Влияние солнечной активности на самочувствие людей и жизнь на Земле

Размещено на http: //www. allbest. ru/

Влияние солнечной активности на самочувствие людей и жизнь на Земле

автор: Беленко Нестор

Руководитель: Пурышева Н.С.

Москва 2012

Содержание

Введение

Глава 1. Влияние Солнечных пятен

1.1 Солнечно-земная связь

1.2 Космос и эпидемии

Глава 2. 11-летний цикл солнечной активности

2.1 Солнечный цикл

2.2 Изучение 11-летнего цикла роста деревьев

Заключение

Список литературы

Введение

Я выбрал эту тему, потому что заинтересовался проблемой Солнечной активности и ее влияния на самочувствие людей и их жизнь. Мне было очень интересно ознакомится с природой Солнечных пятнен и связанным с ними 11-летним циклом.

Актуальность: солнечная активность имеет огромное влияние на многие аспекты земной жизни, в том числе и жизни человека на Земле. Изучение Солнечной активности позволяет понять, как человек зависит от излучения Солнца, от Солнечных вспышек и периода появления Солнечных пятен, которые уже сполна повлияли на его жизнь в прошлом. Наиболее изученный вид солнечной активности (СА) -- изменение числа солнечных пятен. Первые сообщения о пятнах на Солнце относятся к наблюдениям 800 г. до н. э. в Китае, первые рисунки относятся к 1128 г. В 1610 г. астрономы начали использовать телескоп для наблюдения Солнца. Первоначальные исследования фокусировались на природе пятен и их поведении.[1] Несмотря на то, что физическая природа пятен оставалась неясной вплоть до XX века, наблюдения продолжались. В XV и XVI вв. исследования были затруднены по причине их малого количества, что сейчас рассматривается как продолжительный период низкой СА, называемый минимумом Маундера. К XIX веку уже имелся достаточно продолжительный ряд наблюдений числа пятен, чтобы определить периодические циклы в ативности Солнца. В 1845 г. профессоры Д.Генри и С.Александер из Принстонского университета наблюдали Солнце с помощью термометра и определили, что пятна излучают меньше радиации по сравнению с окружающими областями Солнца. Связь изменений СА и климата Земли исследуется, начиная с 1900 года. Ч. Г. Аббот из Смитсонианской обсерватории (САО) был занят изучением активности Солнца. Позже, будучи уже главой САО, он учредил солнечную обсерваторию в Калама(Чили) для дополнения наблюдений, которые проводились в Маунт-Вильсон. Результатом этой работы стало определение 27 гармонических периодов СА в пределах цикла Хейла, включая циклы периодом 7, 13 и 39 месяцев. Также прослеживалась связь этих периодов с погодой посредством сопоставления солнечных трендов с температурой и уровнем осадков в городах. С появлением дисциплины дендрохронологии (Дендрохроноломгия -- одна из методик датирования археологических находок и древних предметов, основанная на исследовании годичных колец древесины) начались попытки установить связь скорости роста деревьев с текущей СА и последующей интерпретацией прежних периодов. Статистические исследования связи погоды и климата с СА были популярны на протяжении столетий, начиная, по крайней мере, с 1801 года, когда У.Гершель заметил связь между количеством солнечных пятен и ценами на пшеницу. Сейчас эта связь устанавливается с использованием обширных наборов данных, полученных наземными станциями и метеорологическими спутниками, с применением погодных моделей и наблюдений текущей активности Солнца.

Цель моей работы заключается в том, чтобы найти материал о изучении Солнечных пятен (их появления и влияния), о 11-летнем цикле и провести собственный эксперимент по изучению 11-летнего цикла.

Достижение данной цели потребовало решения следующих задач:

1. Изучить литературу, связанную с исследованием солнечных пятен.

2. 2. Взять нужную информацию из выбранной литературы про циклы связанные с появлением Солнечных пятен.

3. 3. Следующей задачей является написание исходного текста , используя данную литературу.

4. 4. Постановка эксперимента. Запись результатов

5. 5. Написание целого текста исследования

Методы исследования

Я использовал теоретический (изучение и анализ литературы по данной теме) и экспериментальный (изучение 11-летнего цикла в годичном росте колец деревьев) методы исследования.

Гипотеза заключается в том что цикл появления Солнечных пятен и активность Солнца очень сильно влияют на земную жизнь и вследствие этого имеют влияние не только на самочувствие людей но и на их поступки

Дипломная работа состоит из :

1.Введения

2. Двух глав

3. Заключения

4.Списка литературы.

Кратко о дипломе. Полученный результат.

За время моего исследования в ходе выполнения задач были получены весьма хорошие результаты. Первая глава моего диплома содержит исследование о влиянии Солнечной активности на человеческую жизнь, в которой рассказываются многие аспекты зависимости человека от излучения Солнца. Первая глава реферата была написана теоретическим методом после нахождения нужной литературы и ее анализа. Источником литературы в частности был интернет (ссылки на источник литературы указаны в конце дипломной работы) и книга про Солнечную активность.

Вторая глава дипломной работы основана на экспериментальной части моего исследования. В начале второй главы описывается изучение 11-летнего цикла на примере роста годичных колец деревьев. Путем изучения роста колец деревьев можно получить результаты по появлению Солнечных пятен. В экспериментальной части второй главы описывается проделанный опыт по изучению роста колец от их возраста. Но результат исследования не совсем удовлетворил ожидания, и обнаружение 11 летнего цикла в росте колец деревьев просматривалось очень слабо.

ультрафиолетовое излучение солнце эпидемия

Глава 1. Влияние солнечных пятен

1.1 Солнечно-земная связь

Немало важным для жизни на земле является ультрафиолетовое излучение Солнца, которое в большинстве случаем преграждается озоновым слоем Земли. Энергия, которой все же удается пробиться сквозь этот слой, сильно влияет на жизнь на Земле. Одной из ее специфических особенностей является способность убивать бактерии. Известно, что количество озона меняется в соответствии с циклом солнечных пятен. Более того, известно, что вследствие этого также несколько меняется и количество «смертоносного» ультрафиолета. Отсюда можно сделать вывод , что хорошо известные периоды различных эпидемий частично можно связать с изменчивостью Солнца.

В свое время предполагалось наличие различных значительно менее вероятных зависимостей, хотя сопоставление некоторых кривых выглядит убедительно. Это относится к периодическому росту и уменьшению численности некоторых пород диких животных, качества их меха, размножения насекомых и так далее. Как отметил де Люри, можно предположить, что ультрафиолетовое излучение вызывает подобные периодические явления. Несомненно, вариации действительно имеют место, и многие из них весьма грубо соответствуют циклам солнечных пятен. Однако даже точное совпадение не может еще служить доказательством непосредственной причинно-следственной связи. Необходимо открыть и выяснить подробности физических процессов, чтобы объяснить результаты статистики.

В качестве иллюстрации «больших возможностей» методов статистики приведем пример. Несколько лет назад один английский ученый решил изучить соотношение между рождаемостью и погодой. Он пришел к поразительному выводу, что в ясные дни рождается больше детей, чем в плохую погоду. Эти результаты были опубликованы. Один из коллег этого ученого, не видя логической связи в подобном соотношении, решил произвести проверку. Шаг за шагом проверил он выкладки, в которых не обнаружилось ошибок. Наконец, отчаявшись, он пошел в учреждение, предоставившее исходные данные. Все оказалось совершенно верным, за исключением только того, что чиновник нечаянно дал список не дат рождений, а дат регистрации рождений родителями! Статистика доказала всего-навсего, что люди не любят выходить из дому в плохую погоду!

Одно из много обсуждавшихся соотношений -- уровень цен на бирже. Часто поднимался вопрос, имеют ли солнечные пятна некоторое влияние на колебания биржевых цен? Это далеко не новая мысль. Еще Вильям Гершель предполагал возможную связь между «пятнистостью» Солнца (числа солнечных пятен еще не были в ходу) и ценами на пшеницу. В качестве примера на рис. 200 даны две кривые, значительно расширяющие соотношение, полученное Гершелем. Одна изображает цену пшеницы, исправленную с учетом постепенного роста цен в течение большого промежутка времени, так что остаются только колебания цен. Другая -- кривая солнечных пятен. На некоторых участках кривые поразительно хорошо совпадают; на других -- значения противоречат друг другу.

Многие организации за известную моду доставляют исследователям сведения о возможной цикличности изменений биржевых цен в связи с естественной периодичностью солнечных пятен, положения планет, сводок погоды и так далее. Поскольку как рыночные, так и природные явления имеют повышения и понижения, прогнозы одних из них на основании других до известной степени могут быть успешными в течение ограниченного периода времени, в тот момент, когда кривые случайно совпали. Итак, большинство данных -- против реальности какой бы то ни было связи. Временный успех в большой степени -- дело случая. Многие ученые считают, что существование подобных связей совершенно не доказано. Цены на бирже - слишком сложное явление, зависящее от спроса и предложения, налогов, законодательства и такого множества других общественных явлений, что невозможно проследить в них солнечное влияние. Если же это последнее и играет известную роль, приходится предположить более непосредственную связь с подобными явлениями, например, с обилием сырья, которое меньше искажено влиянием людей.

Рисунок 1 Циклы Солнечных пятен и цены на пшеницу

Учитывая пользу от изучения солнечных явлений, подобную той, о которой говорилось выше, необходимо продолжать обширную программу солнечных исследований, привлекая новейшее оборудование и организуя наблюдения с помощью ракет и искусственных спутников Земли, и может быть, даже с Луны. Программа исследований должна придавать особое значение таким вопросам, как изыскание новых показателей солнечной активности. Она должна преследовать цель дать глубокое теоретическое объяснение физической природы связи между Солнцем и Землей.

Некоторые из затронутых в этой главе вопросов весьма отвлеченны, другие -- сугубо практические. Мы мечтаем о том, чтобы исследования Солнца могли играть практическую роль.

Рис. 2 Солнце 13 марта 1959 г. а) Первый снимок Солнца в ультрафиолетовой линии водорода лайман-альфа, 1215 А, был получен Ж- Д. Перселлом, Д. М. Пеккером и Р. Таузи. (Исследовательская лаборатория Военно-морских сил США.) Фотография с ракеты получена на высоте 200 км над пустыней Уайт Сендс. Разрешающая сила инструмента составляла около 1/2 минуты дуги. Север -- вверху, восток -- справа. (Официальная фотография Военно-морского ведомства США.) Ь) Для сравнения -- спектро- гелиограмма в линии К ионизованного кальция (Обсерватория Мак-Мае--Халберт);с обычная фотография в линии На (Исследовательская лаборатория Военно-морских сил.); d) снимок, сделанный в белом свете. (Обсерватория Военно-морских сил США.)

В будущем человек сможет смотреть на Солнце не только как на источник света и тепла и не суеверными глазами астролога, а с твердой научной уверенностью, что в солнечном свете отражаются грядущие события. 1 Дональд Г.Мензел «Наше солнце» 1963 г.

1.2 Космос и эпидемии

Связь эпидемий с космосом, а точнее, с солнечной активностью, исследовалась многими учеными. Первым в их ряду стоит А. Л. Чижевский.2 Вот какими данными мы обладаем сегодня.

Возникновение эпидемий и пандемий холеры показывает четкую связь с уровнем солнечной активности. Очаги холеры расположены в Юго-Восточной Азии. Для этих мест характерны скученность населения и низкие санитарно-гигиенические условия. Здесь только треть городских жителей пользуется водопроводом. Только 10% городов здесь имеют удовлетворительное водоснабжение. Качество питьевой воды остается низким. Это поддерживает возможность возникновения эпидемических вспышек кишечных инфекций. Таким образом, сохраняются условия для интенсивной циркуляции возбудителей инфекционных болезней.

Есть и другие причины, по которым кишечные инфекции способны поддерживаться сколь угодно долго. Сточные воды современного города имеют более высокую температуру. Они отличаются иным химическим составом и кислотностью. Кроме того, широко употребляются щелочные моющие средства. В условиях повышенной температуры воды, содержащей множество белковых примесей, успешно развивается щелочеломовый холерный вибрион.

Эпидемии, которые охватывают значительную часть мира, называют пандемиями. Всемирное распространение холера получала неоднократно. Так, в 1816 г. она вышла за пределы Азии после эпидемии в Индии. Холера распространяется. человеческими массами. Недаром само слово "эпидемия" означает в переводе с греческого "среди людей". Оно соответствует старому русскому выражению "полюдье". Когда разразилась холера в Индии, там действовали военные экспедиции англичан. Они и завезли болезнь в Аравию. Иранские войска испугались холеры. Они сняли блокаду Багдада и занесли болезнь в Персию. В Турцию холера проникла с турецкими войсками и беженцами. Так она проникла на Кавказ. В 1823 г. холера водными и караванными путями достигла Астрахани. Это была первая пандемия холеры. Она началась в год максимума солнечной активности (1816) и окончилась в год минимума солнечной активности (1823). В последующем холера еще пять раз распространялась столь же широко, то есть имели место ее пандемии.

На многие процессы на Земле (в ее атмосфере, гидросфере и магнитосфере) одновременно влияют и человек, и космос. Это касается, в частности, озонного слоя. Что же касается эпидемий и пандемий, то их возникновение и распространение зависит, конечно, не только от солнечной активности. Они определяются суммой социальных факторов, которые способствуют развитию инфекции. Но конкретные сроки проявления эпидемий и пандемий связаны с циклической солнечной активностью. Этот вопрос очень принципиален. А.Л.Чижевский об этом писал так: "Было бы совершенно неосновательно предполагать, что известное состояние солнце деятельности является непосредственной причиной эпидемического распространения тех или иных болезней. Такого рода заключение было бы совершенно неверно. Это нужно разуметь в том смысле, что та или иная эпидемия благодаря ряду биологических факторов могла бы иметь место и без воздействия солнечных факторов. Но без последнего она могла бы появиться не в тот год, когда она действительно имела место, и сила ее развития была бы не та, что на самом деле. Следовательно, роль периодической деятельности Солнца надо понимать как роль регулятора эпидемий в их размещении во времени, а также, очень возможно, и в силе их проявления".

Если рассматривать ход холерных пандемий за более короткие периоды, то выявится такая же зависимость от солнечной активности. А. Л. Чижевским были сопоставлены данные о смертности от холеры в Индии за период 1902--1924 гг. и показатели солнечной активности. При этом выяснилось, что не только средние кривые интенсивности холеры и солнечной активности идут параллельно, но и резкие эпизодические усиления или ослабления активности светила совпадают во времени с такими же усилениями и ослаблениями смертности от холеры. Так были установлены периоды пандемий продолжительностью в 2,65 и 5,5 года. Эти периоды составляют четверть и половину продолжительности солнечного одиннадцатилетнего цикла.

Очень сильная вспышка эпидемии холеры в Гамбурге в 1892 г. совпала с резким усилением солнечной активности в августе того же года. Болезнь поражала по 1000 человек в день. Всего в Гамбурге было зарегистрировано 17 тысяч случаев холеры, из них со смертельным исходом 8605 случаев.

Были проанализированы материалы о заболеваемости холерой в России по годам за 100 лет, начиная с первой эпидемии холеры в 1823 г. Оказалось, что наибольшее число заболеваний холерой приходилось на годы максимальной солнечной активности (годы 1831, 1848, 1871, 1892 и 1915). Периода с минимальным количеством заболевания холерой приходятся на годы минимальной солнечной активности (это годы 1823, 1833, 1857, 1912).

А теперь рассмотрим эпидемии гриппа. А.Л.Чижевский проанализировал данные об эпидемиях гриппа за 500 лет и установил, что период эпидемий гриппа составляет в среднем 11,3 года. Он сопоставил эпидемии гриппа с солнечной активностью. Оказалось, что большинство эпидемических эпох приходится на периоды, когда солнечная активность нарастает или же уменьшается, то есть эпидемии возникают между минимумом-максимумом и максимумом-минимумом солнечной активности. Начало эпидемии гриппа, которая расположена между одним минимумом и другим (соседним), либо отстает от ближайшего максимума, либо опережает его. Конечно, влияние активности Солнца на эпидемии гриппа проявляется только в среднем. Эпидемии могут различно располагаться на кривой солнечной активности в зависимости от действия других причин. Но они появляются преимущественно именно за 2--3 года до или после максимума солнечной активности. Период между двумя волнами одной и той же эпидемии гриппа оказался равным в среднем трем годам. Длительность отдельной эпидемии гриппа в одном периоде, рассчитанная как среднее арифметическое, оказалась равной двум годам.

Пределы колебаний максимумов солнечной активности по годам были сопоставлены с пределами колебаний эпидемий гриппа. Было установлено, что эти пределы налагаются один на другой, составляя между собой большие периоды, свободные от эпидемий гриппа. Эти периоды приходятся на годы минимума солнечной активности.

Таким образом, распространение эпидемий гриппа не является произвольным, а находится в прямой связи с изменением солнечной активности.

Полученные данные позволяют делать прогнозы эпидемий гриппа. Можно предсказать, какие интервалы в 11 -летнем цикле солнечной активности наиболее опасны для возникновения и развития эпидемий гриппа.

В годы минимальной солнечной активности, как показал А. Л. Чижевский, встречаются только небольшие пространственно-изолированные эпидемии гриппа, тогда как в периоды максимальной солнечной активности пандемии гриппа стихийно охватывают огромные территории и уносят наибольшее число жертв.

При анализе эпидемий гриппа 1889--1891 гг. было установлено, что максимум заболевания наступает через каждые 33 недели. На основании такой закономерности осенью 1919г. была предсказана вспышка эпидемии гриппа в январе 1920 г. Эпидемиологи установили, что время от времени эпидемии гриппа принимают особенно жесткие формы. Такие периоды повторяются через 35 лет. С другой стороны, и в солнечной активности был найден период, весьма близкий к 35 годам (33, 37,5 года).

Подведем итоги. Период эпидемий гриппа имеет продолжительность в среднем 11,3 года и равен периоду солнечной активности. Эпидемии гриппа начинаются за 2,3 года до максимума солнечной активности или спустя 2,3 года после максимума. Длительность эпидемии гриппа (повсеместно) в каждом 11-летнем цикле в среднем равна 4 годам. Если эпидемия дает вторую волну в том же цикле солнечной активности, то она отстоит от окончания первой волны эпидемии в среднем на три года. Спустя три года после минимума солнечной активности можно ожидать первую волну эпидемии гриппа. Но он только приближает или отдаляет вспышку эпидемии.

Рассмотрим связь между возникновением и распространением чумы и солнечной активностью. Отсутствие даже в течение длительного времени заболеваний чумой среди людей в каком-либо месте еще не означает, что вирус чумы здесь отсутствует. Чума может возродиться после 10-летнего ее отсутствия, так как чумной вирус может храниться в организме животного, например, крысы. Что-то модифицирует патогенную способность чумного вируса и тем самым кладет начало эпидемии чумы или же прекращает ее победоносное шествие.

Анализируя даты эпидемии чумы за период с VI по XVII столетие, А. Л. Чижевский показал, что они совпадают с датами максимальной солнечной активности. В XVIII в. это соответствие не полное. В XIX в., за исключением одного периода, эпохи эпидемий чумы чередуются последовательно то с временным максимумом, то с минимумом солнечной активности. Почему в древних и более поздних данных имеется такое различие? Наиболее вероятно, что причина здесь в том, что более древние данные отражают только наиболее выдающиеся случаи, которые наблюдались при максимальной солнечной активности.

При максимальной солнечной активности эпидемии чумы имеют больше шансов возникнуть и широко распространиться, чем при низкой солнечной активности.

Эпидемиологи установили, что эпидемии дифтерии происходят приблизительно через 10 лет. Продолжительность каждой эпидемии равна нескольким годам со светлыми промежутками между эпидемиями в 6--7 лет. Заболеваемость дифтерией изменяется в фазе или противофазе с солнечной активностью. Часто максимумы заболеваемости отстают или упреждают максимумы солнечной активности. Кривые заболеваемости дифтерией сохраняют то же число подъемов и падений, то есть то же число максимумов и минимумов, что и кривая солнечной активности.

Эпидемическое воспаление оболочек головного и спинного мозга -- цереброспинальный менингит -- также зависит от солнечной активности. Его возбудителем является менингококк, хорошо изученный в лаборатории. А. Л. Чижевским установлено, что возникновение и обострение цереброспинального менингита приходится на периоды максимальной солнечной активности. Эпохи минимумов солнечной активности характеризуются ослаблением и сокращением этих эпидемий.

Анализ данных показал, что годы солнечных максимумов сопровождались эпидемиями цереброспинального менингита. На эпохи минимумов солнечной активности приходились только окончания и затухания эпидемий.

Исследовалось также и влияние атмосферного электричества на различные эпидемии. Была установлена связь между изменением атмосферного электричества и рядом физиологических процессов и нервно-психических явлений в организме человека. Максимум физиологического воздействия для всех исследованных явлений наступает спустя один день после максимума величины атмосферного электричества.

Жизнедеятельность всей микрофлоры на Земле зависит от солнечной активности. Степень предрасположенности человека к заболеваниям также находится в зависимости от солнечной активности благодаря колебаниям физико-химических реакций организма. Весь органический мир от микро- до макроорганизмов ощущает изменение в притоке энергии от Солнца.

Необходимо сказать и о зависимости от солнечной активности брюшного тифа, дизентерии и ревматизма. Выявлена зависимость между солнечной активностью и смертностью от брюшного тифа. Использование хлорированной воды позволило побороть эту зависимость. А. Л. Чижевский обратил внимание на то, что как только человек вносит искусственный фактор в борьбу с болезнью, естественное течение эпидемии в зависимости от активности Солнца немедленно нарушается.

Почти все эпидемии скарлатины в XVI--XVII вв. тоже совпали с максимальной солнечной активностью. В XVIII в. эта болезнь обширно распространялась, и поэтому резкая и отчетливая связь ее эпидемий с максимумами солнечной активности нарушилась. Тем не менее многие из вспышек скарлатины в XVIII в. достаточно хорошо совпадают с солнечными максимумами.

Семь первых исторических эпидемий бешенства (гидрофобия) приходятся на эпохи максимумов, а остальные -- то на максимумы, то на минимумы. Промежуточные же годы - между максимумами и минимумами -- остаются более или менее свободными от заболеваний.

Сопоставление данных о солнечной активности и заболеваемостью ревматизмом, также проведенное А.Л.Чижевским, показало, что скачки заболеваний видны как в максимумы, так и в минимумы солнечной активности. Но в максимумы солнечной активности эти скачки значительно больше, чем в минимумы. Такого же рода двойной период отмечен и в магнитных бурях, когда в минимумы солнечной активности видно усиление магнитной активности.

В. Н. Ягодинский исследовал реальные солнечно-эпидемиологические связи и провел тщательную статистическую обработку материалов. Делалось все для того, чтобы отсеять случайные колебания и достоверно выявить наиболее общие закономерности эпидемического процесса. Обрабатывались данные Всемирной организации здравоохранения об инфекционной заболеваемости, которые публикуются в официальных изданиях. Рассматривался период с начала текущего столетия по большинству стран мира. Математический анализ был проведен на ЭВМ, при этом из огромного наличного массива данных были выбраны наиболее достоверные и представительные ряды наблюдений. Важно то, что анализировались данные по различным странам и континентам, а это значит, что выявленные закономерности являются общими, независимо от социально-экономических, санитарно-гигиенических и других условий. Так в чистом виде было выделено влияние солнечной активности на ход эпидемического процесса.

В результате анализа данных было показано, что всем распространенным инфекционным заболеваниям присуща определенная цикличность с периодами около 3, 5, 8, 11, 14 и 18--19 лет. Это надо понимать так, что на продолжительные вековые циклы накладываются менее продолжительные. В результате получается сложная система многоритмичности эпидемического процесса. Тем не менее в общей совокупности над всеми ритмами отчетливо преобладает 10--11-летний цикл. При использовании современных статистических приемов четко выявляется зависимость эпидемического процесса от 11-летних циклов солнечной активности. Часто этот одиннадцатилетний цикл обнаруживается даже без проведения статистического анализа.

Было исследовано всего 47 продолжительных наблюдений за динамикой скарлатины в разных странах и городах. При этом 10-- 11-летний цикл встречался в 90% случаев. Такие же результаты получены и при анализе распространенности других инфекций.

Цикл продолжительностью 5--6 лет, выявляемый при анализе заболеваемости различными инфекционными болезнями, является вторым по значимости после 10--11-летнего цикла. Этот цикл составляет по длительности половину 10--11-летнего (главного) цикла солнечной активности.

Возникает законный вопрос -- почему проявляются циклы, отличные от 11 -летнего цикла солнечной активности? Специалисты это объясняют сложностью самого 11-летнего цикла, в частности тем, что продолжительность ветвей подъема и спада 11-летних циклов в каждой паре 22-летних циклов различна. Дело в том, что каждой паре 22-летних циклов свойственна особая магнитная обстановка. Таким образом, можно заключить, что практически все циклы эпидемий подобного масштаба можно объяснить влиянием и особенностями солнечной активности. Мы рассматривали роль гравитации в Солнечной системе.

В. Н. Ягодинский и его коллеги исследовали ход эпидемического процесса в особые периоды резких изменений солнечной активности. В эпидемических процессах были особо выделены "переломы" хода их динамики. Это те моменты, когда менялся знак приращений количественных показателей процесса в смежные годы. Это надо понимать следующим образом. Если число заболеваний несколько лет подряд увеличивается, то приращение будет положительным. Перелом при этом наступит в том году, когда число заболеваний будет меньше, чем в предыдущем. После этого в какой-то год образуется очередной перелом. Только при этом отрицательные приращения числа заболевших сменятся положительными. По такому принципу можно любой период доделить на отдельные участки, переход между которыми происходит путем перелома. Если это изобразить на рисунке (графике), то будет виден действительный перелом кривой заболеваемости. Подобные переломы имеют место и в кривой, изображающей ход солнечной активности от года к году. Так, анализ данных о солнечной активности с 1900 года показал, что переломы в ходе солнечной активности имели место в такие годы: 1901, 1903, 1905, 1906-1908, 1910, 1915, 1917, 1918, 1920, 1925, 1928, 1930, 1936, 1936-1940, 1942, 1946-1947, 1948, 1950, 1952, 1956, 1961, 1964, 1967, 1971 и т.д.

Сопоставление переломов в ходе кривых солнечной активности с ходом эпидемического процесса выявило очень любопытные закономерности. Оказалось, что переломы в ходе солнечной активности четко связаны с динамикой эпидемий. Так, в СССР переломы в заболеваемости корью наблюдались точно в те моменты, когда происходили переломы в ходе солнечной активности. Что же касается эпидемий гриппа, то из 44 периодов эпидемий гриппа, которые известны с 1749 года, все 42 соответствовали эпохам резких изменений активности Солнца.

Полученные результаты можно сформулировать следующим образом. По рядам наблюдений за динамикой десяти важнейших инфекционных заболеваний по данным разных стран (общая сумма этих рядов составила 4750 лет, то есть членов ряда) имеет место практически полное совпадение моментов переломов в ходе солнечной активности и переломов хода эпидемий в годы резких изменений солнечной активности и в другие годы. Вероятность нарушения такого совпадения меньше 0,01, то есть один случай из ста. На основании полученных результатов можно утверждать, что воздействие солнечной активности на эпидемический процесс является доказанным. Но при этом надо иметь в виду, что эпидемический процесс от начала до конца не является однородным. При его развитии (в динамике) происходит его дробление на ряд мелких колебаний. Поэтому и маскируется основная 11-летняя волна эпидемий. Этим и объясняется наличие указанных выше циклов, продолжительность которых меньше 11 лет. Важно, что между периодами в 3, 5, 8, 11, 14и 18 лет обычно имеется двух- или четырехлетний промежуток. Он является кратным повторению дат резких изменений солнечной активности.

Алемксандр Леонимдович Чижемвский -- советский ученый, один из основателей космического естествознания, основоположник космической биологии и гелиобиологии.

Глава 2. 11-летний цикл Солнечной активности

2.1 Солнечный цикл

В середине прошлого столетия астроном-любитель Г. Швабе и Р. Вольф впервые установили факт изменения числа солнечных пятен со временем, причем средний период этого изменения составляет 11 лет. Об этом можно прочесть почти во всех популярных книжках о Солнце. Но мало кто даже из специалистов слышал о том, что еще в 1775 г. П. Горребов из Копенгагена дерзнул утверждать, что существует периодичность солнечных пятен. К сожалению, ряд его наблюдений был слишком мал, чтобы установить продолжительность этого периода. Высокий научный авторитет противников точки зрения Горребова и артиллерийский обстрел Копенгагена, уничтоживший все его материалы, сделали все для того, чтобы об этом утверждении забыли и не вспоминали даже тогда, когда оно было доказано другими.

Конечно, все это нисколько не умаляет научных заслуг Вольфа, который ввел индекс относительных чисел солнечных пятен и сумел по различным материалам наблюдений астрономов-любителей и профессионалов восстановить его с 1749 г. Более того, Вольф определил годы максимальных и минимальных чисел пятен еще со времени наблюдений Г. Галилея, т. е. с 1610. Это и позволило ему упрочить весьма несовершенную работу Швабе, располагавшего наблюдениями только за 17 лет, и впервые определить продолжительность среднего периода изменения числа солнечных пятен. Так по« явился знаменитый закон Швабе - Вольфа, согласно которому изменения солнечной активности происходят периодически, причем длина среднего периода составляет 11,1 года (рис. 12). Конечно, в то время говорилось только об относительном числе солнечных пятен. Но со временем этот вывод был подтвержден для всех известных индексов солнечной активности. Многочисленные иные периоды активных солнечных явлений, особенно более короткие, которые были обнаружены исследователями Солнца за прошедшие 100 с лишним лет, неизменно опровергались, и только 11-летний период всегда оставался незыблемым.

Рис. 3 Кривая среднегодичных цюрихских относительных чисел солнечных пятен за 1755-1980 годы

Хотя изменения солнечной активности происходят периодически, эта периодичность особая. Дело в том, что интервалы времени между годами максимальных (или минимальных) чисел Вольфа довольно сильно различаются. Известно, что с 1749 г. до наших дней продолжительность их колебалась от 7 до 17 лет между годами максимумов и от 9 до 14 лет между годами минимумов относительного числа солнечных пятен. Поэтому правильнее будет говорить не об 11-летнем периоде, а об 11-летнем цикле (т. е. периоде с возмущениями, или «скрытом» периоде) солнечной активности. Этот цикл имеет исключительно важное значение как для проникновения в сущность солнечной активности, так и для изучения солнечно-земных связей.

Но 11-летний цикл проявляется не только в изменении частоты солнечных новообразований, в частности, солнечных пятен. Его можно обнаружить также по изменению со временем широты групп пятен (рис. 13). Это обстоятельство привлекло внимание известного английского исследователя Солнца Р. Кэррингтона еще в 1859 г. Он обнаружил, что в начале 11-летнего цикла пятна обычно появляются на высоких широтах, в среднем на расстоянии ±25 - 30° от экватора Солнца, тогда как в конце цикла предпочитают участки ближе к экватору, в среднем на широтах ±5 - 10°. Позже это гораздо убедительнее показал немецкий ученый Г. Шиерер. Сначала этой особенности не придавали особого значения. Но потом положение резко изменилось. Оказалось, что среднюю продолжительность 11-летнего цикла можно определить гораздо точнее по изменению широты групп солнечных пятен, чем по вариациям чисел Вольфа. Поэтому ныне закон Шперера, который свидетельствует об изменении широты групп пятен с ходом 11-летнего цикла, наряду с законом Швабе - Вольфа выступает как основной закон солнечной цикличности. Все дальнейшие работы в этом направлении только уточняли детали и по-разному объясняли эту вариацию. Но они, тем не менее, оставили неизменной формулировку закона Шперера.

Рис. 4 Диаграмма 'бабочек' групп солнечных пятен (по Гринвичу)

Теперь рассмотрим 11-летний цикл солнечной активности, который в течение сотни с лишним лет со времени его открытия неизменно находился в центре внимания исследователей Солнца. За его кажущейся поразительной простотой на самом деле скрывается столь сложный и многогранный процесс, что мы всегда стоим перед опасностью потерять все или по крайней мере многое из того, что он перед нами уже раскрыл. Прав был один из наиболее известных специалистов по прогнозам солнечной активности немецкий астроном В, Глайсберг, когда в одной из своих популярных статей сказал следующее; «Сколько раз исследователям солнечной активности казалось, что наконец-то им удалось окончательно установить все основные закономерности 11-летнего цикла. Но вот наступал новый цикл, и уже первые его шаги начисто отбрасывали всю их уверенность и заставляли заново пересматривать то, что они считали окончательно установленным». Может быть, в этих словах немного сгущены краски, но суть их, безусловно, верна, особенно когда речь идет о прогнозе солнечной активности.

Как я уже говорил, в определенные годы числа Вольфа имеют максимальную или минимальную величину. Эти годы или еще более точно определенные моменты времени, например, кварталы или месяцы, называют соответственно эпохами максимума и минимума 11-летнего цикла, или, более обще, эпохами экстремумов. Среднемесячные и среднеквартальные значения относительных чисел пятен, помимо в общем регулярного, плавного изменения, характеризуются очень неправильными, сравнительно кратковременными флуктуациями (см. раздел 5 этой главы). Поэтому обычно эпохи экстремумов выделяют по так называемым сглаженным среднемесячным числам Вольфа, которые представляют собой усредненные особым способом за 13 месяцев величины этого индекса, полученного из наблюдений, или по верхней и нижней огибающим кривых изменения среднеквартальных значений относительных чисел пятен. Но иногда применение таких методов может привести к ложным результатам, особенно в низких циклах, т. е. циклах с небольшим максимальным числом Вольфа. Интервал времени от эпохи минимума до эпохи максимума 11-летнего цикла получил название ветви роста, а от эпохи максимума до эпохи следующего минимума - ветви его спада (рис.).

Рис. 5 Схема кривой 11-летнего цикла солнечной активности

Продолжительность 11-летнего цикла по эпохам минимума определяется гораздо лучше, чем по эпохам максимума. Но и в этом случае возникает затруднение, которое заключается в том, что следующий цикл, как правило, начинается раньше, чем заканчивается предыдущий. Теперь мы научились различать группы пятен нового и старого циклов по полярности их магнитного поля. Но такая возможность появилась немногим более 60 лет назад. Поэтому ради сохранения однородности методики приходится довольствоваться все-таки не истинной длиной 11-летнего цикла, а неким ее «эрзацем», определяемым по эпохам минимальных чисел Вольфа. Вполне естественно, что в этих числах обычно объединены группы пятен нового и старого 11-летних циклов.

11-летние циклы солнечных пятен отличаются не только различной длиной, но и различной их интенсивностью, т. е. разными значениями максимальных чисел Вольфа. Мы уже говорили о том, что регулярные данные о среднемесячных относительных числах пятен цюрихского ряда имеются с 1749 г. Поэтому первым цюрихским 11-летним циклом считают цикл, начавшийся в 1775 г. Предшествующий же ему цикл, содержащий неполные данные, видимо, по этой причине получил нулевой номер. Если за прошедшие со времени начала регулярного определения чисел Вольфа 22 цикла (включая нулевой и еще не закончившийся, но уже прошедший свой максимум текущий) максимальное среднегодичное число Вольфа в среднем равнялось 106, то в различных 11-летних циклах оно испытывало колебание от 46 до 190. Особенно высоким был закончившийся в 1964 г. 19-й цикл. В его максимуме, который наступил в конце 1957 г., среднеквартальное число Вольфа равнялось 235. Второе место вслед за ним занимает нынешний, 21-й цикл, максимум которого прошел в конце 1979 г. со среднеквартальным относительным числом солнечных пятен 182. Самые низкие циклы солнечных пятен относятся к началу прошлого столетия. Один из них, 5-й по цюрихской нумерации, самый продолжительный из наблюдавшихся 11-летних циклов. Некоторые исследователи солнечной активности даже сомневаются в реальности его продолжительности и считают, что она полностью обязана «деятельности» на поприще науки Наполеона I. Дело в том, что всецело поглощенный ведением победоносных войн французский император мобилизовал в армию почти всех астрономов обсерваторий Франции и покоренных им стран. Поэтому в те годы наблюдения Солнца велись столь редко (не более нескольких дней за месяц), что вряд ли можно доверять полученным тогда числам Вольфа. Трудно сказать, насколько основательны подобные сомнения. Кстати, косвенные данные о солнечной активности за это время не противоречат выводу о низком уровне относительных чисел солнечных пятен в начале XIX в. Однако просто так эти сомнения отбросить тоже нельзя, поскольку они позволяют избавиться от некоторых исключений, в особенности для отдельных 11-летних циклов. Любопытно, что второй самый низкий цикл, максимум которого относится к 1816 г., имел длину всего 12 лет, в отличие от своего предшественника.

Поскольку мы располагаем данными за двести с лишним лет только о числах Вольфа, все основные свойства 11-летних циклов солнечной активности выведены именно для этого индекса. С легкой руки маститого первооткрывателя 11-летнего цикла более пятидесяти лет исследователи солнечной активности были заняты главным образом поисками полного набора циклов продолжительностью от нескольких месяцев до сотни лет. Р. Вольф, убежденный в том, что солнечная цикличность - плод воздействия на Солнце планет Солнечной системы, сам положил начало этим поискам. Однако все эти работы дали гораздо больше для развития математики, чем для изучения солнечной активности. Наконец, уже в 40-х годах нынешнего столетия, один из «наследников» Вольфа по Цюриху М. Вальдмайер осмелился усомниться в правоте своего «научного прадеда» и перенес причину 11-летней цикличности внутрь самого Солнца. Именно с этого времени собственно и началось настоящее исследование главных внутренних свойств 11-летнего цикла солнечных пятен.

Интенсивность 11-летнего цикла довольно тесно связана с его длительностью. Чем мощнее этот цикл, т. е. чем больше его максимальное относительное число пятен, тем меньше его продолжительность. К сожалению, эта особенность носит скорее чисто качественный характер. Она не позволяет достаточно надежно определить значение одной из этих характеристик, если известна вторая. Гораздо увереннее выглядят результаты изучения связи максимального числа Вольфа (точнее, его десятичного логарифма) с длиной ветви роста 11-летнего цикла, т. е. той частью кривой, которая характеризует нарастание чисел Вольфа от начала цикла до его максимума. Чем больше максимальное число солнечных пятен в этом цикле, тем короче ветвь его роста. Таким образом, форма циклической кривой 11-летнего цикла в значительной степени определяется его высотой. У высоких циклов она отличается большой асимметрией, причем длина ветви роста всегда короче длины ветви спада и равна 2 - 3 годам. У сравнительно слабых циклов эта кривая почти симметрична. И лишь самые слабые 11-летние циклы вновь показывают асимметрию, только противоположного типа: у них ветвь роста длиннее ветви спада.

В противоположность длине ветви роста, длина ветви спада 11-летнего цикла тем больше, чем выше его максимальное число Вольфа. Но если предыдущая связь очень тесная, то эта гораздо слабее. Вероятно, именно поэтому максимальное относительное число пятен только качественно определяет продолжительность 11-летнего цикла. Вообще ветвь роста и ветвь спада основного цикла солнечной активности во многих отношениях ведут себя по-разному. Начать хотя бы с того, что если на ветви роста сумма среднегодичных чисел Вольфа почти не зависит от высоты цикла, то на ветви спада она определяется именно этой характеристикой. Не удивительно, что столь неудачными были попытки представить кривую 11-летнего цикла математическим выражением не с двумя, а с одним параметром. На ветви роста многие связи оказываются гораздо более четкими, чем на ветви спада. Создается впечатление, что именно особенности усиления солнечной активности в самом начале 11-летнего цикла диктуют его характер, тогда как его поведение после максимума в общем примерно одинаково во всех 11-летних циклах и различается только вследствие разной длины ветви спада. Впрочем, скоро мы увидим, что это первое впечатление нуждается в одном важном дополнении.

Свидетельства в пользу определяющего значения ветви роста 11-летнего цикла дали исследования циклических изменений суммарной площади солнечных пятен. Выяснилось, что по длине ветви роста можно достаточно надежно установить максимальное значение суммарной площади пятен. Ранее уже говорилось о том, что в этот индекс в неявной форме включено число групп пятен. Вполне естественно поэтому, что для него мы получаем, в сущности, те же выводы, что и для чисел Вольфа. Гораздо хуже известны закономерности 11-летнего цикла для частоты других явлений солнечной активности, в частности, солнечных вспышек. Чисто качественно можно полагать, что для них они окажутся такими же, как для относительных чисел и суммарной площади солнечных пятен.

До сих пор мы имели дело с явлениями солнечной активности любой мощности. Но, как мы уже знаем, явления на Солнце очень сильно отличаются по своей интенсивности. Даже в обыденной жизни вряд ли кто поставит на одну доску легкое перистое облачко и большую черную тучу. А пока мы поступали именно так. И вот что любопытно. Стоит только разделить активные солнечные образования по их мощности, как мы приходим к довольно разноречивым результатам. Явления слабой или средней интенсивности в общем дают ту же кривую 11-летнего цикла, что и числа Вольфа. Это относится не только к числу пятен, но и к числу факельных площадок, и к числу солнечных вспышек. Что же касается наиболее мощных активных образований на Солнце, то они чаще всего встречаются не в саму эпоху максимума 11-летнего цикла, а через 1 - 2 года после нее, а иногда и до этой эпохи. Таким образом, для этих явлений циклическая кривая либо становится двухвершинной, либо сдвигает свой максимум на более поздние по отношению к числам Вольфа годы. Именно таким образом ведут себя самые большие группы солнечных пятен, самые большие и яркие кальциевые флоккулы, протонные вспышки, всплески радиоизлучения IV типа. Аналогичную форму имеют кривые 11-летнего цикла для интенсивности зеленой корональной линии, потока радиоизлучения на метровых волнах, средней напряженности магнитных полей и средней продолжительности жизни групп солнечных пятен, т. е. индексов мощности явлений.

Наиболее своеобразно проявляется 11-летний цикл в законе Шперера для различных процессов солнечной активности. Как мы уже знаем, для групп солнечных пятен он выражается в изменении в среднем широты их появления от начала к концу цикла. При этом по мере развития цикла скорость такого «сползания» зоны солнечных пятен к экватору постепенно уменьшается и через 1 - 2 года после эпохи максимума чисел Вольфа оно вовсе прекращается, когда зона достигает «барьера» в интервале широт 7°,5 - 12°,5. Дальше происходят только колебания зоны вокруг этой средней широты. Создается впечатление, что 11-летний цикл «работает» только до этого времени, а затем постепенно как бы «рассасывается». Известно, что пятна охватывают довольно широкие зоны по обе стороны от экватора Солнца. Ширина этих зон тоже изменяется с течением 11-летнего цикла. Они самые узкие в начале цикла и самые широкие в эпоху его максимума. Именно этим объясняется то обстоятельство, что в наиболее мощных циклах, таких, как 18-й, 19-й и 21-й цюрихской нумерации, самые высокоширотные группы пятен наблюдались не в начале цикла, а в годы максимума. Группы пятен малых и средних размеров располагаются практически по всей ширине «королевских зон», но предпочитают концентрироваться к их центру, положение которого все приближается к экватору Солнца по мере развития цикла. Наиболее крупные группы пятен «облюбовали» края этих зон и только изредка «снисходят» к внутренним их частям. Если судить только по расположению этих групп, то можно подумать, что закон Шперера является лишь статистической фикцией. Подобным же образом ведут себя и солнечные вспышки разной мощности.

На ветви спада 11-летнего цикла средняя широта групп солнечных пятен, начиная с ±12°, не зависит от высоты цикла. В то же время в год максимума она определяется максимальным числом Вольфа в этом цикле. Более того, чем мощнее 11-летний цикл, тем на более высоких широтах появляются его первые группы пятен. В то же время широты групп в конце цикла, как мы уже видели, в сущности, в среднем одинаковы безотносительно к тому, какова его мощность.

Северное и южное полушария Солнца проявляют себя весьма по-разному в отношении развития в них 11-летних циклов. К сожалению, числа Вольфа определялись только для всего солнечного диска. Поэтому мы располагаем по данному вопросу довольно скромным материалом Гринвичской обсерватории о числе и площадях групп пятен примерно за сто лет. Но все же гринвичские данные позволили выяснить, что роль северного и южного полушарий заметно изменяется от одного 11-летнего цикла к другому. Это выражается не только в том, что во многих циклах одно из полушарий определенно выступает в роли «дирижера», но и в различии формы циклической кривой этих полушарий в одном и том же 11-летнем цикле. Такие же свойства были обнаружены и по числу групп солнечных пятен и по их суммарным площадям. Более того, нередко эпохи максимума цикла в северном и южном полушариях Солнца отличаются на 1-2 года. Подробнее об этих различиях мы будем говорить при рассмотрении продолжительных циклов. А пока в качестве примера вспомним лишь, что в самом высоком 19-м цикле солнечная активность определенно преобладала в северном полушарии Солнца. При этом эпоха максимума в южном полушарии наступила на два с лишним года раньше, чем в северном.

До сих пор мы рассматривали особенности развития 11-летнего цикла солнечной активности только для явлений, происходящих в «королевских зонах» Солнца. На более высоких широтах этот цикл, по-видимому, начинается раньше. В частности, давно уже было известно, что увеличение числа и площади протуберанцев в интервале широт ±30 - 60° происходит примерно за год до начала 11-летнего цикла пятен и низкоширотных протуберанцев. Любопытно, что если в «королевских зонах» средняя широта появления протуберанцев с ходом цикла постепенно уменьшается, подобно тому, как это происходит с группами солнечных пятен, то более высокоширотные протуберанцы имеют в начале цикла в среднем меньшую широту, чем в его конце. Нечто подобное наблюдается и у корональных конденсаций. Некоторые исследователи считают, что для зеленой корональной линии 11-летний цикл начинается примерно на 4 года раньше, чем для групп пятен. Но сейчас еще трудно сказать, насколько надежен этот вывод. Не исключено, что на самом деле на Солнце постоянно сохраняется высокоширотная зона корональной активности, которая с учетом данных, полученных для более низких широт, и приводит к такому кажущемуся результату.

Еще необычнее ведут себя слабые магнитные поля вблизи его полюсов. Они достигают минимальной величины напряженности примерно в годы максимума 11-летнего цикла и в это же время полярность поля меняется на противоположную. Что же касается эпохи минимума, то в этот период напряженность полей довольно значительна и полярность их остается неизменной. Любопытно, что изменение полярности поля вблизи северного и южного полюсов происходит не одновременно, а с разрывом в 1 - 2 года, т. е. все это время полярные области Солнца обладают одинаковой полярностью магнитного поля.

Число полярных факелов изменяется параллельно с величиной напряженности поля вблизи полюсов Солнца в каждом его полушарии (между прочим, предваряя практически такое же изменение чисел Вольфа примерно через 4 года). Поэтому, хотя мы располагаем данными о слабых полярных магнитных полях менее чем за три 11-летних цикла, результаты наблюдений полярных факельных площадок позволяют сделать вполне определенный вывод относительно их циклических изменений. Таким образом, магнитные поля и факельные площадки в полярных областях Солнца отличаются тем, что их 11-летний цикл начинается в максимуме 11-летнего цикла солнечных пятен и достигает максимума вблизи эпохи минимума пятен. Будущее покажет, насколько надежен этот результат. Но нам кажется, что если не вникать в детали, вряд ли последующие наблюдения приведут к существенному его изменению. Любопытно, что полярные корональные дыры отличаются точно таким же характером 11-летней вариации.