Магнитосфера Земли

Размещено на http://www.allbest.ru/

Еще в средние века мореплаватели обратили внимание, что бывают дни, когда стрелка компаса вдруг начинает беспорядочно колебаться в продолжение нескольких часов и даже нескольких суток, делая компас совершенно непригодным для навигационных расчетов. Это явление моряки и окрестили магнитной бурей. Но только в XVIII в. французский астроном Лемонт заметил, что интенсивность и частота магнитных бурь тем больше, чем больше на Солнце пятен. Это стало первым открытием связи земных явлений с солнечной активностью.

Сейчас, когда космические аппараты непрерывно следят за «погодой» в космическом пространстве, мы уже хорошо представляем всю цепочку солнечно-земных связей, приводящих к магнитным бурям. По современным представлениям, основанным на исследованиях межпланетного пространства с помощью различных инструментов, магнитные бури происходят в результате взаимодействия высокоскоростных потоков намагниченной солнечной плазмы (протонов и электронов) с магнитосферой Земли. Поскольку температура верхних слоев атмосферы Солнца (корона) около миллиона градусов, атомы водорода и гелия (основные ее составляющие) приобретают такие громадные скорости, что при столкновениях выбивают друг у друга электроны и оказываются буквально «голыми». Благодаря этой так называемой «столкновительной ионизации» в короне Солнца остаются только «голые» ядра атомов -- протоны и выбитые из атомов электроны. Эта смесь частиц и есть плазма. В результате многочисленных столкновений некоторые частицы развивают такие большие скорости, что им удается преодолеть притяжение Солнца и навсегда уйти в окружающее космическое пространство. Происходит как бы «испарение» протонов и электронов.

Эти потоки плазмы, берущие свое начало в короне Солнца и двигающиеся в обычных условиях со скоростью около 300 км/с, и получили название «солнечный ветер». Солнечный ветер сравнительно недавно был обнаружен космическими аппаратами даже у самых границ Солнечной системы.

Когда плазма солнечного ветра встречает на своем пути магнитное
поле Земли (как известно, оно напоминает поле плоского магнита), она, повинуясь законам физики, сначала сжимает магнитные силовые линии, а затем начинает обтекать Землю, как поток воды обтекает твердое препятствие. На обращенной к Солнцу стороне Земли граница обтекания устанавливается на расстоянии 10--12 радиусов Земли (примерно 70 тыс. км). На ночной стороне магнитное поле вытягивается в виде шлейфа, похожего на хвост кометы, до расстояний около 1000 радиусов Земли (примерно 6 млн. км). Вся эта область, в которой заключено магнитное поле и околоземная плазма, называется магнитосферой Земли.

Пока «дует» регулярный солнечный ветер со скоростью около 300 км/с, никаких возмущений в магнитосфере Земли не происходит, это так называемый геомагнитный «штиль». Но вот на Солнце появилась большая группа пятен, представляющая собой всплывшее из недр Солнца сильно намагниченное вещество (магнитное поле пятен в тысячи раз сильнее магнитного поля Земли). При случайном сближении пятен с различной магнитной полярностью происходит нечто похожее на гигантское «короткое замыкание» с выделением поистине космического количества энергии. Оно сравнимо с извержением 10 млн. вулканов или взрывом нескольких десятков водородных бомб. Астрономы называют это явление солнечной вспышкой.

Чаще всего вспышки происходят вблизи максимума 11-летнего цикла солнечной активности. До недавнего времени самыми мощными за 25 лет наблюдений были вспышки 16 августа 1989 г. и 2 апреля 2001 г. Они имели рентгеновский балл Х20. Однако 4 ноября 2003 г. произошла, по-видимому, самая мощная за всю историю наблюдательной астрономии вспышка в Х28 балла, энергии которой, как показывают расчеты, могло бы хватить для снабжения электроэнергией такого города, как Москва, в течение 200 млн. лет!

Учеными установлено, что во время вспышки происходит взрывное преобразование магнитной энергии пятен в энергию гамма-излучения, рентгеновского излучения и излучения в ультрафиолетовой и видимой областях спектра. Рентгеновское излучение от вспышек представляет реальную угрозу для космонавтов, находящихся в это время на околоземной орбите на Международной космической станции (МКС). Чтобы уменьшить дозу облучения, космонавтам обычно рекомендуют перейти в спускаемый аппарат, обшивка которого более надежно защищает от всех вредных излучений. В такие периоды также лучше отказаться от полетов на гражданских авиалайнерах, поскольку на высотах около 10 км, где проходят их трассы, можно получить довольно заметную дозу облучения.

В это время также происходит выброс высокоскоростных потоков заряженных частиц -- электронов и протонов. Когда этот возмущенный солнечный ветер, несущий с собой магнитное поле, встречает на своем пути магнитосферу Земли, в месте контакта начинают происходить беспорядочные и порой очень сильные изменения напряженности магнитного поля Земли, что и составляет суть магнитной бури.

Поскольку скорость такого возмущенного солнечного ветра от вспышек колеблется в диапазоне от 500 до 1000 км/с, магнитная буря обычно начинается через сутки -- двое после вспышки на Солнце. Именно столько времени требуется плазме, чтобы пройти 150 млн. км от Солнца до Земли. Однако не всякая вспышка обязательно дает магнитную бурю. Как выяснилось, траектория движения выброшенного вспышкой вещества напоминает так называемую спираль Архимеда, в результате чего «геоэффективными» оказываются только вспышки, происходящие в западном полушарии Солнца в течение примерно пяти суток после прохождения активной области через центральный меридиан Солнца Оказалось, что довольно часто магнитные бури происходят и в такие периоды, когда на Солнце вспышки не наблюдаются. В середине XX в., когда за Солнцем велись только наземные наблюдения, эти факты ставили астрономов в тупик. К концу XX в., когда на искусственных спутниках Земли (ИСЗ) стали работать рентгеновские телескопы (с поверхности Земли такие наблюдения невозможны, поскольку земная атмосфера полностью поглощает рентгеновское излучение), было установлено, что временами на Солнце образуются громадные области, протяженностью в сотни тыс. км, где силовые линии общего магнитного поля Солнца, напоминающего магнитное поле Земли, попросту разорваны. Это приводит к тому, что заряженным частицам здесь значительно легче покидать Солнце, чем в областях с регулярным магнитным полем. Такие области, откуда непрерывно вытекают высокоскоростные потоки солнечного ветра, получили название «корональные дыры». Обычно они «живут» в течение нескольких оборотов Солнца (2, 3 и более месяцев) и на каждом обороте обязательно вызывают магнитные бури.

Какое же воздействие оказывают магнитные бури на человека? 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? Установлено, 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.

Как находят рыбы, киты и дельфины путь в океане, а перелетные птицы в небе? Они ориентируются по магнитному полю. В нервные окончания пчел, птиц, дельфинов, саламандр и других животных «вмонтированы» естественные магниты - зерна магнетита Fe₃O₄. 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! Исследователи из Института земного магнетизма, ионосферы и распространения радиоволн РАН выдвинули гипотезу о том, что 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.

Ученые из Полярного геофизического института Кольского научного центра РАН, выяснили, что, так или иначе на магнитные бури реагируют 60 процентов людей. 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. Считается, что у здоровых людей во время магнитных бурь самочувствие не меняется.

Кроме индивидуального воздействия на человека солнечная активность влияет на человечество в целом. И оно, как единый организм, повинуясь космическим ритмам, меняет свое поведение. К сожалению современных мне работ на эту тему я пока не нашла; поэтому, хочу закончить свое исследование большой цитатой из работы Александра Леонидовича Чижевского, выдающегося российского биофизика, основоположника гелиобиологии, «Физические факторы исторического процесса», написанной еще в 1922 году: «Течение всемирно-исторического процесса составляется из непрерывного ряда циклов, занимающих промежуток времени, равный, в среднем арифметическом, 11 годам, и синхроничных в степени своей активности периодической пятнообразовательной активности Солнца.

Каждый цикл имеет следующие историко-психологические особенности:

1) в средних точках течения цикла массовая деятельность человечества на всей поверхности Земли, при наличии в человеческих сообществах экономических, политических или военных возбуждающих факторов, достигает максимального напряжения, выражающегося в психомоторных пандемиях: революциях, восстаниях, войнах, походах, переселениях, создающих новые формации в жизни отдельных государств и новые исторические эпохи в жизни человечества, и сопровождающихся интеграцией масс, выявлением их активности и правлением большинства.

2) В крайних точках течения цикла напряжение общечеловеческой деятельности военного или политического характера понижается до минимального предела, уступая место созидательной деятельности и сопровождаясь всеобщим упадком политического или военного энтузиазма, миром и успокоенною творческою работою в области организации государственных устоев, международных отношений, науки и искусства при дезинтеграции и депрессии масс и усилении абсолютистских тенденций власти.

Чрезвычайно важным и в чисто научном и в практическом отношении является установление того факта, что исторические и общественные явления наступают не произвольно, не когда угодно, не безразлично по отношению ко времени, а подчиняются физическим законам в связи с физическими явлениями окружающего нас мира и могут возникнуть только тогда, когда этому будет благоприятствовать вся сложная совокупность взаимодействия политике экономических и других факторов в мире человеческом и физических факторов в мире неорганической природы. Благодаря закономерности, которой подчинено течение событий во времени, всякое явление в жизни отдельных сообществ или в международной жизни всего человечества, получает известное о6ъяснение, возвышающее историю до степени точных дисциплин, наделенных законами.

Обосновываемая нами теория зависимости поведения масс от космического влияния представляет из себя вывод из главных положений современной биофизики и может служить некоторым подтверждением их. Замечательные успехи этой науки в области изучения высшей нервной деятельности путем физико-математического анализа заставляют предполагать, что человек, всем своим существом, должен находиться под воздействием мощных космических и геофизических факторов. Еще со времени древних халдейских мыслителей закономерность была возведена в основу мирового процесса, и современная наука с каждым своим движением вперед лишь подтверждает это философское воззрение древности.

межпланетный магнитосфера плазма солнечный

Размещено на Allbest.ru