Магнитосфера Земли: последствия ее изменения. Внешние оболочки Земли

Согласно современным представлениям, образовалась примерно 4,5 млрд лет назад, и с этого момента нашу планету окружает магнитное поле. Все, что находится на Земле, в том числе люди, животные и растения, подвергаются его воздействию.

Магнитное поле простирается до высоты около 100 000 км (рис. 1). Оно отклоняет или захватывает частицы солнечного ветра, губительные для всех живых организмов. Эти заряженные частицы образуют радиационный пояс Земли, а вся область околоземного пространства, в которой они находятся, называют магнитосферой (рис. 2). С освещенной Солнцем стороны Земли магнитосфера ограничена сферической поверхностью с радиусом примерно 10-15 радиусов Земли, а с противоположной стороны она вытянута подобно кометному хвосту на расстояние вплоть до нескольких тысяч радиусов Земли, образуя геомагнитный хвост. Магнитосфера отделена от межпланетного поля переходной областью.

Магнитные полюса Земли

Ось земного магнита наклонена по отношению к оси вращения Земли на 12°. Она располагается примерно на 400 км в стороне от центра Земли. Точки, в которых эта ось пересекает поверхность планеты, - магнитные полюса. Магнитные полюсаЗемли не совпадают с истинными географическими полюсами. В настоящее время координаты магнитных полюсов следующие: северный — 77° с.ш. и 102° з.д.; южный — (65° ю.ш. и 139° в.д.).

Рис. 1. Строение магнитного поля Земли

Рис. 2. Строение магнитосферы

Силовые линии, идущие от одного магнитного полюса к другому, называются магнитными меридианами . Между магнитным и географическим меридианом образуется угол, называемый магнитным склонением . Каждое место на Земле имеет свой угол склонения. В районе Москвы угол склонения равен 7° к востоку, а в Якутске — около 17° к западу. Это значит, что северный конец стрелки компаса в Москве отклоняется на Т вправо от географического меридиана, проходящего через Москву, а в Якутске — на 17° влево от соответствующего меридиана.

Свободно подвешенная магнитная стрелка располагается горизонтально только на линии магнитного экватора, который не совпадает с географическим. Если двигаться к северу от магнитного экватора, то северный конец стрелки будет постепенно опускаться. Угол, образованный магнитной стрелкой и горизонтальной плоскостью, называют магнитным наклонением . На Северном и Южном магнитных полюсах магнитное наклонение наибольшее. Оно равно 90°. На Северном магнитном полюсе свободно подвешенная магнитная стрелка установится вертикально северным концом вниз, а на Южном магнитном полюсе ее южный конец опустится вниз. Таким образом, магнитная стрелка показывает направление силовых линий магнитного ноля над земной поверхностью.

С течением времени положение магнитных полюсов относительно по земной поверхности меняется.

Магнитный полюс был открыт исследователем Джеймсом К. Россом в 1831 г. в сотнях километров от его нынешнего местонахождения. В среднем за один год он перемещается на 15 км. В последние годы скорость перемещения магнитных полюсов резко возросла. Например, Северный магнитный полюс сейчас перемещается со скоростью около 40 км в год.

Смена магнитных полюсов Земли называется инверсией магнитного поля .

На протяжении геологической истории нашей планеты земное магнитное поле изменяло свою полярность более 100 раз.

Магнитное поле характеризуется напряженностью. В некоторых местах Земли магнитные силовые линии отклоняются от нормального поля, образуя аномалии. Например, в районе Курской магнитной аномалии (КМА) напряженность поля в четыре раза выше нормы.

Существуют суточные изменения магнитного поля Земли. Причина этих изменений магнитного поля Земли — электриче- с кие токи, текущие в атмосфере на большой высоте. Вызваны они солнечным излучением. Пол действием солнечного ветра магнитное поле Земли искажается и приобретает «шлейф» в направлении от Солнца, который простирается на сотни тысяч километров. Основной же причиной возникновения солнечного ветра, как мы уже знаем, являются грандиозные выбросы вещества из короны Солнца. При движении к Земле они превращаются в магнитные облака и приводят к сильным, иногда экстремальным возмущениям на Земле. Особенно сильные возмущения магнитного поля Земли - магнитные бури. Некоторые магнитные бури начинаются неожиданно и почти одновременно по всей Земле, а другие развиваются постепенно. Они могут продолжаться несколько часов и даже суток. 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.

Во время сильных магнитных бурь нарушается нормальная работа телеграфа, телефона и радио.

Магнитные бури часто наблюдаются на широте 66-67° (в зоне полярных сияний) и возникают одновременно с полярными сияниями.

Строение магнитного поля Земли меняется в зависимости от широты местности. Проницаемость магнитного поля увеличивается в сторону полюсов. Над полярными областями силовые линии магнитного поля более или менее перпендикулярны земной поверхности и имеют воронкообразную конфигурацию. Через них часть солнечного ветра с дневной стороны проникает в магнитосферу, а затем и в верхнюю атмосферу. Сюда же в период магнитных бурь устремляются частицы из хвостовой части магнитосферы, достигая границ верхней атмосферы в высоких широтах Северного и Южного полушарий. Именно эти заряженные частицы вызывают здесь полярные сияния.

Итак, магнитные бури и суточные изменения магнитного ноля объясняются, как мы уже выяснили, солнечным излучением. Но какова основная причина, создающая постоянный магнетизм Земли? Теоретически удалось доказать, что на 99 % магнитное поле Земли вызывают источники, скрытые внутри планеты. Главное магнитное поле обусловлено источниками, расположенными в глубинах Земли. Их можно условно разделить на две группы. Основная их часть связана с процессами в земном ядре, где вследствие непрерывных и регулярных перемещений электропроводящего вещества создается система электрических токов. Другая — связана с тем, что горные породы земной коры, намагничиваясь главным электрическим полем (полем ядра), создают собственное магнитное поле, которое суммируется с магнитным полем ядра.

Кроме магнитного поля вокруг Земли существуют и другие поля: а) гравитационное; б) электрическое; в) тепловое.

Гравитационным полем Земли называют поле силы тяжести. Она направлена по отвесу перпендикулярно к поверхности геоида. Если бы у Земли была фигура эллипсоида вращения и в нем равномерно распределялись бы массы, то у нее было нормальное гравитационное поле. Разница между напряженностью реального гравитационного поля и теоретического — аномалия тяжести. Различный вещественный состав, плотность горных пород вызывают эти аномалии. Но возможны и другие причины. Их можно объяснить следующим процессом — уравновешение твердой и относительно легкой земной коры на более тяжелой верхней мантии, где и происходит выравнивание давления вышележащих слоев. Эти течения вызывают тектонические деформации, движение литосферных плит и тем самым создают макрорельеф Земли. Сила тяжести удерживает атмосферу, гидросферу, людей, животных на Земле. Силу тяжести нужно обязательно учитывать при изучении процессов в географической оболочке. Термином «геотропизм » называют ростовые движения органов растений, которые под влиянием силы земного тяготения всегда обеспечивают вертикальное направление роста первичного корня перпендикулярно поверхности Земли. Гравитационная биология использует растения в качестве экспериментальных объектов.

Если не учитывать силу тяжести, невозможно рассчитать исходные данные для запуска ракет и космических кораблей, сделать гравиметрическую разведку рудных ископаемых и, наконец, невозможно дальнейшее развитие астрономии, физики и других наук.

Титовская Алла, Костюкова Настя, Черепова Наталья.

Исследовательская работа по физике.

Скачать:

Предварительный просмотр:

МУНИЦИПАЛЬНОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБЩЕОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

СРЕДНЯЯ ОБЩЕОБРАЗОВАТЕЛЬНАЯ ШКОЛА №9

Тема: «Влияние магнитных бурь на здоровье человека»

Научно – исследовательская работа по физике

Костюкова Анастасия Александровна.10 кл.

Титовская Алла Викторовна.10 кл.

Черепова Наталья Сергеевна.10 кл.

Научный руководитель: Кудашева Галина Алексеевна

Учитель физики

2011 г.

Введение ………………………………………………………………..3

Глава 1………………………………………………………………..4

1.1 Магнитное поле………………………………………………….4-6 1.2 Магнитное поле Земли…………………………………………7-8 1.3 Магнитная буря………………………………………………….9-12 Глава 2………………………………………………………………..13

2.1 Влияние магнитных бурь на здоровье человека……………....13-14

2.2 Результаты произведённых исследований…………………….15-18

Заключение…………………………………………………………………19 Список литературы……………………………………………………...…20

Введение.

Мы часто удивляемся - как дельфины находят путь в океане, а птицы в небе? Они ориентируются по магнитному полю. В нервные окончания пчел, птиц, дельфинов, саламандр и других животных «вмонтированы» естественные магниты - зерна магнетита Fe 3 O 4 . Во время бурь стрелку «компаса» начинает лихорадить. Для животных это огромный риск - не найти дорогу домой. Есть версия, что «магнитик» остался и у людей, мы просто разучились им пользоваться. Но, когда магнитное поле неспокойно, «компас» по старой памяти сигналит: SOS! Существует гипотеза: мы реагируем не на саму бурю, а на этот сигнал - предупреждение о возможной опасности. Организм впадает в стресс, мобилизует все силы для борьбы. Так что метеозависимость - один из способов борьбы за выживание!

Нам проблема показалось интересной, и мы решили исследовать магнитные бури.

Тема проекта: «Влияние магнитных бурь на здоровье человека»

Цель работы: изучить магнитное поле Земли, выяснить, как Солнце влияет на здоровье человека. Объяснить причины возникновения магнитных бурь и влияния их на здоровье человека.

Методы исследования: аналитический, практические, экспериментальный, метод сравнения.

При выполнении работы мы поставили следующие задачи:

1. Сбор материала по выбранной теме.
2. Провести анализ научной и научно – популярной литературы по теме исследования.
3. Выявить, как влияет магнитная буря на здоровье человека.

Актуальность и практическая значимость темы:

1. В настоящее время в этой области физической науки проводится много практических исследований.
2. Данная тема имеет большое практическое значение, ее изучение расширяет кругозор.

Объект исследования магнитное поле, солнечный ветер.

Магнитное поле.

В 1600 г. Уильям Гильберт, врач английский королевы Елизаветы 1, предположил, что Земля является большим естественным магнитом, а стрелки компаса (подобно иголкам в опыте Перегрина) указывают направление к его полюсам. Почти через 50 лет Рене Декарт обнаружил, что постоянный магнит действует на мельчайшие железные опилки, насыпанные вокруг него, подобно Земле, ориентирующей магнитную стрелку компаса. Тем самым он показал, что в пространстве существует магнитное взаимодействие (поле).

Линии, образуемые магнитными стрелками или железными опилками в магнитном поле, стали называть силовыми линиями магнитного поля. На протяжении более четырех тысячелетий единственным практически используемым источником магнетизма был магнитный железняк. Вплоть до начала 19 в. электричество и магнетизм считались физическими взаимодействиями, не связанными друг с другом.

Электрическое и магнитное поля тесно связаны между собой. В природе существует единое электромагнитное поле, а чисто электрическое и чисто магнитное поля являются лишь его частными случаями. Простейший опыт, обнаруживающий эту связь, таков. Возьмем два постоянных магнита и будем сближать или удалять их полюсы. При этом в пространстве между полюсами магнитное поле, разумеется, будет меняться. Оказывается, это переменное магнитное поле обладает свойством создавать (индуктировать) электрическое поле. Существование последнего можно обнаружить с помощью чувствительного прибора. Линии напряженности этого электрического поля коренным образом отличаются от линий поля, создаваемого электрическими зарядами. Эти линии нигде не начинаются и нигде не кончаются ─ они замкнуты. Итак, переменное магнитное поле создает электрическое. Но электрическое поле оказывает магнитному такую же услугу. Переменное электрическое поле двух сближаемых или удаляемых электрических зарядов создает магнитное поле. Пока оба поля постоянны, они не имеют между собой ничего общего. Однако переменные электрическое и магнитное поля индуктируют друг друга и тем самым выдают свое родство.

История вопроса.

Взаимное индуктирование электрического и магнитного полей было открыто двумя великими учеными 19 века Фарадеем и Максвеллом.

В 1831 г. Фарадей сделал крупнейшее открытие, заключающееся в том, что электрическое поле может быть создано не только электрическими зарядами, а и переменным магнитным полем (явление электромагнитной индукции Фарадея). Вдвигая магнит в кольцевой проводник (еще лучше─ в катушку), присоединенный к достаточно чувствительному гальванометру, мы обнаружим появление электрического тока. Ток в цепи идет оттого, что в проводнике появилась сила, действующая на заряды, заставляющая их перемещаться по проводнику. Такой силой является возникшее вихревое электрическое поле. Силовые линии этого поля замкнуты, часть их расположена вне проводника, часть─ внутри.

Одновременно с Фарадеем связь между электрическим и магнитным полями исследовали и другие ученые. Один из них, по-видимому, для того, чтобы гальванометр не подвергался тряске, вынес его в другую комнату. Вдвигая магнит в катушку, он затем шел в соседнюю комнату смотреть, отклонилась ли стрелка гальванометра.

Опыт Эрстеда.

Впервые взаимосвязь электричества и магнетизма зафиксирована в 1735 г. в одном из научных лондонских журналов. В статье отмечалось, что в результате удара молнии в комнате были разбросаны в разные стороны и сильно намагничены ножи и вилки. Это сообщение свидетельствовало о магнитном взаимодействии электрического разряда или тока на металлические предметы.

Однако разгадка взаимосвязи электричества и магнетизма пришла лишь после того, как исследователи научились получать электрический ток.

В 1820 г. было сделано одно из важнейших открытий в истории физики, когда Ханс Эрстед, профессор Копенгагенского университета, демонстрировал на лекции студентам нагревание проводника электрическим током. Эрстед обратил внимание на то, что стрелка компаса, случайно оказавшегося на столе под проводником, располагается в отсутствие тока параллельно проводнику, а при включении тока отклоняется почти перпендикулярно проводнику. Изменение направления тока сопровождалось аналогичным отклонением, но только в противоположную сторону. Таким образом, было показано, что электрический ток воздействует на магнитную стрелку.

Опыт Эрстеда явился прямым доказательством взаимосвязи электричества и магнетизма: электрический ток оказывает магнитное действие. Покоящиеся заряды на магнитную стрелку не действуют. Следовательно, магнитное поле порождается движущимися зарядами.

В плоскости, перпендикулярной проводнику с током, железные опилки и магнитные стрелки располагаются по касательным к концентрическим окружностям. Пространственная ориентация опилок и стрелок изменяется на противоположную при изменении направления тока в проводнике.

Следовательно, в пространстве, окружающем электрический ток, возникает поле, называемое магнитным.

Линии магнитной индукции. Подобно линиям напряженности электрического поля, вводятся линии магнитной индукции, дающие наглядную картину магнитного поля.

Линии магнитной индукции ─ линии, касательные к которым в каждой точке совпадают с направлением вектора магнитной индукции в этой точке.

Линии магнитной индукции всегда замкнуты: они не имеют начала и конца. Это означает, что магнитное поле не имеет источников: магнитных зарядов не существует.

Магнитное поле ─ вихревое поле, т.е. поле с замкнутыми линиями магнитной индукции.

Северный полюс магнита ─ полюс, из которого выходят линии магнитной индукции.

Южный полюс магнита─ полюс, в который входят линии магнитной индукции.

Магнитное поле Земли.

Со времен глубокой древности известно, что магнитная стрелка, свободно вращающаяся вокруг вертикальной оси (в отсутствие вблизи нее магнитов и электрических токов), всегда устанавливается в данном месте земли в определенном направлении. Этот факт объясняется тем, что вокруг земли существует магнитное поле.

Магнитная стрелка устанавливается вдоль линий магнитного поля Земли.

Известно, что при приближении к северному географическому полюсу Земли линии магнитного поля Земли все больше и больше наклоняются к горизонту и около 75 0 северной широты и 99 0 западной долготы становятся вертикальными, входя в Землю. Здесь в настоящее время находится южный магнитный полюс Земли. Он удален от северного географического полюса приблизительно на 2100км.

Северный магнитный полюс Земли находится вблизи южного географического полюса, а именно на 66,5 0 южной широты и 140 0 восточной долготы. Здесь линии магнитного поля Земли выходят из земли. Таким образом, магнитные полюсы Земли не совпадают с ее географическими полюсами.

Есть достаточно убедительные аргументы в пользу того, что за последние 170млн лет 300 раз происходил обмен местами полюсов Земли. Последний раз такой обмен произошел около 30000 лет назад.

Магнитное поле Земли достаточно велико (около 5·10 -5 Тл). С удалением от Земли индукция магнитного поля ослабевает.

Исследование околоземного пространства космическими аппаратами показало, что наша планета окружена мощным радиационным поясом, состоящим из быстро движущихся заряженных элементарных частиц- протонов и электронов. Его называют также поясом частиц высоких энергий.

Внутренняя часть пояса простирается примерно на 500-5000 км от поверхности Земли. Внешняя часть радиационного пояса находится на высоте от 1 до 5 радиусов Земли и состоит в основном из электронов с энергией в десятки тысяч электрон-вольт – в 10 раз меньшей, чем энергия частиц внутреннего пояса.

Частицы, образующие радиационный пояс, вероятно, захватываются земным магнитным полем из числа частиц, непрерывно выбрасываемых Солнцем. Особенно мощные потоки частиц рождаются при взрывных явлениях на Солнце - так называемых вспышках. Поток солнечных частиц движется со скоростью 400-1000 км/с и достигает Земли примерно через 1-2 дня после того, как на солнце произошла породившая его вспышка горячих газов. Такой усиленный корпускулярный поток возмущает магнитное поле Земли. Быстро и сильно меняются характеристики магнитного поля, что называется магнитной бурей. Стрелка компаса колеблется. Возникает возмущение ионосферы, нарушающее радиосвязь, происходят полярные сияния.

Полярные сияния разной формы и окраски возникают на высотах от 80 до 1000 км. Их образование связано с тем, что в полярных областях частицы, двигаясь вдоль линий индукции магнитного поля, которые там почти перпендикулярны поверхности, проникают в атмосферу. Частицы бомбардируют молекулы воздуха, ионизуют их и возбуждают свечение, как поток электронов в вакуумной трубке М.В. Ломоносов первым высказал догадку о том, что полярные сияния имеют электрическую природу. Цветовые оттенки полярного сияния обусловлены свечением различных газов атмосферы.

Мы выяснили, что на Земле и в ее атмосфере происходят разнообразные процессы,

многие, из которых связаны с Солнцем, отстоящим от нас на 150 млн. км, т.е. Земля не изолирована от космоса.

Магнитная буря.

Магнитная буря - возмущение геомагнитного поля длительностью от нескольких часов до нескольких суток, вызванное поступлением в окрестности Земли возмущённых высокоскоростных потоков солнечного ветра и связанной с ними 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. Когда движение заряженной частицы в магнитном поле ориентировано косо по отношению к магнитной силовой линии, она перемещается по спирали вокруг этой линии. По мере того, как она вторгается в область с интенсивным магнитным полем, составляющая ее скорости, параллельная вектору напряженности поля, постепенно уменьшается, а скорость вращения возрастает, при этом общая скорость остается постоянной. Когда параллельная полю составляющая скорости становится нулевой, частица как бы отражается и начинает двигаться назад вдоль силовой линии, продолжая спиралевидное вращение вокруг нее (точка, где происходит отражение, называется «точкой магнитного зеркала», по аналогии с обычным оптическим зеркалом, отражающим свет). Таким образом, захваченные магнитным полем заряженные частицы, вращаясь по спирали вокруг силовых линий, колеблются между двумя зеркальными точками, одна из которых расположена в северном, а другая – в южном полушарии.

Магнитное поле ослабевает с увеличением расстояния от Земли, из-за чего увеличивается радиус кривизны спирального движения частиц вокруг силовых линий на внешней части траектории. К тому же магнитные силовые линии выгнуты наружу, поэтому колеблющиеся вдоль них частицы испытывают центробежное ускорение, направленное от Земли, что способствует увеличению радиуса кривизны траектории частицы в ее части, более удаленной от Земли по сравнению с более близкой к Земле. А поскольку протоны и электроны вращаются вокруг магнитных силовых линий в противоположных направлениях, эти эффекты вызывают дрейф протонов в западном направлении, а электронов – в восточном.

Суммарная скорость дрейфа зависит от энергии частицы и угла, образованного вектором ее скорости с силовой линией, когда частица пересекает экватор. Эти два фактора лежат в некотором диапазоне, поэтому частицы имеют различные скорости дрейфа и, захваченные земным магнитным полем, быстро распределяются, формируя оболочку вокруг Земли. Западный дрейф протонов и восточный дрейф электронов есть не что иное, как электрический ток, «размазанный» по оболочке. Этот ток, имеющий повсюду западное направление, генерирует магнитное поле, направленное так, что оно ослабляет магнитное поле Земли. Этим можно объяснить особенности главной фазы магнитной бури.

Геомагнитные бури имеют несимметричный по времени характер развития: в среднем фаза нарастания возмущения (главная фаза бури) составляет около 7 часов, а фаза возвращения к исходному состоянию (фаза восстановления) – около 3 суток.

Интенсивность геомагнитной бури обычно описывается индексами Dst и Kp. С ростом интенсивности бури индекс Dst уменьшается. Так, умеренные бури характеризуются Dst от −50 до −100 н Тл , сильные - от −100 до −200 нТл и экстремальные - ниже −200 нТл.

Следует отметить, что во время магнитной бури возмущения магнитного поля на поверхности Земли имеют величину менее или порядка 1 % от величины стационарного геомагнитного поля , так как последнее варьируется от 0,34 у экватора до 0,66 э у полюсов Земли, то есть приблизительно равно (30-70)×10 3 нТл.

Частота появления умеренных и сильных бурь на Земле имеет четкую корреляцию с 11-летним циклом солнечной активности: при средней частоте около 30 бурь в год их число может составлять 1-2 бури в год вблизи солнечного минимума и достигать 50 бурь в год вблизи солнечного максимума. Это означает, что в годы солнечного максимума человечество до 50% времени года живет в условиях умеренных и сильных бурь, а за свою 75-летнюю жизнь среднестатистический человек проживает в условиях умеренных и сильных бурь в общей сложности 2250 бурь или около 15 лет. Распределение геомагнитных бурь по их интенсивности имеет в области высоких интенсивностей быстро спадающий характер, и поэтому экстремально сильных магнитных бурь за историю их измерения было сравнительно мало.

Мощнейшей геомагнитной бурей за всю историю наблюдений была геомагнитная буря 1859 года («событие Кэррингтона»).

За последние 25 лет XX столетия (1976-2000 годы) было зарегистрировано 798 магнитных бурь с Dst ниже −50 нТл, а за последние 55 лет (с 1 января 1957 года по 25 сентября 2011 года) наиболее сильными бурями с Dst ниже −400 нТл были события 13 сентября 1957 года (Dst = −427 нТл), 11 февраля 1958 (Dst = −426 нТл), 15 июля 1959 (-429 нТл), 13 марта 1989 (-589 нТл) и 20 ноября 2003 (-472 нТл).

K-индекс - это отклонение магнитного поля Земли от нормы в течение трехчасового интервала. Индекс был введен Дж. Бартельсом в 1938 г. и представляет собой значения от 0 до 9 для каждого трехчасового интервала (0-3, 3-6, 6-9 и т.д.) мирового времени.

Kp-индекс - это планетарный индекс. Kp вычисляется как среднее значение К-индексов, определенных на 13 геомагнитных обсерваториях, расположенных между 44 и 60 градусами северной и южной геомагнитных широт. Его диапазон также от 0 до 9.

G-индекс - пятибалльная шкала силы магнитных бурь, которая была введена Национальным управлением океанических и атмосферных исследований США (NOAA) в ноябре 1999 года. G-индекс характеризует интенсивность геомагнитного шторма по воздействию вариаций магнитного поля Земли на людей, животных, электротехнику, связь, навигацию и т.д. По этой шкале магнитные бури подразделяются на уровни от G1 (слабые бури) до G5 (экстремально сильные бури). G-индекс соответствует Kp минус 4; то есть G1 соответствует Kp=5, G2 - Kp=6, G5 - Kp=9.

Геомагнитные вариации.

Изменение магнитного поля Земли во времени под действием различных факторов называются геомагнитными вариациями. Разность между наблюдаемой величиной напряженности магнитного поля и средним ее значением за какой-либо длительный промежуток времени, например, месяц или год, называется геомагнитной вариацией. Согласно наблюдениям, геомагнитные вариации непрерывно изменяются во времени, причем такие изменения часто носят периодический характер.

Суточные вариации.

Суточные вариации геомагнитного поля возникают регулярно в основном за счет токов в ионосфере Земли, вызванных изменениями освещенности земной ионосферы Солнцем в течение суток.

Нерегулярные вариации.

Нерегулярные вариации магнитного поля возникают вследствие воздействия потока солнечной плазмы (солнечного ветра) на магнитосферу Земли, а так же изменений внутри магнитосферы и взаимодействия магнитосферы с ионосферой.

27-дневные вариации.

27-дневные вариации существуют как тенденция к повторению увеличения геомагнитной активности через каждые 27 дней, соответствующих периоду вращения Солнца относительно земного наблюдателя. Эта закономерность связана с существованием долгоживущих активных областей на Солнце, наблюдаемых в течении нескольких оборотов Солнца. Эта закономерность проявляется в виде 27-дневной повторяемости магнитной активности и магнитных бурь.

Сезонные вариации.

Сезонные вариации магнитной активности уверенно выявляются на основании среднемесячных данных о магнитной активности, полученных путем обработки наблюдений за несколько лет. Их амплитуда увеличивается с ростом общей магнитной активности. Найдено, что сезонные вариации магнитной активности имеют два максимума, соответствующие периодам равноденствий, и два минимума, соответствующие периодам солнцестояний. Причиной этих вариаций является образование активных областей на Солнце, которые группируются в зонах от 10 до 30° северной и южной гелиографических широт. Поэтому в периоды равноденствий, когда плоскости земного и солнечного экваторов совпадают, Земля наиболее подвержена действию активных областей на Солнце.

11-летние вариации.

Наиболее ярко связь между солнечной активностью и магнитной активностью проявляется при сопоставлении длинных рядов наблюдений, кратных 11 летним периодам солнечной активности. Наиболее известной мерой солнечной активности является число солнечных пятен. Найдено, что в годы максимального количества солнечных пятен магнитная активность также достигает наибольшей величины, однако возрастание магнитной активности несколько запаздывает по отношению к росту солнечной, так что в среднем это запаздывание составляет один год.

Предварительный просмотр:

Влияние магнитных бурь на здоровье человека.

Мы задумались, какое же воздействие оказывают магнитные бури на человека? Оказывается еще в 30-х гг. двадцатого столетия в Ницце (Франция) случайно было замечено, что частота инфарктов миокарда и инсультов у пожилых людей резко возрастала в дни, когда в работе местной телефонной станции наблюдались сильные нарушения вплоть до полного прекращения связи. Впоследствии было установлено, что нарушения телефонной связи происходят во время магнитных бурь. На этом основании и был сделан вывод, что инфаркты и инсульты, как и сами срывы телефонной сети, связаны с магнитными бурями.

Острые споры вызывал в свое время вопрос о влиянии солнечной активности на возникновение несчастных случаев и травматизма на транспорте и в производстве. На это впервые указал еще в 1928 г. А.Л. Чижевский, а в 50-х гг. XX в. немецкие ученые Р. Рейтер и К. Вернер, из анализа около 100 тыс. автокатастроф, установили их резкое увеличение на второй день после солнечной вспышки. Позже российский судебный медик из Томска В.П. Десятое обнаружил резкое возрастание числа самоубийств (в 4 - 5 раз по сравнению с днями спокойного Солнца) также на вторые сутки после вспышки на Солнце. А это как раз соответствует началу магнитных бурь.

Магнитные бури нередко сопровождаются головными болями, мигренями, учащенным сердцебиением, бессонницей, плохим самочувствием, пониженным жизненным тонусом, перепадами давления. Почему появляются головные боли, головокружения и боли в суставах? Мы узнали (из курса биологии), что во время магнитной бури образуются агрегаты кровеносных телец (у здоровых людей в меньшей степени), то есть кровь густеет. Из-за такого сгущения крови ухудшается кислородный обмен, и первые, кто реагирует на нехватку кислорода - это мозг и нервные окончания.

Большинство людей никак не связаны со спокойной геомагнитной обстановкой, но на магнитные бури реагируют сходно и массово от 50 до 75% населения земного шара. Момент начала стрессовой реакции может сдвигаться относительно начала бури на разные сроки для различных бурь для конкретного человека. Обращает на себя внимание, что многие люди начинают реагировать не на сами магнитные бури, а за 1-2 дня до них, тое есть в момент вспышек на самом Солнце.

Создается впечатление, что существует некий информационный сигнал оповещения о предстоящей магнитной буре, связанный с какими-то характеристиками возмущающего солнечного излучения. Еще одна особенность - 50% населения способна к адаптации, то есть к уменьшению до нуля реакции на подряд идущие друг за другом несколько магнитных бурь с интервалом 6-7 дней.

Магнитные бури, перепады атмосферного давления, смена температур оказывают неблагоприятное действие на здоровье людей. Большое число людей чувствует предстоящее изменение погоды. Накануне люди с ослабленным здоровьем испытывают боли в суставах, сердце, головную боль, плохо спят и т.д.

Сергей Черноус, ученый из Полярного геофизического института Кольского научного центра РАН, выяснил, что так или иначе на магнитные бури реагируют 60 процентов людей! И ведь его «подопытными» были закаленные полярники, авиаторы Северного флота! Чаще всего у них «хандрили» сердечный ритм и вегетативная нервная система.

В Московской медицинской академии им. Сеченова обнаружили, что магнитные бури у кардиологических больных подавляют выработку меланина - гормона, который «работает» антиоксидантом, укрепляет иммунитет и отвечает за суточные биоритмы. Недостаток меланина может привести к серьезным поломкам в организме.

Специалисты Объединенного института физики Земли им. О.Ю.Шмидта РАН предположили, что магнитные бури также обладают достаточной силой, чтобы встряхнуть земную кору. Чтобы проверить гипотезу, они сопоставили более 14 тыс. колебаний земной коры ощутимой силы, которые были зарегистрированы с 1975 года в Казахстане и Киргизии, и примерно 350 внезапных магнитных бурь, отмеченных за тот же срок мировой сетью геомагнитных наблюдений. Расчеты показали, что наибольшее число землетрясений в Казахстане и Киргизии происходило спустя несколько суток после начала магнитной бури. Как правило, число землетрясений после магнитных бурь заметно возрастало. Но были и районы, где наблюдалась противоположная закономерность. Поэтому ученые склоняются к мнению, что магнитная буря выполняет для землетрясения роль спускового крючка, или триггера. В будущих полевых и лабораторных работах геофизики надеются прояснить физическую природу этого эффекта.

Выполненное российскими учеными исследование подтвердило отрицательное влияние магнитных бурь на состояние здоровья пациентов, страдающих сердечно-сосудистыми заболеваниями. Они ухудшают состояние людей с патологией сердечно-сосудистой системы. Исследование, о котором идет речь, было выполнено специалистами Российского Университета дружбы народов и Института космических исследований при поддержке американского агентства NASA. С помощью электронной микроскопии оценивалась зависимость состояния кардиомиоцитов кроликов от нестабильности магнитного поля Земли. Оказалось, что во время магнитных бурь увеличивается вязкость крови, развивается состояние гиперкоагуляции, повышаются местная концентрация адреналина и выраженность тканевого отека. Кроме того, было установлено, что из 89 тысяч случаев инфаркта миокарда, зарегистрированных в московских больницах за трехлетний период, 13% были связаны с магнитными бурями. Ученые даже предложили оборудовать машины скорой помощи специальными приборами, реагирующими на возмущение магнитного поля Земли. Как правило, магнитные бури отмечаются 2-3 раза в месяц, несколько чаще - в странах, удаленных от экватора.

Результаты произведённых исследований в школе.

Серия мощных вспышек, произошедших на Солнце 22-24 сентября, спровоцировали на Земле мощную магнитную бурю.

В течение 4 дней с 25 сентября по 28 сентября в 11 ч, мы проводили опрос учащихся и учителей нашей школы о самочувствии их в эти дни. А именно, как спали, болит ли голова, испытываете ли вы боль в суставах, мерили давление учителям.

В школе обучается 144 человека, работает 17 учителей.

Согласно нашим данным в день магнитной бури возросло количество учащихся жалующихся на плохое самочувствие. Число учащихся у которых болела голова вечером 26 сентября и утром 27 увеличилось на 9 %, бессонницей-на 12,5%,болями в суставах –на 7,6%.

Влияние магнитной бури на учителей оказалось более заметным. Мы думаем это связано с возрастом, чем он старше тем он более метеозависим. В среднем магнитная буря повлияла на 24% учителей.

При проведении исследований в школе мы заметили, что у сторонников теории влияния магнитных бурь на человека есть и противники, которые придерживаются идеи, что гравитационные возмущения, связанные с изменением взаимного расположения Земли, Луны и планет солнечной системы, не идут ни в какое сравнение с теми возмущениями, которым люди подвергаются в обычной жизни.

Мы сделали вывод, учащиеся и учителя, не страдающие заболеваниями, не заметили происходящее. А вот те, кто получил травму ранее, имеет хронические заболевания, инвалидность, а так же преклонный возраст чувствовали себя плохо.

Магнитная буря способна ударить по самым слабым местам. Хронические заболевания способны обостриться, сердце сбивается с ритма, плохое настроение сменяется затяжной депрессией. Реакция каждого человека индивидуальна. У одного возникает слабость, другой страдает от головной боли, снижения физической активности. Человек может стать раздражительным и тревожным без видимой на то причины.
В группу риска попадают кардиобольные. Во время геомагнитных ситуаций, увеличивается количество инсультов, инфарктов, приступов стенокардии. Также в такие дни подвержены недугам люди, страдающие от избыточного веса, расстройств вегетососудистой системы. Эхо магнитных бурь может настигнуть человека не в день бури, а накануне, либо после неё.
Необходимо избегать как физических, так и эмоциональных нагрузок. Но это не значит, что всё время человек должен проводить в постели.

Нужно помнить, что весной и осенью магнитные бури случаются намного чаще, чем в другое время года.

Сейчас, когда мы заранее узнаем время наступления магнитных бурь, то можем заранее предупредить эти обострения. Чтобы уберечь организм человека от ухудшения здоровья, нужно еще до наступления неблагоприятной погоды любыми способами укреплять здоровье. Это достигается не только медикаментозными средствами.

Заключение.

Закончив проект, мы можем сказать, что не все из того что было задумано, получилось, например мы исследовали только одну магнитную бурю, а планировали 2-3.

В следующем году мы продолжим эту работу, так как 2012 год ожидается серия мощных магнитных бурей.

Проводя данную исследовательскую работу, мы узнали много нового о магнитном поле и магнитных бурях. Прочитав много теоретического материала, узнали, как магнитная буря влияет на здоровье человека. Проведя статистическую обработку результатов наших исследований, мы пришли к выводу, что магнитная буря влияет на здоровье человека, в большей степени на людей, которые имеют хронические заболевания, травмы, инвалидность, а также чем старше, тем более метеозависим. Правда, какой – либо пропорциональной зависимости мы не выявили.

Главное правило, которое мы вывели для себя и рекомендуем всем для того, чтобы не реагировать на метеоусловия, необходимо постоянно укреплять здоровье, заниматься физкультурой, правильно организовать режим работы и отдыха, питание.

В природе ведущую роль играю четыре силы:

• ядерная сила, удерживающая протоны и нейтроны в ядре атомов
• атомная сила, удерживающая вмести частицы и атомы
• сила тяжести.
• электромагнитная сила, электричество и магнетизм.

Однако, если с первыми тремя все ясно, значение магнетизма часто недооценивают. Просто потому, что мы не ощущаем магнетизм в обычной жизни, не чувствуем магнитные поля, да и самый мощный магнит не оказывает на нас никакого влияния. Иными словами, мы даже не задумываемся о нем.

А ведь на самом деле, магнетизм в нашей жизни играет огромную роль. Скажем, вы знали, что единственное, что мешает людям проходить через стены или проваливаться сквозь пол, это магнитное поле ? Скорее всего не знали. А почему так происходит?

Молекулы и атомы невероятно малы, а расстояние между атомами невероятно широко. Если бы мы уменьшились до размеров атомов, то обнаружили бы, что пространство вокруг нас будто бы состоит из сплошной пустоты.

Расстояние между электронами, которые вращаются вокруг протонов в ядре, также довольно велико. Для примера, представим себе «атомный вентилятор», где электроны – это лопасти, а ядро — центральная часть к которой прикреплены лопасти. Когда наш «вентилятор» не работает, между лопастями можно свободно просунуть что угодно, но стоит его включить, вращающие лопасти словно бы сольются в сплошной круг. Иными словами, пустота вдруг обретает плотность!

Происходит это потому что между отрицательно заряженными электронами и положительно заряженными протонами возникает электромагнитное притяжение, и они начинают вращаться. А когда они вращаются также быстро, как лопасти вентилятора, атомы начинают всё от себя отталкивать. То есть мы видим ту же картину — за счет магнетизма «атомная пустота» вдруг обретает плотность, а масса атомов соединенных вместе, начинают вести себя как твердое тело. Поэтому нам и не удается пройти сквозь стену.

Иными словами плотность материи, её осязаемость, создают не сами атомы из которых эта материя состоит, а магнитное поле.

Можно представить себе силовые линии магнитного поля , как полосы движения на автомагистрали. Хотя они и лежат рядом, но никогда не пересекаются. Между ними как бы лежит дорожная разделительная полоса.

Эта аналогия позволяет объяснить некоторые процессы, происходящие на Солнце. Представьте себе шоссе, в котором есть центральная полоса для движения автомобилей сразу в двух направлениях. Если нет правил, которые регулируют движение по такой полосе, то все захотят поехать по этой полосе «в свою» сторону, начнется хаос и, обязательно случится грандиозная авария.

А теперь представьте, что это шоссе – на Солнце, а длина скопления автомобилей составляет 35 тыс. километров. Колоссальное количество горящего материала после такой «аварии» взлетит вверх и устремится прямо в космос. Это и есть выброс коронарной массы. Обычно выброс имеет гигантский размер, сосредотачивая в себе более 10 млрд. тонн солнечной плазмы. При этом, выброс коронарной массы это не «местное» явление, его размеры таковы, что он представляет серьезную угрозу даже для жителей Земли.

А ведь кроме коронарных выбросов, Солнце постоянно «балует» нас не только вспышками, но и постоянным излучением инфракрасных и рентгеновских лучей, иными словами, довольно странно, почему нашему «источнику жизни» до сих пор не удалось нас убить!

К нашему счастью, Земля весьма неплохо защищена от космических невзгод, причем природа её защиты также основана на принципах магнетизма. Сам земной шар представляет собой громадный магнит, за счет чего Земля окружена мощным магнитным полем , которое, как щитом защищает нас от «шалостей» Солнца.

Магнитосфера – гигантское магнитное поле, создаваемое вращающимся ядром планеты. Оно простирается на 70 тыс. км. вокруг планеты. Также как одно магнитное кольцо силовых линий отталкивает другое (то есть они никогда не пересекаются), так и магнитосфера Земли отталкивает магнитную плазму Солнца .

Обычно, миллиарды тонн раскаленной и заряженной плазмы поражают нашу планету, но, не долетев до нее, улетают прочь. Только крошечная часть магнитной бури просачивается сквозь небольшое открытое пространство полюсов, и мы можем любоваться полярным сиянием. Без магнитосферы Земли опасные радиоактивные частицы давно убили бы все формы жизни на ней. К счастью, к нам проходит только полезные солнечные волны – свет и тепло.

Может возникнуть вопрос: как наша магнитосфера защищает нас от выбросов коронарной массы, но пропускает солнечный свет. Все дело в том, что коронарные выбросы – это заряженные частицы, и магнитное поле «ловит» эти электрические заряды. У света электрического заряда нет, поэтому он проходит сквозь магнитное поле, как ни в чем не бывало.

Но откуда берутся мощные магнитные силы Земли? Ответ может дать один из самых старых и простейших магнитометров – компас. Многие считают, что компас всегда указывает на север, но это утверждение не верно. Компас указывает на источник мощного магнитного поля, и в условиях Земли, таким источником будет ничто иное как северный полюс планеты. Проверьте это и сами — разместите рядом с компасом мощный магнит, и стрелка немедленно повернется с «севера» по направлению к нему.

Впрочем, даже если принять условность, что компас показывает на северный полюс, это утверждение все равно не будет полностью верным. Компас указывает не на географический полюс планеты (тот самый, северный), а на магнитный северный полюс , по сравнению с географическим, несколько смещенный в сторону, и находящийся на самом севере Канады.

Магнитный полюс не является магнитом сам по себе. Магнитное поле создают силы глубоко внутри нашей планеты. Магнитные поля порождаются двигающимися электрическими потоками, а Земля – это «один большой поток». Металлическое ядро планеты также вертится и за счет этого происходит генерация магнитного поля.

Магнитное поле Земли – это не статичная устойчивая вещь. Со временем оно может измениться. Потоки в недрах Земли могут сменить направление, а значит изменится и направление магнитного поля. Северный и Южный полюса могут попросту перевернуться, причем такое на нашей планете уже случалось.

Мы знаем, что ориентация магнитных полюсов Земли меняется каждые 100 тыс. лет. Глубоководная и ледовая геология свидетельствует, что 780 тыс. лет стрелка компаса указывала на юг, а за 50 тыс. лет до этого компас указывал на север. Явление внезапного переворота полюсов называется магнитной инверсией , и когда оно случится в следующий раз, мы пока сказать не в состоянии.

Никто не знает, как магнитная инверсия повлияет на жизнь людей. Компасы будут указывать на юг, миграция птиц будет нарушена, GPS-навигация будет бесполезна. Но могут быть и более тяжелые последствия. Смена геомагнитных полюсов может ослабить или вообще убрать магнитное поле. Проблема в том, что слабое магнитное поле не сможет защитить нас от смертельной радиации Солнца.

Солнечный магнетизм создается движением плазмы по поверхности Солнца. Магнетизм, как мы вспоминали, порождается движущимися потоками электрических зарядов. А Солнце, как и Земля – это один большой нескончаемый поток заряженных частиц. С Земли можно разглядеть один магнитный феномен – пятна на Солнце.

Любое такое пятно, это магнитный вихрь на поверхности Солнца, именно такие мощные магнитные вихри вызывают вспышки на Солнце . Фактически, каждая вспышка — это гигантский термоядерный взрыв, мощностью далеко превосходящий все ядерные арсеналы землян.

Вспышки и вызываемые ими магнитные бури так мощны, что оказывают влияние не только на Землю, но и на соседние планеты. Не даром говорят, что магнитные возмущения на Солнце, создают атмосферу во всей нашей Солнечной системе и называются космической погодой.

Рентгеновское излучение чрезвычайно опасно для электроники и могут причинить миллиардный ущерб спутникам связи и навигации. Поэтому уметь предсказывать «космическую погоду» — вещь жизненно важная для освоения космоса.

В некотором роде, мы уже умеем предсказывать особо сильные бури на Солнце. Гигантские выбросы коронарной массы происходят каждые 11 лет, когда солнечные пятна, вспышки и прочая активность достигает максимума. Однако, точно предсказать нельзя, когда произойдет выброс массы и с какой-либо группы пятен.

Если у Земли есть магнитное поле, то есть ли оно у других планет? С началом космических полетов в 60-е годы мы смогли обнаружить магнитные поля других планет, и это были удивительные открытия. У всех четырех гигантских планет – Юпитера , Сатурна , Урана и Нептуна – есть активные магнитные поля.

Самое мощное магнитное поле в нашей системе – у Юпитера. Оно в 10 раз больше земного и протянулось на 6 млн. км. вокруг планеты. Мы наблюдаем полярные сияние на Юпитере и Сатурне и знаем, что они возникают там точно так же как и на Земле – магнитосфера этих планет отклоняет частички Солнца на полюса и они светятся там так же, как и на Земле.

Но ближе к Солнцу, магнитные поля встречаются реже. На Меркурии очень слабое магнитное поле, всего 1% от земного. У Венеры его вообще нет. Но загадочнее всех – красная планета Марс.

В конце 90-х космический аппарат Mars Global Surveyor вышел на орбиту Марса с магнетометром, и он показал, что на Марсе нет глобального магнитного поля. Зато Surveyor обнаружил, что по всей планете разбросаны маломощные магнитные поля. НАСА полагает, что это полеомагнетизм , то есть остатки магнитного поля, существовавшего миллиарды лет тому назад. Было ли на Марсе магнитное поле, как на Земле? Если было, то что с ним случилось?

К счастью нам не нужно отправляться на красную планету, чтобы выяснить это, потому что кусочек красной планеты уже у нас. У нас есть образцы камней с Марса, это метеориты выбитые с его поверхности после удара астероида или кометы миллионы лет назад. Осмотр одного из таких камней — ALH84001, с помощью квантового микроскопа Массачусетского университета (SQUID microscope ) показал, что камень намагничен, и этому магнетизму 4 млрд. лет. То есть под поверхностью метеорита оказались следы былой магнитосферы Марса.

Это дало нам неожиданные открытие: в начале истории Марс был совершенно иным, чем сейчас. Атмосфера была значительно плотнее, вероятно, по поверхности текла вода, а температура была намного выше. В общем, он был похож на Землю. Что случилось потом мы не знаем, но примерно 4,1 млрд. лет магнитное поле планеты вдруг исчезло. Поразительно, но по времени это совпало с началом превращения Марса из теплой и влажной планеты в нынешнюю сухую и холодную.

Одна из гипотез, почему исчезло магнитное поле Марса предполагает, что у него не было мощной магнитосферы для защиты от космического излучения, и солнечные ветра уносили прочь от Марса его атмосферу. Атмосфера становилась все тоньше и потом совсем исчезла. Марс, фигурально выражаясь, умер.

Может ли такое случиться на Земле? Да. Большей проблемой здесь предстает инверсия магнитного поля Земли, о которой мы говорили выше. Во время геомагнитной инверсии Земля может остаться без защиты магнитосферы не несколько дней или дольше. И это может привести планету к марсианскому сценарию, когда мы вдруг окажемся полностью беззащитны перед космическими бурями.

Магнитные бури уже поражали Землю прежде. В 1989 году солнечная вспышка ударила по Северной Америке и оставила без электричества весь Квебек. Но эта буря была сравнительно слабой по сравнению с событиями разыгравшимися в 1859 году («Событие Кэррингтона» ) – тогда полярное сияние видели даже на юге Кубы, а телеграфные провода и трансформаторы заискрились по всему Американскому континенту.

Что случилось бы, если бы буря 1859 года произошла сейчас? Гамма- и рентгеновские лучи уничтожили бы практически все искусственные спутники, по линиям электропередач прошли бы заряды индуцированного тока, что вывело бы из строя все электроподстанции, а все подключенное к сети электрооборудование мгновенно вышло бы из строя.
Воду пришлось бы по старинке качать не электронасосом, а вручную, пользоваться не электролампочкой, а свечкой. В общем, мы вернулись бы в доэлектрические времена. Но развитый мир настолько привык и приспособился к электросетям, что вряд ли сможет дальше существовать.

Чтобы избежать подобных катастроф, сегодня ученые стараются разработать защиту от подобной бури – придумывают предохранители для трансформаторов на подстанциях, пытаются предсказывать магнитные вспышки. Но как эффективно все это сработает в «час Х», покажет только время.

Явления происходящие на Солнце и их воздействия на Землю. Магнитные бури. Полярные сияния

Кажанов Владимир

Солнечные пятна

Солнечные пятна - это темные образования на диске Солнца (в белом свете). На диске Солнца в телескоп видно, что крупные пятна имеют довольно сложное строение: темную область “тени” (ядра) окружает “полутень”, диаметр которой более чем в два раза превышает размер тени. По величине, пятна бывают очень разными - от малых, диаметром примерно 1000 - 2000 км, до гигантских, значительно превосходящих размеры нашей планеты. Отдельные пятна могут достигать в поперечине 40 тыс.км. А самое большое из наблюдавшихся пятен достигало 100 тыс.км.

Установлено, что пятна - это место выхода в солнечную атмосферу сильных магнитных полей. Магнитные поля уменьшают поток энергии, идущей от недр светила к фотосфере, поэтому в месте их выхода на поверхность температура падает. Пятна холоднее окружающего их вещества примерно на 1500 К, а следовательно, и менее ярки. Вот почему на общем фоне они выглядят темными.

Солнечные пятна часто образуют группы из нескольких больших и малых пятен, такие группы могут занимать значительные области на солнечном диске (Приложение № 1). Картина группы все время меняется, пятна рождаются, растут и распадаются. Живут группы пятен долго, иногда на протяжении двух или трех оборотов Солнца (период вращения Солнца составляет примерно 27 суток).

Грануляция. Факелы

На первый взгляд диск Солнца кажется однородным. Однако, если приглядеться, на нем обслуживается много крупных и мелких деталей. Даже при не хорошем качестве изображения видно (в белом свете), что вся фотосфера состоит из всех зернышек (называемых гранулами) и темных промежутков между ними.

Размеры гранул невелеки по солнечным масштабам - от 500 до 2000 км в поперечнике; межгранульные дорожки более узкие, ~ 300 - 600 км в ширину. На солнечном диске наблюдаются одновременно около миллиона гранул. Картина грануляции не является застывшей: одни гранулы исчезают, другие появляются. Каждая из них живет не более 10 минут (5 - 7 минут).

За явление грануляции ответственен физический процесс, называемый конвекцией. Конвекция - перенос тепла большими массами горячего вещества, которые поднимаются снизу, расширяясь и одновременно остывая.

Грануляция создает общий фон, на котором можно наблюдать более контрастные и крупные объекты - солнечные пятна и факелы.

Практически всегда пятна окружены яркими полями, которые называют факелами. Факелы горячее окружающей атмосферы примерно на 2000К. и имеют сложную ячеистую структуру. Величина каждой ячейки - около 30 тыс. км. В центре диска контраст факелов очень мал, а ближе к краю увеличивается, так что лучше всего они заметны именно по краям. Факелы живут еще дольше чем пятна, иногда 3 - 4 месяца. Они не обязательно существуют вместе с пятнами, очень часто встречаются факельные поля, внутри которых пятна никогда не появляются.

3) Солнечные вспышки

Солнечная вспышка - своеобразный взрыв, в результате которого происходит внезапное освобождение энергии, накопленной в ограниченном объеме солнечной атмосферы (чаще всего короны и хромосферы). Подавляющее большинство солнечных вспышек происходят в районах групп солнечных пятен со сложным строением магнитного поля, особенно на ранних и максимальных стадиях их развития. Но иногда их регистрируют и вдали от пятен, в старых “рыхлых” магнитных областях. Обычно вспышкам предшествует перестрой магнитного поля. Нередко она связана со всплыванием в этой области нового магнитного потока противоположной полярности. Сама солнечная вспышка обычно начинается быстрым возрастанием температуры короны примерно до 40 млн. градусов, приводящих к появлению всплесков мягкого рентгеновского излучения. Этот процесс длится от одной до нескольких минут. Вспышка “Вдавливает” переходной слой между короной и хромосферой в хромосферу и нагревает несколько сотен километров верхней хромосферы до температуры 10 тыс. градусов. При этом регистрируется увеличение излучения в линии водорода (Н) и в линиях крайней ультрафиолетовой области. Продолжительность вспышки в видимой части спектра составляет от нескольких минут до нескольких часов, причем возрастание интенсивности излучения в линии водорода (Н-альфа) до максимума происходит быстрее, чем последующий спад. Иногда наблюдается также микроволновой всплеск с постепенным подъемом и спадом потока радиоизлучения.

На стадию теплового нагрева солнечной вспышки еще до достижения максимума яркости накладывается вторая импульсивная, или взрывная стадия, в течение которой происходит ускорение электронов, а иногда и ядер атомов до энергий 10 - 100 кэВ (кило электрон-вольт). Ускоренные электроны вызывают импульсные всплески жесткого рентгеновского, далекого ультрафиолетового и микроволнового излучения. Область, в которой происходит этот импульсный процесс, гораздо меньше области тепловой вспышки. Практически все солнечные вспышки с импульсной стадией сопровождаются “расталкиванием” вещества и магнитного поля. Из большинства таких вспышек происходит выброс в наружные слои солнечной атмосферы вещества со скоростями до 400 км/с. Другим эффектом, связанным иногда с импульсной стадией, является всплеск 3 типа метровом диапазоне радиоволн, который наглядно свидетельствует о движении электронов через корональную и межпланетную плазму со скоростью, большей 100000 км/с. Его продолжительность составляет от одной до нескольких секунд.

Наибольший интерес представляют так называемые протонные вспышки, во время которых выбрасываются протоны с энергиями выше 10 МэВ (мега электрон-вольт).

4. Воздействия солнечных вспышек на Землю

Установлено, что при вспышках выделяются радиоволны и потоки частиц.

Электромагнитное излучение достигает Земли за 8 минут, следовательно, все волны достигают Земли в один и тот же момент - именно тогда, когда мы замечаем вспышку в поле зрения спектрогелиоскопа. Частицы же отстают и прибывают на Землю через различные интервалы времени, зависящие от их скоростей. Поэтому волны генерируют те явления, которые мы относим к одновременными (со вспышкой) эффектами, а частицы дают начало запаздывающим эффектам.

А) Одновременные эффекты

Электромагнитные волны, достигающие Земли, можно для удобства разделить на три различные спектральные области: ультрафиолетовый свет, видимый свет и радиоволны (в порядке увеличения длин волн).

Основное действие ультрафиолетовых лучей сводится к созданию повышенной ионизации в слое D на высоте 60 - 90 км над Землей (рис.1). В результате, число свободных электронов в этом слое резко увеличивается, что приводит к внезапным ионосферным возмущениям. Они бывают следующих типов:

1) Магнитное кроше. Некоторая часть земного магнетизма обусловлена магнитными эффектами электрических токов, которые непрерывно текут в проводящих слоях атмосферы (~ в слое Е на высоте 100 - 130 км.).

Во время интенсивной вспышки колличество свободных электронов резко увеличивается; в ионосфере возникает более сильный ток и, как следствие этого, регистрируется внезапный скачок или “бухтообразное” возмущение на магнитограммах, называемое кроше.

Как и другие возмущения, вызываемые ультрафиолетовым излучением вспышки, появление кроше ограничено тем полушарием Земли, которое в данное время обращено к Солнцу.

2) Замирание на коротких радиоволнах. Второй эффект повышенной степени ионизации ионосферы состоит в увеличении поглощения ею коротких радиоволн, которые происходят через слой D на своем пути к слою F и обратно (рис.1).

Во время замирания сила сигнала падает до 1/5 - 1/10 своей нормальной величины. Отсюда можно сделать вывод, что электронная концентрация в слое D увеличивается во время вспышки в 5 - 10 раз, а не вдвое, как было оценено по явлению кроше.

3) Внезапное усиление атмосфериков. Когда число свободных электронов в слое D значительно увеличивается, он будет гораздо сильнее отражать те очень длинные волны (около 10000 м длинной), которые возвращаются к нам от области, близкой к основанию слоя. Если во время вспышки удается зарегистрировать сигналы от удаленного передатчика, то налицо оказывается резкое увеличение силы сигнала.

Для наблюдений внезапных усилений необходим радиоприемник, который будет суммировать “трески” (генерируемые молниями) подходящей частоты за период около одной минуты и даст нам результат в виде импульсов выпрямленного тока, которые можно регистрировать на движущемся листе бумаги. Таким путем мы получаем постоянную запись суммарной интенсивности “атмосфериков” на данной частоте для любого часа дня. Когда возникает солнечная вспышка, регистрирующее устройство может иногда за несколько минут отметить удвоенную силу поступающих сигналов.

Большинство атмосфериков возникает в тропических областях, где грозы особенно часты. Что же касается внезапных усилений во время вспышек то они обусловливаются просто повышением отражательной способности слоя D на высоте порядка 70 км, а не действительным увеличением числа разрядов молний в это время.

Описанный метод дает простой и эффективный способ для регистрации вспышек и фиксации моментов их появления, когда погода облачная и само Солнце видеть нельзя.

4) Внезапные фазовые аномалии. Во время вспышки слой D не только лучше отражает длинные радиоволны, но одновременно уменьшается и высота отражающего “потолка”. Иными словами, концентрация электронов, необходимая для отражения, теперь создается в более низком слое атмосферы. Это порождает изменение фазы между земной и небесной волнами, когда мы можем одновременно принимать обе волны от длинноволнового передатчика.

Ежедневно, когда Солнце всходит, скорость образования электронов в слое D постепенно возрастает и достигает максимальной величины в полдень, когда высота Солнца наибольшая. Но максимум концентрации свободных электронов, зависящий от высоты Солнца, достигается через 30 - 60 минут после полудня.

5) Внезапное замирание космического радиоизлучения. В земную атмосферу из внешнего пространства непрерывно протекают короткие радиоволны. Во время солнечной вспышки такие радиоволны как бы замирают, аналогично тому, как замирают короткие радиоволны, отрезаемые обратно к Земле слоем F.

Это поглощение дает один из самых чувствительных способов обнаружения ультрафиолетового излучения вспышки.

6) Всплески радиоизлучения. Радиоволны вспышки доходят от Солнца до Земли за то же время, что и видимый и ультрафиолетовый свет. Поэтому они относятся к одному из одновременных эффектов вспышек.

В настоящее время, по-видимому, нет оснований сомневаться в простой гипотезе, согласно которой интенсивное радиоизлучение возбуждается в короне при прохождении наружу частиц, выбрасываемых вспышкой.

Б. Запаздывающие эффекты

Самые медленные частицы (корпускулы) доходят до нас примерно через 26 часов после начала вспышки, что соответствует их средней скорости около 1600 км/сек. По прибытии в окрестности Земли корпускулы создают сильные электрические токи, которые можно наблюдать по их влиянию на земной магнетизм - сильным магнитным бурям. В это же время бывают видны полярные сияния в северной и южной полярных областях Земли, а в исключениях - даже ближе к экватору.

Где бы ни была расположена вспышка на видимой полусфере Солнца, ее ультрафиолетовое излучение и радиоизлучение достигают Земли; не всегда дело обстоит так, если речь идет о потоках корпускул.

Магнитные бури гораздо более вероятны, если вспышка происходит около центра солнечного диска. Это обозначает, что частицы покидают Солнце главным образом в перпендикулярном к поверхности направлении.

5. Магнитные бури

Приходящие в окрестность Земли солнечных корпускулы создают сильные электрические токи, которые воздействуют на земной магнетизм и порождают так называемые магнитные бури. Во время бурь Земля окружена внешним магнитным полем, силовые линии которого приблизительно параллельны направлению оси постоянного поля Земли. Направление этого внешнего поля между первой и второй фазами бури должно быстро меняться на обратное.

Магнитные бури делятся несколько произвольно на два класса - в соответствии с величиной возмущений.

В отличии от вспышечных магнитных бурь, рекуррентные повторяются в течении нескольких солнечных оборотов, а иногда даже 10-15 оборотов. Вневспышечные магнитные бури связаны с неоднородностью солнечного ветра и прежде всего долгоживущими областями на солнце.

Если число вспышечных магнитных бурь достигает максимальной величины в эпоху максимума 11-ти летнего цикла, то максимальное число рекуррентных магнитных бурь отмечается на его ветви спада, за 2-3 года до эпохи минимума.

Геомагнитные бури особенно заметны на фоне влияния солнечной активности на биосферу Земли и в частности человека.

Медики обратили внимание на то обстоятельство, что число внезапных смертей и случаев обострения заболеваний сердечно-сосудистой системы, тесно связано с солнечной активностью и обусловлено геомагнитной возмущенностью магнитного поля Земли.

6. Полярные сияния

Наиболее яркими и впечатляющими проявлением бомбардировки атмосферы солнца частицами являются полярные сияния. Это свечение в верхних слоях атмосферы (100-150 км), имеющее либо размытые (диффузные) формы, либо вид корон или занавесей (драпри), состоящих из многочисленных отдельных лучей. Большая часть света полярных сияний излучается атомами водорода и молекулами азота, которые возбуждаются за счет столкновений с низко энергичными электронами. Цвет полярных сияний обычно красный или зеленый. Красный цвет излучается атомами кислорода, зеленый - молекулами азота. Излучение заметно также в ультрафиолетовом и инфракрасном диапазонах.

Число ночей, в которые наблюдаются полярные сияния, растет по мере приближения к северному или южному магнитным полюсам.

Полярные сияния в низких широтах наблюдаются только в эпоху высокой солнечной активности. Это обстоятельство дает возможность проследить за ходом 11-летнего цикла солнечных пятен по появлениям полярных сияний за последние 2000 лет.

У всех бывают дни, когда все валится из рук и подводит самочувствие. Головные боли и непонятная тревога - вот последствия активности Солнца, которую мы называем магнитными бурями. Это наше светило одаривает нас негативной энергией. Солнечное излучение - это основа жизни на планете Земля, но это также и возмущения магнитного поля нашей планеты под действием долетающего солнечного ветра. И можно спорить, есть ли магнитные бури или нет, но ученые точно увидели корреляцию между вспышками на Солнце и влиянием их на состояние людей.

Что же это такое

Правильнее назвать явление геомагнитной бурей - возмущением магнитного поля планеты, которое длится от пары часов до нескольких дней. Радиационные пояса (сферы) нашей планеты, в которых улавливаются протоны и электроны, достигшие их из космического пространства, усиливают кольцевой ток планеты (ток в области экватора на высоте 10-60 тысяч километров). В результатеих взаимодействия с магнитной сферой Земли возникают возмущения - это магнитные бури, которые формируют космическую погоду на планете. А еще это невероятно красивое магнитно-оптическое явление - северное сияние.

Причины возникновения

Солнце довольно нестабильно. Видами солнечной активности, которые приводят к возникновению магнитных бурь, являются:

• Вспышки на Солнце - выброс миллиардов килотонн энергии (плазмы) в пересчете на тротиловый эквивалент. Энергия магнитная образуется из вращательной.
• Выброс корональной массы - в этом случае энергия не преобразуется в магнитную, а вся тратится на придание ускорения тому веществу (протонам и электронам), которое улетит в космическое пространство.
• Корональные дыры - участки короны Солнца со сниженной плотностью и температурой. Именно в этих местах размыкаются магнитные линии, и плазма светила вытекает в космос.

Все эти явления провоцируют появление огромного количества заряженных частиц, которые разлетаются в комическом пространстве. Часть из них, летя со скоростью порядка тысячи километров в секунду, на вторые или третьи сутки достигает нашей планеты, и этот поток мы называем космическим ветром. Именно они меняют параметры магнитного поля Земли.

Жизнь в буре

С началом космической эры и с появлением возможности наблюдения за Солнцем с помощью внеземных объектов ученые выяснили природу данного явления и научились предсказывать начало магнитных бурь. Это прогнозы часовые, двухсуточные, недельные и 27-45 суток. При этом только часовой прогноз дает точность в 95 %, а все остальные пока оставляют желать лучшего. Кроме того, достоверно установлено, что магнитные бури по годам вязаны с циклом активности Солнца в 11 лет. Когда активность максимальная, мы переживаем до 50 магнитных бурь в год, против 1-2 в годы минимальной активности светила. В среднем каждый житель планеты около 20 % всей своей жизни находится под действием магнитной бури. Это довольно много, учитывая их влияние на состояние организма.

Мы ее не видим, но чувствуем

Изменения магнитного поля мы ощущаем с помощью «датчика», вмонтированного в вестибулярный аппарат. Это часть внутреннего уха со специальными рецепторными клетками. Этот «датчик», как и все другие органы чувств, связан с головным мозгом и может уставать. Например, при длительном звуковом или электромагнитном воздействии у нас могут возникнуть головная боль или вестибулярные расстройства. Развитие научно-технического прогресса привело к тому, что мы живем в постоянном магнитном смоге - нас постоянно окружает множество различных излучений, начиная от мобильных устройств и заканчивая реактивным двигателем самолета, который мы вроде бы не слышим.

Люди и Солнце

Во многих религиях народов мира Солнце - символ добра и благости. Но не все так просто, ведь древние не знали о магнитных бурях на Солнце. Польза, которую мы черпаем из ультрафиолетового излучения светила, колоссальна, но оно может нас и убить. Влияние магнитных бурь на здоровье и самочувствие людей довольно долго подвергалось сомнению. Но может, скоро нам будут давать больничные листы с диагнозом пострадавшего от солнечной активности? Исследования, проведенные Институтом комических исследований при Университете дружбы народов, подтвердили воздействие перемен магнитного поля на работу кардиомиоцитов (клеток мышц сердца). Воздействие возникших после вспышки магнитных бурь оценивалось на состоянии кардиомиоцитов кроликов. Оно показало, что при таком воздействии вязкость крови и ее свертываемость увеличиваются, повышается количество адреналина (гормона стресса) и отечность сердечной мышцы.

Чего опасаться

Предполагается, что у здоровых людей магнитные бури на Солнце не вызывают ухудшения самочувствия. Но потревожить такие возмущениямогут все-таки каждого. Так или иначе, но на организме сказывается влияние магнитных бурь. Симптомы могут быть различны:

• В такие периоды у нас вырабатывается большее количество белых кровяных телец (лимфоцитов), но активность их снижена. И это приводит к снижению общего иммунитета организма.
• За иммунитет и суточные биоритмы нашего организма отвечает и мелатонин, выработка которого нарушается, что приводит к разбалансировке гормонального фона.
• Меняется и качество нашей крови - она становится более вязкой, что повышает вероятность образования тромбов. Кроме того, это приводит к нарушениям процесса транспортировки кислорода. Первым страдает от кислородного голодания мозг, отсюда головные боли, бессонница и снижение работоспособности.
• Могут появиться сбои в работе сердечно-сосудистой системы: нестабильное артериальное давление и нарушения сердечного ритма.

Не до конца изучено влияние бурь на образование и проведение нервного импульса. Но отмечено увеличения в такие периоды дорожно-транспортных происшествий, рабочего травматизма и обострения психических расстройств.

Как снизить риски

• Постарайтесь не пользоваться метрополитеном - его мощные сверхнизкочастотные электромагнитные поля могут усилить негативное влияние геомагнитной бури.
• Не стоит лететь авиалайнерами - на высоте 10 километров защитный слой воздуха уменьшается в 2 раза. Кроме того, нагрузка вестибулярного аппарата может оказаться избыточной.
• Введите в рацион продукты, снижающие уровень адреналина в крови: яблоки, курага, клюква, малина, бананы. Исключите алкоголь и тяжелую пищу: жирное, острое и очень сладкое.
• Постарайтесь не нервничать, пейте чай или настойки лекарственных растений: валерианы, пиона, земляники.
• Следите за прогнозами и, если симптомы вас беспокоят, обратитесь к врачу за квалифицированной помощью.

Насколько зависимы вы

Проверить степень своей зависимости от магнитного поля легко. Для этого понадобится секундомер и наблюдатель, который снимет тест на видео. Необходимо встать на одну ногу и закрыть на 15 секунд глаза. После этого, поговорите по мобильному телефону и повторите тест. Если удалось сохранить ровное положение во втором случае - вы не зависимы или мало зависимы от электромагнитного излучения. Если вас качало, то читайте предыдущий раздел - она написан именно для вас.

Подводя итог

Наш организм - хрупкая система. Миллионы лет эволюции готовили человека к существованию на этой планете. Мы можем уберечься от очень много, но остаются силы, которые нам не подвластны. По данным НАСА, самая сильная из всех зафиксированных бурь случилась в ноябре 2003 года, все ближайшие ожидаются более слабые. И пока ученые бьются над изобретением устройства-компенсатора магнитного излучения, наше здоровье и хорошее самочувствие в наших руках. Берегите себя и своих близких, будьте здоровы!