Морозов Александр Гавриилович (moralg) wrote,
Морозов Александр Гавриилович
moralg

Categories:

Загадки Солнца и его влияние на Землю и человека.

      Этот пост - конспект шестого занятия по программе краткого курса астрофизики для средней школы. Он содержит описание влияния циклов солнечной активности на жизнь человека и исторические процессы, колебаний климата Земли и до сих пор не имеющую однозначного толкования загадку солнечных нейтрино. К чему добавлено кое-что о "глобальном потеплении".


      1. 11-летний цикл солнечной активности.
      Об 11-летнем цикле солнечной активности слышали все. Но как он влияет на жизнь человека и исторические процессы мало кто задумывается, а обществу практически мало чего известно. На климат Земли он практически не влияет, на погоду и здоровье человека влияет, но как - сказать определенно никто не может.

      Поэтому недавно проведенное исследование влияния этого цикла на продолжительность жизни человека весьма показательно. В этой работе была изучена продолжительность жизни 8600 человек из двух норвежских поселков в период от 1676 по 1878 год. Когда медицины в современном понимании в этих поселках заведомо не было, миграционные факторы практически отсутствовали, а учет рождений и смертей в приходских книгах уже стал идеальным и циклы солнечной активности дотошно изучались.

      Как оказалось, высокая солнечная активность при рождении ребенка снижает продолжительность его жизни в среднем на 5 и более лет. Этот негативный эффект особенно заметен у девочек. А сама солнечная активность за последние три века, измеряемая количеством пятен на Солнце, представлена на этом графике:



      2. Циклы большей длительности.
      Активность Солнца одним 11-летним циклом не ограничивается. Не очень четко, но в ней прослеживается примерно 70-80-летний цикл. Его можно увидеть и на графике средней температуры Земли с 1980 по 2010 годы:

,

где несмотря на непрерывное возрастание промышленных выбросов СО2 видна серьезная заминка в глобальном потеплении с середины 40-х до начала 80-х годов прошлого века.

      Кроме того, история земного климата последних 2000 лет явно намекает на наличие цикла длительностью порядка тысячи лет. Достаточно вспомнить начавшееся в первой половине 6-го века существенное похолодание, завершившее разрушение римской империи, открытие викингами Гренландии как "зеленой" земли и взрывной рост населения азиатских степей, вылившихся в нашествие монголов на запад, а также "малый ледниковый период" в Европе в 16-18 веках.

      Самый длинный цикл солнечной активности имеет, возможно, период в несколько сот миллионов лет. Так, примерно 300 млн. лет назад на Земле средняя температура была выше нынешней на ~ 15 градусов (каменноугольный период). А примерно 600 млн. лет назад вся Земля включая и экваториальные области в течение нескольких десятков миллионов лет была покрыта толстой коркой льда (период "Земля-снежок"). В тот период средняя температура Земли была ниже нынешней примерно на 15-20 градусов.

      3. Нейтринная загадка Солнца.
      В процессах слияния двух ядер дейтерия (или трития с протоном) в ядро гелия в недрах звезд дополнительно рождаются жесткий гамма-фотон и электронное нейтрино. Фотон, постоянно теряя энергию в столкновениях с электронами и ядрами, крайне медленно просачивается к поверхности Солнца и излучается с нее уже в оптической части спектра. И если бы термоядерная реакция в ядре Солнца мгновенно прекратилась, то Солнце продолжало бы светить в нынешнем режиме еще многие сотни тысяч, если не миллионы, лет.

      Нейтрино же, практически не взаимодействуя с веществом, со скоростью света вылетает из недр Солнца в открытый космос. Расчет интенсивности потока нейтрино исходя из соображений стационарности термоядерной реакции в недрах Солнца при его нынешней светимости был, разумеется, проведен. Осталось проверить этот расчет. Это можно было сделать с помощью нейтринных телескопов первого поколения, о которых я уже рассказывал (на реакции превращения изотопа Cl37 в изотоп Ar37). Это было сделано неоднократно и не на одной установке. Результат оказался обескураживающим - электронных нейтрино оказалось примерно в 2-2,5 раза меньше, чем предсказывали расчеты.

      На сей день просматриваются, как минимум, два варианта разгадки этого факта. Один основан на гипотезе об осцилляциях нейтрино - самопроизвольных взаимопревращениях электронного, мюонного и тау нейтрино при их пролете от Солнца к Земле. Из этого варианта следует наличие отличных от нуля масс у всех типов нейтрино, пусть и на много порядков меньших массы электрона. Из чего должно вытекать, что скорость движения нейтрино не может быть тождественно равной скорости света. Пока этого в экспериментах не обнаружено. Но о фактах экспериментального подтверждения самих осцилляций нейтрино сообщается.

      Другой вариант предполагает что в недрах Солнца термоядерная "печка" работает с переменной интенсивностью. Из-за конвекции. Подобной конвекции воздуха вблизи батареи центрального отопления. А именно, перегревшиеся в ходе термояда массы солнечного ядра всплывают в область более холодной плазмы, где термоядерная реакция не идет из-за недостаточной температуры. А эта холодная плазма погружается в ядро Солнца, разогревается и в ней вновь интенсифицируется термоядерная реакция.

      Расчеты периодов такой конвекции в моделях ядра Солнца дают величину порядка 200-300 млн. лет. Что по порядку величины близко к периодичности смены климата Земли от момента "Земли-снежка" до каменноугольного периода. При таком подходе внутреннее строение Солнце будет представлять из себя иерархию конвективных зон, толщины и конвективные периоды которых убывают с удалением от центра Солнца. На такую картину вполне естественно ложится самая верхняя конвективная зона с периодом конвекции в 11 лет, подповерхностная зона конвекции с периодом в 70-80 лет, еще более глубокая с конвективным периодом порядка тысячи лет и так далее.

      Все подповерхностные конвективные зоны мы наблюдать не можем. Но самую верхнюю конвективную зону в фотосфере Солнца мы обнаруживаем в виде очень большого числа слаборазличимых "веснушек" на лике спокойного Солнца:



      Но гораздо более детальное и контрастное их изображение выглядит так:



      На нем отчетливо видны конвективные ячейки (типа ячеек Бенара - разъяснить их функционирование).

      4. Кое-что о глобальном потеплении.
      Приведенный выше график повышения средней температуры приземного слоя атмосферы Земли за последние полтора века дает основания говорить о глобальном потепления. Политико-общественное мнение отдает предпочтение в нем антропогенному фактору - бурному росту выбросов промышленностью такого парникового газа, как СО2.

      Действительно, за последние полтора века доля СО2 в атмосфере возросла более чем на треть. С 0,03% до 0,04%. Однако, главным парниковым газом в атмосфере Земли является водяной пар - он обеспечивает не менее 2/3 парникового эффекта. Но роль водяного пара двояка - он своими облаками также экранирует поверхность Земли от солнечных лучей. Около четверти парникового эффекта обеспечивает СО2. Остаток берет на себя метан СН4. Последнего в атмосфере сейчас очень мало. Но много в болотах и вечной мерзлоте, на дне холодных океанских вод, а также в продуктах жизнедеятельности крупного рогатого скота.

      Однозначно прогнозировать эволюцию климата Земли даже на ближайший век очень трудно. Среди научных работ по этому вопросу встречаются и такие, в которых на середину этого века прогнозируется похолодание, сравнимое по масштабам с "малым ледниковым периодом" конца 17-го века. Не следует сбрасывать и со счета возможность извержения супервулканов. Могущих надолго загрязнить атмосферу массами пепла и тем самым заметно охладить атмосферу Земли.


Tags: Астрофизика-Л5
Subscribe

Recent Posts from This Journal

  • Маленькие рассказы о космосе (18).

    За 10 лет в ЖЖ написал немало постов по космической тематике. Расфасовав их метками по разным подтемам. Но будучи сделанными в разное время по…

  • Чем могу быть полезен?

    Еще Козьма Прутков говаривал: Специалист подобен флюсу, полнота его одностороння. К середине 1980-х я тоже стал подобен флюсу, что было…

  • Уроки физики. 6. Законы сохранения импульса.

    Я не зря написал в заголовке слово "закон" во множественном числе. Почему - объясняю под катом. Первый закон Ньютона, сиречь принцип…

promo moralg march 5, 2018 03:01 43
Buy for 30 tokens
Многие из нас вздрагивают, когда дорогу нам перебегает черная кошка. Но неприятных последствий обычно не возникает и мы быстро забываем о ней. Но два дня назад на северо-восток США обрушилась очередная буря и совершила совсем не очередное действо - сломала дерево, которое 227 лет назад посадил…
  • Post a new comment

    Error

    Anonymous comments are disabled in this journal

    default userpic

    Your IP address will be recorded 

  • 15 comments