілому. Звичайно плями зустрічаються не поодинці, а групами, у яких вони концентрируються переважно навколо двох - ведучої (західної) і замикаючої (східної) плям. Найчастіше магнітні поля ведучої й замикаючої плям мають різну полярність (N і S), причому структура активної області над ними показує, що силові лінії поля як би виходять із однієї плями й входять в іншу.
Протягом одного циклу всі ведучі плями в Північній півкулі мають одну полярність, а в Південній - іншу. У наступному циклі всі полярності міняються на зворотні. Полярні магнітні поля Сонця досягають максимальної, напруженості (1 Е) біля мінімуму циклу й зникають, міняючи знак у полюсів в епохи максимумів 11-літніх циклів. Повернення до однієї й тієї ж магнітної ситуації - певної полярності ведучих плям в обраній півкулі, певного знаку поля біля обраного полюса відбувається тільки через 22 роки, причому першим із вхідних у пару 11-літніх циклів являеться цикл із парним номером (нульовий номер присвоєний циклу, максимум якого був близько 1750 року). Існує відставання по фазі явищ у полярних областях Сонця й на низьких широтах. Це приводить до відставання приблизно на 5 років від максимуму циклу ряду сонячних і геофізичних явищ, пов'язаних з високоширотним магнітним полем Сонця. Величина періоду циклу 11,2 роки (проміжок часу між сусідніми мінімумами або максимумами) носить статистичний характер; плями циклу з'являються протягом 12-15 років, період росту активності дорівнює 4,2 роки, спаду - 7 рокам. Відносна інтенсивність 11-річних циклів, очевидно, міняється з періодом 80 років.
Індекси сонячної активності:
─Число Вольфа (міжнародне число сонячних плям, відносне число сонячних плям, цюрихське число) — назване на честь швейцарського астронома Рудольфа Вольфа; числовий показник кількості плям на Сонці. Є одним із найпоширеніших показників сонячної активності.
Число Вольфа для даного дня обчислюється за формулою
, де — число Вольфа; — число плям, що спостерігаються; — число груп плям, що спостерігаються;— нормувальний коефіцієнт.
─ Потік радіовипромінення на хвилі 10,7 см, який характеризує сонячну активність у хвильовому випромінені. Індекс F10.7 випромінюється в сонячних одиницях потоку (с.о.п), причому 1 с.о.п =
( Гц). Індекс F 10.7 корелює зі змінами сумарної площі сонячних плям і кількості спалахів у всіх активних областях.─ Планетарний
– індекс середнє значення К─ індексів, обчислене з точністю до 1/3 за даними 13-ти геомагнітних обсерваторій. Яку характеризується корпускулярну складову сонячної активності;─ Планетарний
– індекс ─ визначається в нанотеслах (нТл), є середнім значення варіації магнітного поля Землі і відповідає певному - індексу (є таблиця відповідності - = 70…20 – магнітна буря).Протуберанці. При спостереженнях Сонця через густочервоний світлофільтр на краю диска видно своєрідні світлі виступи над поверхнею, його, які можуть простягатися далеко за межі хромосфери аж у корону. Такі викиди речовини називаютьсяпротуберанцями (від лат. «протуберо» - «здуваюся»). Протуберанці - це речовина, яка підіймається над сонячною поверхнею і утримується над нею завдяки магнітному полю. Протуберанці - найграндіозніші утворення в атмосфері Сонця. Довжина деяких з них сягає 200 000 км, товщина - кілька тисяч кілометрів. Оскільки найчастіше протуберанці - це дуже плоскі й довгі, щільніші й холодніші від корони хмари газу, розташовані своєю площиною майже перпендикулярно до поверхні Сонця, то в проекції на сонячний диск вони мають вигляд вигнутих темних волокон, часто витягнутих у напрямку схід-захід уздовж паралелі. (Додаток Б).
Сонячні спалахи. Досить часто над сонячними плямами у хромосфері відбуваються хромосферні спалахи найбільш вражаючий прояв сонячної активності. В роки максимумів сонячної активності може трапитись до десяти спалахів за добу, тоді як у мінімумі впродовж багатьох місяців може не бути жодного.
Як правило, спалах починається зі швидкого зростання температури корони до 40 млн К, що призводить до сплеску м'якого рентгенівського випромінювання. Потім під зоною зростання температури в короні підвищується температура хромосфери. Найпотужніші спалахи видно без допомоги фільтра. Яскравість спалахів може бути на 50% більшою за яскравість фотосфери.
За сучасними уявленнями, спалах - це раптове виділення енергії, накопиченої у магнітному полі активної зони. На певній висоті над поверхнею Сонця виникає зона, де магнітне поле на невеликому відрізку різко змінюється за величиною і напрямком. Це супроводжується прискоренням заряджених частинок і перетворенням їх на високоенергійні. При цьому речовина нагрівається, з'являється потужне електромагнітне випромінювання у рентгенівському, ультрафіолетовому та радіодіапазоні, а також у міжпланетний простір у радіальному напрямку викидається вузький струмінь частинок високої енергії зі швидкостями 3 000-30 000 км/с. У деяких найпотужніших спалахах навіть народжуються сонячні космічні промені - електрони, протони, нейтрони, а-частинки та інші, що рухаються зі швидкостями до 0,2-0,8 швидкості світла.
Процес розвитку невеликих спалахів триває 5-10 хв, найпотужніших до семи годин. За цей час у ділянці сонячної поверхні протяжністю лише 1 000 км виділяється енергія близько 1021-1025 Дж, сумірна з енергією, що її випромінює Сонце з усієї своєї поверхні за 1 с, або з кількістю тепла, що його отримує Земля від Сонця за цілий рік.
З усіх активних утворень спалахи вирізняються своєю особливою здатністю впливати на геофізичний стан Землі. І хоча принцип утворення спалахів вчені зрозуміли, детальної теорії поки що немає.
Метелики Маундера - діаграма, що представляє зміни геліографічною широти, на якій з'являються сонячні плями в перебігу сонячного циклу. Вперше діаграма була побудована в 1922 р Е. В. Маундер. На графіку в якості вертикальної осі взята геліографічна широта, а в якості горизонтальній осі - час (у роках). Далі для кожної групи сонячних плям, що відносяться до деякої широті, і каррінгтоновского номера будуються вертикальні лінії, що покривають один градус широти. Отримана картина нагадує крила метелика, що і дало діаграмі це популярне назву.(Додаток Ґ)
Пляма має вигляд тарілки, дно якої утворює тінь, а крильця ─ напівтінь. Глибина кратера у великих плям сягає
РОЗДІЛ 2
Вплив сонячної активності на біосферу і атмосферу землі
Вплив сонячної активності на магнітосферу і атмосферу Землі. Оскільки під час спалаху потік рентгенівських квантів зростає у 100-400 разів, то вже через 8 хв 20 с вони досягають орбіти Землі й проникають в іоносферу. Жорстке випромінювання спричиняє додаткову іонізацію повітря. Як наслідок, змінюється щільність іоносферних шарів і їхня відбивна здатність, а тому одразу ж порушується зв'язок на коротких радіохвилях. Почасти також руйнується озоновий шар, і до поверхні Землі проникає підвищена кількість ультрафіолету.(Додаток Г).
Через декілька годин після спалаху Землі досягає потік високо-енергійних частинок. Завдяки наявності геомагнітного поля вони не потрапляють на земну поверхню, але в районах магнітних полюсів, де силові магнітні лінії виходять з поверхні або входять у неї, частинки проникають до висот 100 км, іонізують і збуджують атоми повітря. При поверненні атомів до нейтрального стану відбувається висвічування, яке спостерігається у вигляді полярних сяйв дивовижних за красою явищ. (Додаток В).
Магнітні бурі.Ще через 1-2 доби Землі досягає підсилений потік сонячного вітру. Під його дією земна магнітосфера стискається. Але, як відомо, навколо Землі у пастці силових геомагнітних ліній є багато заряджених частинок (радіаційні пояси). На висоті 3-5R вони утворюють в екваторіальній площині електричний струм, що тече зі сходу на захід. Цей струм, у свою чергу, створює власне магнітне поле, яке додається до геомагнітного. При посиленні сонячного вітру збільшується кількість заряджених частинок в радіаційних поясах, тому збільшується і екваторіальний електричний струм. Зростає при цьому і його магнітне поле, яке перешкоджає подальшому стисненню магнітосфери; більше того, вона розширюється.
При стисненні магнітосфери напруженість магнітного поля збільшується, при розширенні, навпаки, зменшується. Так виникає окремий сплеск геомагнітного збурення тривалістю близько години. Потужні сонячні збурення обумовлюють тривале підсилення сонячного вітру. В магнітосферу надходить один імпульс за іншим. Виникає послідовна серія збурень геомагнітного поля, коли його напруженість швидко і різко змінюється – настає магнітна буря.
Під час магнітних бур збурення геомагнітного поля можуть досяга¬ти такої сили, що в земній корі, у металевих предметах, у провідниках тощо індукуються досить сильні хаотичні електричні струми. Вони здатні спричиняти навіть аварії в телеграфно-телефонному зв'язку і виводити з ладу електричні прилади.
Так, під час сильної магнітної бурі 11 лютого 1958 p. у Швеції був зареєстрований вихід з ладу електричної лінії, на кабелях горіла ізоляція, горіли запобіжники і трансформатори. А електричні збурення в земній корі можуть спровокувати землетруси в сейсмічно активних районах.
Вплив активності Сонця на погоду.Активність Сонця впливає на погоду. Цей зв'язок можна прослідкувати таким чином. Встановлено, що крім екваторіального кільцевого струму, в районах геомагнітних полюсів на віддалі 20 вночі та 10 удень на висоті близько 100 км приблизно вздовж магнітних паралелей також тече електричний струм. Після надходження від Сонця посиленого потоку заряджених частинок деяка їхня кількість затримується у високих широтах і підсилює цю течію. Збільшення струму призводить до додаткового розігріву атмосфери. Від місця розігріву вниз до тропосфери проникає хвилеподібний імпульс, який далі вздовж поверхні Землі поширюється впродовж кількох годин до низьких широт. Ці хвилі є тим енергетичним мостом між іоносферою і тропосферою, який передає енергію корпускулярних сонячних потоків погодному шару повітря. Вони підсилюють меридіональну циркуляцію повітря і зменшують зональну. Там, де тиск був низьким, він стає ще нижчим, а де був високим - ще вищим. За таких умов у тропічній зоні народжуються тайфуни, а у місцях з різко вираженим континентальним кліматом - засухи.
Сонячна активність і коливання клімату Землі. У ритмі з циклами сонячної активності настають певні коливання клімату Землі. У тисячолітньому циклі істотно коливається рівень води в озерах і морях, що видно на наступному прикладі.
У V ст. н. е. на березі Каспійського моря були збудовані порт Дербент і фортеця. Тепер залишки її стін перебувають на глибині близько 5 м, а в XI-XIV ст. ця глибина сягала 8 м.
Цікава також історія колонізації Ісландії. У 860 р. клімат цього острова був значно м'якшим, ніж тепер. Родючі землі й багаті на рослинність пасовиська були і в Гренландії, де в IX ст. існували два поселення із числом мешканців близько 5 000. Але з XIV ст. у північній півкулі, зокрема в Європі, різко похолодало, кількість опадів зросла. Заледеніння Арктики досягло значних розмірів, Гренландія була блокована льодом, і на 200 років зв'язок з нею перервався. А коли до неї пробилися через криги, там не було знайдено жодного мешканця.
Сонячна активність і біосфера Землі.Впливаючи на погоду і клімат, сонячна активність не може не впливати на рослинний світ. Було зібрано багато зрізів дерев з чітко вираженими річними кільцями. Серед них були зрізи секвойї віком 3 200 років і дев'ятнадцяти 500-річних дерев. У всіх дерев визначали товщину річних кілець з точністю до 0,01 мм. Виявилося, що в роки максимумів сонячної активності приріст дерев був більшим, ніж у роки мінімумів. А те, що врожайність сільськогосподарських культур і відповідно ціни на них співвідносяться з кількістю сонячних плям, стало вже класичним прикладом.
До сонячної активності небайдужий і тваринний світ. Тісно пов'язані з 11-річним циклом періоди підвищеного розмноження каракуртів, бліх, пустельної саранчі тощо. Останню в періоди між піками сонячної активності взагалі не можна виявити.
До тваринного світу належать бактерії та віруси, що спричиняють різноманітні захворювання у людей і тварин. Через зміну їхньої чисельності та поведінки сонячна активність впливає на поширення епідемій і пандемій (розповсюдження хвороби на цілі країни та материки), а також на поширення епізоотій (масових захворювань тварин). Як показав О. Чижевський, у роки високої сонячної активності виникають пандемії холери, грипу, дизентерії, дифтерії тощо.
Вплив сонячної активності на людину. Численні дослідження показали, що найчутливішими до змін напруженості геомагнітного поля, обумовлених сонячною активністю, є нервова і серцево-судинна системи людини.
Вплив виявляється по-різному: через зміну електричних властивостей тканин людського організму; через вільні радикали у клітинах; через індукційні струми, що виникають в організмі під впливом геомагнітних полів; через зміну проникності клітинних мембран тощо. Як наслідок, у людей з хворобами серцево-судинної системи під час геомагнітних бур погіршується стан, збільшується число інфарктів та інсультів.
У здорових людей змінюється сприйняття часу, сповільнюється рухова реакція, різко знижується короткочасна пам'ять, об'єм та інтенсивність уваги. Навіть у спеціально тренованих людей - спортсменів вищого класу та льотчиків - зафіксовано підвищену кількість помилок при виконанні контрольних завдань. Різкі й часті збільшення збуреності геомагнітного поля, впливаючи на візерунок біопотенціалів мозку, погіршують сон.
Все це відбивається на виконанні робіт, які вимагають точності та уваги, спричиняє збільшення травматизму на виробництві та кількості автотранспортних пригод. А люди з порушеннями функцій головного мозку в такі дні часто потрапляють на лікарняне ліжко.
Сонячна активність впливає на систему крові людини. Під час геомагнітних бур швидкість згортання крові зменшується на 8%. А кількість білих кров'яних тілець - лейкоцитів, від яких, як відомо, залежить опір¬ність організму різним інфекційним захворюванням, у роки активного Сонця знижується в 1,5-1,7 раза. Так що поширеність епідемій у цей час може залежати не лише від посилення діяльності патогенних мікроорганізмів.
Вплив сонячної активності на виникнення захворювань. установив ще в 20-х роках А. Л. Чижевський. Його вважають основоположником науки геліобіології. З тих пір проводяться дослідження, накопичуються наукові дані, що підтверджують вплив сонячних і магнітних бур на здоров'я. Замічено, що погіршення стану хворих максимально виявляється, по-перше, відразу після сонячного спалаху і, по-друге, - з початком магнітної бури. Це порозумівається тим, що після приблизно 8 хвилин від початку сонячного спалаху сонячне світло (а також рентгенівське випромінювання) досягають атмосфери Землі і викликають там процеси, що впливають на функціонування організму, а приблизно через добу починається сама магнітосферна буря Землі.
З усіх захворювань, що піддані впливу магнітосферних бур, серцево-судинні були виділені, насамперед, оскільки їхній зв'язок із сонячною і магнітною активністю була найбільш очевидною. Проводилися зіставлення залежності кількості і ваги серцево-судинних захворювань від багатьох факторів зовнішнього середовища (атмосферний тиск, температура повітря, опади, хмарність, іонізація, радіаційний режим і так далі), але достовірний і стійкий зв'язок серцево-судинних захворювань виявляється саме з хромосферними спалахами і геомагнітними бурами.
З усіх захворювань, що піддані впливу магнітосферних бур, серцево-судинні були виділені, насамперед, оскільки їхній зв'язок із сонячною і магнітною активністю була найбільш очевидною. Проводилися зіставлення залежності кількості і ваги серцево-судинних захворювань від багатьох факторів зовнішнього середовища (атмосферний тиск, температура повітря, опади, хмарність, іонізація, радіаційний режим і так далі), але достовірний і стійкий зв'язок серцево-судинних захворювань виявляється саме з хромосферними спалахами і геомагнітними бурами.
Під час магнітних бур виявлялися суб'єктивні симптоми погіршення стану хворих, учащалися випадки підвищення артеріального тиску, погіршувався коронарний кровообіг, що супроводжувалося негативною динамікою ЕКГ. Дослідження показали, що в день, коли на Сонце відбувається спалах, число випадків інфаркту міокарда збільшується. Воно досягає максимуму наступного дня після спалаху (приблизно в 2 рази більше в порівнянні з магнітоспокійними днями). У цей же день починається магнітосферна бура, викликана спалахом.
Дослідження серцевого ритму показали, що слабкі збурювання магнітного полючи Землі не викликали збільшення числа порушень серцевого ритму. Але в дні з помірними і сильними геомагнітними бурами порушення ритму серця відбуваються частіше, ніж при відсутності магнітних бур. Це відноситься як до спостережень у стані спокою, так і при фізичних навантаженнях.
Спостереження за хворими гіпертонічною хворобою показали, що частина хворих реагувала за добу до настання магнітної бури. Інші почували погіршення самопочуття на початку, чи середині по закінченні геомагнітної бури. На початку і протягом бури збільшувався тиск (приблизно на 10 - 20%). Тільки на другу добу після бури артеріальний тиск у хворих стабілізувалося.
Проведені дослідження показали, що найбільше згубно на хворих діє бура в її початковий період. Аналіз численних медичних даних вивів також сезонний хід погіршення здоров'я під час магнітних бур; він характеризується найбільшим погіршенням у весняне рівнодення, коли збільшується число і вага судинних катастроф (зокрема, інфарктів міокарда).
Виявлено зв'язок сонячної активності і з функціонуванням інших систем організму, з онкозахворюваннями. Зокрема, вивчалася захворюваність раком у Туркменії за час одного циклу сонячної активності. Було встановлено, що в роки зниження сонячної активності захворюваність злоякісними пухлинами зростала. Найбільша захворюваність раком мала місце в період спокійного Сонця, найменша - при найвищій сонячній активності. Припускають, що це зв'язано з гальмуючим дією сонячної активності на мало диференційовані клітинні елементи, у тому числі на ракові клітки.
Отже, можна з упевненістю сказати, що ізоляція біосфери від дії космічних чинників відносна. Біосфера дуже чуйно реагує на зміну параметрів зовнішнього середовища.
У зв'язку з цим дуже важливо вести регулярні спостереження за Сонцем і вміти аналізувати різні явища на ньому. Саме цим і займаються багато обсерваторій світу.
ВИСНОВОК
Сонце висвітлює і зігріває нашу планету, без цього було б неможливе життя на ній не тільки людини, але навіть мікроорганізмів. Сонце - головний (хоча і не єдиний) двигун процесів, що відбуваються на Землі. Але не тільки тепло і світло одержує Земля від Сонця. Різні види сонячного випромінювання і потоки часток впливають на її життя.
Сонце посилає на Землю електромагнітні хвилі всіх областей спектра - від багатокілометрових радіохвиль до гамма-променів. Околиць Землі досягають також заряджені частки різних енергій - як високих (сонячні космічні промені), так і низьких і середніх (потоки сонячного вітру, викиди від спалахів). На кінець, Сонце випускає могутній потік елементарних часток - нейтрино. Однак вплив останніх на земні процеси зовсім мале: для цих часток земна куля прозора, і вони вільно крізь нього пролітають.
Тільки дуже мала частина заряджених часток з міжпланетного простору попадає в атмосферу Землі (інші чи відхиляє чи затримує геомагнітне поле). Але їхньої енергії досить для того щоб викликати полярні сяйва і зміни магнітного поля нашої планети, усе це неминуче впливає на все живе і, можливо, неживе на планеті Земля.
ДОДАТКИ
Додаток А
Сонячні плями
Додаток Б
Протуберанці
Додаток В
Вплив сонячної активності на магнітосферу Землі
Додаток Г
Вплив сонячної активності на атмосферу Землі
Додаток Ґ
Метелик Маундера
Додаток Д
Циклічність сонячної активності
СПИСОК ВИКОРИСТАНИХ ДЖЕРЕЛ
Сонце. Пікельнер С.Б. М., Физматгиз, 1961
Наше сонцею. Мензел Д.. М., Физматгиз, 1963
Сонце і атмосфера Землі Вітинський Ю.І., Оль А.І., Сазонов Б.І.. Л.
Сонце - денна зірка. Кононович Е.В. М., Просвітництво, 1982
Денна зірка. Міттон С. М., Мир, 1984
Кононович Е.В., Мороз В.І. Загальний курс астрономії. М., УРСС, 2001
Кажанов В. Сонячна активність вчора і сьогодні [Електронний ресурс]: http://planetarium-kharkov.org/?q=solar-activity
Прайс В. Офіційна наука про вплив Сонця і планет через Сонце [Електронний ресурс]:
http://www.galatreya.ru/astrology/archives/solnechnoevliyanie
Сонячна активність [Електронний ресурс]: http://www.kosmofizika.ru/ucheba/sun_act.htm
Детская Энциклопедия. Для среднего и старшего возраста. Том 2. «Мир небесных тел. Числа и фигуры». А. И. Маркушевич, Б. А. Воронцов-Вельяминов.
М., «Просвещение», 1965
1 2