6.1 ЛУНА

Тема 6. ЛУНА. СОЛНЕЧНО-ЗЕМНЫЕ И ЛУННО-ЗЕМНЫЕ СВЯЗИ
6.1 ЛУНА
Луна – естественный спутник Земли. Самый близкий к Солнцу спутник
планеты, так как у ближайших к Солнцу планет, Меркурия и Венеры, спутников
нет. Второй по яркости объект на земном небосводе после Солнца и пятый по
величине естественный спутник планеты Солнечной системы. Среднее расстояние
между центрами Земли и Луны – 384 467 км (≈ 30 диаметров Земли).
Орбита Луны и ее возмущения
Орбита невозмущённого движения Лупы вокруг Земли есть эллипс. В перигее
расстояние от Земли до Луны меньше среднего на 21 000 км, а в апогее – на столько
же больше.
Плоскость лунной орбиты наклонена к плоскости эклиптики в среднем под
углом 5°09'. Луна движется вокруг Земли в направлении с запада к востоку, т. е. в
том же направлении, что и Земля вокруг Солнца. Период обращения Луны вокруг
Земли называется сидерическим или звездным месяцем. Его продолжительность
равна 27,32 средних солнечных суток. По истечении этого времени Луна снова
занимает прежнее положение на своей орбите.
Движение Луны является одним из самых трудных для исследования по двум
причинам:
o возмущения в движении Луны очень велики;
o Луна близка к Земле, и поэтому в ее движении заметны такие отклонения,
которые ускользают при наблюдении более далеких небесных тел.
Вследствие возмущений элементы лунной орбиты постоянно изменяются.
Возмущениям подвержены все элементы лунной орбиты. Например, наклонение
орбиты, равное в среднем 5°09' колеблется в пределах от 4°58' до 5°20' за время,
несколько меньшее полугода. Каждый элемент лунной орбиты имеет не одно
периодическое возмущение, а несколько сотен с разными периодами и
амплитудами. Вследствие этого действительное движение Луны необычайно
сложно, и его исследование составляет одну из самых трудных задач небесной
механики.
Видимое движение и фазы Луны
Видимое движение Луны на фоне звезд есть следствие действительного
движения Луны вокруг Земли. Луна в течение звездного месяца перемещается среди
звезд всегда в одну и ту же сторону – с запада на восток. Видимый путь Луны на
небе – незамыкающаяся кривая, постоянно меняющая свое положение среди звезд
зодиакальных созвездий.
Видимое движение Луны сопровождается непрерывным изменением ее
внешнего вида, характеризуемого фазой Луны. В некоторые дни Луна совсем не
видна на небе. В другие дни она имеет вид узкого серпа, полукруга и полного круга.
Лунные фазы объясняются тем, что Луна подобно Земле является темным,
непрозрачным шарообразным телом и при движении вокруг Земли занимает
различные положения относительно Солнца (рис. 6.1).
Из-за удаленности Солнца солнечные лучи, падающие па Луну, почти
параллельны и всегда освещают ровно половину лунного шара; другая его половина
остается темной. Но так как к Земле обычно обращены часть светлого полушария и
часть темного, то Луна чаще всего кажется нам неполным кругом.
Линия. отделяющая темную часть диска Луны от светлой, называется
терминатором и всегда является полуэллипсом. Угол ψ между направлениями от
Солнца к Луне и от Луны к Земле называется фазовым углом.
Различают четыре основные фазы Луны, которые постепенно переходят одна в
другую в следующей последовательности: новолуние, первая четверть, полнолуние,
последняя четверть. Фаза Ф равна отношению наибольшей ширины освещенной
части лунного диска d′ к его диаметру d. т. е. Ф = d′/d
Рис. 6.1. Фазы Луны
Во время новолуния Луна проходит между Солнцем и Землей (т. е. находится в
соединении с Солнцем), фазовый угол ψ = 180°, к Земле обращена темная сторона
Луны и она не видна па небе.
Дня через два после новолуния Луна видна в виде узкого серпа на западе, в
лучах вечерней зари, вскоре после захода Солнца. Лунный серп, обращенный
выпуклостью к Солнцу, ото дня ко дню постепенно расширяется и приблизительно
через 7 суток после новолуния принимает форму полукруга. Наступает фаза,
называемая первой четвертью. В это время Луна находится в восточной квадратуре,
т. е. на 90° к востоку от Солнца, фазовый угол ψ = 90°, и к Земле обращена половина
освещенного и половина неосвещенного полушария Лупы. При этой фазе Луна
видна в первой половине ночи, а затем заходит за горизонт.
С каждым днем с Земли видна все большая часть освещенного полушария
Луны и приблизительно через 7 суток после первой четверти наступает полнолуние,
когда Луна имеет вид полного круга. Во время полнолуния Луна находится в
противостоянии с Солнцем, ψ = 0°, и к Земле обращено все освещенное полушарие
Луны. Полная Луна видна на небе в направлении, противоположном направлению
на Солнце.
Поэтому полная Луна видна на небе всю ночь; восходит она приблизительно во
время захода Солнца, а заходит – около момента его восхода.
После полнолуния Луна начинает «убывать», с западной стороны ее диска
появляется «ущерб», который постепенно растет, так как с каждые днем с Земли
видна все меньшая часть освещенного полушария Лупы. Приблизительно через 7
дней после полнолуния Луна снова видна в виде полукруга. Наступает последняя
четверть. В это время Луна находится в западной квадратуре. ψ = 90°, и к Земле
снова обращена половина освещенного н половина неосвещенного полушария
Луны. Но теперь Луна отстоит уже па 90° к западу от Солнца и видна во второй
половине ночи, вплоть до восхода Солнца.
Постепенно «ущерб» лунного диска увеличивается, Луна снова принимает вид
узкого серпа и видна па востоке, в лучах утренней зари, незадолго перед восходом
Солнца. Через 2 – 3 дня лунный серп исчезает, и Луна снова не видна на небе, так
как приблизительно через 7 суток после последней четверти опять наступает
новолуние. Соединение Лупы с Солнцем во время новолуния и противостояние во
время полнолуния называются сизигиями.
Периоды обращения Луны
Промежуток времени между двумя последовательными одноименными фазами
Луны (например, между двумя полнолуниями) называется синодическим месяцем.
Из наблюдений установлено, что синодический месяц в среднем равен 29,53
средних солнечных суток. Таким образом, синодический месяц длиннее
сидерического. Это легко понять из рис. 6.2, на котором положение 1 соответствует
взаимному расположению Луны, Земли и Солнца в момент полнолуния. Через 27,32
суток, т. е. через сидерический месяц. Луна, сделав полный оборот по своей орбите,
займет прежнее положение относительно звезд, но так как Земля за это время
переместится в положение 2, то полнолуния еще не будет. Оно наступит спустя
некоторое время, когда Земля займет положение 3.
Рис. 6.2. Продолжительность сидерического и синодического месяцев.
Кроме сидерического и синодического периодов обращений в движении Луны
различают еще три периода: аномалистический месяц – промежуток времени
между двумя последовательными прохождениями Луны через перигей (27,55
средних суток): драконический месяц – промежуток времени между двумя
последовательными прохождениями Луны через один и тот же узел (точка
пересечения орбиты Луны с эклиптикой) своей орбиты (27.21 средних суток);
тропический месяц – промежуток времени, в течение которого долгота Луны
увеличивается на 360°. Вследствие прецессии тропический месяц короче
сидерического месяца приблизительно на 7 секунд. Драконический месяц короче
сидерического из-за движения узлов лунной орбиты навстречу движению Луны, а
аномалистический месяц длиннее сидерического потому, что перигей лунной
орбиты движется в ту же сторону, что и сама Луна.
Вращение и либрации Луны
Луна обращена к Земле всегда одной и той же стороной, одним и тем же
полушарием, так как она вращается вокруг своей оси с тем же периодом (и в том же
направлении), с каким она обращается вокруг Земли, т. е. «звездные сутки» на Луне
составляют 27,32 земных средних суток. Ось вращения Луны наклонена к плоскости
лунной орбиты на угол 83°20' (изменяется в пределах от 83° 10' до 83°31').
Таким образом, плоскость лунного экватора с плоскостью лунной орбиты
составляет угол 6º39', а с плоскостью эклиптики 1º30'. При этом плоскость
эклиптики лежит между плоскостями лунного экватора и орбиты Луны и все три
плоскости пересекаются по одной прямой. Последнее замечательное обстоятельство
было обнаружено Кассини в 1721 г. и называется законом Кассини.
В каждый данный момент с Земли видна ровно половина поверхности Луны, но
продолжительные наблюдения позволяют изучать почти 60% ее поверхности. Это
возможно благодаря явлениям, носящим общее название либраций (качаний) Луны.
Оптические, или видимые либрации, при которых Луна в действительности
никаких «колебаний» не совершает, бывают трех видов: по долготе, по широте и
параллактическая.
Либрация по долготе вызывается тем, что Луна вращается вокруг оси
равномерно, а ее движение по орбите согласно второму закону Кеплера вблизи
перигея быстрее, а вблизи апогея – медленнее. Поэтому за четверть месяца после
прохождения перигеи П Луна пройдет путь больше четверти всей орбиты, а вокруг
оси повернется ровно на 90º. Точка а которая ранее была в центре лунною диска,
теперь будет видна уже левее центра диска (сместится к востоку). В том же
направлении сместится и точка в, которая раньше была видна на правом (западном)
краю диска, и, следовательно, станет видимой часть поверхности Луны за западным
краем се диска. В апогее А будет видна та же поверхность Луны, что и в перигее, но
за четверть месяца после прохождения апогея Луна пройдет меньше четверти всей
орбиты, а вокруг оси снова повернется ровно на 90°, и теперь уже будет видна часть
поверхности Лупы за восточным краем ее диска. Период либрации по долготе равен
аномалистическому месяцу, а наибольшая возможная величина ее 7º54'.
(рис. 6.3)
Рис. 6.3. Либрация Луны по долготе
Либрация по широте возникает от наклона оси вращения Луны к плоскости ее
орбиты и сохранения направления оси в пространстве при движении Луны (рис.
6.4). В результате с Земли попеременно видна то часть поверхности Луны,
расположенная вокруг ее южного полюса, то, наоборот, вокруг северного полюса.
Период либрации по широте равен драконическому месяцу, а ее величина достигает
6º50'.
Рис. 6.4. Либрация Луны по широте
Суточная или параллактическая либрация возникает вследствие
сравнительной близости Луны к Земле. Поэтому из разных точек Земли поверхность
Луны видна неодинаково. Два наблюдателя, находящиеся в двух противоположных
точках земного экватора, в один и тот же момент видят несколько различные
области лунной поверхности. Так, наблюдатель, для которого Луна только еще
восходит, видит часть поверхности Луны за ее западным краем диска, а второй
наблюдатель, для которого Луна в этот момент уже заходит, этой части поверхности
Луны не видит, но зато видит часть поверхности за восточным краем диска.
Параллактическая либрация составляет около 1°.
Физическая либрация, т. е. действительное «качание» Луны, происходит от
того, что большая полуось лунного эллипсоида периодически отклоняется от
направления на Землю, а притяжение Земли стремится вернуть се в это положение.
Величина физической либрации очень мала – около 2".
Покрытия светил Луной. Солнечные затмения
При движении вокруг Земли Луна проходит перед более далекими светилами и
своим диском может их заслонить. Это явление носит общее название покрытий
светил Луной. Определение точных моментов начала и конца покрытий имеет
большое значение для изучения движения Луны и формы се диска.
Чаше всего происходят покрытия звезд, реже случаются покрытия планет.
Покрытия Солнца Луной называются солнечными затмениями. Солнечное
затмение имеет различный вид для разных точек земной поверхности. Диск Солнца
будет целиком закрыт только для наблюдателя, находящегося внутри конуса лунной
тени, максимальный диаметр которой на поверхности Земли не превосходит 270 км.
В этой сравнительно узкой области земной поверхности, куда падает тень от Луны,
будет видно полное солнечное затмение (рис. 6.5).
Рис. 6.5. Схема солнечного затмения
В областях земной поверхности, куда падает полутень от Луны, внутри так
называемого конуса лунной полутени будет видно частное солнечное затмение –
диск Луны закроет только часть солнечного диска. Чем ближе наблюдатель к оси
тени, тем большая часть диска Солнца закрыта, тем больше фаза затмения. Вне
конуса полутени виден весь диск Солнца, и никакого затмения не наблюдается.
Так как расстояние Луны от Земли изменяется от 405 500 км до 363 300 км, а
длина конуса полной тени от Лупы в среднем равна 374 000 км, то вершина конуса
лунной тени иногда не доходит до поверхности Земли. В этом случае для
наблюдателя вблизи оси конуса лунной тени солнечное затмение будет
кольцеобразным – края солнечного диска останутся незакрытыми и будут
образовывать вокруг темного диска Луны тонкое блестящее кольцо.
В разных точках Земли солнечное затмение наступает в разное время.
Вследствие движения Луны вокруг Земли и вращения Земли вокруг своей оси тень
от Лупы перемешается по земной поверхности приблизительно с запада на восток,
образуя полосу тени длиной в несколько тысяч километров и шириной в среднем
около 200 км (максимальная ширина 270 км).
Так как Луна движется с запада на восток, то солнечное затмение начинается с
западного края солнечного диска. Сначала на нем появляется ущерб, имеющий
форму дуги круга радиуса, равного радиусу диска Солнца. Затем ущерб постепенно
растет, и Солнце принимает форму все более и более узкого серпа. Когда исчезнет
последняя точка солнечного диска, наступает фаза полного затмения, которая
длится всего несколько минут – не более семи, а чаще всею две-три минуты. Затем
темный диск Луны постепенно сходит с солнечного диска, и затмение кончается.
Общая продолжительность всех фаз солнечного затмения может длиться свыше
двух часов.
Совершенно очевидно, что затмения Солнца могут происходить только во
время новолуния.
Лунные затмения
Земля, освещаемая Солнцем, отбрасывает от себя тень (полутень) в сторону,
противоположную Солнцу (рис. 6.6). Так как диаметр Солнца больше диаметра
Земли, то ее тень подобно лунной тени имеет форму постепенно суживающегося
конуса. Конус земной тени длиннее конуса лунной, а его диаметр на расстоянии
Луны превышает диаметр Луны больше, чем к 2,5 раза.
Рис. 6.6. Схема лунного затмения
При движении вокруг Земли Луна может попасть в конус земной тени, и тогда
произойдет лунное затмение. Поскольку во время затмения Луна в
действительности лишается солнечного света, то лунное затмение видно на всем
ночном полушарии Земли и для всех точек этого полушария начинается в один и тот
же физический момент и заканчивается также одновременно. Но эти моменты по
местному времени каждой точки Земли, конечно, различны и зависят от
географической долготы места.
Так как Луна движется с запада на восток, то первым входит в земную тень
левый край Луны. На нем появляется ущерб, который постепенно увеличивается, и
видимый диск Луны принимает форму серпа, отличающегося от серпа лунных фаз
тем, что линия, отделяющая светлую часть диска Луны от затемненной,
представляет собой дугу окружности с радиусом,, приблизительно в 2,5 раза
большим радиуса лунного диска, тогда как при лунных фазах терминатор имеет вид
полуэллипса.
Если Луна полностью войдет в земную тень, то произойдет полное затмение
Луны, если в тени окажется только часть Луны, то затмение будет частным. Так как
диаметр земной тени на расстоянии Луны от Земли может превышать диаметр Луны
до 2,8 раза, то полное лунное затмение может продолжаться почти до двух часов.
Полному или частному лунному затмению предшествует (и завершает их)
полутеневое лунное затмение, когда Луна проходит сквозь земную полутень.
Полутеневое затмение может быть и без последующего наступления теневого
затмения.
Совершенно очевидно, что затмения Луны могут происходить только во время
полнолуний.
Сарос
Последовательность затмений повторяется почти точно в прежнем порядке
через промежуток времени, который называется саросом (сарос – египетское слово,
означающее «повторение»). Сарос, известный еще в древности, составляет 18 лет и
11,3 суток. Действительно, затмения будут повторяться в прежнем порядке (после
какого-либо начального затмения) спустя столько времени, сколько необходимо,
чтобы та же фаза Луны случилась на том же расстоянии Луны от узла ее орбиты, как
и при начальном затмении.
Фазы Луны повторяются в среднем через 29,53 суток; возвращение Луны к
одному и тому же узлу своей орбиты происходит через 27,21 суток, а промежуток
времени между двумя последовательными прохождениями центра Солнца через
один и тот же узел лунной орбиты, называемый драконическим годом, равен 346,62
суток. Следовательно, период повторяемости затмений (сарос) будет равен
промежутку времени, по истечении которого начала этих трех периодов будут снова
совпадать. Оказывается, что 242 драконических месяца почти в точности равны 223
синодическим месяцам, а также 19 драконическим годам, а именно:
242 драконических месяца = 6585,36 суток;
223 синодических месяца = 6585,32 суток = 18 лет 11 дней 7 часов 42 минуты;
19 драконических лет = 6585,78 суток.
Так как 223 синодических месяца на 0,04 суток короче, чем 242 драконических
месяца, то через 6585 дней новолуние (или полнолуние) будет происходить на
несколько ином расстоянии от узла лунной орбиты, чем 18 лет назад. Поэтому
условия затмений не будут повторяться в точности. Кроме того, так как в саросе
содержится целое число суток и еще примерно 1/3 суток, то области видимости
затмений за 18 лет перемещаются по земной поверхности к западу примерно на
120°.
В течение каждого сароса происходит 70 затмений, из них 41 солнечное и 29
лунных. Таким образом, солнечные затмения происходят чаще лунных, но в данной
точке на поверхности Земли чаще можно наблюдать лунные затмения, так как они
видны на целом полушарии Земли, тогда как солнечные затмения видны лишь в
сравнительно узкой полосе. Особенно редко удается видеть полные солнечные
затмения, хотя в течение каждого сароса их бывает около 10. В данной точке земной
поверхности полные солнечные затмения видны в среднем один раз в 200-300 лет.
Последнее в XX столетии полное солнечное затмение наблюдалось в Европе и
Малой Азии 11 августа 1999 г.
6.2. СОЛНЕЧНО-ЗЕМНЫЕ СВЯЗИ
Солнечно-земные связи - система прямых или опосредованных физических
связей между процессами на Солнце и Земле. Влияние Солнца на Землю
многогранно и неоднозначно (обратное влияние Земли на Солнце ничтожно мало).
Прежде всего Земля непрерывно получает от Солнца почти неизменный поток
энергии (солнечная постоянная ), обеспечивающий наблюдаемый уровень
освещённости и среднюю температуру её поверхности (тепловой баланс Земли).
Солнечная постоянная - полное количество лучистой энергии Солнца, падающее вне
атмосферы Земли на площадку единичной площади, расположенную перпендикулярно
солнечным лучам на ср. расстоянии от Земли до Солнца (1 а. е.). Солнечная постоянная
условное название, на самом деле эта величина изменяется. Уменьшение солнечной
постоянной связано с появлением на Солнце очень больших групп пятен, слабое увеличение –
с солнечными факелами. Появление на диске Солнца пятен и факелов объясняет лишь 50-70%
всех наблюдаемых вариаций солнечной постоянной, остальные причины мало изучены.
Знание солнечной постоянной необходимо для решения ряда проблем астрофизики,
геофизики, экологии и др. разделов естествознания.
Тепловой баланс Земли – баланс энергии тепловых и радиационных процессов в
атмосфере и на поверхности Земли.
Кроме того, Земля подвергается комбинированному воздействию излучений от
нестационарных солнечных процессов (солнечных возмущений) – проявлений
солнечной активности, которая проявляется во всей совокупности нестационарных
процессов на Солнце и в его атмосфере: возникновении и исчезновении пятен,
протуберанцев, факелов, флоккул; возрастании ультра-фиолетового, рентгеновского
и радиоизлучения; вспышках на Солнце.
В переносе энергии солнечных возмущений участвует вся среда между
Солнцем и Землёй. Большую роль играет межпланетное магнитное поле, которое
регулирует потоки космических лучей галактического и солнечного (вспышечного)
происхождения, а также определяет особенности взаимодействия солнечного ветра
с магнитосферой Земли.
Солнечные возмущения воздействуют главным образом на самые внешние
оболочки Земли - магнитосферу и ионосферу. Это воздействие не сводится только к
изменению потоков энергии, поступающих к Земле в том или ином диапазоне. Оно
является также спусковым механизмом, вызывающим перераспределение
накопленной в оболочках Земли энергии. Перераспределение может происходить
плавно либо скачкообразно (триггерный механизм).
Рис. 6.7. Схема солнечно-земных связей.
Влияние Солнца на Землю наиболее отчётливо проявляется после вспышки на
Солнце. Электромагнитное излучение вспышки в ультрафиолетовом и рентген
диапазонах вызывает дополнительную ионизацию верхних слоев ионосферы, что
приводит к кратковременному ухудшению (или даже полному прекращению)
радиосвязи на освещённой стороне Земли (десятки минут). Ускоренные во вспышке
частицы, вторгаясь в нижнюю ионосферу и стратосферу полярных широт, вызывают
длительное ухудшение КВ-радиосвязи (десятки часов) и
опустошению озонного слоя (в отд. случаях до 10-20%, рис. 6.8).
способствуют
Рис. 6.8. Уменьшение содержания озона в стратосфере Северного полушария
Земли под влиянием солнечных космических лучей после вспышки
Потоки солнечных космических лучей от мощных вспышек представляют
собой один из главных источников радиационной опасности для экипажей и
оборудования космических аппаратов. Кроме того, вспышка генерирует мощную
ударную волну и выбрасывает в межпланетное пространство облако плазмы. Спустя
1,5-2 суток оно достигает Земли и вызывают магнитную бурю, усиление полярных
сияний, возмущения ионосферы, понижение интенсивности галактических
космических лучей и т. д. В результате флуктуации мощности солнечного ветра в
магнитосфере и ионосфере генерируется широкий спектр электромагнитных волн с
частотами 0,001-10,0 Гц, которые доходят до поверхности Земли. Во время
магнитных бурь интенсивность этого излучения возрастает в 10-100 раз (рис. 6.9).
Магнитосферные и ионосферные вариации влияют на средства навигации,
радиосвязи, телефон, работу линий электропередач, нефте- и газопроводов и т. п.
Имеются статистические данные о том, что через 2-4 суток после магнитной
бури происходит заметная перестройка барического поля тропосферы. Это приводит
к увеличению нестабильности атмосферы, нарушению характера циркуляции
воздуха (развитию циклонов и других метеоявлений).
В климатологии и метеорологии получены доказательства статистической
связи между частотой засух и 22-летним солнечным циклом, изменением приземного
давления и мощностью солнечного ветра, поведением других метеопараметров и
уровнем геомагнитной возмущённости в целом (солнечно-тропосферные связи). Эти
эффекты географически обусловлены (горы, граница суша - океан и т. п.) и связаны
с распределением аномалий геомагнитного поля, с областями неустойчивости
атмосферы.
Статистически установлена циклическая связь между уровнем солнечной и
геомагнитной активности и ходом ряда процессов в биосфере Земли - динамикой
популяций животных, эпидемий, эпизоотии и т. п. (солнечно-биосферные связи).
Доказано также, что колебания геомагнитного ноля могут вызывать ответную
реакцию центральной нервной, эндокринной, сердечно-сосудистой и кроветворной
систем человека, влиять на его общее состояние. Наиболее вероятной причиной
такой реакции являются НЧ-колебания электромагнитного поля Земли.
Электрическое состояние атмосферы также сильно меняется во времени и
пространстве (в частности, под действием космических лучей), причём основные
изменения в цепи атмосферного электричества между ионосферой и поверхностью
Земли происходят, по-видимому, на высотах стратосферы и в тропосфере. Из-за
близости этих оболочек к поверхности Земли роль атмосферного электричества
очень важна (особенно в солнечно-тропосферных и солнечно-биосферных связях).
Однако в некоторых случаях (например, в крупных городах и промышленных
районах) связь между геомагнитными колебаниями, электрическим состоянием
атмосферы и биологическими процессами может быть затушёвана влиянием
мощных электромагнитных полей искусственного происхождения.
Изучение солнечно-земных связей не только является фундаментальной
научной проблемой, но и имеет большое прикладное значение. В частности,
доказана возможность создать искусственный радиационный пояс Земли, изменять
свойства ионосферы и генерировать электромагнитное НЧ-излучение над заданным
районом. Диагностика и прогноз радиационной обстановки в космосе,
магнитосферных и ионосферных возмущений крайне необходимы для решения
практических задач в области космонавтики и радиосвязи, транспорта, энергетики и
нефтегазовой промышленности, метеорологии и климатологии, сельского хозяйства,
биологии и медицины. Выяснилась связь солнечно-земной физики с глобальными
экологическими проблемами и долговременными изменениями в окружающей
среде.
Влияние солнечной активности на человека
В последние годы всё чаще говорится о влиянии на людей солнечной
активности и магнитных бурь. Так как солнечная активность нарастает, то вопрос о
влиянии этого явления на здоровье становится в достаточной степени актуальным.
Всё на Земле зависит от Солнца, поставляющего ей значительную часть
энергии. Всем известно, как дорог животным и растениям каждый солнечный луч!
Зелёные листья растений поглощают его и в микроскопически малых органоидах
клетки световой луч превращается в скрытую энергию химической связи между
атомами. Чудо превращения энергии солнечного луча в движущую силу жизни
совершается ежесекундно в тканях зелёного растения. И если луч Солнца мы по
праву считаем первопричиной жизни, то зелёный лист, зерно хлорофилла - это связь
между Солнцем и жизнью на Земле. Зелёная масса растений Земли поглощает и
усваивает всего около 0,3% энергии излучения Солнца, падающей на земную
поверхность. Но и этого количества энергии достаточно, чтобы обеспечить синтез
гигантской массы органического вещества биосферы.
В самом общем виде фотосинтез, т.е. синтез при участии света, состоит в
образовании из углекислоты воздуха и почвенной влаги сложных органических
соединений углерода, кислорода и водорода. Благодаря использованию
минеральных солей почвы в их состав включается также азот, фосфор, сера, железо,
калий, натрий и др. В итоге возникают огромные молекулы белков, нуклеиновых
кислот, углеводов, жиров, служащие, в свою очередь, строительным материалом
клеток, кирпичиками здания жизни.
Спокойное Солнце (при отсутствии на его поверхности пятен, протуберанцев,
вспышек) характеризуется постоянством во времени электромагнитного излучения
во всём его спектральном диапазоне, включающем рентгеновские лучи,
ультрафиолетовые волны, видимый спектр, инфракрасные лучи, лучи
радиодиапазонов, а также постоянством во времени так называемого солнечного
ветра - слабого потока электронов, протонов, ядер гелия, представляющего собой
радиальное истечение плазмы солнечной короны в межпланетное пространство.
Само собой разумеется, что длительный срок своего развития человеческий
организм приспособился к изменениям солнечной активности. Мы недаром
называем Солнце источником жизни. Однако изменение солнечной активизации
естественных процессов, с точки зрения людей, могут быть как полезные, так и
вредные. Солнце может влиять на следующие факторы:
- эпидемиологическую обстановку на Земле;
- количество разного рода стихийных бедствий (тайфуны, землетрясения,
наводнения и т. д.);
- на количество техногенных, автомобильных, авиа- и железнодорожных
аварий.
Максимум всего этого приходится на годы активного Солнца.
Например, замечена связь роста солнечной активности с вспышками эпидемий
некоторых болезней. Влияние солнечной активности на возникновение заболеваний
установил ещё в 20-х годах А.Л. Чижевский - его считают основоположником науки
гелиобиологии. С тех пор проводятся исследования, накапливаются научные
данные, подтверждающие влияние солнечных и магнитных бурь на здоровье. Он
собрал подробные сведения о периодичности эпидемических заболеваний и
сопоставил их с данными о солнечной активности. На основании выведенной связи
Чижевский в 1929 году предпринял попытку предсказать некоторые эпидемии на 35
лет вперёд. Результаты его прогноза поразительны. Семь из восьми предсказанных
Чижевским эпидемий гриппа действительно произошли.
За последние годы стало понятно, что на человека действует целый ряд
космических факторов, вызывающих изменения в магнитосфере планеты в
результате воздействия на неё солнечных корпускулярных потоков. А именно:
ИНФРАЗВУК, представляющий собой акустические колебания очень низкой
частоты. Он возникает в областях полярных сияний, в высоких широтах и
распространяется на все широты и долготы, то есть является глобальным явлением.
Через 4-6 часов от начала мировой магнитной бури плавно увеличивается амплитуда
колебаний на средних широтах. После достижения максимума она постепенно
уменьшается в течение нескольких часов. Инфразвук генерируется не только при
полярных сияниях, но и при ураганах, землетрясениях, вулканических извержениях
так, что в атмосфере существует постоянный фон этих колебаний, на который
накладываются колебания, связанные с магнитной бурей.
МИКРОПУЛЬСАЦИИ или короткопериодические колебания магнитного поля
Земли (с частотами от нескольких герц до нескольких кГц). Микропульсации с
частотой от 0,01 до 10 Гц действуют на биологические системы, в частности на
нервную систему человека (2-3 Гц), увеличивая время реакции на возмущающий
сигнал, влияют на психику (1 Гц), вызывая тоску без видимых причин, страх,
панику. С ними также связывают увеличение частоты заболеваемости и осложнений
со стороны сердечно-сосудистой системы.
Также в это время меняется ИНТЕНСИВНОСТЬ УЛЬТРАФИОЛЕТОВОГО
ИЗЛУЧЕНИЯ, приходящего к поверхности Земли из-за изменения озонового слоя в
высоких широтах в результате действия на него ускоренных частиц.
Выбрасываемые из Солнца потоки очень разнообразны. Различны и условия в
межпланетном пространстве, которое они преодолевают, поэтому нет строго
одинаковых магнитных бурь. Каждая имеет своё лицо, отличается не только силой,
интенсивностью, но и особенностями развития отдельных процессов. Замечено, что
ухудшение состояния больных максимально проявляется, во-первых, сразу после
солнечной вспышки и, во-вторых, - с началом магнитной бури. Это объясняется тем,
что спустя примерно 8 минут от начала солнечной вспышки солнечный свет (а
также рентгеновское излучение) достигают атмосферы Земли и вызывают там
процессы, которые влияют на функционирование организма, а примерно через сутки
начинается сама магнитосферная буря Земли.
Из всех заболеваний, которые подвержены воздействию МАГНИТОСФЕРНЫХ
БУРЬ, сердечно-сосудистые были выделены, прежде всего, поскольку их связь с
солнечной и магнитной активностью была наиболее очевидной. Проводились
сопоставления зависимости количества и тяжести сердечно-сосудистых заболеваний
от многих факторов внешней среды (атмосферное давление, температура воздуха,
осадки, облачность, ионизация, радиационный режим и так далее), но достоверная и
устойчивая связь сердечно-сосудистых заболеваний выявляется именно с
хромосферными вспышками и геомагнитными бурями.
Во время магнитных бурь проявлялись субъективные симптомы ухудшения
состояния больных, учащались случаи повышения артериального давления,
ухудшалось коронарное кровообращение, что сопровождалось отрицательной
динамикой ЭКГ. Исследования показали, что в день, когда на Солнце происходит
вспышка, число случаев инфаркта миокарда увеличивается. Оно достигает
максимума на следующий день после вспышки (примерно в 2 раза больше по
сравнению с магнитоспокойными днями). В этот же день начинается
магнитосферная буря, вызванная вспышкой.
Исследования сердечного ритма показали, что слабые возмущения магнитного
поля Земли не вызывали увеличения числа нарушений сердечного ритма. Но в дни с
умеренными и сильными геомагнитными бурями нарушения ритма сердца
происходят чаще, чем при отсутствии магнитных бурь. Это относится как к
наблюдениям в состоянии покоя, так и при физических нагрузках.
Наблюдения за больными гипертонической болезнью показали, что часть
больных реагировала за сутки до наступления магнитной бури. Другие чувствовали
ухудшение самочувствия в начале, середине или по окончании геомагнитной бури.
В начале и на протяжении бури увеличивалось систолическое давление
(приблизительно на 10 - 20%), иногда в конце, а также в продолжение первых суток
после её окончания увеличивалось как систолическое, так и диастолическое
артериальное давление. Только на вторые сутки после бури артериальное давление у
больных стабилизировалось.
Проведённые исследования показали, что наиболее пагубно на больных
действует буря в её начальный период. Анализ многочисленных медицинских
данных вывел также сезонный ход ухудшения здоровья во время магнитных бурь;
он характеризуется наибольшим ухудшением в весеннее равноденствие, когда
увеличивается число и тяжесть сосудистых катастроф (в частности, инфарктов
миокарда).
Выявлена связь солнечной активности и с функционированием других систем
организма, с онкозаболеваниями. В частности, изучалась заболеваемость раком в
Туркмении за время одного цикла солнечной активности. Было установлено, что в
годы снижения солнечной активности заболеваемость злокачественными опухолями
возрастала. Наибольшая заболеваемость раком имела место в период спокойного
Солнца, наименьшая - при самой высокой солнечной активности. Предполагают,
что это связано с тормозящим действием солнечной активности на
малодифференцированные клеточные элементы, в том числе на раковые клетки.
Во время магнитной бури чаще начинаются преждевременные роды, а к концу
бури увеличивается число быстрых родов. Учёные также пришли к выводу, что
уровень солнечной активности в год рождения ребёнка существенно отражается на
его конституционных особенностях.
Исследованиями в разных странах на большом фактическом материале было
показано, что число несчастных случаев и травматизма на транспорте
увеличивается во время солнечных и магнитных бурь, что объясняется изменениями
деятельности центральной нервной системы. При этом увеличивается время реакции
на внешние световой и звуковой сигналы, появляется заторможенность,
медлительность, ухудшается сообразительность, увеличивается вероятность
принятия неверных решений.
Проводились наблюдения влияния магнитных и солнечных бурь на больных,
страдающих психическими заболеваниями, в частности, маниакальнодепрессивным синдромом. Было установлено, что у них при высокой солнечной
активности преобладали маниакальные фазы, а при низкой - депрессивные.
Прослеживалась чёткая связь между обращаемостью в психиатрические лечебницы
и возмущённостью магнитного поля Земли. В такие дни увеличивается количество
случаев суицида, что анализировалось по данным вызовов СМП.
Необходимо отметить, что больной и здоровый организм по-разному реагирует
на изменения космических и геофизических условий. У больных ослабленных,
утомлённых, эмоционально неустойчивых лиц в дни, характеризующиеся
изменением космических и геофизических условий, ухудшаются показатели
энергетики, иммунологической защиты, состояния различных физиологических
систем организма, появляется психическое напряжение. А психологически и
физически здоровый организм оказывается в состоянии перестроить свои
внутренние процессы в соответствии с изменившимися условиями внешней среды.
При этом активируется иммунная система, соответственно перестраиваются
нервные процессы и эндокринная система; сохраняется или даже увеличивается
работоспособность. Субъективно это воспринимается здоровым человеком как
улучшение самочувствия, подъём настроения.
Имеются индивидуальные различия чувствительности человека к воздействию
возмущений геомагнитного поля. Так, люди, рождённые в период активного
Солнца, менее чувствительны к магнитным бурям. Всё больше данных
свидетельствует о том, что сила фактора внешней среды в период развития
беременности, а также изменения в самом организме матери определяет
устойчивость будущего человека к тем или иным экстремальным условиям и
склонность к определённым заболеваниям. Это позволяет предположить, что сила
воздействия космических, геофизических и других факторов, их соотношение и
ритм воздействия на организм матери как бы заводят внутренние биологические
часы каждого из нас.
УЛЬТРАФИОЛЕТОВОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ Солнца разрушает молекулу кислорода,
которая распадается на два составляющих её атома, и возникшие таким путём
свободные атомы кислорода соединяются с другими молекулами кислорода,
которые ещё не успели разрушиться солнечным ультрафиолетовым излучением. В
результате получается новое вещество - озон. Благодаря озоновому слою до
поверхности Земли доходит лишь малая доля ультрафиолетового излучения. И
именно оно очень важно для человека.
Все знают, что под действием ультрафиолета образуется жизненно
необходимый витамин D. Болезнь, возникающая при недостатке этого витамина у
детей первых лет жизни, которых «заботливые» родители прячут от лучей Солнца,
называется рахитом. Недостаточность солнечного света проявляется также в
бессоннице, быстрой утомляемости и др.
Ультрафиолетовые лучи усиливают работу кровеносных органов: повышается
количество белых и красных кровяных телец, гемоглобина, увеличивается щелочной
резерв и свёртывание крови. При этом дыхание клеток и всего организма
усиливается, процессы обмена веществ идут активнее. Однако ультрафиолетовые
лучи могут действовать на организм и посредством других природных факторов.
Речь идет о влиянии ультрафиолетовых лучей на воздух, которым мы дышим, на его
физическое состояние. Они усиливают процесс естественного самоочищения
атмосферы от загрязнении, способствуя более быстрому окислению пыли, частичек
дыма.
Таким образом, изучения воздействия солнечной активности на атмосферу
Земли поможет уяснить, каким путём воздействует Солнце на человеческий
организм. Эти знания в свою очередь помогут улучшить условия жизни человека,
помогут профилактике заболеваний, правильной постановки медицинских
исследований.
6.3. ЛУННО-ЗЕМНЫЕ СВЯЗИ
Луна и Солнце вызывают приливы в водной, воздушной и твердой оболочках
Земли. Ярче всего проявляются приливы в гидросфере, вызванные действием Луны.
В течение лунных суток, измеряемых 24 часами 50 минутами, наблюдается два
подъема уровня океана (приливы) и два опускания (отливы). Размах колебаний
приливной волны в литосфере на экваторе достигает 50 см, на широте Mocквы –
40 см.
Атмосферные приливные явления оказывают существенное влияние на общую
циркуляцию атмосферы. Солнце также вызывает все виды приливов. Фазы
солнечных приливов 24 Часа, но приливообразующая сила Солнца составляет 0,46
части приливообразующей силы Луны. Следует иметь в виду, что в зависимости от
взаимного положения Земли, Луны и Солнца приливы, вызванные одновременным
действием Луны и Солнца, либо усиливают, либо ослабляют друг друга. Поэтому
два раза в течение лунного месяца приливы будут достигать наибольшей и два раза
наименьшей величины. Кроме того, Луна обращается вокруг общего с Землей
центра тяжести по эллиптической орбите, и поэтому расстояние между центрами
Земли и Луны меняется от 57 до 63,7 земных радиуса, вследствие чего
приливообразующая сила в течение месяца изменяется на 40 % .
В открытом море подъем водной поверхности во время прилива не превышает
1 м. Значительно большей величины приливы достигают в устьях рек, проливах и в
постепенно суживающихся заливах с извилистой береговой линией. Наибольшей
величины приливы достигают в заливе Фанди (Атлантическое побережье Канады).
У порта Монктон в этом заливе уровень воды во время прилива поднимается на
19,6 м. В Англии, в устье реки Северн, впадающей в Бристольский залив,
наибольшая высота прилива составляет 16,3 м. На Атлантическом побережье
Франции, у Гранвиля, прилив достигает высоты 14,7 м, а в районе Сен-Мало до
14 м. Во внутренних морях приливы незначительны. Так, в Финском заливе, вблизи
Санкт-Петербурга, величина прилива не превышает 4-5 см, в Черном море, у
Трапезунда, доходит до 8 см. Поднятия и опускания водной поверхности во время
приливов и отливов сопровождаются горизонтальными приливо-отливными
течениями.
При отливах на пологих берегах морей может происходить обнажение дна на
расстоянии в несколько километров по перпендикуляру к береговой линии. Рыбаки
Терского побережья Белого моря и полуострова Новая Шотландия в Канаде
используют это обстоятельство при ловле рыбы. Перед приливом они
устанавливают на пологом берегу сети, а после спада воды подъезжают к сетям на
телегах и собирают попавшую в них рыбу.
Когда время прохождения приливной волны по заливу совпадает с периодом
колебаний приливообразующей силы, возникает явление резонанса, и амплитуда
колебаний водной поверхности сильно возрастает. Подобное явление наблюдается,
например, в Кандалакшском заливе Белого моря. В устьях рек приливные волны
распространяются вверх по течению, уменьшают скорость течения и могут
изменить его направление на противоположное. На Северной Двине действие
прилива сказывается на расстоянии до 200 км от устья вверх по реке, на Амазонке –
на расстоянии до 1 400 км. На некоторых реках (Северн и Трент в Англии, Сена и
Орне во Франции, Амазонка в Бразилии) приливное течение создает крутую волну
высотой 2-5 м, которая распространяется вверх по реке со скоростью 7 м/сек. За
первой волной может следовать несколько волн меньших размеров. По мере
продвижения вверх волны постепенно ослабевают, при встрече с отмелями и
преградами они с шумом дробятся и пенятся. Явление это в Англии называется бор,
во Франции маскаре, в Бразилии поророка. В большинстве случаев волны бора
заходят вверх по реке на 70-80 км, на Амазонке же до 300 км. Наблюдается бор
обычно во время наиболее высоких приливов. Спад уровня воды в реках при отливе
происходит медленнее, чем подъем во время прилива. Поэтому, когда в устье
начинается отлив, на удаленных от устья участках еще может наблюдаться
последействие прилива.
Река Сен-Джонс в Канаде, недалеко от места впадения в залив Фанди, проходит
через узкое ущелье. Во время прилива ущелье задерживает движение воды вверх по
реке, уровень воды выше ущелья оказывается ниже и поэтому образуется водопад с
движением воды против течения реки. При отливе же вода не успевает достаточно
быстро проходить через ущелье в обратном направлении, поэтому уровень воды
выше ущелья оказывается выше и образуется водопад, через который вода
устремляется вниз по течению реки.
Приливо-отливные течения в морях и океанах распространяются на
значительно большие глубины, чем течения ветровые. Это способствует лучшему
перемешиванию воды и задерживает образование льда на ее свободной
поверхности. В северных морях благодаря трению приливной волны о нижнюю
поверхность ледяного покрова происходит уменьшение интенсивности приливоотливных течений. Поэтому зимой в северных широтах приливы имеют меньшую
высоту, чем летом.
Поскольку вращение Земли вокруг своей оси опережает по времени движение
Луны вокруг Земли, в водной оболочке нашей планеты возникают силы приливного
трения, на преодоление которых тратится энергия вращения, и вращение Земли
замедляется (примерно на 0,001 сек за 100 лет). По законам небесной механики
дальнейшее замедление вращения Земли повлечет за собой уменьшение скорости
движения Луны по орбите и увеличение расстояния между Землей и Луной. В
конечном итоге период вращения Земли вокруг своей оси должен сравняться с
периодом обращения Луны вокруг Земли. Это произойдет, когда период вращения
Земли достигнет 55 суток. При этом прекратится суточное вращение Земли,
прекратятся и приливо-отливные явления в Мировом океане.
В течение длительного времени происходило торможение вращения Луны за
счет возникавшего в ней приливного трения под действием земного притяжения
(приливно-отливные явления могут возникать не только в жидкой, но и в твердой
оболочке небесного тела). В результате Луна потеряла вращение вокруг своей оси и
теперь обращена к Земле одной стороной.
Благодаря длительному действию приливообразующих сил Солнца потерял
свое вращение и Меркурий. Как и Луна по отношению к Земле, Меркурий обращен
к Солнцу только одной стороной.
В XVI и XVII веках энергия приливов в небольших бухтах и узких проливах
широко использовалась для приведения в действие мельниц. Впоследствии она
применялась для приведения в действие насосных установок водопроводов, для
транспортировки
и
монтажа
массивных
деталей
сооружений
при
гидростроительстве. В наше время приливная энергия в основном превращается в
электрическую энергию на приливных электростанциях и вливается затем в общий
поток энергии, вырабатываемой электростанциями всех типов, В отличие от
гидроэнергии рек, средняя величина приливной энергии мало меняется от сезона к
сезону, что позволяет приливным электростанциям более равномерно обеспечивать
энергией промышленные предприятия.
В приливных электростанциях используется перепад уровней воды,
образующийся во время прилива и отлива. Для этого отделяют прибрежный бассейн
невысокой плотиной, которая задерживает приливную воду при отливе. Затем воду
выпускают, и она вращает гидротурбины. Приливные электростанции могут быть
ценным энергетическим подспорьем местного характера, но на Земле не так много
подходящих мест для их строительства, чтобы они могли изменить общую
энергетическую ситуацию.
Пока энергия приливных электростанций обходится дороже энергии тепловых
электростанций, но при более рациональном осуществлении строительства
гидросооружений этих станций стоимость вырабатываемой ими энергии вполне
можно снизить до стоимости энергии речных электростанций. Поскольку запасы
приливной энергии планеты значительно превосходят полную величину
гидроэнергии рек, можно полагать, что приливная энергия будет играть заметную
роль в дальнейшем прогрессе человеческого общества.