Энциклопедия

Солнечная активность и ее влияние на погоду и климат

Главный источник энергии на Земле — солнечное излучение — представляется нам постоянным и неизменным. Действительно, даже с помощью наиболее совершенных современных инструментов не удалось обнаружить каких-либо значительных изменений солнечной постоянной. Так называется количество лучистой энергии Солнца, поступающее к верхней границе земной атмосферы. Выражается оно в калориях за минуту на площадь 1 см² и равняется приближенно 2кал/мин*см²

Однако уже тысячи лет назад люди невооруженным глазом наблюдали изменения на Солнце — появление темных пятен. Об этом, например, свидетельствует русская летопись 1371 г., когда сквозь дым лесных пожаров были видны «на Солнце места черные акы гвозди». Еще во времена Галилея, в средние века, после первых наблюдений Солнца в телескоп, была высказана мысль о том, что солнечные пятна — это охладители и поэтому при увеличении количества пятен на Солнце температура на Земле должна падать.

Однако тогда же было обнаружено, что если солнечные пятна и влияют на погоду и климат, то неодинаково на различных географических широтах. В одних районах при увеличении числа солнечных пятен становится теплее, в других — холоднее.

Количество атмосферных осадков изменяется также по-разному. Даже в одной и той же местности солнечная активность в разные годы оказывает различное влияние на климат. Эти расхождения и даже противоречия породили сомнения: влияют ли вообще на климат и погоду процессы, происходящие на Солнце?

Уже в наше время благодаря исследованиям физики Солнца, изучению межпланетной среды и высоких слоев земной атмосферы, а также многочисленным специальным исследованиям климата и погоды этот вопрос несколько прояснился. Наука, которая изучает влияние солнечной активности на атмосферу Земли, погоду и климат, называется гелиогеофизикой, а под солнечной активностью подразумеваются совокупность доступных нашим наблюдениям изменений на Солнце, не считая самых мелких, не отражающихся на обычном состоянии светила.

Особое внимание ученые уделяют двум видам солнечной активности: волновому (электромагнитному) излучению Солнца и распространению в окружающем пространстве корпускул — частиц солнечного газа, находящегося в плазменном состоянии.

Суммарная величина электромагнитного излучения характеризуется солнечной постоянной — одной из важнейших величин в метеорологии. Подсчитано, что изменение солнечной постоянной только на 1% повлекло бы за собой заметное изменение в распределении температуры и воздушных течений на земном шаре. Современные приборы улавливают колебания солнечной постоянной до 2%. Но нет полной уверенности в достоверности этих величин, потому что все измерения производятся в условиях земной атмосферы, самое большее на высотах 50—60 км над уровнем моря (не считая все еще очень редких наблюдений с космических кораблей). Величины же излучения Солнца за пределами атмосферы получают путем расчетов.

Эти расчеты необходимо проверить наблюдениями вне атмосферы. Хорошим плацдармом для них могла бы служить Луна, лишенная атмосферы, но и там не исключены помехи: пыль, поднятая с поверхности нашего спутника, может затемнить Солнце, толчки от падения метеоритов могут вызвать отдельные скачки в показаниях приборов и т. д.

Характеристика числа солнечных пятен и их групп с 1745 по 1965 г.

Наиболее надежный путь — устройство обсерваторий на долговременных орбитальных станциях, важные шаги к созданию которых предприняты в нашей стране. Помимо суммарной величины солнечного излучения изучаются качественные и количественные характеристики отдельных областей его спектра: рентгеновская, ультрафиолетовая, видимая, инфракрасная, радиоизлучение. Особенный интерес для ге-лиогеофизики представляет ультрафиолетовая область спектра.

Ультрафиолетовые лучи поглощаются почти полностью в высоких слоях атмосферы. Одно из важнейших их свойств — фотохимический эффект. Он и вызывает образование озона на высотах 30—40 км. Ультрафиолетовые лучи — непостоянная часть солнечного излучения (что, однако, практически не сказывается на солнечной постоянной). Резко увеличивается ультрафиолетовое излучение при хромосфер-ных вспышках на Солнце — одном из самых ярких проявлений солнечной активности. Усиленный приток ультрафиолетовых лучей вызывает и интенсивное образование озона. Озон, хорошо поглощающий солнечные лучи, нагревается. Это отражается и на воздушных течениях в более низких слоях атмосферы, следовательно, и на погоде. Очевидно, это одна из форм влияния изменений волнового излучения Солнца на атмосферу Земли.

Корпускулярная активность Солнца также неоднородна по составу частиц и их свойствам. Солнце — источник непрерывного истечения газовых частиц — корпускул, образующих так называемый солнечный ветер, потоки которого попадают и на нашу Землю. На фоне этого сравнительно однообразного потока частиц время от времени возникают мощные выбросы корпускул, которые при определенном взаимном расположении Солнца и Земли достигают нашей планеты. Время, за которое эти потоки корпускул пробегают расстояние до нашей планеты, измеряется от нескольких суток до нескольких часов и менее, в зависимости от энергии частиц.

Корпускулярные потоки различаются не только своей скоростью, но и плотностью, т. е. содержанием частиц в объеме пространства, частотой и регулярностью возникновения, а также по очагам на Солнце, откуда они выбрасываются, и по магнитным полям, которые они уносят с собой. Магнитные поля корпускулярных потоков взаимодействуют с магнитными полями космоса и Земли, что сильно отражается на движении этих потоков. Установлено, что часть корпускул движется по силовым линиям магнитного поля Земли в направлении к геомагнитным полюсам, вызывая полярные сияния, геомагнитные бури и нарушения радиосвязи. Эти геофизические явления, происходящие в высоких слоях атмосферы Земли, поддаются непосредственным измерениям приборами.

Труднее выяснить, как влияют потоки корпускул на нижние слои атмосферы, куда они непосредственно не проникают. Здесь к сложности явлений на Солнце, в межпланетной среде и околоземном пространстве присоединяется еще большая сложность явлений в самой атмосфере Земли, где возникают циклоны и антициклоны, борются теплые и холодные течения. Эти сами по себе сложные процессы переплетаются еще с влиянием географической, широты, распределением материков и океанов, а в разные сезоны закономерности атмосферных процессов меняются, порой перестраиваясь на противоположные.

Тем не менее некоторые ученые делают выводы о влиянии потоков корпускул на нижние слои атмосферы. Они считают, что в результате корпускулярных вторжений усиливаются воздушные течения меридионального направления: теплые течения с юга с еще большей энергией устремляются в высокие широты, а холодные течения, несущие арктический воздух, глубже проникают на юг, при этом атмосфера становится более неспокойной, или, как говорят специалисты, «возмущенной». Когда же нет корпускулярных вторжений, воздушные течения сравнительно спокойно движутся с запада на восток, т. е. в широтном направлении.

Мы рассказали об отдельных проявлениях солнечной активности: о появлении солнечных пятен, о хромосферных вспышках и корпускулярных потоках. Замечательна закономерность, с какой наступают эти явления. Давно уже была обнаружена 11-летняя периодичность появления солнечных пятен. Но периодичность эта не строгая, поскольку каждая «волна» не копия предыдущей; такие неточные периоды называются циклами. Тем не менее закономерность чередования большого и малого количества солнечных пятен несомненна. 11-летней цикличности подчинены и другие проявления солнечной активности. Очень ярко обнаруживается эта цикличность в частоте полярных сияний и геомагнитных возмущений. Высказывается предположение, что и сама солнечная постоянная меняется в рамках 11-летнего цикла.

Появление солнечных пятен не считается самым точным показателем солнечной активности, и их отсутствие еще не означает, что Солнце спокойно. Очень важно, что солнечные пятна легко наблюдать и сведения о них уже накоплены за длительное время. Это дает возможность проследить влияние солнечной активности не только на погоду, но и на климат в течение многих лет. Если цикл солнечной активности продолжается 11 лет, то естественно предположить, что и метеорологические элементы —

давление, температура, влажность воздуха, атмосферные осадки и другие — тоже должны изменяться каждые 11 лет. Действительно, такая периодичность обнаруживается, но далеко не всегда, не по всем климатическим элементам, не во всех географических районах, не для всех месяцев. Возможно, проследить влияние солнечных циклов мешает сложность развития самих атмосферных процессов, о чем мы уже говорили. Во всяком случае, лишь очень редко кривые многолетнего хода климатических элементов напоминают кривую хода солнечных пятен, но все-таки, по-видимому, такое сходство не случайно.

К особенностям климата, зависящим от солнечной активности, относятся такие исключительно важные явления, как суровые зимы или жестокие засухи. Кроме 11-летних циклов солнечной активности и климатических элементов обнаружены и другие циклы. Особенно важны 22-летний и 80—90-летний. Это также подтверждает связь климата с процессами на Солнце.

Дальнейшее развитие исследований космоса и атмосферы Земли даст ответ на не решенный еще вопрос: как именно солнечная активность, ее отдельные вспышки и длительные изменения воздействуют на климат и погоду? Такой ответ необходим для обоснования прогноза многолетних изменений климата.