АКАДЕМИЯ НАУК СССР
Серия
«Планета Земля и Вселенная»
Л. И.МИРОШНИЧЕНКО
СОЛНЕЧНАЯ
АКТИВНОСТЬ
И ЗЕМЛЯ
ИЗДАТЕЛЬСТВО «НАУКА»
Москва 1931

М64
Изучение влияния Солнца на физико-химические и
биологические процессы в околоземном космическом
пространстве, в земной атмосфере, на поверхности Земли и в ее
недрах представляет собой задачу огромного научного,
практического и мировоззренческого значений.
В книге излагаются современные представления о
различных проявлениях солнечной активности, о свойствах
межпланетной среды и ее взаимодействии с магнитосферой
Земли, о путях воздействия солнечных возмущений на верхнюю
часть земной атмосферы (ионосферу) и на ее нижние слои
(тропосферу), где разыгрываются метеорологические
явления. Необходимое внимание уделено также гелиобиологиче-
ским эффектам, которые являются одним из важнейших
проявлений солнечно-земных связей.
Книга рассчитана на широкий круг читателей,
интересующихся проблемами космической физики. Она может быть
полезна также для специалистов-космофизиков и
представителей других областей науки и практики, заинтересованных в
использовании результатов исследования проблемы
солнечно-земных связей.
17.5.5.
Ответственный редактор
доктор физико-математических наук
профессор А. А. ДМИТРИЕВ
Scan AAW
Леонтий Иванович Мирошниченко
СОЛНЕЧНАЯ АКТИВНОСТЬ И ЗЕМЛЯ
Утверждено к печати Редколлегией серии научно-популярных изданий
Академии наук СССР
Редактор издательства В. Н. Некрасова, Художник В. В. Суриков
Художественный редактор Н. А.Фильчагина» Технический редактор Ф.М.Хенох
Корректоры Г. М. Котлова, Г. Н. Лащ
ИБ № 18461
Сдано в наСор 26.05.8L Подписано к печати 18.09.81. Т-22176. Формат 84x108732
Бумага № 1 Гарнитура обыкновенная новая. Печать высокая.
Усл. печ, л. 7,5. Усл. кр.-отт, 7,8, Уч.-изд. л. 8,1. Тираж 44400 экз. Тип. зак. 563
Цена 50 коп.
Издательство «Наука» 117864 ГСП-7, Москва, В-485, Профсоюзная ул., 90
2-я типография издательства «Наука» 121099, Москва, Г-99, Шубинский пер., 10
© Издательство «Наука», 1981 г,
20604—439
М 054 (02)-81 Б3'82-128 80.1705050000

К ЧИТАТЕЛЮ
Per aspera ad astra *
Несколько лет назад мировую печать обошло
сенсационное сообщение: в 1982 г. нашу Землю ожидают «большие
потрясения», поскольку все девять планет Солнечной
системы выстроятся в линию по одну сторону от Солнца.
Утверждалось, что это редкое событие (оно происходит
один раз в 179 лет) приведет к «катастрофическим
бедствиям» планетарного масштаба.
Дело в том, что подобное расположение планет почти
совпадает с годами максимума солнечной активности
(1980—1981 гг.). При этом в атмосфере Солнца будут
наблюдаться мощные возмущения (солнечные бури):
сильные вспышки, большие протуберанцы, выбросы
вещества и др. «Земным эхом» таких событий явятся
разнообразные возмущения магнитосферы Земли, различных
слоев ее атмосферы и т. д. (магнитные бури, полярные
сияния, нарушения коротковолновой радиосвязи,
вариации потока космических лучей и т. п.). Ученые особенно
обеспокоены тем, что при этом может быть серьезно
нарушена установившаяся на Земле система ветров, что
повлечет за собой существенное изменение картины
погоды, т. е. распределения осадков и температуры, в
обширных районах земного шара. Немаловажен также тот
факт, что с направлением ветров изменится и характер
взаимодействия циркулирующих воздушных потоков с
поверхностью Земли. В результате скорость вращения
нашей планеты может измениться в достаточной степени,
чтобы вызвать землетрясения в тех местах, где недра
находятся в состоянии, неустойчивого равновесия...
Успокоим читателя: «конец света» в 1982 г. нам не
угрожает. Расчеты, проведенные в СССР и Бельгии,
полностью опровергли предположение о том, что в 1982 г.
все планеты выстроятся предполагаемым образом. На
* Через тернии к звездам (лат.).
3

самом деле восемь из девяти планет (кроме Венеры)
будут находиться в мае 1982 г. (в момент наибольшего
сближения) в пределах сектора с углом 60—65°, а если
учесть и Венеру, то сектор будет еще шире (около 105°).
Можно подвергнуть сомнению и физический
механизм, предлагаемый некоторыми учеными для
объяснения солнечной активности, а именно приливное
воздействие планет на Солнце. Приливная волна, создаваемая
совокупным действием всех планет (даже при
выстраивании в одну линию), слишком мала, чтобы служить
непосредственной причиной колебаний солнечной
активности. Казалось бы, вопрос исчерпан. Нет, это далеко не
так. Дело в том, что приливной эффект не является
единственным проявлением гравитационного воздействия
планет па Солнце. Кроме того, приведенные выше
«апокалипсические» прогнозы при всей их спорности в общих
чертах правильно отражают многие проявления
солнечно-земных связей. Чтобы убедиться в этом, не
обязательно ждать чрезвычайных происшествий 1982 г., ибо Земля
постоянно, днем и ночью, чувствует горячее дыхание
Солнца, находясь во власти его магнитных полей и
излучений. Если к этому априори добавить новейшие данные
о влиянии солнечной активности на биосферу Земли, то
получим полную картину солнечно-земных связей.
Главными звеньями в этой цепочке являются Солнце,
межпланетная среда и Земля с ее атмосферой и другими
оболочками. Строго говоря, между указанными
физическими объектами существует взаимное влияние. Однако
энергетический вклад Земли по сравнению с
энергетическими характеристиками солнечных процессов настолько
мал, что им обычно пренебрегают и рассматривают
только влияние Солнца на Землю. Этот традиционный подход
опирается на известные физические законы,
управляющие процессами на Солнце, в межпланетном и
околоземном пространстве. В соответствии с этими законами
построена и современная эндогенная теория солнечной
активности (в частности, ее цикличности). Согласно этой
теории, причины вариаций солнечной активности следует
искать на самом Солнце и в его недрах.
Такой подход оказался весьма плодотворным и
позволил за последние 100 лет выявить основные черты
солнечной активности и детально изучить физические
характеристики некоторых ее проявлений (например,
солнечных вспышек). Вместе с тем многие фундаментальные
4

вопросы гелиофизики (в частности, вопрос о природе
солнечной цикличности) остаются пока до конца
нерешенными. Это сильно затрудняет разработку методов
долгосрочного прогнозирования солнечной активности.
Поэтому вполне естественно, что многие ученые ведут
интенсивные поиски внешних (экзогенных) источников
цикличности. Среди них, на наш взгляд, заслуживают
внимания в первую очередь резонансные (ритмические)
явления в Солнечной системе. При этом мы исходим из
предпосылки, что оба подхода должны не
противопоставляться, а диалектически дополнять друг друга.
В проблеме солнечно-планетных (в частности,
солнечно-земных) связей к настоящему времени накопилось
немало фактов, которые можно считать твердо
установленными и пригодными для успешного использования
при решении научно-исследовательских и практических
задач. Но очень многие вопросы все еще являются
дискуссионными. Поэтому в дальнейшем изложении мы не
будем избегать гипотез, даже весьма спорных, поскольку
они, по выражению М. В. Ломоносова, «представляют
собой единственный путь, которым величайшие люди
дошли до открытия самых важных истин». Сложность
исследования солнечно-земных связей состоит в том, что
многие из них завуалированы, опосредованы другими
процессами естественного (а в последнее время и
искусственного) происхождения. Но, как сказал К. Маркс,
«если бы форма проявления и сущность вещей
непосредственно совпадали, то всякая наука была бы совершенно
излишня» \
1 Маркс Я. Капитал. М.: Госполитиздат, 1949, т, 3, с. 830,

ПРОБЛЕМА «СОЛНЦЕ - ЗЕМЛЯ»
Подавляющее большинство
физико-химических процессов, разыгрывающихся на
Земле, представляют собой результат
воздействия космических сил.
А. Л. Чижевский
Интерес ученых к проблеме солнечно-земных связей
(часто ее называют сокращенно проблемой «Солнце —
Земля») вызван несколькими причинами. Прежде всего
по мере выяснения физических сторон влияния Солнца
на Землю выявилось громадное прикладное значение
этой проблемы для радиосвязи, магнитной навигации,
безопасности космических полетов, прогнозирования
погоды и т. д. Приведем лишь два примера.
В результате одного из многочисленных
«экспериментов», поставленных самой природой,— мощной солнечной
вспышки 4 августа 1972 г.— в течение полутора часов в
ионосфере (по данным ст. Москва) наблюдалось полное
поглощение радиоволн на всех частотах. Одновременно в
Канаде и США замечены колебания напряжения в
высоковольтных электрических линиях и нарушения в работе
кабельных систем связи — телетайпа и телефона.
В другом, реальном и, прямо скажем, зловещем
эксперименте — во время взрыва американской водородной
бомбы 16 июля 1962 г. в стратосфере (эксперимент
«Старфиш») — в магнитосфере образовался
искусственный пояс заряженных частиц. Интенсивность этого
излучения была сравнима с интенсивностью потока частиц
естественных радиационных поясов Земли. При этом,
однако, энергия электронов в искусственном поясе была
значительно выше, чем в естественном. Это привело к
резкому возрастанию радиационной опасности на орбитах
космических кораблей. В частности, спутник «Ариэль»
перестал функционировать спустя примерно неделю
после ядерного взрыва, а два других американских спутника
в течение месяца не передавали данных.
Проблема «Солнце — Земля» затрагивает также ряд
фундаментальных вопросов физики Солнца,
межпланетного пространства и геофизики. Речь идет о свойствах
6

плазмы в различных космических условиях, о способах
превращения энергии магнитных полей в энергию
ускоренных частиц и ударных волн, о механизмах передачи
энергии солнечных возмущений через межпланетную
среду в околоземное пространство, внутрь магнитосферы
Земли, в ее атмосферу и т. д.
Есть еще один, космогонический аспект проблемы,
имеющий важное методологическое и мировоззренческое
значение. Действительно, при всестороннем ознакомлении
с большим разнообразием явлений, происходящих в
Солнечной системе в целом, создается впечатление, что
нынешнее состояние солнечной активности (и солнечно-
планетных связей) есть не что иное, как проявление
текущего этапа эволюции нашей планетной системы.
Другими словами, взаимодействие в системе
Солнце—межпланетная среда—планеты приводит к изменениям
орбит, физических характеристик планет и, в меньшей
степени, самого Солнца, т. е. Солнечная система
продолжает эволюционировать, хотя и достигла определенного
уровня эволюционной зрелости и устойчивости...
Система Солнце—межпланетная среда—Земля
Мысль о связи между космическими и земными
явлениями зародилась, по-видимому, еще в глубокой древности.
Однако истолкование наблюдавшихся связей
(действительных и кажущихся) сопровождалось множеством
мистических заблуждений, начиная от обожествления
Солнца и кончая астрологией.
Научное исследование солнечно-земных связей стало
возможным только после изобретения простых
приборов — компаса, телескопа и др. Усовершенствование
средств наблюдения раскрыло перед исследователями всю
глубину и тонкость космофизических явлений при всей
их сложности и самых разнообразных временных и
пространственных масштабах.
Как уже отмечалось, энергетической базой солнечно-
земных связей служит энергия солнечных возмущений.
Она выделяется Солнцем в виде электромагнитного и
корпускулярного излучений, в виде ударных волн и
выбросов вещества. Чтобы представить взаимосвязь
отдельных звеньев в цепи этих связей, рассмотрим схему,
показанную на рис. 1, а также рис. 2, где дано условное (без
7

бяляце
<7У7?К/77/70АГаг//1//77//0?
ле/77000е, /7адг//7, рентгена/}
мое ?/ tf/7. пялруешя
к_
/fo/7/7&C/f?CW?pff0?
z/jjfyve/fi/e:
солт/еут/ый fo/ящ соляеут/б/г
{0/77 fc/7&/U/W /
/Уе0/С/7Ла//?7777/?ГЛ
среда
/Уе///77//ялб//дя
а/77М0СО7е/7а
X
//07/0е07ера
/Уе/ле0/70Л0ги—
vecTfue
J7p07?7(777bl
У
/еоАгдгшткое
770Л0
^73
0~1/0Л00Ц-
чес/ше
07p7pS/f777d/
Рис. 1. Схема солнечГно-земных связей
/7/70це00&/
tf/fi/mpu
Je/чли
соблюдения масштабов) изображение системы Солнце-
межпланетная среда—Земля.
Из этих рисунков видно, что различные виды
солнечного излучения (электромагнитное и корпускулярное) на
пути к поверхности Земли должны преодолеть несколько
преград. Для электромагнитных волн межпланетная
среда практически прозрачна. Геомагнитное поле на них
также не влияет. Основное поглощение или
трансформацию они испытывают в ионосфере и нейтральной
атмосфере Земли. Заметим, что из всего спектра
электромагнитного излучения Солнца (от гамма-лучей с длиной волны
примерно 0,01 А до километровых радиоволн)
поверхности Земли достигают лишь лучи, соответствующие
узкой полоске в области ближнего ультрафиолета,
видимого и инфракрасного излучения (от 3000 до 5200 А),
а также небольшой участок радиоспектра (в интервале
длин волн примерно от 1 мм до 30 м). Важно отметить,
что интенсивность излучения в оптическом «окне
прозрачности» земной атмосферы практически не зависит от
солнечной активности, а интенсивность проникающего
радиоизлучения, зависящего от активности Солнца, очень
мала.
Частицам, ускоренным во вспышках (солнечным
космическим лучам) приходится преодолевать магнитные
8

поля в атмосфере Солнца,
в межпланетном и
околоземном пространствах.
В окрестности Земли эти
частицы вступают в
непосредственное
взаимодействие с частицами
ионосферы и нейтральной
атмосферы, вызывая ряд
интересных геофизических
явлений (например, усиленное
поглощение коротких
радиоволн, приходящих от
космических источников).
Радиационные пояса
Земли занимают
обширную область околоземного
пространства,
заполненную энергичными
протонами и электронами.
Пояса не являются
препятствием для
электромагнитного излучения Солнца и
солнечных космических
лучей. Интересна
особенность радиационных
поясов — их относительная
устойчивость: магнитное
поле Земли служит своеобразной ловушкой для
захваченных частиц, которые могут существовать в ней длительное
время. Вместе с тем во время мировых магнитных бурь
эта внутренняя часть магнитосферы (включая
радиационные пояса) становится местом важных, если не основных,
событий.
Весьма динамичным и сложным звеном в цепи
солнечно-земных связей является солнечный ветер —
непрерывный поток ионизованного газа (плазмы) от Солнца.
Подробнее о нем мы расскажем далее, а сейчас отметим лишь
одно из его важнейших свойств: он служит переносчиком
«вмороженных» магнитных полей солнечного
происхождения («вмороженность» магнитного поля означает, что
его силовые линии переносятся в межпланетном
пространстве вместе с солнечным ветром). Именно вариации
Нейтральная S ЗЕМЛЯ N Геомагнитные
атмосфера пульсации
Рис. 2. Наглядное представление
системы Солнце — межпланетная
среда — Земля (относительные размеры
не соблюдены)
9

мощности солнечного ветра, напряженности и
направления межпланетных магнитных полей служат
непосредственной причиной магнитосферных возмущений.
Нет ничего удивительного в том, что отдельные звенья
цепочки, показанной на рис. 1, изучены неодинаково.
Лучше остальных, пожалуй, исследованы явления так
называемого электромагнитного комплекса: магнитные
бури, полярные сияния, возмущения ионосферы и т. п.
Известные способы передачи энергии геомагнитных
возмущений в нижнюю часть атмосферы (тропосферу), где
разыгрываются метеоявления, изучены не достаточно
хорошо. Воздействие слабых электромагнитных полей на
биологические объекты было подтверждено
экспериментально совсем недавно. А связь процессов в недрах Земли
с возмущениями магнитосферы настолько сложна, что
даже самые достоверные данные по этому вопросу
можно поставить под сомнение...
По-видимому, в настоящее время важно не только
накапливать новые факты, но и подвергать имеющийся
громадный наблюдательный материал
причинно-следственному анализу. При этом решающее значение имеет
методика такого анализа. Воздействие солнечной
активности на Землю следует рассматривать, на наш взгляд,
в двух аспектах — энергетическом и информационном.
В первом случае речь идет о переносе энергии солнечных
возмущений к Земле, во втором — о перераспределении
уже накопленной энергии в магнитосфере, ионосфере и
нейтральной атмосфере. Перераспределение энергии
может происходить либо плавно (ритмические колебания
геофизических параметров), либо скачкообразно (триг-
герный, или спусковой механизм). Только такой
всесторонний подход позволит подвести серьезный физический
фундамент под проблему солнечно-земных связей.
Солнце — источник энергии геофизических возмущений
Из сказанного вполне понятны причины нашего
повышенного интереса к Солнцу. Еще М. В. Ломоносов
считал, что на поверхности Солнца происходят непрерывные
бурные изменения. Свои представления об этих
процессах он изложил в поэтической форме:
Когда бы смертным толь высоко
Возможно было возлететь,
Чтоб к Солнцу бренно наше око
10

Могло приближившись возреть,
Тогда б со всех открылся стран
Горящий вечно Океан.
Там огненны валы стремятся
И не находят берегов,
Там вихри пламенны крутятся,
Борющись множество веков;
Там камни, как вода, кипят,
Горящи там дожди шумят.
Если перейти на современную прозу, то можно
утверждать, что М. В. Ломоносов правильно представлял
себе по крайней мере два свойства солнечной
атмосферы — ее высокую температуру и динамичность. Высокая
температура приводит к тому, что атомы химических
элементов находятся в необычном (ионизованном)
состоянии, когда они потеряли все пли значительную долю
своих электронов. Поскольку солнечная атмосфера сильно
разрежена, то газ в ней существует в виде плазмы —
смеси положительно и отрицательно заряженных частиц
(ионов и электронов). Плазма сейчас находится в центре
внимания физиков, работающих над проблемой
управляемых термоядерных реакций, и космофизиков, изучающих
электромагнитные и динамические процессы на Солнце,
в межпланетной среде и в околоземном пространстве.
Солнечная атмосфера весьма неоднородна по своим
физическим характеристикам. Между отдельными ее
частями различия столь значительны, что астрономы
разделили ее на несколько слоев — фотосферу, хромосферу и
корону. Самый близкий к Солнцу слой — фотосферу —
условно считают поверхностью Солнца. Плотность плазмы в
фотосфере превышает 1013 см~3, а температура около
6000 К. Наблюдать фотосферу можно в обычном белом
свете или с применением различных фильтров,
выделяющих из солнечного спектра лучи различной «окраски».
Под фотосферой находится так называемый
конвективный слой толщиной примерно 100—100 000 км. Физиче-
кие условия в этом слое недостаточно хорошо изучены,
однако не вызывает сомнений, что он играет важную
роль в процессах рождения и развития пятен и в
долговременных вариациях солнечной активности.
Во время солнечных затмений, в те немногие минуты,
когда Луна закрывает солнечный диск, можно видеть
окаймляющее его узкое розоватое кольцо. Это солнечная
11

хромосфера, занимающая примерно 2000 км над уровнем
фотосферы. Плотность хромосферы меняется с высотой
в пределах 109—1012 см"3, а температура на границе с
короной (в так называемом переходном слое) достигает
105 К.
Самую внешнюю часть атмосферы Солнца называют
короной. Ее плотность не превышает 109 см-3, но
температура высока (около миллиона градусов) по сравнению
с температурами хромосферы и фотосферы, Этот факт
объясняется нагревом короны плазменными волнами,
идущими снизу. Высокая температура короны имеет
решающее значение для одного из интереснейших явлений
физики Солнца — «испарения» короны и ее расширения
в межпланетное пространство в виде солнечного ветра.
Процессы, происходящие в различных слоях
атмосферы Солнца, весьма многообразны. Плазма на Солнце
находится в особых условиях — в магнитном поле. Оно
влияет на характер движения плазмы, на распределение
температуры, плотности и другие характеристики
солнечной атмосферы. Мы сосредоточим внимание только на тех
явлениях в атмосфере Солнца, которые изменяют обычное
состояние магнитосферы и различных слоев атмосферы
Земли. Совокупность этих явлений получила название
солнечной активности.
Разумеется, границу между спокойным и активным
Солнцем следует считать условной. Дело в том, что, хотя
между многими солнечными и земными явлениями
удалось установить связь, в большинстве случаев речь идет
о корреляции, т. е. о большей или меньшей степени
взаимного соответствия, а отнюдь не о
причинно-следственной зависимости явлений. Поэтому не исключено, что
некоторые явления, которым приписываются
геофизические эффекты, являются лишь сопутствующими, тогда как
решающую роль могут играть другие, пока не известные
нам процессы на Солнце. С другой стороны, к проблеме
солнечно-земных связей могут иметь непосредственное
отношение некоторые фундаментальные вопросы физики
Солнца (например, вопрос о природе солнечной
цикличности) .
Несмотря на указанную неопределенность, ясно одно:
все проявления активности на Солнце связаны с
возникновением и развитием магнитных полей. Магнитные поля
наблюдаются на уровне фотосферы, однако явления
активности (вспышки, протуберанцы и др.) протекают в
12

основном в хромосфере и короне. При этом подавляющее
большинство этих явлений связано с развитием на
Солнце активных областей. Центр активности появляется на
диске за время от нескольких часов до суток и может
существовать несколько месяцев (до года),. Поэтому ряд
явлений на Земле повторяется с периодом вращения
Солнца (около 27 дней). К подобным явлениям
относятся, например, так называемые рекуррентные, т. е.
периодически повторяющиеся, магнитные бури. Кроме
процессов большого временного масштаба, в активной области
часто наблюдаются спорадические (внезапно
развивающиеся) явления, связанные с нестационарными
процессами — солнечными вспышками.
Солнечный цикл — это периодический процесс
появления и развития активных областей. Он затрагивает все
Солнце и может быть прослежен по изменению любых
характеристик активной области. Однако наиболее
наглядным проявлением солнечного цикла является
изменение числа солнечных пятен со средним периодом около
11,2 года. Поэтому не случайно, когда говорят о солцеч-
ной активности, имеют в виду прежде всего солнечные
пятна.
Температура пятен примерно на 1500 К ниже
температуры окружающей фотосферы, из-за контраста они
кажутся более темными. Внешне пятна напоминают
«впадины» в фотосфере глубиной 700—1000 км и диаметром
от 2 до 50 тыс. км. В начале нынешнего столетия было
обнаружено, что солнечные пятна представляют собой
гигантские электромагниты. Напряженность магнитного
поля пятен обычно находится в пределах (1,6-^2,4) •
•105 А/м, но иногда достигает 4-Ю5 А/м (для сравнения
укажем, что на геомагнитном экваторе напряженность
горизонтальной составляющей поля составляет всего
25,6 А/м).
Пятна правильной формы встречаются крайне редко,
к тому же они обычно появляются группами (рис. 3),
Группы пятен наблюдаются не по всему диску Солнца.
Обычно они появляются на широте не более 45° по обе
стороны от солнечного экватора. Вблизи самого экватора
(до широты ±5°), а также на широтах более ±45° пятна
возникают редко.
Обычно в группах имеются два основных пятна
(ведущее и хвостовое), которые обладают магнитными
полями противоположных знаков. По мере развития группы
13

Рис. 3. группа солнечных пятен,
наблюдавшихся 2 августа 1972 г.
Рис. 4. Схематическое изображение
11-летнего цикла солнечных пятен
(диаметр кружка условно отражает число
пятен, а центр соответствует их средней
гелпошироте)
растет площадь пятен и напряженность магнитного поля,
а сами пятна постепенно удаляются друг от друга. После
того как группа достигает максимального развития, ее
площадь начинает довольно быстро убывать, что нередко
приводит к скорому ее разрушению. В зависимости от
размеров группы, площади пятен, напряженности
магнитного поля, а также расположения группы на диске
Солнца она существует от нескольких часов до
нескольких месяцев. На рис. 4 показано, как со временем
меняется число пятен (размер кружков) и их средняя широта
(центр кружков) в течение 11-летнего цикла солнечной
активности,
14
Jff
Ь^ 24 V
\\№
«5 ff
^0 0
''' ' '
? * ff ff /О

V/
/00 h
/00
/40
/00
/011
00
00
40
20
0
-1 i i Г I V|
J l I l l l l
/740 7700 7705 /000 7№0 /040 /000 №0 7S0$ 7020 7040 7000 7080
/700 7770 7700 /0/0 №0 /000 7870 /000 /0/0 /080/0007070
0O0bl
Рис. 5. Вариации среднегодичных значений чисел Вольфа с 1749 по 19S0 г.
Благодаря усилиям астрономов многих стран к
настоящему времени удалось получить непрерывный ряд
данных о числе солнечных пятен начиная с 1749 г.
Большой вклад в эту работу внесли цюрихские астрономы.
Один из них — Рудольф Вольф — в середине прошлого
века предложил характеризовать уровень солнечной
активности относительными числами пятен (числа
Вольфа) W=k(10g+f), где g — число групп; / — общее число
отдельных пятен; к — множитель, характерный для
данной обсерватории и зависящий от условий наблюдения.
Для удобства солнечные циклы перенумерованы.
Первым считается цикл, начавшийся в 1755 г. Поскольку по
предыдущему циклу нет полных данных, то он получил
нулевой номер. Нетрудно вычислить, что в 1976 г.
закончился 20-й цикл солнечной активности, а максимум
текущего 21-го цикла, по оценкам разных исследователей,
должен наступить между концом 1979 г. и концом 1981 г.
На рис. 5 приведена кривая изменения среднегодичных
значений W с 1749 по 1980 г. по данным цюрихской
службы Солнца. Видно, что, хотя изменения солнечной
активности происходят периодически, эта периодичность
15

не совсем обычная, так как интервалы времени между
годами максимальных (или минимальных) значений W
довольно сильно различаются. Известно, что с 1749 г. до
наших дней продолжительность периода колебалась от 7
до 17 лет между годами максимальных значений W и от
9 до 14 лет между годами их минимальных значений
(при осреднении по всем двадцати циклам и получается
значение периода 11,2 года). Поэтому принято говорить
не об 11-летнем периоде, а об 11-летнем цикле солнечной
активности.
Кривая 11-летнего цикла имеет характерный
несимметричный вид. Период роста активности в среднем равен
iiiiinlinii)iiiiifiiiiiiimiliiiiiimiilniiii
7S82 7№
Ишь
Рис. 6. Сравнение амплитуд и форм с 18-го по 21-й цикл солнечной
активности
Сплошная кривая получена осреднением с 8-го по 20-й цикл, вертикальной
чертой показаны пределы разброса ожидаемых значений "W в 21-м цикле.
Все кривые нормированы к минимуму 20-го цикла (июнь 1976 г.).
1—3 — циклы 18—20 соответственно; 4, 5 — наблюдения и прогноз для
21-го цикла
16

Рис. 7. Фотография типичной солнечной вспышки на фоне более темного
газа фотосферы Солнца
4,2 года, а спада — около 7 лет. Кроме того, при переходе
к меньшим интервалам времени (годичным, месячным и
другим значениям чисел W) плавность кривой чисел W
существенно нарушается. К тому же максимальные
значения W сильно меняются от цикла к циклу (рис. 6).
Эти особенности 11-летнего цикла затрудняют понимание
сущности солнечной активности и усложняют
прогнозирование и интерпретацию солнечно-земных связей.
Кроме чисел W, существует еще более десятка
индексов солнечной активности. Перечислим только те
индексы, которые в настоящее время считаются наиболее
существенными для проблемы солнечно-земных связей.
Среди них следует отметить прежде всего суммарную
площадь пятен S и максимальную напряженность их
магнитного поля В. Индекс S получают сложением площадей
пятен всей группы на видимом диске Солнца. В какой-то
степени суммарная площадь пятен отражает суммарный
уровень напряженности их магнитных полей (магнитный
поток). Отметим, что из трех упомянутых индексов лишь
напряженность магнитного поля имеет вполне ясный фи-
17

зический смысл. Бто позволяет делать оценки энергетики
солнечных процессов, в частности определять плотность
магнитной энергии рв-=В2/8п (в расчете на 1 см3) и
полной энергии магнитного поля WB=/ (B2/8n)dV в
рассматриваемом объеме У.
Среди явлений солнечной активности совершенно
особое, исключительное место занимают вспышки — высшее
Таблица 1
Распределение энергии при мощной солнечной вспышке
Виды шдделешш энергии
Электромагнитное излучение:
ультрафиолетовое
мягкое рентгеновское
оптическое белое
в линии Да
жесткое рентгеновское
гамма-излучение
радиоизлучение
Энергичные частицы в
межпланетном пространстве:
электроны (более 20 кэВ)
протоны (более 10 МэВ)
Газодинамические выбросы над
хромосферой
Межпланетные ударные волны
Всего
Полная
энергия,
Дж
| (3-5)1024
ю24
(1_3)Ю2з
~102*
(3-5)1019
(3-5)10i8
~1017
~10и
2-1024
3-Ю24
~1025
(1-2)1025
Доля
полной
энергии, %
15-25
5
0,5—1,5
5. Ю-1
10-5
ю-6
5-10"7
0,05
10
15
50
100
Мощность,
Вт
(3-5) 1021
3.1020
3.1С20
3-1019
3.101G
(3-5)10is
~10н
~1019
~102i
~102а
—
(1-2) 1022
проявление солнечной активности (рис. 7). Они
представляют собой грандиозные взрывы в атмосфере Солнца,
сопровождающиеся выделением огромной энергии
(примерно до 1025 Дж). Эта энергия распределяется между
электромагнитными волнами (в оптическом, радио- и
других диапазонах), ускоренными частицами (в
основном цротояами и электронами), газодинамическими
движениями (выбросами) над хромосферой и
межпланетными ударными волнами. Из табл. 1 видно, что в
энергетическом отношении наибольший интерес представляют
межпланетные ударные волны, которые уносят до 50%
энергии вспышки (заметим, что для развития яа Земле
18

самой мощной магнитной бури достаточно всего одной
стомиллионной доли от энергии ударной волны).
Обычно вспышки происходят на стыке пятен
противоположных полярностей в группах пятен со сложной
структурой. По современным представлениям, пред-
вспышечная ситуация возникает в активной области за
два-три дня до появления вспышки. Саму вспышку
астрономы фиксируют по резкому усилению яркости
отдельных участков поверхности Солнца в лучах красной
водородной линии На (6563 А). Возгорание вспышки
продолжается от минуты до десятков минут, угасание может
длиться несколько часов. Вспышки сильно отличаются
друг от друга по мощности свечения в линии На (/ —
слабая, п — нормальная, Ъ — яркая вспышка). Для полной
характеристики необходимо учесть также площадь
вспышки (в квадратных угловых градусах). Очень
слабые вспышки (субвспышки) имеют площадь не более 2.
Вспышкам с площадью 2,1—5,1 приписывается балл 1/,
1лг или 16 в зависимости от яркости свечения.
Аналогично классифицируются вспышки с площадью 5,2—12,4 (2/,
272, 2/3) и 12,5—24,7 (3/, Згс, 36). Наиболее мощные
вспышки (4/, 472 и АЬ) имеют площадь более 24,7. Умножая
число вспышек определенного балла па некоторый
коэффициент, учитывающий их мощность, и суммируя такие
произведения по всем вспышкам, можно получить вспы-
шечный индекс. Эта характеристика напоминает числа
Вольфа. В какой-то мере по ней можно судить об
энерговыделении Солнца во время вспышек.
Когда появилась возможность регулярно наблюдать
зеленую и красную линии свечения короны, то
астрономы стали пользоваться еще одним индексом солнечной
активности — средней интенсивностью зеленой (или
красной) корональной линии. Этот индекс имеет
определенный физический смысл. Он отражает временные
вариации энерговыделения короны.
Наконец, в последние десятилетия в исследованиях
солнечно-земных связей прочное место занял индекс
потока радиоизлучения Солнца. Этот индекс определяется
для различных длин волн — от метров до сантиметров.
Особенно широко применяется индекс потока
радиоизлучения Солнца на волне 10,7 см. Определение этого
индекса в отличие от индекса вспышечной активности не
зависит от погодных условий. Кроме того, индекс потока
радиоизлучения оказался тесно связанным с ходом измене-
19

ния чисел Вольфа, что делает его весьма привлекательной
характеристикой солнечной активности.
Кроме отмеченных выше широтных вариаций
солнечной активности в течение 11-летнего цикла (это касается
в первую очередь чисел Вольфа), наблюдается также
неравномерное распределение активности по долготе.
Оказалось, что существуют такие долготные интервалы, в
которых все виды солнечной активности (пятна, вспышки
и т. д.) в течение продолжительного времени
проявляются существенно сильнее, чем в среднем по диску Солнца.
Подобные активные долготы могут сохраняться годы и
даже десятилетия, тогда как центры активности — в
лучшем случае около года. Более того, центры активности
нередко возникают на одной и той же активной долготе.
Почему же столь долго сохраняются активные долготы?
Солнце является газовым шаром, поэтому нет ничего
удивительного в том, что скорость его вращения различна
на разных широтах (это касается по крайней мере менее
плотных его слоев, начиная с фотосферы и выше).
Наблюдателями установлено, что 27 сут — это усредненное
значение периода вращения Солнца. В действительности
период вращения составляет около 26 сут на экваторе и
постепенно возрастает, достигая примерно 34 сут у
полюсов. Такое вращение называется дифференциальным в
отличие от жесткого, при котором угловая скорость
вращения постоянна для всех точек рассматриваемого тела.
Изучая положение групп пятен на солнечном диске день
за днем, удалось показать, что фотосферные слои, в
которых наблюдаются пятна, вращаются дифференциально.
Отсюда астрономы (в частности, Ю. И. Витинский из
Пулковской обсерватории) делают очень важный вывод,
что активные долготы отражают физическое состояние
подфотосферных слоев Солнца, где преобладает жесткое
вращение. Таким образом, с активными долготами,
по-видимому, связаны более фундаментальные закономерности
в жизни Солнца, чем 11-летний цикл.
В заключение этого раздела коснемся чрезвычайно
важного вопроса о возможной изменчивости потока
лучистой энергии Солнца в связи с колебаниями солнечной
активности. Наблюдениями установлено, что поток
лучистой энергии So, падающей на земную атмосферу,
составляет 1,36 -103 Вт/м2. Эту величину, полученную
суммированием по всем длинам волн оптического диапазона
(0,2—3 мкм), называют солнечной постоянной.
20

Хотя So определена с точностью до тысячных долей,
результаты измерений, проведенных разными
исследователями в разные периоды времени, различаются между
собой по крайней мере в пределах сотых-десятых долей
процента (и даже до 1%). Выли обнаружены также
небольшие колебания в спектральном составе излучения
Солнца и связь этих колебаний с появлением солнечных
пятен на диске. Это наводит на мысль, что солнечная
постоянная в действительности подвержена небольшим
временным изменениям. Практическая важность этого
вопроса ясна: согласно современным моделям климата,
уменьшение S0 на 1% может привести к глобальному
понижению температуры на Земле на 1° С. Этого вполне
достаточно, чтобы вызвать «малый ледниковый период»
вроде того, который наблюдался в XVII в.
Здесь необходимо подчеркнуть следующее. Даже если
So практически постоянна за пределами атмосферы
Земли, поток лучистой энергии, достигающей земной
поверхности, будет существенно зависеть от прозрачности
атмосферы. Поэтому измерения на поверхности Земли,
высоко в горах и даже в стратосфере дают практически
«метеорологическую» солнечную постоянную 50м, а не
истинное значение S0l причем всегда S0m<Sq. Если
колебания уровня солнечной активности (количество пятен,
частота и мощность вспышек и т. п.) способны изменять
прозрачность атмосферы, то даже при постоянстве S0
следует ожидать заметных вариаций Som, а следовательно,
и определенных метеорологических и климатических
эффектов (это действительно подтверждается
наблюдениями, о которых мы подробнее расскажем далее). Что
касается временных (возможно, циклических) вариаций S0,
особенно за большие промежутки времени (примерно
103—106 лет), то в свете последних астрофизических
данных (дефицит потока солнечных нейтрино по сравнению
с теоретически ожидаемым, результаты исследования
космических лучей в прошлом по космогенным изотопам и
др.) такие вариации не исключаются, по этот вопрос пока
окончательно не решен. В этой связи представляет
интерес гипотеза советского геофизика А. А. Дмитриева,
который подходит к объяснению солнечной цикличности с
позиций неравновесной термодинамики. Согласно этой
гипотезе, минимум диссипации энергии в теле Солнца
соответствует некоторому стационарному состоянию
равновесия между генерируемой и излучаемой энергиями.
21

При малых отклонениях в любую сторону от равновесия
должно происходить увеличение диссипации и малое
изменение светимости Солнца.
Земля в потоке солнечного ветра
Еще в 1936 г. основоположник гелиобиологии А. Л.
Чижевский писал: «В нас глубоко укоренилась привычка
считать, что Солнце чрезвычайно удалено от нас...
Однако данный взгляд в корне неверен. Его ошибочность
происходит оттого, что мы не учитываем одного важнейшего
фактора — размеров самого светила и связанных с этим
размером массы тела и величины излучающей
поверхности, т. е. силы притяжения Солнца и силы его радиации».
Действительно, Земля удалена от Солнца всего на 107
солнечных диаметров. Если учесть огромную мощь
термоядерных процессов, совершающихся в солнечных
недрах, и их видимые последствия, то придется признать,
что Земля постоянно находится под влиянием Солнца. Оно
не только цепко держит Землю силой тяготения, но и
окружает, обволакивает ее своими магнитными
«щупальцами» и обдувает непрерывным потоком солнечного ветра...
Почти до начала нашего века астрономы были
уверены, что межпланетное пространство представляет собой
слегка запыленный вакуум. В 1896 г. норвежский физик
О. К. Биркеланд высказал предположение, что Солнце,
кроме волнового излучения, испускает также частицы,
скорость которых почти в тысячу раз меньше скорости
света. Синхронность многих гелио- и геофизических
явлений также наводила на мысль, что в межпланетном
пространстве имеется агент, передающий солнечные
возмущения к Земле. Кроме того, наблюдаемое вытягивание
кометных хвостов можно было объяснить только
влиянием какого-то общего потока частиц от Солнца. В конце
50-х годов по предложению американского
физика-теоретика Е. Паркера это гипотетическое излучение получило
название солнечного ветра. Но лишь в начале 60-х годов
его существование было доказано экспериментально
благодаря измерениям на автоматических межпланетных
станциях.
Как возникает солнечный ветер? Мы уже отмечали,
что верхняя часть солнечной атмосферы (корона) имеет
очень высокую температуру. Благодаря этому корона ис-
22

пытывает непрерывное расширение, подобное испарению
кипящей воды. В результате образуется направленный от
Солнца поток плазмы (в основном протонов и
электронов), называемый солнечным ветром. Его основные
характеристики приведены в табл. 2.
Таблица 2
Свойства солнечного ветра
Параметр
Поток частиц /, ион-см-2.с1-стер"1
Скорость и, КМ-С""1
Концентрация п, ион «см-3
Температура электронов Те, К
Температура протонов Тр, К
Магнитное поле Я, нТл
Альфвеновская скорость V А, км-с-1
Содержание гелия, %
Значение

минимальное
1
200
0,4
5-103
3-103
0,2
30
0
среднее
3
400
6,5
2-105
5-Ю4
6
60
5

максимальное
100
900
100
106
106
80
150
25
Из таблицы видно, что свойства солнечного ветра
очень изменчивы и своеобразны. В частности, солнечный
ветер «пронизан» магнитным полем, которое, как мы
увидим далее, играет немаловажную роль в солнечно-земных
связях. Кроме того, в плазме солнечного ветра,
содержащего магнитное поле, возникают особого рода колебания
(волны Альфвена), которые распространяются вдоль
силовых линий со скоростью УА=5/У4яр, где р — плотность
плазмы в г-см-3. Зти волны (наряду с другими типами
плазменных колебаний) очень важны для понимания
динамических процессов в межпланетной среде.
Солнце испускает частицы плазмы подобно тому, как
садовый насос выбрасывает струю воды. Частицы,
вылетающие с одинаковой скоростью из одной и той же
области, но в различные (последовательные) моменты
времени, «выстраиваются» в цепочку вдоль кривой, имеющей
форму архимедовой спирали. В плоскости солнечного
экватора ее можно приближенно описать уравнением
г«(ц/Й)ф, где г — расстояние, пройденное частицей;
и — скорость солнечного ветра; Q — 2,7-10~6 раД с"1 —
угловая скорость вращения Солнца; ф — угол закрученно-
23

сти спирали в радианах. Используя среднее значение
и=400 км-с-1 (см. табл. 2), нетрудно подсчитать, что на
расстоянии г=гъ=1 а.е.д.=1,5-108 км (радиус земной
орбиты) угол ф«58°. Отсюда легко понять, что при
расширении короны магнитные силовые линии, «вмороженные»
в плазму, будут вытягиваться в межпланетное
пространство и также принимать форму спирали.
Непосредственные измерения межпланетного магнитного поля (ММП)
вблизи плоскости эклиптики в общих чертах не
противоречат этой картине. В зависимости от направления поля
в источнике магнитное поле вблизи Земли может быть
направлено от Солнца (плюс) или к Солнцу (минус).
Солнечный ветер и спиралевидное магнитное поле
простираются далеко за орбиту Земли, так что наша планета
по существу находится в самой внешней, весьма
разреженной области солнечной атмосферы.
Сказанное иллюстрируется уникальным рис. 8,
ставшим уже «классическим» после его первой публикации
в 1965 г. На этом рисунке, построенном американскими
учеными Дж. Вилкоксом и Н. Нессом, приведены данные
измерений ММП на ИСЗ IMP-1 в декабре 1964 г. Хорошо
видна не только спиральная форма поля, но и
своеобразное чередование положительной и отрицательной
полярностей в течение одного оборота Солнца. В декабре 1964 г.
в ММП моншо четко выделить четыре сектора, в которых
поле одного знака преобладает на протяжении четырех —
восьми дней.
Такая структура, однако, не является стационарной:
при изменении картины магнитных полей на Солнце
сектора эволюционируют (меняется их количество и
ширина) и, кроме того, внутри сектора одной полярности
могут появляться вкрапления поля другого знака (такая
ситуация наблюдалась, в частности, во время
геомагнитной бури 2 декабря 1964 г. (см. рис. 8)).
В связи с этим подчеркнем, что для проблемы
«Солнце — Земля» при наличии знакопеременности ММП очень
важным является момент пересечения Землей границы
между секторами. Этот момент часто используют как ре-
перную точку отсчета или привязки во многих
геофизических исследованиях, поскольку смена знака ММП
приводит к существенной перестройке картины токов и по-*
лей в магнитосфере Земли.
Упрощенная картина солнечного ветра, описанная
выше, не отражает всей сложности процесса расширения
24

короны. Законченной теории солнечного ветра пока нет,
но основные его свойства изучены весьма детально (по
крайней мере вблизи плоскости эклиптики). Для
проблемы «Солнце — Земля» важно, что солнечный ветер
довольно однозначно передает картину солнечных
возмущений к Земле; в частности, распределение направлений
ММП у Земли хорошо согласуется с распределением
магнитных полярностей в соответствующих областях
фотосферы. При этом основную роль в геофизических возму-
Рис. 8. Секторная структура межпланетного магнитного поля по
измерениям на американском спутнике Земли IMP-1 в декабре 1964 г. (знаками
плюс и минус показано направление поля от Солнца и к Солнцу
соответственно)
Рис. 9. Предполагаемая
геометрия высокоскоростного потока
солнечного ветра
3 — область увеличенного потока
энергии; 2 — поперечное сечение
потока на сферической
поверхности радиусом 1 а.е.д.
25

щениях (особенно в возмущениях геомагнитного поля)
играют изменения свойств солнечного ветра, в первую
очередь колебания его скорости и плотности. Иными
словами, геоэффективность солнечного ветра определяется
пространственно-временной неоднородностью его свойств,
в частности существованием высокоскоростных потоков
и вспышечных выбросов плазмы. Хотя на геомагнитную
активность влияют и другие факторы межпланетной
среды, особенно напряженность и знак ММП, оказывается,
что большинство из них обусловлены временными или
пространственными вариациями скорости солнечного
ветра.
Высокоскоростным считают такой поток, скорость
которого по крайней мере на 150 км-с-1 выше, чем скорость
спокойного солнечного ветра (300 км-с1). Угловой
размер потока на орбите Земли может достигать 60°,
скорость — 800 км-с-1, а область его распространения — по
крайней мере 5 а.е.д. При распространении от Солнца
высокоскоростной поток существенно изменяет свою
форму за счет взаимодействия со спокойным солнечным
ветром (рис. 9). На ведущем крае потока наблюдается
быстрое увеличение скорости, плотности, температуры
плазмы и напряженности ММП, в отстающей части —
относительно медленное уменьшение тех же параметров.
Область сжатия переднего фронта несет в себе основную
долю энергии потока и является наиболее геоэффективной.
Хотя число таких потоков в среднем за год невелико
(до 50), их роль в рекуррентных геомагнитных
возмущениях существенна, поскольку потоки могут существовать
в течение нескольких оборотов Солнца. Наиболее мощные
высокоскоростные потоки наблюдались в 1962 и 1973—
1974 гг., т. е. на спаде солнечной активности, вблизи ее
минимумов. Источниками высокоскоростных потоков
солнечного ветра являются так называемые корональные
дыры — области короны с незамкнутыми (расходящимися)
силовыми линиями магнитного поля и низкой
интенсивностью электромагнитного излучения. Наиболее
убедительные доказательства существования корональных дыр
были получены при фотографировании Солнца в
рентгеновских лучах с борта американской космической станции
«Скайлэб» в 1973 г.
Особый интерес представляют потоки, связанные со
спорадическими выбросами солнечной плазмы во время
мощных солнечных вспышек. Скорость таких потоков
26

превышает 1000 км-с"1, угловой размер на орбите Земли
может достигать 120°, масса уносимого из солнечной
атмосферы вещества — около 1017 г, а полная энергия —
примерно 1025 Дж. Частота таких событий, называемых тран-
зиентами, в отличие от потоков со скоростью &^
800 км-с-1, возрастает с увеличением солнечной
активности. Межпланетное магнитное поле перед вспышечным
потоком сжимается и усиливается по меньшей мере в 4 раза
по сравнению с невозмущенным состоянием. Кроме того,
от наиболее мощных вспышек в межпланетном
пространстве распространяются сильные ударные волны. Их
приход к Земле сопровождается внезапными и очень
большими возмущениями магнитосферы — магнитными
бурями.
В последние годы была установлена сложная
внутренняя структура вспышечных выбросов (А. Хундхаузен,
К. Г. Иванов и др.). Кроме того, К. Г. Ивановым и др.
показано, что вспышечный поток сильно сплющен к
плоскости большого круга, проходящего через вспышку
параллельно магнитной оси той биполярной группы пятен,
где произошла вспышка. Легко сообразить, что в
зависимости от сплющенности потока меняется вероятность
попадания Земли внутрь вспышечного выброса, т. е.
меняется его геоэффективность. Иными словами, амплитуда
геомагнитного возмущения будет зависеть от попадания
Земли в центральную часть потока или в его периферийную
область.
Кроме потоков солнечного ветра, в межпланетном
пространстве постоянно присутствуют галактические
космические лучи —частицы с энергией, на много порядков
превышающей энергию частиц солнечной плазмы. Их
концентрация, однако, невелика — всего около 10""10 см"3,
поэтому роль этого излучения в солнечно-земных связях
в целом незначительна, хотя пренебрегать ею, как
увидим далее, в некоторых случаях нельзя.
Солнечные космические лучи —частицы с энергией
8„>108 эВ, генерируемые во время вспышек (названы
так из-за их близкого сходства с истинными космическими
лучами галактического происхождения). Характерное
время жизни солнечных космических лучей порядка
нескольких часов. Полная плотность их энергии на орбите
Земли спустя примерно час после мощной вспышки
может достигать 10"16 Джем"3 (примерно в 103—104 раз
больше плотности энергии галактических космических
27

-** 1 1 1 1
70r MJ /0J W7 /0* /07r
Рис. 10. Спектры частиц, наблюдаемых в околоземном пространстве
J — невозмущенный солнечный ветер; 2 — высокоскоростной поток от
вспышки; з, 4 — частицы, вызывающие полярные сияния, по измерениям
разных исследователей; 5 — частицы, вызывающие поглощения
радиоволн в полярных шапках; 6, 7 — спектры солнечных космических лучей
в различные фазы возрасгания их потока; 8 — галактические космические
лучи; 9, 10 — шкалы широт и высот соответственно, на которые могут
проникать частицы заданной энергии; 11 — условная граница между
космическими лучами и межпланетной плазмой; I (>ек) — суммарный поток
частиц с энергией больше заданной
лучей). Из-за малой концентрации (менее 10~8 см~3)
солнечные космические лучи в большинстве случаев не
играют существенной роли в динамике межпланетной среды.
Однако их вклад в развитие некоторых геофизических
возмущений (нарушение коротковолновой связи в
полярных областях, частичное опустошение озонного слоя и
др.) весьма значителен.
На рис. 10 в виде интегральных энергетических
спектров частиц дана полная картина корпускулярного
излучения в околоземном пространстве. У кривых 1 ж 2
указаны соответствующие температуры и концентрация
частиц в спокойном и возмущенном солнечном ветре,
а также линии равновесия между плотностями энергий
межпланетной плазмы и ММП, т. е. пкТ=В2/8п (к —
постоянная Больцмана). Штриховой линией 11 изображен
28

на условная граница между частицами космических лучей,
движущимися в геомагнитном поле по индивидуальным
траекториям, и частицами межпланетной плазмы,
которые воздействуют на магнитосферу коллективно (как
облако частиц).
Один из виднейших исследователей геомагнетизма
С. Чепмен и его ученик В. Ферраро еще в 1940 г.
показали, что магнитное поле Земли начинает
чувствовать воздействие внешнего потока заряженных частиц,
если их плотность превышает критическую величину
пс~ 10~8 см~3. При этом пс оказывается связанной со
скоростью частиц v простым соотношением тгс=6,8«
• 10~15i; см"3, где v выражено в см-с*"1. Нетрудно
вычислить, что для спокойного солнечного ветра (ек = 10 эВ,
i; = 4,35-106 см-с-1) тгс = 3-10~8 см"3, для возмущенного
(s„=103 эВ, у=4,35-107 см • с"1) - пс=3 • 10"7 см"3. Для
солнечных космических лучей не очень высокой энергии
(ек=107 эВ, у=4,35 • 107 см-с"1) получим аналогично
7гс~3-10~5 см~3. Из этих простых оценок видно, что
плотность частиц в солнечном ветре заведомо превышает
критический предел. Отсюда вытекают важные следствия
для магнитосферы.
Магнитное поле Земли является дипольным по своей
природе, т. е. напоминает поле простого магнита с двумя
полюсами. Для потока солнечной плазмы оно служит
некоторым препятствием. Поскольку скорость потока
значительно выше скорости звука в солнечном ветре
(сверхзвуковое обтекание препятствия), то в соответствии с
законами гидродинамики перед магнитосферой образуется
ударная волна. Фронт ударной волны имеет форму
параболоида (рис. 11). Солнечная плазма, проходя через
ударную волну, уплотняется и замедляет свое движение.
При этом ее кинетическая энергия переходит в тепловую,
т. е. температура плазмы повышается.
Уплотненная «горячая» плазма обтекает геомагнитное
поле, оказывая на него давление. Благодаря этому
геомагнитное поле сжимается и принимает форму вытянутой
полости — магнитосферы. Сжатие поля происходит до тех
пор, пока давление поля не уравновесится давлением плаз-
мы. Граница, на которой выравниваются эти давления,
называется границей магнитосферы, или магнитопаузой.
Расчеты показывают, что при скорости солнечного ветра
500 км-с"1 и плотности 2,5 см"3 магнитопауза в лобовой
(подсолнечной) точке находится на расстоянии около
29

Рис. 11. Структура околоземного космического пространства при обтекании Земли солнечным ветром
(плоскость рисунка совпадает с плоскостью геомагнитного меридиана, Солнце находится слева)
1 — радиационные пояса и кольцевой ток; 2 — плазмрпауза; 3 — полярные каспы; 4 — нейтральный слой; 5 — Земля с
зачерненной ночной стороной

10 /?з (земных радиусов) от Земли. При усилении ветра
это расстояние должно уменьшаться, а при ослаблении —
увеличиваться. Наблюдения на космических аппаратах
полностью подтверждают эту картину.
Под давлением солнечного ветра силовые линии гео-»
матнитного ноля, выходящие из полярных шапок,
сносятся с дневной на ночную сторону Земли. В результате
сноса образуется сильно вытянутый в антисолнечном
направлении «хвост» магнитосферы. Легко сообразить,
что силовые линии хвоста, выходящие из разных
полярных шапок, соответствуют различным направлениям
магнитного поля. Поэтому нет ничего удивительного в
том, что на некотором расстоянии L при сближении
магнитных силовых линий противоположной полярности
образуется нейтральный слой плазмы. Напряженность
магнитного поля в слое близка к нулю. Диаметр хвоста
составляет около 40 Д3, а длина — несколько сотен
радиусов Земли. Особый интерес представляют «щели» (или
каспы), расположенные между силовыми линиями,
уходящими вперед на дневную сторону, и силовыми
линиями, сносимыми в хвост на ночную сторону
магнитосферы. Именно через щели и нейтральный слой
возможен непосредственный прорыв уплотненной
горячей солнечной плазмы к верхним слоям атмосферы. Во
всех других областях магнитосферы, по-видимому,
происходит лишь медленное «просачивание» (диффузия)
частиц солнечной плазмы. Как бы то ни было, в матнито-
сфере постоянно существует обширный плазменный слой
(см. рис. 11).
Здесь уместно коснуться вопроса о том, как ведут
себя частицы, заполняющие магнитосферу. Магнитное
ноле Земли служит своеобразной ловушкой дли
заряженных частиц. В зависимости от длительности удержания в
магнитосфере частицы условно называют захваченными
и квазизахваченными.
Захваченная радиация — это частицы, проникшие во
внутреннюю часть магнитосферы до высот примерно
500 км от поверхности Земли и выше. В этой области
силовые линии замкнуты, а ноле имеет дипольную
конфигурацию. В таких условиях частица прочно
удерживается геомагнитным полем. При этом, вращаясь
вокруг силовой линии, частица движется также вдоль
нее между точками зеркального отражения и дрейфует
вдоль параллели вокруг Земли. Если на захваченную
31

частицу не действуют внешние возмущения, то она может
двигаться в магнитосфере неограниченно долго. В
зависимости от своей энергии частица попадает на ту или иную
силовую линию. Поскольку протон и электрон имеют
разные массы, то при одинаковой скорости их жесткости
сильно различаются. Вот почему захваченная радиация
образует два пояса — внутренний протонный (с энергией
протонов порядка десятков МэВ) и внешний
электронный (с энергией электронов порядка десятков кэВ).
Квазизахваченная радиация, или радиация полярных
сияний, заполняет внешнюю часть магнитосферы и
нейтральный слой. В отличие от захваченных частиц, квази-
захваченные могут совершать только вращение вокруг
силовой линии и колебательное движение между точками
зеркального отражения. Дрейф у квазизахваченных
частиц либо очень мал, либо в результате дрейфа они
уходят в хвост магнитосферы и там теряются. Важно
отметить, что энергия квазизахваченных частиц (ек>0,1 кэВ
для электронов и ек>1 кэВ для протонов) в сотни и
тысячи раз превышает энергию частиц солнечного ветра.
Механизм ускорения квазизахваченных частиц в
магнитосфере пока не вполне ясен; он тесно связан с общим
процессом развития геомагнитного возмущения.
Общая картина геофизического возмущения
На рис. 12 схематически показана временная
последовательность явлений, наблюдаемых на Земле после
солнечных вспышек. Часть этих явлений уже
упоминалась ранее, о некоторых речь пойдет впереди. Их
совокупность иногда называют электромагнитным
комплексом явлений в проблеме «Солнце — Земля». Этим хотят
подчеркнуть их отличие, например, от процессов в
нейтральной атмосфере Земли, в ее гидросфере, биосфере и
(предположительно) в ее недрах. На наш взгляд, это
деление является весьма условным, хотя и оправданным
исторически. В действительности, конечно, во всех
явлениях солнечно-земной физики действуют одни и те же
физико-химические законы — от ядерных взаимодействий
частиц до магнитогидродинамических и
электромагнитных волновых процессов.
Электромагнитному комплексу геофизических
явлений посвящена обширная литература, как специальная,
так и научно-популярная, Поэтому не будем подробно
32

^ * 8 /2 tf 20 24 20 J2 J6 t,4
Рис. 12. Схематическое изображение эффектов солнечных вспышек,
наблюдаемых на Земле
1 — видимое излучение вспышки; 2 — радиоизлучение высокой частоты;
3 — радиоизлучение низкой частоты; 4 — солнечные космические лучи;
5 —вариации галактических космических лучей (эффект Форбуша); б —
поглощение космических радиошумов в полярных областях Земли; 7 —
вариации геомагнитного поля (геомагнитная буря).
По вертикальной оси показана условная амплитуда эффектов, по
горизонтальной — время после начала солнечной вспышки
описывать весь комплекс, а ограничимся кратким
изложением наиболее интересных свойств явлений, а также
отметим некоторые новые результаты. За последние
десятилетия в изучении электромагнитного комплекса явлений
и проблемы «Солнце-Земля» в целом огромный вклад
внесли советские геофизики и в первую очередь ученые
Института земного магнетизма, ионосферы и
распространения радиоволн (Московская обл.), Сибирского
института с тем же названием (Иркутск), Полярного
геофизического института (Апатиты), Института космофизических
исследований и аэрономии (Якутск) и многих других
академических и отраслевых институтов, а также ученые
десятков астрономических и геофизических обсерваторий
страны. Интенсивные исследования солнечно-земных
явлений ведутся советскими учеными на морях и океанах,
а также в атмосфере и космосе с помощью самолетов,
шаров-зондов, геофизических ракет, искусственных
спутников Земли и автоматических межпланетных станций.
33

Воздействие рентгеновского и ультрафиолетового
излучений Солнца, а также солнечных космических лучей
на газовую оболочку Земли сводится в основном к
возбуждению и ионизации атомов атмосферы на различных
высотах. Механизм воздействия солнечного ветра на
магнитосферу гораздо сложнее. В самых общих чертах
картину геомагнитного возмущения можно представить
следующим образом.
Положение границы магнитосферы определяется, как
уже говорилось, равенством давлений солнечного ветра и
геомагнитного поля. С другой стороны, магнитосферная
плазма (частицы ионосферы, магнитосферный хвост,
нейтральный слой и т. д.) находится в постоянном
конвективном движении, порождая электрические токи —
экваториальную и полярные электроструи.
Возникновение полярных электроструй связано с возмущениями
движения квазизахваченных частиц плазменного слоя.
Если эти возмущения достаточно велики, то точки
зеркального отражения могут опускаться до высоты 100 км
и ниже. Там частицы сталкиваются с нейтральными
молекулами воздуха, теряют свою энергию и выбывают
(«высыпаются») из магнитосферы. Высыпание частиц
из плазменного слоя в ионосферу высоких широт
вызывает электрические токи, текущие вдоль зон полярных
сияний в обоих полушариях (полярные электроструи).
Эти зоны, занимающие полосу геомагнитных широт
67±3°, в любое время являются наиболее возмущенными.
Энергия высыпающихся частиц расходуется на
ионизацию и разогрев атмосферы. Если при высыпании
выделяется энергия до 3-10-3 Дж-м^-С"1, то возникает слабое
полярное сияние. При очень ярком сиянии поток энергии:
может достигать 1—10 Дж-м"2-с-1. Расход частиц в этом
случае настолько велик, что всего их запаса,
содержащегося в магнитосфере, хватило бы лишь на
непродолжительное время. Между тем высыпание происходит почти
непрерывно. Это означает, что магнитосфера постоянно
восполняет свои потери новыми частицами солнечной
плазмы. Таким образом, возмущения магнитного поля
Земли порождают «тонкий ручеек» энергии, которая
может втекать в верхние слои атмосферы практически лишь
в высоких геомагнитных широтах. Индикатором этого
процесса служат полярные сияния — свечение атомов и моле-*
кул кислорода и азота на высотах 95—120 км.
34

Экваториальный кольцевой ток имеет радиус 3—5 R3.
Он течет с востока на запад и существует всегда, давая
небольшой вклад в постоянную часть геомагнитного
поля, обусловленную внутриземными источниками.
Когда мощность солнечного ветра увеличивается,
магнитосфера сжимается, а частицы солнечной плазмы начинают
более интенсивно проникать в нейтральный слой через
далекую область хвоста. Одновременно увеличивается
также плотность частиц плазменного слоя. Это приводит,
в частности, к усилению кольцевого тока. Ток создает
собственное магнитное поле, препятствующее
дальнейшему сжатию магнитосферы. Более того, поле тока
заставляет силовые линии геомагнитного поля смещаться
наружу, т. е. магнитосфера снова расширяется.
При сжатии магнитосферы напряженность
магнитного поля у поверхности Земли (в частности, его
горизонтальная составляющая) увеличивается, а при
расширении — резко уменьшается. Так возникает единичный
импульс бухтообразного геомагнитного возмущения,
которое называется суббурей. Уменьшение горизонтальной
составляющей AS на низкоширотных станциях во время
суббури достигает 30—40 нТл.
Мощные солнечные возмущения вызывают длительное
усиление солнечного ветра. В магнитосферу импульсы
поступают один за другим. Возникает последовательная
серия суббурь, которая в целом и составляет сложную
картину большой магнитной бури (см. рис. 12, кривая
7). Во время суббурь частицы солнечного ветра имеют
доступ во внутреннюю магнитосферу также через
дневной (северный) касп. Геометрическое место внедрения
частиц (из каспа — с дневной стороны и из нейтрального
слоя — с ночной) называют авроральным овалом.
Отметим, что магнитосферная суббуря — весьма
многогранный процесс, включающий в себя не только единичное
магнитное возмущение, но также авроральную суббурю,
ионосферную суббурю и т. д.
Во время изолированной суббури усиление тока
незначительно, но во время большой бури при интенсивном
поступлении частиц солнечного ветра кольцевой ток
сильно возрастает. По приближенным оценкам для
средней бури он может достигать 106—107 А. Магнитное поле
тока связано с его величиной / простым соотношением
Bi=aL Поскольку это поле направлено противоположно
геомагнитному, то в результате наблюдаются большие
35

понижения горизонтальной составляющей Д5~10—50 Тл.
В зависимости от того, является ли источником
возмущения вспышечная плазма или высокоскоростной поток
солнечного ветра, магнитные бури имеют внезапное или
постепенное начало. Общая энергия, поступающая в
магнитосферу во время бури, колеблется в пределах
1016—1017 Дж, поток энергии равен 1013 Вт. Это
составляет 10~8—10~9 от общей энергии волнового и
корпускулярного излучений Солнца во время активных процессов.
Для характеристики уровня магнитной возмущен-
ности наиболее употребительны индексы К и АЕ.
Индекс К — 3-часовая 10-балльная характеристика
(0— совершенно спокойное поле, 9 — очень сильное
возмущение). Среднее значение К по нескольким выбранным
обсерваториям, определенное с точностью до 0,1,
называют ffp-индексом, который является наиболее объективной
мерой магнитной активности в планетарном масштабе.
Для оценок активности за сутки используются
суммы 2 К или 2 Кр, а также 2 Ар, где Ар — приведенная
амплитуда колебаний поля за 3-часовой интервал. Индекс АЕ
также отражает амплитуды колебаний, но за
15-минутные интервалы по записям высокоширотных обсерваторий.
Этот индекс является мерой активности электрострург.
Короткопериодические колебания (КПК)
геомагнитного поля существенно отличаются по своей природе и
свойствам от рассмотренных выше макровозмущений.
КПК объединяют колебания с характерными временами
от долей секунд до 10 мин. Они разделяются на
правильные периодические (Рс) и иррегулярные (Pi), и далее на
подгруппы в зависимости от величины периода.
Амплитуды колебаний различны — от сотых долей гаммы до
нескольких гамм. Амплитуды «гигантских» пульсаций
по величине более 1 нТл. Некоторые типы КПК
сопровождают магнитные возмущения и наблюдаются
преимущественно в высоких широтах, другие генерируются
исключительно при спокойном магнитном поле. Отдельные
типы КПК с почти неизменной амплитудой наблюдаются
многие часы, другие носят характер цугов, разделенных
спокойными интервалами.
КПК геомагнитного поля индуцируют в верхних
проводящих слоях земной коры электрические токи.
Периоды и все другие особенности токов такие же, как и
у магнитных КПК. Поэтому наряду с магнитной часто
пользуются также электрической составляющей КПК.
36

Основным источником КПК являются волновые
процессы в ионосфере (магнитосфере), возбуждаемые не-
устойчивостями плазмы, динамикой частиц, воздействием
электрических полей. Некоторая доля КПК имеет, по-
видимому, межпланетное происхождение или во всяком
случае существенно зависит от направления
межпланетного магнитного поля (это касается в основном пульсаций
типа РсЗ с периодами 20—40 с).
Благодаря тесной связи с магнитосферными
явлениями КПК служат индикатором физических процессов в
околоземном пространстве и широко используются для
диагностики магнитосферы. Геомагнитные пульсации
чутко реагируют на колебания уровня солнечной
активности (например, примерно через 40 ч после мощной
солнечной вспышки их амплитуда в области частот менее
1 Гц может увеличиться в тысячу раз). Как будет видно
далее, из-за малых периодов и устойчивости колебаний в
течение длительных интервалов времени КПК можно
считать одним из наиболее вероятных гелиобиологических
(точнее, магнитобиологических) факторов.
Кроме КПК геомагнитного поля, в магнитосферной
плазме возбуждается множество различных типов и форм
электромагнитных колебаний в диапазоне низких и
очень низких частот. Среди них так называемые
свистящие атмосферики, т. е. электромагнитные колебания
звуковой частоты, возникающие в результате молниевых
разрядов. Как и геомагнитные пульсации, атмосферики
обнаруживают связь с уровнем геомагнитной
возмущенное™ и успешно используются наряду с другими типами
колебаний для диагностики магнитосферы.
Исследования последних лет показали, что для
возникновения и развития магнитосферной суббури большую
роль играет не только мощность солнечного ветра, но и
межпланетное магнитное поле, тесно связанное с полями
активных областей на Солнце. Несмотря на небольшую
величину этого поля (всего несколько нанотеслов), от его
направления зависит геоэффективность соттнечных
корпускулярных потоков. Установлено, что суббуря
развивается только в том случае, когда вертикальная компонента
ММП направлена к югу (перпендикулярно к плоскости
эклиптики). Воздействие межпланетного поля на
геомагнитное объясняют пересоединением на границе
магнитосферы силовых линий этих полей. Выделяемая при этом
37

энергия и служит, по-видимому, спусковым механизмом
для генерации магнитосферной суббури.
Кроме того, от направления азимутальной компоненты
ММП зависят суточные вариации в приполюсных
областях, куда это поле имеет прямой доступ через каспы.
Обнаружена корреляция ММП с состоянием ионосферы,
потоками энергичных солнечных частиц (ек~1,6(10~"13-г-
-М0~12)Дж) и другими процессами. Это указывает на
исключительную важность ММП для проблемы солнечно-
земных связей. Покажем это на примере эффекта Свалга-
арда—Мансурова.
Как уже отмечалось, энергия солнечного ветра может
передаваться в магнитосферу за счет механизма
пересоединения силовых линий геомагнитного и межпланетного
полей. При этом внутрь магнитосферы проникает
межпланетное электрическое поле Ег=—иВу, обусловленное
обтеканием магнитосферы солнечным ветром со скоростью и
при наличии ММП с напряженностью Byi Эю приводит к
возникновению ионосферных электрических токов,
направление которых зависит от знака межпланетного
электрического поля, а следовательно, от направления
ММП. Геомагнитные эффекты этих токов
обнаруживаются на поверхности Земли, и если пересоединение
действительно является причиной появления электрического поля,
то геомагнитные вариации должны обнаруживать
зависимость от ММП.
В конце 60-х годов Л. Свалгаард (Дания) и С. М.
Мансуров (СССР) практически одновременно и независимо
друг от друга обнаружили, что форма и амплитуда
суточных изменений компоненты Z (направленной вниз) и Y
(направленной на север) на полярных станциях Резоль-
ют-Бей (Канада) и Восток (Антарктида) вполне
определенным образом зависят от направления ММП, т. е. от
знака его радиальной (Вх) компоненты (плюс — от
Солнца, минус —к Солнцу). При переходе от положительного
сектора ММП к отрицательному картина геомагнитных
вариаций в полярных областях довольно четко
становилась зеркально отраженной. Впоследствии выяснилось,
что действительной физической причиной такого
отражения является азимутальная (Ву) компонента ММП,
которая, однако, из-за спиральности ММП тесно связана со
знаком Вх-компоненты. Если Вх-компонента направлена
от Солнца, то соответствующий ионосферный ток (его
называют зональным) в северном полушарии направлен с
38

Рис. 13. Модель общего магнитного поля Солпца с экваториальным
нейтральным токовым слоем, построенная по данным измерений
космического аппарата «Пионер-11» вне плоскости эклиптики за орбитой Юпитера
в феврале 1976 г.
запада на восток, если Дс-компонента меняет знак, то
направление зонального тока также становится
противоположным. Есть основания утверждать, что изменение
направления зонального тока влияет на динамику не
только ионосферы, но и нижележащих слоев атмосферы. Как
показал С. М. Мансуров, между атмосферным давлением
на поверхности Земли и направлением ММП
обнаруживается определенная связь, о которой подробнее будет
рассказано далее.
Секторная структура ММП продолжает оставаться
предметом дискуссий и интересных исследований. В
центре дискуссий — природа секторной структуры и
возможности использования данных о секторах ММП для
диагностики и прогнозирования геофизических возмущений.
Как выяснилось в последние годы, секторная структура
ММП связана с фундаментальным вопросом о
возможности существования общего магнитного поля Солнца. Очень
интересные результаты по этому вопросу получены в
феврале 1976 г. американскими учеными Э. Смитом и др.
по данным магнитных измерений за орбитой Юпитера на
борту космического аппарата «Пионер-11».
Измерения проводились на угловом расстоянии
примерно 16° над плоскостью солнечного экватора. Как
оказалось, там существует почти однородное магнитное поле,
направленное от Солнца. Если предположить, что это
поле связано с общим магнитным полем Солнца, вытяну-
39

тым солнечным ветром до границы Солнечной системы,
то получим простую биполярную модель поля Солнца
(рис. 13). Поле разделено на северное и южное
полушария у магнитного экватора. Физической границей раздела,
согласно гипотезе американских ученых, служит
нейтральный токовый слой, напоминающий нейтральный слой в
хвосте магнитосферы Земли. Из-за распространяющихся
от Солнца возмущений (ударных волн от вспышек,
высокоскоростных потоков солнечного ветра и т. п.) структура
слоя неоднородна в пространстве и изменчива во времени.
В плоскости, перпендикулярной плоскости солнечного
экватора, этот плазменный слой по указанным выше
причинам, по-видимому, имеет волнообразную, гофрированную
форму. Такая структура слоя должна за счет вращения
Солнца проявляться на Земле в виде границы между
секторами, в которых ММП поочередно меняет направление
(иными словами, Земля оказывается то над слоем, то под
ним). Разумеется, это пока лишь весьма интересная
гипотеза, но манящий «призрак» нейтрального токового слоя
в ММП уже сильно заинтриговал ученых-космофизиков.
Поиски доказательств его существования продолжаются...
РИТМЫ СОЛНЕЧНОЙ СИСТЕМЫ
Природа проста и не роскошествует
излишними причинами вещей.
И. Ньютон
Неотъемлемой чертой солнечно-земных связей является
определенная ритмичность (цикличность) многих гелиогео-
физических процессов. Существование суточных,
27-дневных, сезонных, годовых, 11-летних и других ритмов
кажется вполне естественным и легко объяснимым.
Например, суточные колебания ряда геофизических параметров
объясняют вращением Земли, 27-дневную повторяемость
какого-либо явления — вращением Солнца, сезонные и
годовые вариации — движением Земли по орбите вокруг
Солнца и т. д.
Многие геофизические явления электромагнитного
комплекса более или менее закономерно связаны с фазами
11-летнего цикла солнечной активности. Сюда можно
отнести полярные сияния и магнитные бури с внезапным
40

началом, уровень возмущенности ионосферы (например,
изменение критических частот отражения радиоволн
различными слоями), полярные поглощения коротких
радиоволн и др. С тем или иным сдвигом по времени
относительно максимума солнечной активности частота и мощность
этих явлений повторяют ход чисел Вольфа, т. е. по мере
роста W интенсивность явлений нарастает, а при
переходе к минимуму активности — уменьшается.
Как мы уже отмечали, такая корреляция еще не дает
прямого указания на физическую причину явления. Более
того, в некоторых случаях циклические проявления
солнечной активности на Земле настолько своеобразны, что
для их описания необходимо выйти за рамки обычных
представлений. Рассмотрим лишь два примера: усиление
потока галактических космических лучей в минимуме
солнечной активности и увеличение частоты геомагнитных
бурь с постепенным началом на фазе спада солнечной
активности (вблизл минимума).
Первое из этих явлений известно уже более 20 лет.
Оно объясняется тем, что в минимуме солнечной
активности уменьшается возмущенность ММП или, другими
словами, уменьшается количество неоднородностей поля,
которые служат центрами рассеяния для галактических
частиц. Тем самым рассеивающие способности ММП
ослабевают, и космические лучи начинают более свободно
проникать внутрь Солнечной системы. При росте
солнечной активности количество неоднородностей ММП
заметно возрастает. Поскольку неоднородности движутся вместе
с солнечным ветром от Солнца, то они усиленно
«выметают» космические лучи за пределы земной орбиты и их
интенсивность на Земле падает (рис. 14). Это упрощенное
объяснение 11-летней вариации космических лучей,
конечно, не отражает всех тонкостей проникновения
галактических частиц внутрь Солнечной системы. Не
исключено, что поведение космических лучей в значительной мере
определяется ритмикой общего магнитного поля Солнца
или даже аномалиями солнечной активности (мы еще
вернемся к этому вопросу, когда пойдет речь о
неравномерности вращения Земли).
Что касается частоты магнитных бурь с постепенным
началом, то это явление удалось объяснить лишь в
последние годы. Как уже говорилось, магнитные бури с
внезапным началом связаны со вспышками. Частота таких бурь
вслед за частотой вспышек уменьшается при переходе от
41

7Ш
/лг
Ркс. 14. Временной ход
интенсивности галактических космических
лучен Л2/1 в течение 11-летнего
цикла солнечной активности W
А1//% максимума к минимуму 11-
летнего цикла. Они гораздо
сильнее, чем бури с
постепенным началом и в отличие
от последних не
обнаруживают тенденции к 27-дневной
повторяемости. Бури с
постепенным началом
наблюдаются с большей частотой на
фазе спада вблизи минимума
солнечного цикла. Как
показали исследования последних
лет, магнитные бури с
постепенным началом
обусловлены высокоскоростными
потоками солнечной плазмы из
корональных дыр. В
максимуме солнечной активности частые возмущения корональ-
ного поля мешают образованию дь.р, поэтому частота
магнитных бурь с постепенным началом сравнительно мала.
При спаде общей возмущенности их частота растет,
поскольку открытые магнитные конфигурации в короне
становятся более устойчивыми.
Изучая связь между магнитной возмущенностыо и
солнечной активностью на протяжении многих 11-летних
циклов, советский геофизик А. И. Оль обнаружил
поразительный факт: максимальная амплитуда данного цикла
(по числам Вольфа) находится в прямой зависимости от
уровня магнитной возмущенности в конце предыдущего
цикла! Это позволило, в частности, правильно предсказать
большую высоту (Wmax^l80) текущего 21-го цикла
солнечной активности. Таким образом, получено еще одно
доказательство в пользу крайне интересной гипотезы о
том, что новый цикл активности зарождается в недрах
старого цикла...
Природа солнечной цикличности, несмотря на успехи
эндогенной теории, остается пока неясной. Поэтому
некоторые ученые вполне закономерно пытаются найти
решение проблемы в рамках гипотезы об экзогенных причинах
цикличности. Одним из перспективных методов
экзогенной теории является системный подход, который успешно
применяется в различных областях назгки. Как отмечают
В. И, Севастьянов и А. Д. Урсул, выход в более широкую
42

систему дает дополнительную информацию, позволяющую
правильно решать поставленную задачу.
С позиций системного подхода выяснение механизма
солнечной активности — это познание одного элемента,
одного звена в проблеме эволюции Солнечной системы.
Ведь Солнце, будучи лишь одним из элементов Солнечной
системы, не может в этом случае раскрыть всех своих
тайн, ибо ключ ко многим из них может находиться
отнюдь не в его недрах. Сказанное в принципе относится
также к Земле и проблеме солнечно-земных связей. Если
Земля оказывается одним из звеньев более широкой
системы, то многие земные явления должны зависеть от других
звеньев системы. И хотя системообразующим центром в
данном случае является Солнце, обратным влиянием
планет на Солнце пренебрегать нельзя.
Действительно, со времен И. Ньютона известно, что
центр Солнца может значительно смещаться относительно
центра тяжести (или барицентра) всей Солнечной
системы. Например, если при сближении Юпитера и Сатурна
они оказываются на одной линии с Солнцем, то барицентр
находится даже вне Солнца. В результате Солнце
вынуждено вращаться не только вокруг собственной оси, но и
вокруг барицентра. Период этого последнего вращения
(с учетом влияния пяти внешних планет Солнечной
системы, начиная с Юпитера) оказался близким к 179
годам... Даже одного этого факта, на наш взгляд,
достаточно, чтобы по крайней мере поставить вопрос о поиске
солнечно-планетных связей.
Вероятно, одно из первых описаний проблемы
«Планеты—Солнце» принадлежит вавилонскому историку и
жрецу Беросу (IV в. до н. э.). Он пытался определить
продолжительность так называемого великого года, когда
диски всех планет, известных в то время, выстраивались
вдоль одной прямой. Начиная с середины XIX в., когда
уже был уверенно выявлен 11-летний цикл в пятнообразо-
вательной деятельности Солнца, вопрос о возможном
влиянии планет на солнечную активность был поставлен на
научную основу. Многие астрономы, в частности Р. Вольф,
обратили внимание на то, что средняя длительность
солнечного цикла (11,13 года) близка к периоду обращения
Юпитера вокруг Солнца (11,86 года). Кроме того,
оказалось, что между изменениями числа солнечных пятен и
расстояния от Юпитера до Солнца существует
определенная связь.
43

Эти совпадения побудили ученых на протяжении
более пятидесяти лет искать доказательства планетного
воздействия на Солнце. В немалой степени этим поискам
способствовал высокий авторитет Р. Вольфа,
который был убежденным сторонником гипотезы об
экзогенной природе солнечной цикличности. В начале нашего
века Э. Браун выдвинул гипотезу, согласно которой
солнечная цикличность — следствие вихревых движений,
порождаемых в атмосфере Солнца планетными приливными
силами. Однако эта гипотеза в те годы не получила
признания главным образом потому, что планетное влияние
считалось прямой причиной пятнообразовательной
деятельности Солнца. В последние десятилетия приливная
гипотеза выглядела малопривлекательной также из-за
малой высоты прилива на Солнце, которая, по оценкам
французского ученого М. Трелли, имеет величину всего
около 1 мм.
Заметим, однако, что малая высота прилива не
является непреодолимой помехой для правдоподобности
приливной гипотезы. В последнее время в различных областях
науки (в частности, в астрофизике) были обнаружены
весьма тонкие эффекты, регистрируемые на пределе
возможностей аппаратуры. Несмотря на малость эффектов,
их роль была признана существенной. Хотя приливная
сила действительно мала, есть основания думать, что при
определенных обстоятельствах она может играть роль
«последней капли». Таким образом, мы приходим к
основной идее первоначального «толчка», выполняющего
функцию спускового механизма.
Движение центра Солнца удобнее всего рассматривать
в так называемой инерциальной гелиоцентрической
системе, неподвижной относительно удаленных звезд (мы
пренебрегаем поступательным движением Солнца). Как
оказалось, планеты по-разному влияют на скорость центра
Солнца uQ=dr/dt (первая производная от г по времени),
ускорение (вторая производная) и изменение ускорения
(или «толчок») (третья производная). При этом роль
внутренних планет возрастает по мере перехода к высшим
производным. Так, например, если вклад в скорость ие со
стороны внешних планет на два порядка больше, чем
вклад внутренних, то их вклады в ускорение Солнца
одинаковы по порядку величины, а вклад в «толчок» от
внутренних планет на порядок больше, чем от внешних-
Кратковременные ускорения и «толчки» отчетливо повторяют-
44

ся с периодом 11,08 года, WM
что очень близко к средней zw р
продолжительности
солнечного цикла. Маловероятно,
чтобы это соответствие было
случайным. Его
правдоподобие подкрепляется анализом
временных вариаций
солнечной активности.
Как установлено,
активность Солнца имеет
квазипериодический, многочастотный
характер. Ни у кого не
вызывает сомнений реальность
11-летнего и 22-летнего
циклов. Есть серьезные
основания утверждать, что
существует цикл длительностью
около 90 лет (его иногда
называют «вековым»). Это
можно видеть из рис. 15, где
приведена кривая
максимальных значений W для
интервала длительностью свыше 200 лет. Заметен
медленный подъем кривой вблизи 18-го цикла. Такую
особенность можно, по-видимому, объяснить, допуская
существование цикла длительностью около 180 лет (проверить
эту гипотезу удастся, вероятно, после 1982 г., во время 22-го
цикла солнечной активности).
С многочастотной структурой цикличности тесно
связан вопрос о существовании в природе так называемого
минимума Маундера в пятнообразовательной деятельности
Солнца. Некоторые исследователи, опираясь на косвенные
данные о полярных сияниях (по визуальным
наблюдениям священнослужителей на территории Скандинавии),
утверждают, что в 1645—1715 гг. на поверхности Солнца
практически не было пятен. На этом основании
противники планетного влияния на Солнце считают экзогенную
гипотезу солнечной цикличности совершенно беспочвенной.
Однако в действительности, как показали обстоятельные
исследования Ю. И. Витинского, минимум Маундера мог
быть результатом наложения 600-летнего цикла (в эпоху
его минимума) на 90-летний цикл. Согласно расчетам
советского физика В. А- Догеля, непосредственной физиче-
-2 и г я мм
Рис. 15. «Вековой» цикл
солнечных пятен (средний период
цикла — 80—90 лет) с 1728 по 1981 г.
Wmax — максимальные среднего-
дичные числа Вольфа; N — номера
11-летних циклов (по данным
цюрихской службы Солнца)
45

ской причиной подобных минимумов солнечной
активности могут быть изменения структуры конвекции на
Солнце: переход от долготной конвекции к широтной должен
сопровождаться ослаблением действия механизма
солнечного динамо.
Анализ данных наблюдений показывает, что в
поведении различных индексов солнечной активности
проявляются вариации с периодами, близкими к периодам (или к
полупериодам) обращения планет вокруг Солнца. Точно
такие же периоды можно получить при разложении
потенциала приливообразующей силы в гармонический ряд.
Доказательство этого совпадения периодов, однако,
является непростым делом, поскольку в индексах активности,
кроме сложной многочастотной структуры, присутствует
заметная случайная компонента. Например, в суммарной
площади пятен и числах Вольфа она достигает 10—25%.
Тем не менее существуют методы, позволяющие на фоне
случайных шумов выделять слабые полезные сигналы
известной частоты (влияние планет). Это делается по
аналогии с методами, используемыми в радиотехнике.
Если имеется достаточное число приемников,
настроенных на ряд равноотстоящих частот, то отождествление
ожидаемого сигнала считается достигнутым, когда в
пределах ошибки, определяемой разрешающей способностью
приемников, амплитуда сигнала (или его мощность) на
ожидаемой частоте больше, чем на других (контрольных)
частотах. Если к тому же амплитуда сигнала
определенным образом модулирована, то сравнение формы сигнала
в различных сериях измерений позволяет выделить эту
модуляцию на фоне очень сильных шумов- При наличии
только шумов корреляция между формами сигнала в
различных сериях будет слабой.
Именно таким методом в цюрихском ряду чисел
Вольфа была обнаружена волна с периодом вращения
Меркурия вокруг Солнца (88 дней). При теснейшем сближении
Меркурия с Солнцем наблюдается максимум значения W,
а при его наибольшем удалении от эклиптики — два
минимума. Методом периодограммного анализа того же
цюрихского ряда удалось выявить вариации W с характерными
периодами и полупериодами Земли и Юпитера. Тем же
методом исследовалось совместное влияние Меркурия,
Венеры, Земли и Юпитера. В результате этих
исследований было показано, что 178-летний период и его
гармоники играют ведущую роль в вековой вариации W.
46

В последние годы предпринимались попытки
использовать определенные планетные конфигурации для
прогностических целей. Так, американские ученые успешно
предсказали за 14 месяцев мощное геофизическое
возмущение, начавшееся 12 ноября 1960 г. Методика прогноза
заключалась в определении дат, когда Меркурий, Венера,
Земля и Марс находятся на угловом расстоянии 0, 90 и
180° от некоторой планеты, имеющей большую по
сравнению с ними орбиту. Та же методика использовалась при
разработке техники прогнозирования протонных вспышек.
При этом оказалось, что увеличение среднесуточного
потока рентгеновского (1—8 А) и радиоизлучения (Л=
=10,7 см) происходит в моменты соединения Меркурия,
Венеры, Земли и Юпитера, особенно в тех случаях, когда
гелиографическая долгота активного центра совпадает с
долготой линии соединения планет. Наиболее активные
геофизические явления, связанные с протонными
вспышками, наблюдаются с запаздыванием на 2—8 дней
относительно дат соединений.
Приведенные результаты подтверждают существование
планетного влияния на активность Солнца и,
по-видимому, открывают интересные прогностические возможности.
Что же касается механизма этого влияния, то единой
точки зрения на его физическую сущность нет.
Некоторые ученые продолжают считать приливную
силу непосредственной причиной, влияющей на ритмику
солнечной активности. Так, видный советский геофизик-
океанолог И. В. Максимов обратил внимание, в частности,
да следующий факт. Потенциал приливообразующей силы
планет на Солнце, измеренный в см2 • с~2, имеет небольшую
величину (1265,7) по сравнению, например, с
потенциалом полусуточной приливообразующей силы Луны на
Земле (23 756,4). Однако он соизмерим с полугодовой
(1906,4) и 19-летней (1714,0) компонентами потенциала
лунной приливообразующей силы. Между тем указанные
компоненты вызывают заметные возмущения в земных
океанах. По аналогии можно ожидать, что приливные
силы планет будут вызывать заметные возмущения
плотной газовой массы Солнца (напомним, что его средняя
плотность в 1,4 раза больше плотности воды). При этом
нельзя исключить, что в подфотосферных слоях могут
генерироваться так называемые внутренние волны
значительной амплитуды (подобное явление наблюдается в
океанах). Конечно, на Солнце генерация таких волн может
47

сильно осложняться магнитным полем и
турбулентными процессами.
Другие исследователи (в основном зарубежные)
предполагают, что конфигурации планет влияют скорее на
моменты рождения пятен, чем являются прямой причиной
их образования. Иными словами, приливная сила
рассматривается как спусковой механизм, способный влиять на
физические условия в очень неустойчивой конвективной
зоне до глубин порядка нескольких сотен километров
ниже уровня фотосферы.
Нетрудно видеть, что обе точки зрения — это пока
лишь гипотезы или отправные точки для развития
отдельных сторон теории солнечной активности. До создания
полной теории, по-видимому, еще очень далеко.
Действительно, мы располагаем надежными данными о
физических наблюдениях явлений солнечной активности не более
чем за два-три 11-летних цикла. Как отмечает геофизик
В. П. Козелов, этих данных недостаточно даже для
проверки статистически обнаруженных закономерностей
солнечной цикличности, не говоря уже о том, чтобы на их
основе отдать предпочтение той или иной модели активности.
Поэтому накопление и анализ наблюдательных данных
о физических характеристиках солнечной активности
(электромагнитное излучение, магнитные поля,
динамические процессы на Солнце и т. д.), по-видимому, еще
долго будут оставаться основными направлениями
исследований, ведущих к построению полной теории солнечной
активности.
Вместе с тем нельзя закрывать глаза на то, что до сих
пор не предложено никакого механизма внутрисолнечно-
го происхождения, объясняющего сложный
квазипериодический и многочастотный характер солнечной активности.
Это и привело в 60-х годах нашего века к возрождению
интереса к гипотезе о планетном влиянии на активность
Солнца. Привлекательность гипотезы состоит в том, что,
несмотря на скудость сведений о внутрисолнечных
процессах, удается связать ритмику солнечной активности с
многочастотным воздействием внешних сил.
Любого человека, знающего строение Солнечной
системы, всегда поражали ее устойчивость и строгий порядок
в движении планет. Случайна ли эта гармония? Ответ
дает математика, а точнее, ее раздел, посвященный теории
нелинейных колебательных систем. С точки зрения теории
колебаний Солнечная система представляет собой набор
48

слабо связанных нелинейных осцилляторов — планет.
Между частотами их обращения вокруг Солнца со*
существует определенная соизмеримость, или резонансность,
которую математически выражают линейным
соотношением
raitDx + /г?©2 + ... + пкщ = 0, (1)
где коэффициенты щ — целые числа. Для примера укажем
на резонансную связь между частотами Юпитера и
Сатурна: 2 о)ю—5 сос~0. Соотношение (1) справедливо также
для спутниковых систем. Так, для спутников Юпитера —
Ио, Европы и Ганимеда — имеем соответственно, что
сои—3 сое+2 сог~0.
Для объяснения подобных (весьма многочисленных)
соизмеримостей было предложено несколько гипотез.
В одной из них резонансные соотношения между
частотами o)i объяснялись действием только консервативных
гравитационных сил без обмена энергией между
компонентами Солнечной системы. В другой гипотезе
учитывалось влияние приливных диссипативных сил, которые
приводят к перераспределению момента количества
движения между планетами и Солнцем. Около 15 лет назад
советский математик А. М. Молчанов высказал более
общую гипотезу резонансной структуры Солнечной системы.
Согласно этой гипотезе, любая нелинейная колебательная
система (независимо от своей природы — механическая,
химическая, биологическая или любая другая) в
результате эволюции должна обязательно выходить на особый
синхронный режим движения (колебаний). Само явление
синхронизации сводится к следующему. Совокупность N
изолированных друг от друга объектов, совершающих
колебания с различными частотами соЛ, при наложении даже
очень слабых связей переходит в такой режим движений,
при котором частоты объектов становятся равными,
кратными или находятся в рациональных отношениях.
Математически это выражается в том, что должны
выполняться т независимых соотношений, линейных относительно
резонансных частот:
2 4*4 = 0, * = 1,2,...,яг. (2)
Здесь пУ— целые числа. Отсюда следует, что в процессе
синхронизации, помимо соизмеримости частот, устанавли-
49

ваются также вполне определенные соотношения между
фазами колебаний Кк. Учитывая, что coft=c2Vd?, и
интегрируя (2), можно показать, что существуют т
постоянных целочисленных линейных комбинаций фаз
N
Ла) = 2 п%Кк = const, i = t,2,...,m. (3)
г=1
Эти комбинации Л(г) называют резонансными фазами.
Именно они определяют распределение фаз в
синхронизованной динамической системе.
Примечательно при этом, что порога синхронизации
не существует, т. е. при сколь угодно слабых связях
между объектами их взаимное влияние в ходе динамической
эволюции обязательно приведет систему в синхронный
режим. Для наглядности рассмотрим следующий пример.
Если систему электродвигателей с неуравновешенными
роторами установить на упругую балку, то при
определенных условиях происходит выравнивание угловых
скоростей вращения роторов, т. е. их самосинхронизация. Если
после установления синхронного режима выключить один
двигатель, то его ротор будет по-прежнему вращаться
синхронно с другими. Это означает, что потери на трение
в выключенном двигателе компенсируются потоком
энергии, передаваемой ему от включенных двигателей
посредством упругих колебаний балки (заметим, что
передаваемая энергия весьма мала по сравнению с энергией
вращения ротора). Это явление происходит только в том случае,
если вся система роторов одновременно эволюционировала
к синхронному режиму. Если же один из роторов с самого
начала был выключен, то малых порций энергии,
передаваемых колебаниями балки, может оказаться
недостаточно, чтобы привести его во вращение.
В общем случае (для произвольной системы) пока нет
теории, позволяющей ответить на вопрос: при каких
условиях и в какой именно синхронный режим придет
колебательная система? Для планетных систем частичный ответ
на эти вопросы дает гипотеза А. М. Молчанова, согласно
которой в синхронном режиме максимально возможное
число резонансных соотношений должно быть на единицу
меньше числа частот (для Солнечной системы имеем 8
соотношений). Максимальная резонансность характерна
не только для планет, но и для спутниковых систем
Юпитера, Сатурна и Урана. Вычисленные А. М, Молчановым
8D

частоты планет и их спутников отличаются от реально
наблюдаемых не более чем на 1,5%. Это означает, что на
современном этапе эволюции Солнечная система если и
не находится точно в максимально резонансном
состоянии, то во всяком случае очень близка к нему (по
астрономическим масштабам времени). Таким образом, резо-
нансность Солнечной системы является неизбежным
следствием ее эволюции и признаком ее эволюционной
зрелости.
Как впервые отметил около 10 лет назад В. П. Козе-
лов, отсюда следует вывод фундаментальной важности:
совместное воздействие консервативных и диссипативных
гравитационных сил, которое в ходе эволюции привело к
синхронизации планетных частот, должно было вовлечь в
общий синхронный режим и колебательные (прежде все-
то конвективные) процессы на Солнце — центральном
газообразном теле системы. Поэтому основные
характеристики синхронного режима планетной системы должны
найти отражение в проявлениях солнечной активности,
на которую определяющее влияние оказывает конвекция
в гравитационно неустойчивой конвективной зоне Солнца.
Проявление этого влияния можно видеть прежде
всего в частотных соотношениях. Например, в разложении
цюрихского ряда значений W по гармоническим
составляющим, как уже отмечалось, присутствуют планетные
частоты. Шесть из семи наибольших по амплитуде
компонент этого разложения имеют периоды, возникающие при
модуляции частоты Юпитера частотами больших планет.
Наконец, установлена тесная корреляционная связь
между пятнообразовательной деятельностью Солнца и
изменениями динамических характеристик Солнечной системы
(в основном перемещениями ее барицентра).
Логично ожидать, что в солнечной активности должны
быть отражены не только частотные, но и фазовые
соотношения, отражающие резонансный режим Солнечной
системы. Наблюдениями установлено, что при
определенных планетных конфигурациях физические процессы в
активных областях идут более интенсивно. При этом, как
ясно из сказанного, должны возникать резонансные
фазовые соотношения, описываемые формулой (3).
Роль фаз в Солнечной системе могут играть
гелиоцентрические долготы планет. Из-за того, что система не
находится в строго резонансном состоянии, резонансные
долготы не являются строго постоянными, а будут совершать
5)

медленное периодическое
движение. Как показал
В. П. Козелов, периоды этого
движения или их простые
линейные комбинации
соответствуют известным
многолетним циклам солнечной
активности (90, 178 лет и др.).
Не менее интересные
результаты получены им при
анализе распределения вспышек по
инерциальным
гелиоцентрическим долготам. Анализу
было подвергнуто свыше 1000
вспышек различной
мощности по наблюдениям за 1955—
1969 гг. Полученное
распределение вспышек по
инерциальным гелиоцентрическим
долготам X суммарно по
обоим полушариям Солнца
показано на рис. 16, а—в.
На гистограммах
сплошными линиями,
параллельными оси абсцисс, обозначены
теоретические средние
значения числа вспышек,
полученных в предположении об их
изотропном распределении.
Штриховыми линиями
ограничены доверительные
интервалы, в которых с
вероятностью 0,99 лежат
экспериментальные средние значения
числа вспышек при гипотезе
об их изотропном
распределении. Временная шкала
показывает, когда Земля находится на данной инерциальной
долготе. На рис. 16, в зачернены интервалы,
соответствующие резонансным направлениям Л* Солнечной системы за
рассматриваемый период 1955—1969 гг.
Из рис. 16, а видно, что максимумы в интервалах
долгот 340—360, 200—220, 60—100° и минимумы в интервалах
120—140, 320—340° с вероятностью выше 0,99 не являют-
Ж V
Месяц
Рис. 16. Распределение
солнечных вспышек по инерциальным
гелиоцентрическим долготам (А.)
суммарно по обоим полушариям
Солнца
а — все вспышки; б, в -
мощностью более 2-х и
баллов соответственно
- вспышки
менее 2-х
52

ся случайными. Сопоставление рис. 16, б, в показывает,
что интервал 340—360° является активным главным
образом для вспышек менее 2 баллов, тогда как долготы
вблизи 200 и 80° активны для всех вспышек. Таким образохМ,
гипотезу об изотропном распределении вспышек можно с
большой вероятностью отвергнуть. Напротив, необходимо
признать реальность существования анизотропии вспы-
шечной деятельности Солнца в инерциальном
пространстве. Более того, из этого рисунка видно, что экстремумы в
долготном распределении числа вспышек приходятся на
интервалы долгот, содержащие резонансные
направления Л*.
Строгой теории солнечной активности, опирающейся
на гипотезу о резонансной структуре Солнечной системы,
дока нет. Поэтому трудно сказать, что именно происходит
на резонансных направлениях. Ясно только, что их
положение характеризует режим движений, присущий
данному этапу эволюции Солнечной системы. Но тот факт, что
экстремальные значения числа вспышек лежат вблизи
резонансных направлений, позволяет предположить, что
вблизи этих направлений идет интенсивный обмен
энергией между компонентами системы.
Очевидно, что существование выделенных
направлений, вблизи которых рождается относительно больше
вспышек, может сказаться на результатах исследования
временных вариаций вспышечной активности Солнца.
Распределение вспышек по временной шкале (см. рис. 16)
указывает на то, что во вспышечной активности может
существовать сезонный ход. Тщательный анализ
распределения вспышек за 1955—1969 гг. подтверждает это:
в марте и сентябре (т. е. в периоды равноденствий)
наблюдаются статистически значимые максимумы, а в
январе и апреле — минимумы числа вспышек.
Этот эффект аналогичен хорошо известному сезонному
ходу протонных событий, т. е. случаев прихода к Земле
протонов от солнечных вспышек с энергией 1,6 • (10~10-н
-М0"11) Дж. Поскольку заметных физических различий
между протонными и непротонными вспышками не
обнаружено, то сезонный ход протонных событий можно
рассматривать как частное проявление сезонного хода общей
вспышечной активности Солнца. Тем самым, по-видимому,
отпадает необходимость объяснить сезонные вариации
протонных событий другими причинами — изменением ге-
лиошироты Земли в пределах ±4° относительно плоскости
53

эклиптики в течение года или влиянием структуры ММП
на условия распространения солнечных протонов. Из-за
анизотропии вспышечной деятельности Солнда в инерци-
альном пространстве, вероятно, вспышки группируются в
областях, соответствующих секторным границам ММП.
Таким образом, в соответствии с изложенной
концепцией можно считать, что традиционный вопрос: как могут
малые гравитационные силы со стороны планет влиять на
солнечную активность — просто неправильно поставлен.
Наблюдаемые в нашу эпоху величины и структура этих
сил, с одной стороны, и солнечная активность с ее
сложной ритмикой — с другой, сформированы одновременно,
общими динамическими процессами в ходе длительной
(более 4,5 млрд. лет) эволюции Солнечной системы. Они
являются различными, но взаимосвязанными
проявлениями текущего этапа этой эволюции. Из-за огромных
временных масштабов малость гравитационных сил не является
препятствием для дальнейшей эволюции в направлении к
максимальному резонансному состоянию, поскольку, как
уже говорилось, порога синхронизации в многочастотных
колебаниях не существует.
«КАПРИЗЫ» СОЛНЦА И ПОГОДА
Беспокойное
в этот год
было Солнце...
С. Кирсанов
За истекшие столетия появилось огромное число печатных
работ о земных эффектах солнечных пятен. При этом
большинство авторов были склонны приписывать пятнам
самые диковинные воздействия на нашу планету: от
организации крестовых походов до колебаний числа
автомобилей, выпускаемых фирмой Форда, или числа
небоскребов, воздвигаемых в США. Как отметил академик В. В. Шу-
лейкин, именно такие фантастические выводы вызывали
отрицательную реакцию у большинства геофизиков и
надолго задержали здоровое течение исследований по
солнечно-земным связям.
Эта задержка коснулась (возможно, в наибольшей
степени) и проблемы Солнце — атмосфера. Даже в конце 60-х
54

годов в научной литературе можно было встретить
утверждения, что метеорологи не нуждаются в гипотезе о
влиянии солнечной активности на погоду. Более того, по
мнению видного советского океанолога А. С. Монина,
признание связи между погодой и колебаниями солнечной
активности отдалило бы сроки создания научных методов
прогнозирования погоды, так как в этом случае появилась
бы необходимость давать сначала прогноз солнечной
активности.
С другой стороны, догадки о том, что активные
процессы на Солнце влияют на земную погоду, высказывались уже
очень давно. Однако доказательства такого влияния
появились лишь в последние 10—15 лет. Поэтому даже среди
ученых, признававших возможность
солнечно-атмосферных связей, преобладало мнение, что эти связи сильно
завуалированы земными причинами и представляют лишь
«умозриаельный» интерес.
Согласно другой точке зрения (на наш взгляд,
слишком радикальной), космическим воздействиям на погоду
и климат следует отдать предпочтение перед всеми
другими факторами. Советская школа исследователей солнечно-
метеорологических связей отдает предпочтение
географическим факторам, признавая наряду с ними важную роль
солнечной активности. При этом предполагается, что
большинство явлений в нижних слоях земной атмосферы
развертывается на «грани неустойчивости», поэтому
достаточно небольшого внешнего толчка, чтобы они
развернулись в совершенно определенный момент и вполне
определенным образом. Более того, длительные воздействия
солнечной активности на метеоявления могут быть одной
из важнейших причин изменения климата.
Прогнозирование таких изменений и даже обычных
метеоявлений представляет собой крайне трудную задачу.
Известный советский астроном Э. Р. Мустель — один из
пионеров исследования солнечно-метеорологических
связей — считает, что в будущем одним из видов
метеопрогноза могут стать прогнозы влияния солнечной активности
на изменение циркуляции атмосферы, давления,
температуры и влажности воздуха, направления ветров и т. п. и
формирование экстремальных явлений погоды (ураганов,
тайфунов и т. п.). В настоящее время метеопрогноз имеет
вероятностный характер и опирается на постоянно
действующую глобальную систему наблюдения Всемирной
службы погоды.
55

В эту систему входит около 3,5 тыс. наземных
метеостанций, 700 наземных аэрологических станций,
метеоспутники. Кроме того, Всемирная служба погоды получает
данные о состоянии погоды и моря от всех транспортных,
промысловых и научно-исследовательских судов (их в
мире насчитывается около 5 тыс.).
Известно, что для составления прогноза погоды на трое
суток метеорологам необходимы данные, охватывающие
минимум половину земного шара. Прогнозирование на
более длительные сроки требует глобальной информации.
Между тем большинство метеорологических и
аэрологических станций сосредоточено в северном полушарии. Эти
станции размещены на суше, занимающей всего около
21% земной поверхности... Поэтому не удивительно, что
оправдываемость метеопрогнозов все еще оставляет
желать лучшего.
Вместе с тем следует отметить, что благодаря
расширению наблюдений и усовершенствованию методики
прогнозирования точность прогнозов за последние десятилетия
существенно повысилась. По данным Гидрометцентра
СССР, в 30-е годы оправдываемость прогнозов для
Москвы составляла 50—60%, т. е. была на уровне, близком к
оправдываемости случайных прогнозов. В конце 40-х —
начале 50-х годов эта цифра возросла до 75—80%, а в
60-х — до 85%. Наконец, в последние годы в связи с
использованием информации с искусственных спутников
Земли она достигла 88%.
Итак, в настоящее время из 100 суточных прогнозов
погоды 12 не оправдываются. Много это или мало? Чтобы
ответить на этот вопрос, надо посмотреть, как
оправдываются так называемые инерционные прогнозы, когда погода
на завтра предполагается такой же, как сегодня. По
оценкам Гидрометцентра СССР, в последние годы в среднем из
100 инерционных прогнозов погоды на сутки 40—50 были
ошибочными. Таким образом, по сравнению с
инерционными прогнозами синоптики уменьшают степень неудач
почти в 4 раза.
Разумеется, как в СССР, так и за рубежом синоптики
не удовлетворены достигнутым и в целях
усовершенствования методики прогнозирования ведут большие
исследования. Надо, однако, иметь в виду, что сейчас каждый
дополнительный процент оправдываемости прогнозов погоды
будет даваться с большим трудом, так как необходимо
учитывать более тонкие детали атмосферных процессов,
56

расширять наблюдения, увеличивать мощность ЭВМ для
переработки глобальной информации и т. д. Трудности на
этом пути очень велики. Одна из них может быть
показана на примере использования спутниковой информации.
С помощью ИСЗ метеорологи видят зарождение и
движение циклонов, следят за развитием ураганов и тайфунов,
различают типы облачности и т. д. Но определить со
спутника температуру в том или ином месте земного шара
удается лишь с точностью до нескольких градусов. Между
тем для краткосрочного прогноза существенны даже
десятые доли градуса.
Можно привести другой пример. Известно, что чаще
всего прогнозы оказываются ошибочными при
прохождении так называемых фронтов — границ между холодными
и теплыми массами воздуха. В области фронта
наблюдаются сильные перепады давления, влажности и
температуры, что приводит к резким изменениям погоды.
Предвидение таких отклонений погоды от нормы обычно и
представляет наибольший интерес. Но именно в этом вопросе
сложилась парадоксальная ситуация. Как отметил в 1978 г.
один из крупнейших советских специалистов по физике
атмосферы академик А. М. Обухов, пока что у
метеорологов нет такой модели фронта, которая поддавалась бы
численному расчету на ЭВМ и позволяла предсказать
эволюцию фронта хотя бы на ближайшие несколько дней...
Тепловая машина «Атмосфера»
Все движения в атмосфере — атмосферная циркуляция —
обусловлены непрерывным потоком солнечной радиации,
а саму атмосферу можно уподобить гигантской тепловой
машине. Нагревателем ее служат тропики, а
холодильником — полярные области. Тепловая машина «Атмосфера»
превращает поступающую от Солнца лучистую энергию в
кинетическую энергию — энергию движения воздуха
(ветра) . КПД машины прямо пропорционален разности
температур между нагревателем (экватор) и холодильником
(полюса) и обратно пропорционален температуре
нагревателя. По приблизительным оценкам КПД тепловой
машины «Атмосфера» равен 2%.
Количество лучистой энергии, поступающей на
границу земной атмосферы за 1 с, можно получить, умножив
солнечную постоянную на площадь поперечного сечения
Земли. Эта энергия достигает около 1,7 Ю17 Дж. Часть
57

этой энергии рассеивается обратно в межпланетное
пространство за счет атмосферного отражения (альбедо)
солнечных лучей. Поверхности Земли достигает поток
энергии примерно 1,23 -1017 Дж/с. Учитывая КПД тепловой
машины «Атмосфера», получим отсюда, что ее мощность
равна 2,26 • 1012 кВт. Это примерно в 377 000 раз больше,
чем мощность крупнейшей в мире Красноярской ГЭС.
Работа тепловой машины «Атмосфера» заключается в
том, что в определенный момент времени в тех или иных
районах земного шара воздушные потоки,
сформированные в низких широтах, движутся к полюсам, а на их
место устремляются потоки холодного воздуха из высоких
широт. При этом движения захватывают всю толщу
тропосферы и носят вихревой характер. Поперечные размеры
таких вихрей составляют около 1000 км. В одних вихрях
массы воздуха закручиваются в направлении вращения
Земли. Это известные всем циклоны. В других вихрях пр
той же причине закручивание происходит в
противоположном направлении. Такие вихри называют
антициклонами. Все циклоны северного полушария закручиваются
против часовой стрелки, в южном полушарии наоборот.
В циклонах воздух медленно движется вверх и
охлаждается. Имеющийся в воздухе водяной пар
конденсируется. Образуются облака, выпадают осадки. Утечка воздуха
вверх в центральной части молодого циклона не
компенсируется его притоком с боков. В результате возникает
значительный перепад давления между центром и
периферией циклона и, как следствие, сильные ветры. Таким
образом, с циклоном связана, как правило, ненастная,
ветреная погода — холодная летом и теплая зимой. В
противоположность циклонам в антициклонах преобладают
нисходящие движения воздуха. Опускаясь вниз, воздух
нагревается, делается сухим, облака рассеиваются.
Поэтому с антициклонами, как правило, связана ясная, сухая
погода — холодная зимой и жаркая летом.
Образование циклонов и антициклонов — это далеко не
единственная особенность тепловой машины «Атмосфера».
Как известно, на Земле существует довольно устойчивая
система ветров. Эту систему можно рассматривать как
попытку природы выровнять температуру по всему
земному шару. Скорость выравнивания, т. е. интенсивность
циркуляции воздуха в глобальных масштабах, в основном
зависит от перепада температур между полюсами и
экватором. Теплый влажный воздух экваториальных районов,
58

поднимаясь вверх,
«сбрасывает» большую часть влаги
в дождливых поясах вблизи
экватора, а затем начинает
двигаться к полюсам. Пройдя
лишь треть пути, воздух,
однако, опускается снова,
создавая пояса высокого
давления, в которых расположено
большинство крупнейших
пустынь мира (рис. 17).
Часть этого
опустившегося воздуха возвращается
назад к экватору в виде
пассатных ветров, а остальной
поток продолжает движение к
полюсам. При этом воздух все
еще движется в значительной
мере со скоростью, которую
ему придало вращение Земли. По мере того как воздух
движется в полярном направлении, ветер дует с запада
все сильнее. Такой тип циркуляции называют западным
(или зональным) в отличие от меридионального типа,
который соответствует преимущественному движению
воздушных потоков вдоль географического меридиана.
В конце концов поток, устремляющийся в полярном
направлении, наталкивается на своего рода барьер в виде
широкой полосы тяжелого холодного воздуха,
окружающего каждый полюс. Западные ветры образуют в этой
полосе околополюсный вихрь. Он напоминает огромную
«юбку», стремительно вращающуюся вокруг полюсов.
Нижний край этой юбки сильно гофрирован волнами из-за
частых возмущений, особенно в северном полушарии,
где многочисленные горные цепи мешают воздушным
потокам. Чем резче температурный контраст между
экватором и полюсами, тем глубже и многочисленнее волны в
вихре.
Ход погоды в том или ином месте определяется
чередованием циклонов и антициклонов. В умеренных широтах
такое чередование идет более или менее правильно. На
смену одним воздушным массам приходят другие, сухая
погода сменяется периодами дождей, жара — прохладой.
Но иногда из-за причуд околополюсного вихря ход погоды
сильно нарушается, т. е. наблюдаются значительные от-
Рио. 17. Система общей
циркуляции земной атмосферы
а, б — зоны низкого (2, 4) и
высокого давлений {1, з)
соответственно; в — схема циркуляции потоков
воздуха в различных зонах
59

клонения от нормальных величин температуры, давления,
влажности, количества осадков и т. д. Показательным в
этом отношении был 1972 г.
«Погода-72» и Солнце
Погода 1972 г. в ряде мест земного шара оказалась на
редкость необычной. Многим памятны малоснежная
морозная зима 1971/1972 г. и исключительно сухое и жаркое
лето 1972 г. на большей части европейской территории
СССР. Во многих районах нашей страны температура
воздуха в январе—феврале 1972 г. была на 3—4° С ниже
нормальной, а осадков почти не было. В Москве, например,
за эти два месяца выпало всего 7 мм осадков, чего не
случалось за предшествующие почти 100 лет. Летом же из-за
недостатка осадков и повышенной температуры воздуха
на большей части европейской территории СССР
разразилась засуха. Она была самой жестокой за последние 100 лет.
Средняя температура воздуха за июнь—август 1972 г. в
центральных областях и Поволжье была примерно на
4° С выше нормальной, а сумма осадков составила всего
30—50% нормы. В этих районах по 50—80 дней подряд не
выпадало ни капли дождя. В то же время над Северной
Америкой (севернее 50° с. ш.) удерживалась очень
холодная погода, а в тропической зоне восточного полушария
отмечались сильные дожди и наводнения. Они причинили
огромный материальный ущерб многим странам
Юго-Восточной Азии.
Такому необычному развитию атмосферных процессов
предшествовали интересные события на Солнце. В 1971—
1972 г. солнечная активность вместо постепенного
затухания после максимума 1969 г. вновь проявилась рядом
резких всплесков. Стали появляться огромные группы
пятен, произошли очень мощные солнечные вспышки.
Многие космофизические данные указывали на то, что
зима 1971/1972 г. и следующее за ней лето могут быть
необычными. Однако Гидрометцентру СССР на основе
традиционных методов долгосрочного прогнозирования не
удалось с достаточной достоверностью предсказать
описанные выше аномалии погоды. В частности, из 12
месячных прогнозов 1971 г. Гидрометцентр счел
подтвердившимися только семь. Между тем Т. В. Покровская (Главная
геофизическая обсерватория, Ленинград), опираясь на
гипотезу о связи засух с геомагнитной активностью, в фев-
60

рале 1972 г. указала на повышенную вероятность
«дефицита осадков» на европейской территории СССР в
апреле—июне этого года.
Особая активность в цепочке Солнце—межпланетная
среда—Земля наблюдалась в июле—августе 1972 г. В
начале августа на Солнце произошло несколько мощных
вспышек, сопровождавшихся интенсивными магнитными
бурями и полярными сияниями, которые были видны даже на
средних широтах. Во время магнитной бури 4—5 августа
отмечались нарушения в системах телетайпной связи и
на линиях высоковольтных передач. Даже птицы в эти
дни не могли уверенно ориентироваться в полете.
Эти внушительные свидетельства солнечного влияния
на Землю в области электромагнитных явлений, однако,
еще не убеждают в их однозначной связи с проблемой
«Солнце—атмосфера». Действительно, разумно
предположить, что подготовительный процесс к жаркой и
засушливой погоде летом 1972 г. начался задолго до августа.
Суть его, несомненно, сводилась к ослаблению зональной
циркуляции и усилению меридиональной. Но где
первопричина такого перехода? Оставаясь в рамках
традиционной метеорологии, трудно найти убедительный ответ на
этот вопрос.
С другой стороны, обращают на себя внимание другие
метеоявления лета 1972 г., которые можно с большой
уверенностью связать с солнечной активностью.
Описанные выше электромагнитные явления в начале августа
были вызваны активной областью, которая пересекла
центральный меридиан Солнца 4 августа. В этот же период
произошло образование тайфунов «Алис», «Целеста» и
«Бетси». В момент прохождения той же области через
центральный меридиан в предыдущем обороте Солнца,
т. е. 7—8 июля, образовались очень интенсивные тайфуны
«Рита», «Сьюзен» и «Тэсс». А в июне, вскоре после
прохождения этой активной области (тогда еще только
зародившейся) через центральный меридиан, образовался
знаменитый ураган «Агнесс», причинивший большие
бедствия восточным штатам США. Кстати сказать, в
экспериментальном порядке на основе ежедневных
синоптических карт солнечной активности этот ураган был
предсказан Р. Ф. Усмановым (лаборатория солнечно-земных
связей Гидрометцентра СССР) за четверо суток до его
появления на картах облачности, снятых с помощью
метеоспутников.
61

Необычный ход гелиогеофизических и
метеорологических процессов в 1971—1972 гг. послужил причиной
широкой дискуссии по проблеме «Солнце—атмосфера», которая
была развернута в нашей стране на страницах
периодической печати во второй половине 1972 г. В Москве с 30
октября по 1 ноября 1972 г. состоялось Всесоюзное
совещание «Солнечно-атмосферные связи в теории климата и
прогнозах погоды», которое признало проблему солнечно-
атмосферных связей одной из важнейших для
Гидрометеослужбы СССР.
Реальны ли солнечно-атмосферные связи?
Ставить такой вопрос после того, что сказано выше, может
показаться довольно странным. Тем не менее это
приходится делать по крайней мере по трем причинам: из-за
большой инерционности и энергоемкости атмосферных
процессов, недостатка убедительных доказательств
солнечно-атмосферных связей и отсутствия ясного физического
механизма таких связей.
Инерционность атмосферных процессов можно
иллюстрировать следующим примером. Австралийский
метеоролог Б. Хант в 1976 г. разработал математическую модель
общей циркуляции атмосферы для случая внезапного и
полного прекращения поступления солнечной радиации.
Расчеты Ханта указывают на то, что время «разрушения»
атмосферы в таких экстремальных условиях намного
больше, чем предполагалось ранее. Даже через 50 сут
после «выключения» Солнца от 30 до 40% энергии
зональной циркуляции будет еще сохраняться, будут
существовать присущие атмосфере струйные течения,
вертикальные и широтные температурные градиенты. Это
указывает на существование у атмосферы своеобразной «ламяти»,
которая фиксирует различия в давлениях, вызывавшиеся
ранее поступлением тепловой энергии извне.
Как уже отмечали, солнечная постоянная,
по-видимому, колеблется в пределах менее 1%. Изменение
мощности тепловой машины «Атмосфера» при этом составляет
не более 2,5 • 1013 Вт. Сравним эту цифру с потоком
энергии направленного движения солнечного ветра Q^qS^,
где 5М — площадь поперечного сечения магнитосферы
^перпендикулярно направлению солнечного ветра), a q —
плотность потока энергии направленного движения.
По оценкам геофизика И. В. Ковалевского, величина

<?=3-1013 Вт. Здесь SM-5-1020 cm2, a q=npmPu3/\ где
пр— концентрация частиц (протонов); тр— масса
протона; и — скорость солнечного ветра.
Во время геомагнитной бури пр возрастает в 10—100
раз, и растет примерно в 3 раза, так что q увеличивается
почти в 5,5-102 раз. Отсюда получаем, что во время бури
на магнитосферу падает поток энергии мощностью до
1,65-1016 Вт. Эта величина почти в 10 раз превышает
мощность тепловой машины «Атмосфера» (2,26-1015 Вт). При
этом, однако, мощность геомагнитной бури, как уже
упоминалось, не превышает 1013 Вт, а ее полная энергия
достигает 10™—Ю11 Дж.
Таким образом, отбираемая магнитосферой мощность
(точнее, мощность, расходуемая на возмущения
магнитосферы) составляет около 0,001 от мощности возмущенного
солнечного ветра и не превышает сотой доли от мощности
тепловой машины «Атмосфера». Если вся энергия
атмосферной циркуляции эквивалентна энергии п водородных
бомб, то энергия геомагнитного возмущения, по мнению
американского геофизика X. Редерера, не превышает
энергии 10~3?г бомб. Возможно, в пылу полемики Редерер
берет крайний случай (тем более что величина п
содержит неопределенность). Однако мнения многих ученых
сходятся в том, что энергия среднего развитого циклона
может в 100 раз превышать энергию геомагнитной бури.
Некоторые противники солнечно-атмосферных связей
ссылаются на отсутствие физического механизма, который
мог бы объяснить такие связи.
Другая группа ученых ищет как доказательства
достоверности солнечно-атмосферных связей, так и адекватные
физические механизмы для их объяснения. В частности,
X. Редерер считает, что если между атмосферными и
геомагнитными параметрами имеет место корреляция, то
следует привлечь триггерный механизм, который
воздействует на систему атмосферной циркуляции в ее наиболее
уязвимых точках. По-видимому, наиболее убедительные
результаты по проблеме «Солнце—атмосфера» получены в
последние годы группой сотрудников лаборатории
солнечно-земных связей Гидрометцентра СССР под
руководством Э. Р. Мустеля. Работа проводилась с использованием
данных наблюдений многих метеостанций СССР.
Исследователи начали с простейшего вопроса: как
меняется атмосферное давление на метеостанциях земного
шара при попадании Земли в солнечный корпускулярный
63

р
§! ч:
/7-W, Пал
000
ш
00Z
-°\
- \
ч
<Р\ г\ 1
/\/ч
- 1 v
1 А
/
4
, г^А
к/ 1
V \
it"*
<f~«- /ж
|N
f\f
* ? /т
J7J
0Z/
I
/0/0
/шЧ§
Ч/W*
!
1
л/т
А /000 ^h
ЛМ2
040
i i ,м i i i
/020
/0/0
-4 -2 0 2 t 0 0 -*~2 О 2 Ь 0Д*/'
в
Рис. 18. Кривые среднего хода атмосферного давления по отношению к
моменту начала геомагнитной бури (*0 = 0) на ряде метеостанций
северного полушария
поток? Моментом отсчета t0 служил день, когда
начиналось геомагнитное возмущение. Затем анализировался ход
атмосферного давления за несколько дней до и после
начала возмущения.
Из нескольких тысяч геомагнитных бурь за период
1890—1967 гг. такому анализу подверглись 834 события.
Они были сгруппированы по сезонам года, а затем
вычислялся средний ход давления р после возмущения для
каждого сезона и для каждой метеостанции в отдельности.
Результаты этой кропотливой работы показаны на рис. 18.
Метеостанции, приведенные на рисунке, расположены
64

/"///па
7W
ж ж
W"4
т
ш
7771777
ж*
/их?
-//77 J J 7
-J -7/77 J S 7ДяХ
Рис. 19. Средние кривые изменения давления в зимний период после
момента t0 — начала магнитных бурь в отдельных районах северного
полушария Земли
В районах, близких к полюсу (IV — окрестности Карского моря, VI —
Канадский архипелаг) экстремумы давления наступают через 2 дня, а в
более удаленных районах (I —Восток СССР, II —Западная Сибирь, III—-
Европа, V — Северная Атлантика) — через 3—-4 дня
сверху вниз в порядке убывания широты. По оси абсцисс
отложены дни, истекшие с начала бури, по оси ординат
дано давление в паскалях. Кривые изменения давления
имеют экстремальные значения. Видно, что, начиная с
момента U% давление на ряде станций растет, достигая
максимума на вторые-четвертые сутки, а затем возвращается
к норме. На других станциях наблюдается обратный ход.
Амплитуда колебаний Ар не превышает нескольких
Паскалей. Это, конечно, немного, особенно если учесть, что во
время ураганов, штормов и других метеоявлений перепад
давлений может достигать нескольких тысяч паскалей.
Вместе с тем важно подчеркнуть, что приведенные
результаты статистически обеспечены, т. е. ошибка в
вычислении отдельных значений р гораздо меньше, чем
амплитуда колебаний Ар.
Обращает на себя внимание тот факт, что
метеостанции с однотипным ходом давления располагаются по
земной поверхности не случайно, а группируются в
определенных районах. Можно выделить шесть таких районов
(рис. 19). В районах / (Восток СССР), V (Северная
Атлантика) и VI (Канадский архипелаг) после момента U
65

давление повсеместно падает, тогда как в районах //
(Западная Сибирь), /// (Европа) и IV (окрестности
Карского моря) отмечается рост давления. Время реакции
атмосферы, т. е. промежуток от момента tQ до наступления
экстремума /?, по-видимому, зависит от широты. Так, если
в околополюсных районах IV и VI экстремум давления
достигается через два дня, то в районе / — через четыре
дня. С уменьшением широты наблюдается также
некоторое уменьшение амплитуды Ар. Картина распределения
вариаций давления по поверхности Земли различна для
разных сезонов. Наиболее четко она выглядит для местной
зимы, когда интенсивность циркуляции максимальна.
Для доказательства реальности солнечно-атмосферных
связей важно выяснить, как зависят от солнечной
активности различные характеристики циркуляции (давление,
температура, скорость ветра и другие метеоэлементы) на
различных высотах в атмосфере. Группа советских
ученых-метеорологов во главе с А. А. Дмитриевым
исследовала теоретически (методом экспоненциальных
ортогональных функций) вертикальное распределение давления
и влажности воздуха после сильных изменений MMIL
Оказалось, что при этом происходит изменение верхних
граничных условий для горизонтальной компоненты
скорости движения воздуха на уровне, где давление
стремится к нулю (р-+0). Отсюда естественно ожидать, что
изменения ММП должны сопровождаться заметной реакцией
зональной циркуляции атмосферы. Это было
подтверждено статистическими исследованиями: смена полярности
ММП сопровождается изменением знака как индекса
циркуляции L, так и его градиента dL/др в верхних слоях
атмосферы.
Для примера на рис. 20 показано поведение индекса L
при смене знака ММП. Приведенные графики (а также
аналогичные кривые для dL/др, которые мы не приводим)
были получены для 17 случаев смены знака ММП с
отрицательного на положительный и для 18 случаев обратной
смены знака. Эти данные убедительно указывают на то,
что реакция зональной циркуляции на изменение
направления ММП является статистически значимой. Р. В.
Смирновым (Морской гидрофизический институт АН УССР)
была обнаружена связь между поведением циркуляции
на уровне 5-Ю4 Па и JTp-индексом геомагнитной
активности при попадании Земли в солнечный корпускулярный
поток,
66

Отметим также весьма
интересные результаты
группы советских ученых
(В. Ф. Логинов и др.),
полученные при исследованиях
ветрового режима на высотах
6—120 км. По данным семи
станций ракетного и
аэрологического зондирования
атмосферы над Северной
Америкой и Тихим океаном за
период 1962—1970 гг. с
привлечением данных ракетного
эксперимента « Солнце—ат-
мосфера», проведенного в
районе Волгограда в 1971 г.,
было показано, что
солнечная активность влияет на
динамический режим
атмосферы на всех исследуемых
высотах. При этом характер и
величина изменений ветра
при воздействии солнечной активности зависят от широты
и сезона. Например, зимой усиление солнечной
активности приводит к ослаблению существующего режима
циркуляции на широтах южнее 40° с. ш.
Добавим к сказанному известный факт, установленный
американскими учеными около 20 лет назад по
торможению спутников: при воздействии на Землю солнечных
корпускулярных потоков плотность атмосферы на
высотах больше 200 км увеличивается. В связи с этим
А. И. Оль высказал предположение, что преждевременное
падение американской орбитальной станции «Скайлэб»
летом 1979 г.— это по существу результат неправильного
(заниженного) прогноза солнечной активности.
Не имея возможности сколько-нибудь детально описать
результаты других работ, отметим, что за последние 10—
15 лет советскими и зарубежными исследователями было
достоверно показано, что характер солнечно-атмосферных
связей зависит от начальных условий в атмосфере, от
сезона, от широты и от вида подстилающей поверхности
(горы, материк или океан). С другой стороны,
существенную роль играют, по-видимому, такие факторы, как струк-
-7ffL
Рис. 20. Поведение индекса
зональной циркуляции L на
границе атмосферы (на уровне р->0),
при изменении знака
межпланетного магнитного поля
а, б — переходы от минуса к
плюсу и наоборот соответственно
67

тура ММП, характеристики солнечного ветра, фазы
векового и более коротких циклов солнечной активности,
положение Земли относительно корпускулярных потоков.
К сожалению, опубликованные доказательства
корреляции между солнечными, магнитосферными и
метеорологическими явлениями, за редкими исключениями,
получены в результате многочисленных некоординированных
исследований. Последние проводились большей частью
изолированно, отдельными лицами или отдельными
группами, без взаимной перекрестной проверки или
повторения работ другими исследователями. С этими оговорками,
как считает X. Редерер, можно указать следующие типы
корреляционных связей, которые были объявлены
обнаруженными: 1) развитие желоба низкого давления и гео^
магнитная активность, 2) то же и прохождение Земли
через секторную границу ММП, 3) давление на
поверхности Земли и геомагнитные бури, 4) давление в районе
полярных шапок и знак ММП, 5) высота уровней
постоянного давления и солнечные вспышки, 6) усиление
западных ветров и магнитные бури, 7) частота гроз и секторная
структура ММП, 8) то же и солнечные вспышки, 9)
приток воздушных масс из стратосферы в тропосферу и
солнечные вспышки, 10) вековые изменения климата и
характеристики ММП (его структура и напряженность).
Гипотезы, гипотезы...
Гипотезы о физической природе солнечно-атмосферных
связей можно разделить на две группы в зависимости от
того, предполагается ли прямое или опосредованное
воздействие солнечной активности на тропосферу. Наиболее
очевидный механизм прямого воздействия может быть
связан с вариациями солнечной постоянной S0. Как мы
уже отмечали, вариации Sb скорее всего не превышают
1% и происходят медленно, так что их роль может быть
существенной не в погодных, а только в климатических
явлениях. Потоки солнечного ветра не достигают
тропосферы, так что из всех видов солнечной радиации
(корпускулярной и волновой) в гипотезах прямого воздействия
следует учитывать только коротковолновое
электромагнитное излучение Солнца и солнечные космические лучи.
Одна из интересных гипотез прямого воздействия опи-
68

рается на особенности процесса конденсации пэров воды
в атмосфере (конденсационная гипотеза). Еще в конце
прошлого века известный английский
физик-экспериментатор К. Вильсон показал, что облучение
ультрафиолетовой радиацией воздуха, содержащего водяной пар,
приводит к появлению конденсации пара в виде тумана даже
цри относительной влажности в камере менее 100%.
Объяснить такой эффект влиянием ионизации на
конденсационные процессы не удалось, так как на
отрицательных ионах конденсация начинается при четырехкратном
пересыщении, а на положительных — при шестикратном.
Проведенные через полвека эксперименты другого
английского физика Ф. Фарлея не только подтвердили
результаты Вильсона, но и показали, что при облучении
ультрафиолетовой радиацией возникают (по-видимому, за счет
диссоциации молекул кислорода) незаряженные
гигроскопические частицы. При длинах волн А,>2900 А тумана
не возникало, а при ^<2530 А в камере образовывался
плотный туман, причем плотность тумана увеличивалась
при удлинении экспозиции от 0,1 до 6 с. Аналогичные
эффекты возможны также при облучении воздуха в
камере рентгеновскими лучами или заряженными частицами,
причем время жизни гигроскопических частиц в десятки
и сотни раз превышает длительность облучения.
Многократно наблюдая уплотнения утренней дымки
вплоть до тумана, образующегося при появлении первых
лучей рассеянной солнечной радиации, А. А. Дмитриев
предположил, что колебания мощности коротковолнового
излучения Солнца и вспышки СКЛ приводят к
изменениям конденсационной способности земной атмосферы.
Воздействие этих излучений должно в первую очередь
проявляться в изменении глобальных полей облачности.
Для анализа были использованы карты облачности,
снятые американскими метеоспутниками в апреле—сентябре
1968 г. При сопоставлении облачности северного и
южного полушарий с данными о потоках рентгеновского
излучения Солнца было обнаружено, что максимум
облачности везде отмечается на следующий день после вспышки.
При этом размытые поля облачности в южном полушарии,
более однородном по характеру подстилающей
поверхности, изменяются раньше, чем в северном. Изменение
облачности приводит к колебаниям планетарвого альбедо,
что влечет за собой изменения температуры атмосферы.
69

При УФ-облучении водяного
пара в лабораторных условиях
был получен туман, но своим
характеристикам близкий к
естественному. Этим
подтверждается вывод конденсационной
теории о том, что под влиянием
некоторых агентов солнечной
активности может изменяться
эффективность тепловой
машины «Атмосфера».
В основу другой,
корпускулярной гипотезы, развиваемой
Б. И. Сазоновым (ГГО),
положена идея о том, что энергия
космических лучей, минуя
малоэффективный
термодинамический цикл тепловой машины,
может прямо переходить в
кинетическую энергию воздушных
масс. Автор гипотезы опирается
при этом на аналогию
широтного хода потока космических лучей и индекса
меридиональной циркуляции, который отражает уровень атмосферной
возмущенности в течение всего года. Максимум этих
величин достигается на геомагнитных широтах ±55°, а
минимум— tfa экваторе (рис. 21).
Существуют два возможных пути воздействия
космических лучей на погоду и климат — это перераспределение
масс воздуха по горизонтали и изменение концентрации
озона в атмосфере. Следует отметить, что энергии
космических частиц недостаточно, чтобы самостоятельно
формировать или изменять структуру барических
образований. Действительно, мощность галактических
космических лучей (ГКЛ) составляет всего 2-Ю9 Вт (эта
цифра получена из соотношения QK.n=FK.3lSE, где F„.n—
=4 • 10~6 Вт • м~2 — поток энергии космических лучей в
максимуме солнечной активности; 5,Е=5,1 • 1018 см2
—площадь поверхности Земли, практически совпадающая с
площадью тропосферы). Приведенная величина (?к.л
примерно равна мощности видимого света звезд. В минимуме
солнечной активности значение (?к.л возрастает примерло
вдвое, однако и в этом случае мощность ГКЛ на восемь
Рис. 21, Зависимость индекса
меридиональной циркуляции
(В) от геомагнитной широты в
северном полушарии в летне-
осенний период
70

порядков меньше потока солнечной радиации и на шесть —
мощности тепловой машины «Атмосфера».
Вместе с тем в природе существует один очень
эффективный механизм создания упорядоченного движения в
газе, когда вся энергия внешнего агента может быть
передана частицам газа. Этот механизм осуществляется
при прохождении потока высокоэнергичных частиц через
холодный газ. Благодаря упругим и квазиупругим
соударениям почти вся энергия налетающих частиц может быть
рассеяна на частицах газа, в котором появятся
упорядоченные движения. На этом принципе основана работа
водоструйных и пароструйных насосов. Когда поток частиц
попадает в газовую мишень, в ней возникает циркуляция
газа. Космические лучи галактического и солнечного
происхождения с энергией более 1,6-10"10 Дж, вторгаясь в
атмосферу Земли, теряют большую долю своей энергии в
неупругих (ядерных) столкновениях в основном с
частицами азота и кислорода. Со временем первичная частица
затормаживается и тратит оставшуюся энергию в упругих
и квазиупругих соударениях. При этом до 90% энергии,
приносимой космическими лучами, рассеиваются на
высотах с давлением (5-Н5) • 104 Па. Но именно на этих
высотах верхней тропосферы и нижней стратосферы
происходит генерация кинетической энергии в развивающихся
циклонах.
Таким образом, в принципе ясно, что в отличие от
потока лучистой энергии, которая неизбежно должна
вовлекаться в энергетический цикл тепловой машины
«Атмосфера», частицы космических лучей, по-видимому, могут
непосредственно усиливать или ослаблять управляющий
механизм погодообразования.
Для подтверждения корпускулярной гипотезы,
очевидно, нужны специальные эксперименты, нацеленные на
изучение процессов превращения одного вида энергии в
другой. Их проведение требует больших усилий, так как
нужны весьма густая сеть станций аэрологического
зондирования и частые запуски шаров-зондов по
специальной программе, приуроченной, например, к вспышке
солнечных космических лучей.
Что касается воздействия космических лучей на
озонную оболочку Земли, то их роль стала проясняться лишь
в последние годы благодаря строгим теоретическим
расчетам и специальным наблюдениям. В частности,
американские ученые П. Крутцен и др. показали, что в страто-
71

сфере под воздействием солнечных космических лучей
образуется окись азота N0, которая в свою очередь
взаимодействует с озоном Оз. Несколько мощных солнечных
вспышек в течение года могут произвести N0 в
количестве, сравнимом с тем, которое дает главный известный
источник (окисление N20), и значительно больше того,
что дают галактические космические лучи.
Действуя как катализатор, окись азота активно
разрушает озон в основном за счет пары реакций
NO + 03->N02 + 02, N02 + 0->N0 + 02. (4)
Хотя отдельное возрастание потока СКЛ длится всего
от десятков часов до нескольких дней, время жизни N0
в стратосфере велико, а его воздействие на озонный слой,
вероятно, продолжается несколько лет.
Этот эффект был недавно подтвержден
экспериментально по измерениям так называемого обратного
рассеяния ультрафиолетового излучения на борту
американского ИСЗ «Нимбус-4». Во время вспышки 4 августа 1972 г.
наблюдалось крупномасштабное понижение содержания
озона в стратосфере над полярными шапками Земли в
интервале 75—80° с. ш. (рис. 22).
Весьма важные доказательства солнечных воздействий
на стратосферу были получены советскими учеными
К. Я. Кондратьевым и Г. А. Никольским б серии
аэростатных экспериментов по измерению прямой солнечной
радиации в 1966—1970 гг. В указанный период солнечная
активность повысилась от минимума 1965 г. к максимуму
1969 г. Это нашло отражение, в частности, в частых и
сильных вторжениях солнечных протонов, которые, как
отмечалось выше, оказывают существенное влияние на
процессы ионизации и диссоциации молекул азота,
кислорода, озона и других компонент верхней и средней
стратосфер.
Воздействие СКЛ и ГКЛ на состав стратосферы
разделяется как по времени (различные периоды солнечного
цикла), так и по высотам. Действительно, основное
поглощение ГКЛ (за счет их более высокой энергии по
сравнению с СКЛ) происходит на сравнительно низких
высотах—9—16 км, где располагаются локальный спад
концентрации водяного пара и озона и локальный максимум
концентрации двуокиси азота N02. В то же время
максимум поглощения СКЛ расположен на высотах 35—40 км,
где находится максимум отношения смеси N02 и N0.
72

Рис. 22. Процентное уменьшение
парциального давления 03 как функция
давления воздуха по отношению к
усредненному уровню за 7 дней,
предшествовавших солнечной вспышке 4 августа
1972 г., для двух 7-дневных периодов,
соответствующих 8-му (1) н 19-му (2)
дням после протонного события.
Расчетное уменьшение содержания 03 к 1
сентября 1972 г. спустя 28 дней после
вспышки (штриховая линия)
J /0 Z0
с jдержания Оз, 1°
J0
Рис. 23. Зависимость
солнечной постоянной So м от «
уровня солнечной
активности W по данным
стратосферных измерений в
1966—1970 гг.
/J70
\/Ш
&J0
Совместное действие СКЛ и ГКЛ определяет,
по-видимому, зависимость «метеорологической» солнечной
постоянной SoM от солнечной активности W, полученную
К. Я. Кондратьевым и Г. А. Никольским для периода
1966—1970 гг. (рис. 23). Эта зависимость получена после
исключения тренда, обусловленного антропогенными
воздействиями 1961—1967 гг. Максимум S0bI совпадает с
интервалом среднесуточных значений W=40-^70, а
амплитуда вариаций не превышает 1,2%. Спад 50м в области
W>100 связан с воздействием энергичных солнечных
протонов на состав средней и верхней стратосфер, которое
проявляется главным образом в увеличении содержания
N0* на высотах 35—45 км в умеренных и особенно
высоких широтах. Снижение S0 м при переходе в область малых
значений W вызвано воздействием ГКЛ, интенсивность
которых растет при уменьшении солнечной активности.
Таким образом, одним из возможных «рычагов» для
воздействия солнечной активности на процессы в
атмосфере Земли являются космические лучи. Изменяя
химический состав атмосферы (ионизация и диссипация моле-
73

кул азота и кислорода, образование N0 и затем N02), они
в конечном счете активно участвуют в преобразовании
солнечной радиации с длиной волны 3300—3500 А в тепло
(посредством поглощения этих волн молекулами N02 и
переизлучения их энергии в инфракрасном диапазоне —
«парниковый эффект»). «Модуляция» состава
стратосферы и соответственно лучистого притока тепла, вызванная
СКЛ и ГКЛ, является важным механизмом
солнечно-тропосферных связей, в котором стратосфера играет роль
управляющего звена.
Коснувшись вариаций озонного слоя, мы по существу
перешли к анализу процессов, происходящих на
промежуточных высотах —в стратосфере (выше 12 км) и
нижней ионосфере (выше 60 км). При этом эффект
уменьшения содержания 03 через несколько дней после мощного
вторжения солнечных космических лучей, строго говоря,
является примером косвенного воздействия солнечной
активности на тропосферу. С другой стороны, известно, что
ультрафиолетовое излучение вспышек вызывает
увеличение содержания озона (иногда до 200%) в верхней части
озоносферы (выше 35 км) практически одновременно с
началом вспышки.
Измерения ультрафиолетовой радиации, выполненные
на одном из американских ИСЗ в июле—августе 1968 г.,
показали, что в интервале А,=0,16-^0,21 мкм,
ответственном за образование озона в атмосфере, поток излучения
может изменяться более чем на 60% в зависимости от
яркости кальциевых флоккул на диске Солнца. Такие
вариации ультрафиолетовой радиации, по оценкам Л. Р. Ра-
киповой (ГГО), не могут изменить солнечную постоянную
более чем на 0,02%, но они вполне достаточны для того,
чтобы заметно изменить (увеличить) концентрацию
озона. Это в свою очередь приводит к уменьшению потока
солнечной радиации, поступающей в слой ниже 20 км, и к
понижению температуры воздуха у земной поверхности.
Расчеты Л. Р. Ракиповой показывают, что увеличение
концентрации озона вдвое соответствует уменьшению
температуры у поверхности Земли на 0,9° С для теплого
полугодия и на 0,6° С для холодного. Этих изменений
недостаточно, чтобы повлиять на развитие
кратковременных погодообразующих процессов, но они могут быть
одним из существенных факторов изменения климата (далее
мы вернемся к этому вопросу). Отметим, что озонная
гипотеза привлекательна простотой и ясностью физиче-
74

ского механизма. Она указывает на одно из связующих
звеньев между нижними и промежуточными слоями
атмосферы. Это важно, в частности, для понимания процессов
вертикального переноса частиц вниз, в тропосферу, и
образования ядер конденсации (конденсационная гипотеза),
Существует ли связь между тропосферой и
ионосферой? Если да, то каков механизм их взаимодействия? Вот
два главных вопроса, на которые должны ответить
гипотезы опосредственного воздействия. В одной из таких
гипотез связующим агентом считается инфракрасное
излучение ионосферы (А,=1-М0 мкм), которое было
обнаружено в ракетном эксперименте в 1958 г. группой
сотрудников Физического института АН СССР во главе с
М. Н. Марковым. Это излучение генерируется на высотах
более 120 км в основном возбужденными молекулами N0
(А,~5,3 мкм) и ионами NO+ (А,«4,3 мкм), которые
образуются в экзотермических реакциях
N + 02->NO + О, NJ + 0->NO+ + N,
0+ + N2->NO+ + N. (5)
Излучение, создаваемое ионами NO+, поглощается
молекулами углекислого газа на высотах 30—40 км.
Излучение молекул N0 поглощается парами воды на высотах
примерно 7—10 км. В результате создаются условия для
неравномерного «избыточного» нагревания нижней
атмосферы. Это приводит к нарушению устойчивости
атмосферы в определенных районах Земли, где существуют
наибольшие градиенты температуры, давления и влажности.
Такая ситуация характерна для береговых областей.
Именно здесь зимой наблюдается наибольшая разница в
концентрации водяных паров над сушей и океаном.
Зимой же, как мы отмечали ранее, регистрируется и
наиболее отчетливое проявление солнечно-тропосферных связей.
Описанная гипотеза, однако, сталкивается с
трудностями в объяснении энергетики взаимодействия ионосферы
с тропосферой: энергия ионосферных возмущений мала по
сравнению с энергией синоптических процессов.
Действительно, по оценкам М. Н. Маркова и др., в отсутствие
магнитных бурь поток энергии ИК-излучеиия, идущий
вниз, составляет 1—10~3-Н0~2 Вт • м-2. В пересчете на
площадь земной поверхности это соответствует мощности
<?пк=5 • 1011—5 • 1012 Вт. Во время геомагнитных
возмущений этот лоток может существенно возрастать, достигая
75

при Кр^5-^7 величины 5 • 1013—5 • 1014 Вт. Но даже и в
этом случае <?ик на один-два порядка меньше мощности
тепловой машины «Атмосфера». Вместе с тем расчеты
показывают, что ИК-излучение, меняя ветровой режим в
тропосфере, может привести к перепадам давления,
сравнимым с наблюдаемыми.
«Инфракрасная» гипотеза привлекательна также тем,
что она указывает на связь тропосферных процессов с
высыпаниями частиц на больших высотах в ионосфере.
Действительно, во время геомагнитных бурь под
действием высыпающихся частиц происходит диссоциация и
ионизация молекул азота N2. Это приводит к значительному
возрастанию концентрации атомов N и ионов N2+.
Дополнительное существенное увеличение содержания N2,
а также 02 и О в верхней атмосфере вызывается также ее
«разбуханием» вследствие теплового нагрева,
сопровождающего геомагнитное возмущение. Рост же концентраций
N, О, N2, 02, N2+ и 0+ приводит к увеличению скоростей
реакций (5) и, следовательно, к увеличению
интенсивности ИК-излучения. Отсюда видно, что для объяснения
некоторых метеоявлений необходимо учитывать
взаимодействие ионосферы с магнитосферой.
Магнитометеорология — надежда ученых
Прежде чем рассматривать еще одну гипотезу (магнито-
метеорологическую), подчеркнем, что ни один из
рассмотренных выше механизмов не обладает достаточной
мощностью, чтобы в одиночку обеспечить энергией
метеопроцессы планетарного масштаба. Вместе с тем пренебрегать
ими в задачах динамики атмосферы, по-видимому, нельзя:
не исключено, что под действием малых возмущений
(типа УФ- или ИК-излучений и т. п.) происходит
«преждевременное» разрешение неустойчивости атмосферной
циркуляции.
Это, конечно, не означает, что значительные аномалии
погоды (вроде тех, которые наблюдались в 1972 г.)
обусловлены только влиянием солнечной активности. В самом
деле, как мелкомасштабные, так и крупномасштабные
движения в атмосфере носят турбулентный характер.
А в любом турбулентном потоке временные флюктуации
давления, температуры, влажности и других
характеристик имеют, как известно, непрерывный спектр с широким
76

диапазоном периодов. Для атмосферных движений,
возмущаемых влиянием чрезвычайно разнообразной
подстилающей поверхности, этот диапазон может простираться
от долей секунды и, по меньшей мере, до нескольких лет.
Поэтому нет ничего удивительного в том, что частоты
некоторых внешних возмущений будут совпадать с
частотами собственных колебаний атмосферы. Тем самым
атмосфера вследствие резонанса будет дополнительно
«раскачиваться» с тем или иным периодом, с той или иной
задержкой относительно момента внешнего «голчка». Роль
последнего может играть вторжение солнечного корпуску*
лярного потока в околоземное пространство.
В настоящее время большинство геофизиков признают,
что корпускулярные потоки приводят к разогреву верхних
слоев атмосферы (ионосферы). Но дальше мнения
расходятся. Одни считают, что возмущение распространяется
вниз в виде гидродинамических волн. Другие, как мы уже
отмечали, предполагают, что разогрев верхних слоев
приводит к усилению потока ИК-радиации, идущей вниз.
Третья группа ученых ведет поиск причины самого
разогрева. Согласно гипотезе Н. С. Сидоренкова
(Гидрометцентр СССР), причиной разогрева может быть высыпание
частиц солнечной плазмы в узких зонах полярных сияний.
При описании магнитосферы и общей картины
геофизического возмущения мы уже отмечали, что прямой
прорыв солнечной плазмы к верхним слоям атмосферы
возможен только через каспы и нейтральный слой магнито-
сферного хвоста (см. рис. И). Полярные сияния
—индикаторы таких вторжений — наблюдаются одновременно на
всех долготах северного и южного полушарий. При этом
ширина отдельных светящихся зон составляет всего
около 100 км, а иногда уменьшается даже до 1 км. Интересно
отметить, что направление лучей сияния обычно
совпадает с магнитными силовыми линиями, а направление дуг —
с магнитными параллелями.
Полярные сияния длятся обычно от нескольких минут
до нескольких часов. Чаще всего они появляются в поясе
60—70° магнитной широты. Зону наибольшей
повторяемости полярных сияний можно приближенно считать кругом
с радиусом около 23° и центром, расположенным на
магнитном полюсе Земли. К северу и к югу от этой зоны (т. е.
на широтах ниже 67°) частота сияний быстро убывает.
Таким образом, разогрев ионосферы должен происходить
симметрично по отношению к магнитным полюсам.
77

Для рассматриваемой гипотезы важно, что магнитные
долюса не совпадают с географическими. Так, в 1970 г.
северный магнитный полюс располагался в точке с
географическими координатами 75,7° с. ш. и 101,5° з. д., а
южный — 68,5° ю. ш. и 140,3° з. д. С другой стороны,
нормальные распределения метеоэлементов, которые
формируются в атмосфере под действием лучистой радиации,
симметричны относительно географических полюсов.
Следовательно, дополнительный разогрев атмосферы в зонах
полярных сияний будет происходить неравномерно вдоль
географических параллелей. Такие асимметричные
возмущения температуры, если они достаточно велики, могут
оказать влияние на характер течений в верхней атмосфере.
При этом развитие процесса будет зависеть от начальной
картины движений и степени устойчивости атмосферной
циркуляции.
Если, например, в верхних слоях атмосферы в
начальный момент будет зональная циркуляция, то могут
возникнуть волновые возмущения. При неустойчивом
состоянии циркуляции эти возмущения будут распространяться
вниз. В конечном счете это может повлиять на пояс
западных ветров и на общее состояние циркуляции атмосферы.
Таким образом, возмущения, порожденные вторжением
плазмы солнечного ветра, могут развязывать
метеопроцессы огромного масштаба, т. е. могут играть роль
спускового механизма при разрешении внутренней
неустойчивости течений в атмосфере.
Насколько эта гипотеза соответствует действительности,
могут показать наблюдения вторжений частиц через кас-
пы и их высыпания в атмосферу. При этом важно
проследить, как после вторжений меняются распределения
температуры, давления и течений в ионосфере на магнитных
широтах выше 60°, как эти изменения распространяются
в вертикальном и горизонтальном направлениях и т. д.
Большую помощь могли бы оказать также математические
модели указанных процессов.
Близкие идеи развивает и английский ученый
Дж. Кинг. Он считает, что потоки солнечных частиц
направляются геомагнитным полем в наиболее
«чувствительный» район атмосферы — между 76-м и 79-м градуса-
МП северной широты (географической). Именно здесь
находится «стена» высокого давления, которая играет
решающую роль в формировании погоды в северном
полушарии. Южное полушарие, несомненно, подвергается по-
78

добному же воздействию солнечной корпускулярной
радиации. Однако на большей своей части оно покрыто
океаном, так что данные о нем пока скудны. В. Буха (ЧССР)
считает, что корпускулярная радиация во время
магнитных бурь обладает достаточной энергией, чтобы
стимулировать триггерные механизмы воздействия на атмосферу
(например, через генерацию мощных токов в полярной
ионосфере, ее разогрев этими токами и дальнейшую
передачу возмущений в стратосферу и тропосферу в виде
планетарных волн).
Имеется еще немало фактов, прямо или косвенно
подтверждающих магнитометеорологическую гипотезу.
Приведем лишь два примера. У. Роберте (США) обнаружил,
что вскоре после прихода к Земле солнечного
корпускулярного потока зона пониженного давления,
существующая над заливом Аляска, становится больше, чем обычно.
Изучая содержание изотопов 7Ве и 32Р по наблюдениям на
горе Цугспитце в Баварских Альпах (высота 3000 м над
уровнем моря), Р. Рейтер (ФРГ) установил, что в
моменты вторжения солнечных частиц в околоземное
пространство концентрация изотопов увеличивается. Поскольку
7Ве и 32Р образуются космическими лучами в стратосфере,
то можно утверждать, что во время геомагнитных
возмущений воздушные массы из стратосферы вторгаются в
тропосферу.
Заметим, что из десяти погодно-климатических
явлений, перечисленных выше в списке X. Редерера, три
обусловлены геомагнитной активностью, три связаны с
полярностью ММП, еще три являются эффектами солнечных
вспышек, а два оставшихся представлйют собой результат
долгопериодных вариаций геомагнитного поля и солнечной
активности. Все эти явления имеют общий
первоисточник — Солнце, поэтому можно объединить их под
названием «гелиометеорология». Тогда одним из разделов ге-
лиометеорологии можно считать магнитометеорологию,
куда следует включить по крайней мере шесть эффектов,
обусловленных вариациями геомагнитной активности и
характеристик ММП.
Такой подход требует привлечения других физических
механизмов для объяснения связей между верхней и
нижней атмосферами. Если при вторжении частиц должен
наблюдаться разогрев ионосферы и динамический
(волновой) перенос энергии в тропосферу, то при учете ММП
важную роль может играть электромагнитная индукция.
79

Рис. 24. Распределение атмосферного давления в марте-апреле и
сентябре-октябре 1964 г. по данным обсерватории Дюмон-д'Юрвиль (а, б) и Мо-
улд-Бэй (в, г) по восьми 3-часовым периодам за каждые сутки с учетом
направления ММП
йг 2 — направления к Солнцу и от Солнца соответственно
Для проверки такого предположения необходимо
выяснить, имеется ли связь между прохождением секторных
границ ММП и поведением геомагнитного поля и
атмосферного давления в приполюсных областях.
Особый интерес представляют результаты
исследований в так называемых магнитно-сопряженных точках.
Эти точки интересны тем, что они находятся «на концах»
одной и той же силовой линии геомагнитного поля.
Конечно, не для каждой магнитной обсерватории в северном
полушарии можно найти строго «сопряженную»
обсерваторию в южном. Но пункты «почти сопряженные»
выбрать можно, например Моулд-Бэй (геомагнитные
координаты 80,8° с. ш. и 264,0° в. д.) и Дюмон-д'Юрвиль
(80,1° ю. ш. и 228,7° в. д.). Анализ данных за 1964 г.,
выполненный С. М. Мансуровым и его коллегами, показал,
что в зависимости от направления ММП (от Солнца или
к Солнцу) средние значения давления для каждой
обсерватории различны. Более того, между значениями
давления и направлением ММП обнаруживается явная весен-
не-осенняя асимметрия (рис. 24).
80

Оба эти эффекта вызваны, по-видимому,
несимметричным обдуванием магнитосферы солнечным ветром, что в
свою очередь связано с наклоном оси геомагнитного
диполя к плоскости эклиптики. Если ММП время от времени
меняет знак, то, очевидно, северная и южная части
магнитосферы должны по-разному реагировать на эти
изменения. Наблюдения подтверждают такое предположение
(см. ранее описание известного эффекта Свалгаарда—
Мансурова). Более того, картина геомагнитных вариаций
в двух рассматриваемых пунктах проявляет такую же
асимметрию, как и давление. Это означает, что величина
и направление индукционных токов, возникающих в
полярной ионосфере, зависят от знака и напряженности
поперечной (азимутальной) компоненты ММП, которая
тесно связана с его продольной (радиальной)
компонентой. В развитии этих токов существенную роль играет,
по-видимому, проникновение плазмы в магнитосферу
через каспы. Режим проникновения, очевидно, сильно
зависит от наклона оси геомагнитного диполя к линии
Земля—Солнце. Окончательный результат воздействия этих
факторов на метеоявления будет определяться
эффективностью механизма связи между ионосферой и
тропосферой.
Датский исследователь Л. Свалгаард, занимающийся
этой проблемой, считает, что на некоторых фазах цикла
солнечной активности, когда в течение длительного
времени преобладает ММП одной полярности, слабые импульсы
одного знака, создающие индукционные токи, могут
накапливаться. Попадая в резонанс с колебательными
процессами в атмосфере и океанах, они будут вызывать
изменения в направлении воздушных и океанических течений.
Последствия этих изменений могут сказаться как на
кратковременных колебаниях погоды, так и на климате в
целом.
81

МАГНЕТИЗМ И КЛИМАТ
Gutta cavat lapidem *.
P. Ovidius Naso
В далекие времена, когда люди не были заключены в
жесткие рамки государственных границ, сдвиг климатических
зон не создавал особых проблем. Например, кочевники,
обитавшие вдоль южных границ Сахары, когда пустыня
в течение ряда лет перемещалась к югу, могли отступить
вместе со скотом в районы, где еще сохранялись
пастбища. Подобные переселения народов случались,
по-видимому, не раз и не два. Однако ныне такие передвижения уже
невозможны. Как показали недавние засухи в Сахельской
зоне Африки, в Эфиопии, в некоторых частях Индии,
сегодня даже небольшие климатические перемены могут
привести к катастрофическим для людей последствиям.
В 1973 г. английский метеоролог Д. Уинстенли сделал
вывод, что засухи в указанных районах связаны,
по-видимому, с перемещением климатических зон, которое в
настоящее время охватило по меньшей мере все северное
полушарие. Расширение района околополюсных кольцевых
потоков воздуха сдвинуло их к югу. В результате этого
климат на широте Великобритании становится оуше, у
северного края Африки и на Ближнем Востоке — влажнее,
а пустыни Северной Африки и Индии перемещаются к
экватору.
Аналогичные процессы происходят также в Северной
Америке. В районе Великих равнин на территории США
существует засушливая зона (с центром в штатах Канзас
и Небраска). В некоторые годы центр сдвигается к северу,
иногда — далеко к югу, но данные районы периодически
охватывает засуха. Один из ведущих американских
метеорологов У. Роберте связывает периодическое
наступление засухи в США с циклами солнечных пятен. Он
обратил внимание на то, что последние восемь сухих периодов
к востоку от Скалистых гор повторялись с интервалами
20—23 года. Естественно предположить, что такая
повторяемость обусловлена 22-летним циклом солнечной актив-»
* Капля точит камень (лат.)*
82

ности (как тут не вспомнить 22-летний цикл изменения
знака общего магнитного поля Солнца!). Если эта
гипотеза верна, отмечал в 1973 г. У. Роберте, то в 1974 или
1975 г. на Среднем Западе США должен наступить
засушливый период. Ученый оказался прав: влажная весна
1974 г. сменилась удивительно засушливым летом. Засуха
нанесла сельскому хозяйству среднезападных штатов
ущерб, исчисляемый несколькими миллиардами долларов.
Почему «сухой цикл» приносит наибольшие бедствия
именно району Великих равнин? Причина кроется в
изменении установившейся системы ветров над Северной
Америкой. Для того, чтобы над Великими равнинами пошел
дождь, необходимо сочетание двух факторов. Во-первых,
чтобы с подветренной стороны Скалистых гор в глубь
континента устремились потоки теплого влажного воздуха
с Мексиканского залива. Во-вторых, чтобы эти потоки
смешались с холодным воздухом, поступающим из
Канады. Но это смешение не произойдет в нужном месте, если
с запада будет дуть сильный ветер. Он сместит «точку
смешения» дальше на восток... И тогда вместо желанного
дождя в зерновом поясе страны мощные ливни и ураганы
обрушиваются на восточное побережье США.
Засухи — это, пожалуй, самое масштабное и поэтому
самое убедительное проявление климатических изменений,
происходящих на Земле в течение жизни одного
поколения людей. Для нашей страны с ее обширными
сельскохозяйственными районами прогноз засух — не отвлеченная
научная проблема, а практическая задача огромной
важности. Советские метеорологи настойчиво ищут пути ее
решения. В последние годы интересные результаты по
этой проблеме получены Т. В. Покровской. Ею показано,
что за период 1887—1965 гг. засухи, случавшиеся па
европейской территории СССР, были лишь в годы восходящей
ветви 11-летнего цикла геомагнитной возмущенности
(9 засух за 46 лет), а засухи, случавшиеся только в
Казахстане — в годы нисходящей ветви цикла (9 засух за 33
года). «Двойные» засухи (их было 6 за 79 лет), имевшие
место одновременно в обоих районах, наблюдались при
небольших межгодовых изменениях в ходе геомагнитного
индекса Кр. Для статистически достоверных выводов и
уверенного прогнозирования засух этих данных, конечно,
недостаточно. Однако обращает на себя внимание, в
частности, тот факт, что все без исключения одиночные засу-
83

хи увязываются с ходом геомагнитной активности и доля
случайности такого распределения очень мала (0,5% для
засух на европейской территории СССР и 0,3% для
отсутствия засух в Казахстане за один и тот же интервал в
46 лет).
Опираясь на гипотезу о связи засух с геомагнитной
активностью, Т. В. Покровская, как мы уже отмечали,
предсказала «дефицит осадков» на европейской территории
СССР в 1972 г. и засуху в Казахстане в 1974 г. На угрозу
засухи в 1974 г. указывал в 1972 г. Л. А. Вительс (ГГО),
исходя из данных о ходе повторяемости восточного типа
циркуляции в зависимости от фазы 11-летнего солнечного
цикла. Э. Р. Мустель в 1972 г. отмечал, что для создания
длительно существующих антициклонических районов, где
как раз и возможно развитие засухи, особенно
благоприятна такая ситуация, когда длительное время перед
сильным геомагнитным возмущением корпускулярная
активность Солнца является сравнительно слабой.
Летом 1972 г. геомагнитная активность в среднем была
весьма низкой, что, по мнению Э. Р. Мустеля, и привело к
некоторому застою в циркуляционных процессах. После
очень сильных геомагнитных возмущений в августе
произошла перестройка типа циркуляции, сопровождавшаяся
спадом жары на европейской территории СССР. Т. В.
Покровская обнаружила связь между нарушениями в ходе
11-летнего цикла солнечной активности (а именно,
появлением вторичного максимума числа W на ветви спада в
1752, 1774, 1864 и 1972 гг.) и аномалиями термического
режима на европейской территории нашей страны по
наблюдениям в Петербурге (Ленинграде), Елабуге и
Москве. Это еще раз указывает на солнечную обусловленность
засухи 1972 г.
Несколько лет назад В. Ф. Логинов и др. предприняли
попытку проанализировать частоту появления засух и их
распределения по земному шару в зависимости от фазы
цикла солнечной активности и от индекса геомагнитной
возмущенности. Полученные результаты дают некоторые
предпосылки для прогнозирования засушливых периодов
в отдельных районах Земли. Однако в целом картина
оказалась обескураживающе пестрой. Ясно одно: влияние
солнечной и геомагнитной активностей в различных районах
земного шара проявляется совершенно по-разному.
Причина этого разнообразия в тайнах аномалий атмосферной
циркуляции.
84

Многообразие предлагаемых (и возможных)
механизмов и неоднозначность солнечно-тропосферных связей
порождают у некоторых климатологов известный скептицизм
в отношении гелиометеорологии. Так, по мнению А. А. Каца
(Гидрометцентр СССР), нельзя на основе только
переменной части солнечной радиации, т. е. солнечной
активности, решать сложнейшую проблему прогноза погоды.
Более умеренную и, на наш взгляд, более реалистическую
точку зрения высказывал видный советский океанолог
И. В. Максимов. Он считает, что солнечная активность —
важный, но не единственный фактор, определяющий
многолетние изменения общей" циркуляции атмосферы и
климата. На атмосферу и Мировой океан в не меньшей мере
Боздействуют долгопериодные приливообразующие силы и
силы деформации, возникающие при движении земных
полюсов. Существенную часть общей изменчивости
климата составляют также квазидвухлетние циклические
колебания, а также вариации, связанные с неоднородностью
поля силы тяжести и изменениями скорости вращения
Земли.
Дать исчерпывающий анализ всех причин
изменения климата очень трудно. Обстоятельное изложение этой
проблемы, включая антропогенную составляющую
изменений климата, дано в трудах М. И. Будыко, Е. П. Бори-
сенкова и др. Нам хотелось бы только выделить «солнечно-
геомагнитную» составляющую этих изменений и показать,
какова их относительная роль в формировании климата
Земли.
Если магнитометеорологическая гипотеза применима не
только к отдельным, магнитовозмущепным периодам, но и
к солнечному циклу в целом, то влияние солнечной
активности должно проявиться и в длительных
(климатических) вариациях барического поля Земли. Уже одна из
первых попыток в этом направлении, предпринятая
И. В. Максимовым и др., привела к успеху. Оказалось,
что существует 11-летняя вариация давления,
усредненного по каждому полушарию, причем амплитуда вариации
растет по мере приближения к высоким широтам. Более
подробный анализ позволил обнаружить одну
замечательную особенность этой вариации: она имеет максимум в
зоне 65—75° с. ш. (рис. 25).
Но нам уже известно, что эта зона наиболее уязвима
по отношению к внешним корпускулярным воздействиям.
85

ffl /ff Ж J0 с.ш.
Рис. 25. Широтный ход
амплитуды 11-летней вариации
атмосферного давления в
среднем по всему северному
полушарию за 1899—1939 гг.
W
ж
/7
/Я
-ff
Г/1
V ^
м
Л Л
г \
N
К
ij
К
VJ.- 1 . 1
/ж
/адь/
/Ш
Рис. 2G. Средние годовые
значения чисел Вольфа (W) и
вариации повторяемости
зональной циркуляции (У) в
северном полушарии Земли в
1910—1960 гг. (штриховкой
показаны годы максимальной
солнечной активности)
W
г%7
40
г#
/v^4
_ /*"
1 L_
7'Н
/
У
1 1 1
V
/г/г
///7
/Ж
/Ж
/~/7/7м
/Ш
Здесь наиболее часто
наблюдаются полярные сияния, именно
здесь происходит вторжение
солнечных частиц. Это зона с
максимальной частотой
магнитных возмущений. В интервале
65—75° с. ш. чаще всего
наблюдаются мощные высотные
антициклоны. Кроме того, эта
область характеризуется и
максимальной возмущенностью
зональной циркуляции
атмосферы (см. рис. 21).
Отсюда следует ожидать,
что индекс зональной
циркуляции также будет зависеть от
уровня солнечной активности
в 11-летнем и вековом циклах.
Чтобы выделить ожидаемый
эффект в чистом виде, И. В.
Максимов и др. профильтровали
данные наблюдений за 1910—
1960 гг. методом скользящего
осреднения. Таким способом
удалось освободиться от
вариаций с периодами менее 7 и
более 11 лет. Отфильтрованный
ряд индекса V (повторяемость
зональной диркулялди) для
северного полушария в
сопоставлении со среднегодовыми
значениями W представлен на
рис. 26. Видно, что при
усилении солнечной активности
повторяемость зональных
процессов в северном полушарии
уменьшается и, наоборот, при
ослаблении активности растет.
Интересно, что характер связи
Рис. 27. Вековые тенденции в ходе солнечной активности (1) и повторяв*
мости зонального типа циркуляции (2) в северном полушарии Земли
86

между зональной циркуляцией и солнечной активностью
за указанные 50 лет оставался неизменным.
Что касается вклада солнечной активности в
колебания характеристик «центров действия» атмосферы
северного полушария (исландского и алеутского минимумов,
азорского, сибирского и гавайского максимумов давления),
то этот вклад, по оценкам И. В. Максимова, не превышает
15—20% от их общей изменчивости. Примерно такой же
вклад дают приливообразующие силы и отдельно
колебания полюсов Земли. Таким образом, до 50% общей
изменчивости климата могут быть обусловлены внешними
воздействиями.
А как реагирует циркуляция атмосферы на повышение
среднего уровня солнечной активности в вековом цикле?
Применив тот же метод фильтрации (с периодом
осреднения 21 год), И. В. Максимов и др. обнаружили
характерную тенденцию в поведении индекса (рис. 27). В начале
века, когда средний уровень солнечной активности (в
вековом цикле) невысок, повторяемость зональной
циркуляции в северном полушарии была высокая. В 30-е годы
уровень активности значительно вырос, а повторяемость
зональной циркуляции резко упала. Именно резким
возрастанием среднего уровня солнечной активности в 20—30-е
годы многие исследователи объясняют такое
исключительное климатическое явление, как потепление Арктики.
Еще в начале века льды подступали вплотную к
побережью северных морей и арктические плавания
требовали большого мужества и смелости. А с 1930 г. в течение
последующих двух десятилетий можно было обогнуть
Новую Землю с севера на любом судне, даже не
приспособленном для плавания во льдах. Из рисунка (см.
рис. 27) видно, что конец 40-х—начало 50-х годов
отмечается локальным максимумом индекса V, совпадавшим с
резким подъемом солнечной активности. И хотя с 1952 г.
прежняя («вековая») тенденция индекса V к понижению
восстановилась, указанный максимум требует своего
объяснения. Было бы также интересно, по данным 1960—
1980 гг., продлить обе кривые вплоть до максимума 21-го
цикла, чтобы проверить, не изменилась ли тенденция
в поведении индекса V после максимума 19-го цикла
солнечной активности, который, по-видимому, совпал с
максимумом векового цикла... Как бы то ни было,
ослабление зональной циркуляции (и соответственно усиление
меридиональной) при возрастании солнечной активности
87

то
то
то
то
то
то то
ГяОь/
Рис. 28. Длительность вегетационного периода Ф в Англии (Эскдалехмюр,
65°N, 3°W) в 1916—1969 гг. (а) в сопоставлении с ходом солнечной
активности (б)
можно считать одним из наиболее достоверных
доказательств солнечно-тропосферных связей.
Среди различных характеристик климата одной из
важнейших является продолжительность вегетационного
периода растений. Этот период определяется числом дней
в году, когда средняя температура воздуха на уровне
1,25 м над почвой превышает 5,6° С. Дж. Кинг
сопоставил данные о величине вегетационного периода в 1916—
1969 гг. со среднегодичными значениями W (рис. 28)*
Полученные результаты не вызывают сомнений в том,
что усиление солнечной активности приводит к
удлинению вегетационного периода в северном полушарии.
Отметим еще некоторые эффекты, которые могут
оказывать влияние на атмосферные процессы. Как известно,
географические полюса Земли описывают окружности
вокруг своего среднего положения, двигаясь против
чясовой стрелки. Вслед за движением полюсов движется
волна «полюсного прилива» в океане. Кроме того,
магнитные полюса перемещаются по земной поверхности.
В результате характер возмущений атмосферной
циркуляции, в соответствии с магнитометеорологической
гипотезой, будет изменяться со временем. Эти изменения
внесут определенный вклад в вековые колебания климата.
Наконец, необходимо коснуться такого интригующего
явления, как изменение скорости вращения Земли.
Подробнее расскажем об этом в следующем разделе книги.
Здесь отметим только, что это явление тесно связано с
циркуляцией океана и атмосферы. Так, можно считать
практически доказанным, что сезонные вариации в
скорости суточного вращения Земли — следствие изменений
зональной циркуляции атмосферы в течение года.
88

Совершенно очевидно, что колебания других
климатических характеристик (температуры воздуха, количества
осадков, стока рек, уровня озер, ледовитости морей и т.д.)
в той или иной степени через циркуляцию атмосферы
связаны с солнечной активностью. А если вспомнить, что
79% поверхности Земли занимает Мировой океан
(включая всю совокупность окраинных, средиземных и
внутренних морей, связанных с океаном), то станет еще более
ясной огромная роль этой голубой подстилающей
поверхности в формировании погоды и климата Земли, а также
трудность исследования глобальных атмосферных
процессов учеными, все еще в значительной мере привязанными
к оставшемуся 21% суши-
Трудности стимулируют поиск новых, комплексных
методов исследования, диктуют необходимость изучения
истории климата. Приведем лишь один пример успешного
комплексного исследования. Изучая многолетние
изменения температурного поля и уровня северной части
Атлантического океана, Балтийского и Черного морей, а также
аномалии повторяемости форм атмосферной циркуляции,
Р. В. Смирнов обнаружил в этих изменениях значительное
влияние гелиогеомагнитных ритмов. Степень влияния
возрастает с увеличением длительности цикла. Это находится
в согласии с известным принципом минимума —
определяющую роль в цепи процессов играет самый медленный.
Трудность исследования солнечно-обусловленных
изменений климата на Земле в прошлом очевидна. Нет
надежных данных, допускающих однозначную интерпретацию в
рамках определенной гипотезы (например, магнитоме-
теорологической). Судя по свидетельствам прошлых эпох
(таким, как отложения на морском дне, торфяные болота
и кольца деревьев), история климата в масштабе столетий
была полна взлетов и падений. Например, в Англии когда-
то повсюду выращивали виноград, и французы даже
жаловались, что английские виноделы сбивают цену,
заполнив своим товаром европейские рынки. Еще в X в.
викинги создали процветающие колонии в Гренландии,
назвав так остров за его зеленые пастбища («Greenland»
по-английски означает «Зеленая земля»). К концу XV в.,
однако, холод и голод прогнали колонистов, и теперь около
80% территории Гренландии похоронены под ледяным
панцирем в десятки метров толщиной.
Большинство исследователей сейчас сходятся во
мнении, что Земля в настоящее время очепь медленно всту-
89

пает в новый ледниковый период. Другие считают, что
ледниковый период надвигается относительно быстрыми
темпами. После потепления, начавшегося после 1890 г. и
достигшего своей наивысшей точки в 1945 г.,
среднегодовая температура не перестает падать. За последние 30 лет
она снизилась примерно на 1,5° С. Последствия этого
похолодания уже дают о себе знать. Так, исландские рыбаки
вынуждены теперь вести промысел значительно южнее,
чем раньше, урожайность трав в этой стране упала на
25%, а в Англии вегетационный период растений
уменьшился по сравнению с 1950 г. в среднем на две недели.
Климатологи из Колумбийского университета (США),
анализируя данные метеоспутников, обнаружили, что
покрытая снегом и льдом территория северного полушария
внезапно увеличилась в 1971 г. почти на 12% и
продолжает расти. Например, Баффинова Земля в Канадской
Арктике, которая ранее летом совершенно освобождалась от
снега, ныне покрыта им круглый год. Некоторые ученые
высказывают предположение, что расширение полярной
шапки и засуха в Африке непосредственно связаны между
собой.
Виновато ли в этом Солнце?. Безусловно — да, ибо в
первую очередь оно диктует Земле свои ритмы.
СОЛНЕЧНАЯ АКТИВНОСТЬ
И ВРАЩЕНИЕ ЗЕМЛИ
Река истины протекает через каналы
заблуждений.
Рабиндранат Тагор
Среди множества нерешенных вопросов солнечно-земных
связей несколько особое положение занимает вопрос о
возможном влиянии солнечной активности на вращение
Земли и процессы, протекающие в земных глубинах.
Видимо, трудно найти более «горячую точку» в космофи-
зике, где с такой силой столкнулись бы интересы
астрономов, планетологов, метеорологов, магнитологов,
геологов, сейсмологов и геофизиков многих других
специальностей. Речь идет о неравномерностях суточного вращения
Земли и землетрясениях,
90

Постоянна ли длина суток? Этот вопрос начал
интересовать ученых еще с середины XVIII в. Но лишь в 40-х
годах нашего столетия был получен убедительный ответ:
длина суток изменчива. Так, за период 1892—1974 гг.
среднегодовое значение длины суток Т систематически
увеличивалось, причем среднегодовые значения
изменения Т колебались в пределах Ar=(8-H482) -10~5 с.
Исключение составили только 1896, 1927, 1935 и 1936 гг., когда
среднегодовые значения AT были отрицательными, а
также 1928 г., когда А27=0. Эти данные указывают на
систематическое («вековое») замедление вращения Земли в
современную нам эпоху. В более отдаленном прошлом
(вплоть до 1664 г., начиная с которого имеются данные
о А Г) наблюдались эпохи как с положительными, так и
с отрицательными значениями AT.
Хотя точность наблюдений AT до середины XX в.
была невысокой, не вызывает сомнений, что вращение
Земли происходит неравномерно, скачками. Резкие
изменения угловой скорости со могут происходить за довольно
короткие промежутки времени — год, полгода, а иногда
и меньше. В последние десятилетия обнаружены новые
особенности вращения Земли. Оказалось, что и в течение
года наша планета вращается неравномерно — быстрее
всего в августе и наиболее медленно в марте (сезонные
колебания со). Более того, даже в течение лолугода,
месяца и половины месяца ее вращение не отличается
постоянством. Флюктуации (нерегулярные изменения)
угловой скорости можно обнаружить (хотя и с меньшей
точностью) также ото дня ко дню.
С конца 50-х годов А. Данжон (Франция)
неоднократно сообщал, что после вспышек на Солнце происходят
скачкообразные изменения со. По его данным, особенно
резкие изменения со наблюдались после мощных
солнечных вспышек 23 февраля 1956 г. и 20 июля 1959 г.
(в последнем случае длина суток скачком увеличилась на
8,5-10"4 с). Однако публикуемые Международной
службой времени данные о AT обременены ошибками, которые
не без оснований заставили некоторых ученых усомниться
в существовании «эффекта Данжона».
Редкая возможность проверить эти сомнения
представилась в августе 1972 г. По мощности вспышек,
длительности и мощности геофизических возмущений этот
период можно сравнить только с июльскими событиями
1959 г. А как в это время .вращалась Земля? Чтобы отве-
91

Лео
W/
/у/г
/У/J
Рис. 29. Вариации скорости вращения Земли в 1971—1973 гг.
Стрелкой отмечен момент (2 августа 1972 г.) начала мощных вспьмяек
на Солнце
тить на этот вопрос, Н. С. Сидоренков вычислил средние
5-дневные значения со, начиная с января 1971 г. и до июня
1973 г. Результаты приведены на рис. 29. Сезонные
колебания здесь исключены. Видно, что вблизи момента
вспышек и после наблюдалось заметное возмущение
угловой скорости. Оно началось с уменьшения со и имело
колебательный характер. Отмечались два полных
колебания с периодом 1,5 месяца и амплитудой 2-Ю"4 с (это
соответствует относительному изменению угловой
скорости Дсй/со«3,3-10"8 за
сутки) . Но...
Во-первых, амплитуда
годовой вариации Т
составляет 5-Ю"4 с, т. е. в 2,5 раза
превышает амплитуду
эффекта в июле—сентябре
1972 г. Во-вторых (и это
главное), если обратить
внимание и на 1971 г., то
уверенность в существовании
эффекта Данжона почти
полностью исчезает.
Действительно, в 1971 г. Земля
вращалась очень неравномерно:
Рис. 30. Ожидаемый (?) и реально наблюдавшийся (?) временные хода
интенсивности галактических космических лучей в 19-м (I) и 20-м (II)
циклах солнечной активности (с конца 1971 г. скорость роста
интенсивности резко отличается от ожидаемой)
/уж шг /жу
/ш
92

в июле—августе 1971 г. наблюдались возмущения, весьма
напоминающие флюктуации со в июле—сентябре 1972 г.
Конец 1971 г. отличался резкой аномалией в поведении
со, а именно большим и длительным ее увеличением.
Это увеличение, как мы уже знаем, совпало с резкими
аномалиями погоды зимой 1971/1972 г., которые пред^
шествовали засухе 1972 г. Более того, в пространстве
между Солнцем и Землей, начиная с середины 1971 г.,
тоже происходили немаловажные события. Так, группа
советских космофизиков под руководством А. Н. Чарахчь-
яна обнаружила резкую аномалию в поведении
космических лучей. Согласно описанным ранее представлениям,
следовало ожидать, что по мере спада солнечной
активности после максимума 1968—1969 гг. интенсивность
космических лучей будет увеличиваться довольно плавно.
Вместо этого в конце 1971 г. рост интенсивности
неожиданно ускорился. Это хорошо видно на рис. 30, где
показаны ожидаемые и наблюдаемые вариации космических
лучей с 19-го по 20-й цикл солнечной активности.
По-видимому, в середине 1971 г. в межпланетном пространстве
возникла новая электромагнитная ситуация,
благоприятная для вторжения из Галактики большого количества
космических частиц. Сейчас кажется вероятным, что
обнаруженный эффект связан с изменением общего
магнитного поля Солнца.
Как мы уже отмечали, можно считать установленным,
что знак общего магнитного поля Солнца меняется с
периодом около 22 лет. В момент смены знака
межпланетное пространство оказывается наиболее доступным для
проникновения космических лучей с энергией 1,6-
• (10~И-И0~10) Дж. Очередная смена знака ожидалась
в 1968—1969 гг. Аномалия в космических лучах в конце
1971 г. может означать, что переполюсовка общего
магнитного поля Солнца произошла «не своевременно».
Дело в том, что максимум активности в 19-м цикле
(1957—1958 гг.) был очень высоким, а общее магнитное
поле Солнца обладало большим магнитным потоком. По
этой причине магнитным полям нового 20-го цикла,
начавшегося в 1965 г., было трудно преодолеть
«сопротивление» полей старого цикла. В результате
«опрокидывание» (смена знака) общего магнитного поля произошло
не в 1968-1969 гг., а лишь в 1971 г. ...
Совпадение отмеченных аномалий и скачков в
развитии различных процессов на Солнце, в межпланетном
93

пространстве и на Земле кажется нам не случайным. Более
того, объяснение неравномерностей суточного вращения
Земли, на наш взгляд, следует искать с учетом лх
возможной солнечной обусловленности и опираясь на знание
ритмики солнечной активности, плазменной природы
межпланетной среды, секторной структуры ММП и особенностей
его взаимодействия с магнитосферой Земли. Именно такой
комплексный подход был осуществлен Ю. Д. Калининым
и В. М. Киселевым (Красноярск).
Согласно их исследованиям, непротиворечивая
картина изменения длительности суток получается, если
изменения Т от года к году представить в виде суммы трех
компонент: 1) векового изменения Т со скоростью
(1-^2) -10""3 с за столетие, обусловленного
преимущественно действием приливообразующих сил и, возможно,
другими геофизическими процессами, 2) гармонической
вариации Т с периодом около 60 лет и амплитудой
(1,5-^2,0) -10"3 с, 3) нерегулярных изменений (скачков
AT) со скоростью 10~4 с за год (иногда гораздо больше)
и характерными временами от единиц до десятков лет.
Этот результат вытекает из статистического анализа
данных о АГ (для периодов длиннее 11 лет) и вариациях
солнечной активности W за последние два столетия.
Ю. Д. Калининым и В. М. Киселевым предлагается
такое объяснение вариаций Т, где не
противопоставляются, а объединяются две точки зрения на природу
неравномерного вращения Земли, которые соответствуют
гипотезам внутриземного и внеземного происхождения
неприливных вариаций Г. Предполагается, что
неприливные изменения длительности суток являются результатом
действия двух основных причин, дающих примерно
одинаковый вклад в вариации Т. Первая из них связана
с колебательно-вращательными движениями,
возникающими в системе ядро—оболочка Земли, а вторая
обусловлена дополнительным вращением, задаваемым системе
магнитосфера—атмосфера—оболочка Земли солнечной
активностью. Есть ли физические основания для
последней гипотезы?
Рассмотрим следующий воображаемый опыт. На
топкой нпти висит металлический шар. Мимо него по
горизонтальной прямой перемещается с некоторой
скоростью магнит. Изменения магнитного поля в
пространстве, вызванные движением магнита, приведут шар во
94

вращение. Шар повернется на
некоторый угол, пока движение
шара не остановят силы
кручения нити. Важно
подчеркнуть, что направление поворота
шара однозначно связано с тем,
с какой стороны от шара
движется магнит. Шар будет
поворачиваться так, что более
близкая к магниту часть шара
будет двигаться вслед за
магнитом. В космосе сама природа
«проводит эксперимент»
грандиозных масштабов и
поразительной сложности. При этом
шаром является Земля с ее
магнитосферой
(несферичностью последней можно
пренебречь) , а магнитами —
вмороженные магнитные поля
солнечного ветра. Естественно ожидать, что в процессах,
протекающих в цепочке магнитосфера—атмосфера—оболочка
Земли (в том числе в вариациях Г), существенную роль
играют секторная структура ММП и изменения
характеристик солнечного ветра (в основном его скорости и
плотности) .
По-видимому, первая попытка сопоставить реальную
секторную структуру ММП с данными о вариациях
угловой скорости Земли была предпринята около 10 лет назад
австрийским ученым О. Буркардом. Он подверг
статистическому анализу 76 случаев прохождения Земли через
границу сектора ММП за период 1962—1968 гг. При этом в
42 случаях ММП меняло знак с положительного (от
Солнца) на отрицательный (к Солнцу), а в 34-х остальных
случаях смена знака происходила наоборот. В качестве
нулевого выбирался день, когда Земля пересекала границу
сектора. Результаты анализа, приведенные на рис. 31,
оказались весьма неожиданными: при пересечении
границы сектора вращение Земли ускоряется, а спустя
4 дня — замедляется независимо от того, как меняется
направление ММП!..
У нас нет оснований сомневаться в статистической
достоверности этого результата (вариации ш, как видно
из рис. 31, превышают статистические ошибки). При этом
Лсд
-Щ\ м i i i i i ч i i
/Trie
Рис. 31. Вариации скорости
вращения Земли (изменение
длины суток в относительных
единицах) при пересечении
границы сектора
межпланетного магнитного поля (прямой
линией показано «вековое
замедление» вращения Земли)
95

важно подчеркнуть, что найденное относительное
изменение Асо/со весьма мало — всего 4-Ю"10 за сутки. Иными
словами, О. Буркарду удалось обнаружить слабый
эффект, происхождение которого связано не с направлением
ММП, а с какой-то другой характеристикой границы
сектора. Какой же?
Если рассматривать проблему с современных пози-
ций, то необходимо прежде всего учесть, что плотность
кинетической энергии плазмы у орбиты Земли примерно
в 100 раз выше, чем плотность энергии ММП. Кроме того,
важно правильно понимать относительную роль направ-»
ленной скорости и солнечного ветра и его плотности п.
Еще лет 10 назад космофизики были уверены, что геомаг-»
нитные и связанные с ними другие геофизические
возмущения вызываются в основном изменениями и. Влиянию
концентрации плазмы в солнечном ветре на процессы в
околоземном пространстве вообще уделялось мало
внимания. Это объясняется тем, что давление солнечного
ветра рс.в=шг2/2 (плотность его энергии) зависит от
скорости квадратично, а от концентрации линейно, так что
изменения давления исследователи приписывали в
основном изменениям скорости. При этом не учитывалось, что
вблизи орбиты Земли и обычно меняется не более чем в
3—4 раза, тогда как концентрация может изменяться в
пределах ?г<1-М00 см"3, т. е. более чем в 100 раз. В
настоящее время эти факты получили практически всеобщее
признание среди космофизиков. Вместе с тем и в данном
случае (в который раз!) мы снова сталкиваемся с
необходимостью найти подходящий механизм для объяснения
обсуждаемого эффекта.
Чтобы проиллюстрировать один из возможных
механизмов, прибегнем к аналогии с фигурным катанием.
Фигуристка, не меняя общего запаса энергии вращения,
может регулировать его скорость. Сначала она вращается
в согнутом положении с вытянутыми руками и одной
ногой. Выпрямляясь, фигуристка подтягивает свободную
ногу, затем прижимает руки к туловищу. При этом
скорость ее вращения резко увеличивается. Но как только
фигуристка снова вытягивает руки в стороны, вращение
замедляется. Нечто подобное может происходить и с
магнитосферой.
Если под напором солнечного ветра радиус
магнитосферы внезапно уменьшится, то скорость ее вращения
должна скачком увеличиться. Когда давление ветра упа-
96

дет, магнитосфера (а с ней и вся Земля) снова замедлит
свое вращение. О. Буркард именно в этом видит причину
обнаруженного им эффекта. Изменение же радиуса
магнитосферы, как это вытекает из сказанного выше, может
происходить прежде всего за счет изменения плотности
солнечного ветра. Для полноты картины остается
добавить, что граница сектора как раз и отличается
повышенной концентрацией частиц. Вместе с тем оценки
некоторых ученых показывают, что рассмотренный механизм
недостаточен для того, чтобы полностью объяснить
наблюдаемые нерегулярности вращения. Особые
трудности существуют при объяснении внезапных (импульсных)
изменений со, которые наблюдались уже неоднократно.
Примечательным в этой проблеме в целом является
следующее: чем больше интервал усреднения значений
А Г, тем более надежными выглядят результаты
статистических исследований. Например, коэффициент
корреляции г между нерегулярными вариациями^ Т и
сглаженными 11-летними средними значениями Wu равен —0,89.
Связь между изменениями от года к году скорости
солнечного ветра и и нерегулярными вариациями Т для 1962—
1974 гг. характеризуется г=—0,88 (отрицательный знак
г в первом и во втором случаях соответствует ускорению
вращения Земли при увеличении W или и). Эти цифры,
приведенные в книге В. М. Киселева, получены в
результате обобщения и анализа большого количества данных
о AT.
Для характеристики изменений ММП Ю. Д. Калинин
и В. М. Киселев предложили использовать индекс т} =
= (А — С)/{А + С), где А и С — число дней в месяце,
когда Земля находилась в положительном или
отрицательном секторе соответственно. Ими показано, что г
между среднегодовыми значениями ц и А Г в 1954—
1973 гг. составляет -0,84, а в 1948-1968 гг. равен -0,60.
Эти цифры означают, что скорость суточного вращения
Земли в среднем за год возрастает в секторах р ММП,
направленным от Солнца, и уменьшается в секторах
обратной полярности. Менее надежными выглядят
результаты сопоставления, скажем, изменений и и Т при
усреднении их значений за интервал порядка месяца или
короче.
Все эти факты, взятые вместе, позволяют сделать два
вывода принципиальной важности. Во-первых, солнечную
обусловленность нерегулярных изменений Т можно
97

считать статистически доказанной, во-вторых, солнечная
активность оказывает опосредованное воздействие на
изменения режима суточного вращения Земли.
Естественно предположить, что промежуточным
звеном между изменениями солнечной активности (W, и и
к\) и нерегулярными вариациями Т является нижняя
атмосфера. Действительно, она обладает достаточным
запасом энергии, чтобы вызвать наблюдаемые изменения
режима суточного вращения Земли от года к году.
К такому выводу пришел, в частности, Н. С. Сидоренков
после сопоставления расчетных значений А Г с
характеристиками атмосферной циркуляции для 1956—1964 гг.
В противоположность этому некоторые исследователи
(например, И. В. Максимов и др.) считают, что
нерегулярности земного вращения являются не следствием,
а одной из причин, способных влиять на течение
атмосферных процессов. Такая гипотеза, очевидно, уводит нас
в область нерешенных вопросов взаимодействия ядра с
оболочкой Земли (литосферой).
Как мы уже упоминали, характер
солнечно-атмосферных связей меняется в зависимости от широты места,
сезона, уровня солнечной активности и т. д. Поэтому не
исключено, что у поверхности Земли время от времени
возникают такие условия, которые способствуют
появлению нескомпенсированных азимутальных напряжений
вдоль поверхности. Эти напряжения и вызывают
изменения скорости вращения Земли. Здесь уместно вспомнить
классический пример американских геофизиков У. Манка
и Д. Макдональда: перепад давления на западном и
восточном склонах Скалистых гор влияет на изменение Г.
Ученых привлекает не только изящество и
ускользающая таинственность обсуждаемого эффекта, но и его
весьма практические последствия для жизни и
деятельности людей. Дело в том, что одним из проявлений
неравномерного вращения Земли могут быть землетрясения.
Первые результаты по этому поводу были получены в
конце 50-х годов французским астрономом Н. Стойко. Он
установил связь между изменениями кинетической
энергии Земли вследствие неравномерностей ее вращения
и энергией землетрясений. Советский ученый М. В. Сто-
вас примерно в то же время теоретически обосновал
вывод о влиянии неравномерности вращения Земли на
геотектонические процессы в прошлом и настоящем, а
также на их изменчивость во времени. В начале 60 х годов
98

У. Морган и др. (США) обнаружили, что частота
землетрясений имеет годовую цикличность с максимумом в
середине года, когда скорость вращения Земли
наибольшая. Впоследствии были получены новые факты,
подтверждающие связь изменений Т с внутриземными
процессами. Однако связь последних с солнечной
активностью продолжает оставаться одним из самых спорных
вопросов космофизики.
Известный скептицизм в отношении предполагаемой
связи до последнего времени был действительно оправдан
по крайней мере по двум причинам — по энергетическим
соображениям и из-за отсутствия физически
обоснованного механизма такой связи. Энергия, накапливаемая в
очаге крупного землетрясения за счет внутриземных
причин, огромна, глубина очагов землетрясений различна,
их географическое и временное распределения также
отличаются сильной нерегулярностью. Все это, вместе
взятое, делало маловероятной гипотезу о существенном
влиянии солнечной активности на частоту и мощность
землетрясений.
Вместе с тем, как и в случае солнечно-атмосферных
связей, нельзя полностью отвергать идею о том, что
солнечная активность может оказывать триггерное
воздействие на неустойчивое равновесие сейсмического очага, уже
подготовленного к землетрясению внутриземными
причинами. Именно с таких позиций подошел к проблеме
американский геофизик Дж. Симпсон. Его работа,
опубликованная в 1968 г., представляется нам наиболее серьезным
статистическим исследованием связи между активностью
Солнца и геомагнитной и сейсмической активностью
Земли.
Из 34 837 событий, зарегистрированных сейсмической
службой США с 1 января 1950 г. по 30 июня 1963 г.,
Симпсон отобрал для анализа 22 561 землетрясение.
Важно отметить, что выбранный период включал ветви спада
двух циклов, один минимум и один максимум W. Это
позволяло детально проследить временной ход частоты
землетрясений на различных стадиях 11-летнего цикла.
В качестве индекса солнечной активности он взял
суточные значения W, суточные значения потока
радиоизлучения Солнца на волне 10,7 см, а также использовал
3-часовые значения Яр-индекса, приуроченные к моменту
землетрясения.
99

Результаты сопоставления среднемесячных суточных
значений W, Кр и частоты землетрясений v показаны на
рис. 32. Видно, что на ветви спада солнечной активности
частота землетрясений в среднем проявляет тенденцию
к увеличению. Обращает на себя внимание, в частности,
всплеск числа землетрясений осенью 1960 г., когда спад
солнечной активности сопровождался серией крупных
вспышек и мощных геомагнитных возмущений. Пытаясь
найти количественную характеристику искомой связи v
с W, Симпсон пришел к выводу о возможности
вероятностного прогноза глобальных землетрясений примерно
такого вида: 1) при W~150 вероятность землетрясений
на 31% выше, чем при W~50, 2) при изменении W ото
дня ко дню на ±20 единиц вероятность землетрясений
будет на 26% выше, чем в отсутствие таких изменений.
Такого рода планетарные прогнозы могут иметь
практическое значение, по мнению американского ученого,
только в комбинации с детальными наблюдениями земных
предвестников землетрясений (микросейсм, деформаций
горных пород и др). Таким образом, солнечное
воздействие на сейсмичность Земли, по мнению Симпсона,
сводится к триггерному эффекту и носит вероятностный
характер в зависимости от мощности солнечного
процесса.
Как это часто бывает в науке, результаты
исследований в различных направлениях неожиданно пересекаются
в «критических точках», и это пересечение оказывается
весьма плодотворным. Так, например, оказались
связанными между собой напряжения в земной коре перед
землетрясениями, геомагнитные бури и радиоактивность
воздуха. Советский исследователь А. Э. Шемьи-заде
обнаружил такую связь по измерениям содержания радона в
районе Ташкента, известном своей сейсмической
активностью. Предполагается, что радон — газообразный
продукт радиоактивного распада урана — усиленно
выделяется накануне землетрясения из намагниченных пород,
которые подвергаются деформации за счет энергии
геомагнитных бурь. Американские ученые, осуществив
в ноябре 1971 г. «обратный» эксперимент — подземный
ядерный взрыв на о-ве Амчитка, фактически подтвердили
возможность такой деформации. За счет энергии взрыва
картина магнитного поля в окружающих породах
изменилась на расстояниях до 3 км от эпицентра взрыва.
Уместно добавить, что в Калифорнийском технологичес-
100

4-tf
Г?
zz
<7
4
-
~L U * 1
Ml
i .
< 1 I 1 I
1 A J
\
[jr\
Л пЛлГ
1 .1 1
/Ш /Ш" ZW
Гады
Рис. 32. Частоты землетрясений v, чисел солнечных пятен W и лначсний
геомагнитного индекса КР за период с I янвгря 1950 г. по 30 июня 1963 г.
(использованы среднемесячные значения параметров, нормированные
к 1000)

ком институте разработан прибор, предназначенный для
прогнозирования землетрясений по измерениям
изменения содержания радона в воздухе. С помощью четырех
таких приборов получены предупредительные сигналы за
40—45 дней до возникновения одного из землетрясений
в США.
Кроме накопления напряжений в оболочке Земли,
вариации угловой скорости должны проявляться также в
изменении движений в земном ядре. Изменения движений
в ядре сказываются с некоторым запаздыванием на
магнитном поле, наблюдаемом на земной поверхности.
В частности, вековые геомагнитные вариации, согласно
расчетам Ю. Д. Калинина и В. М. Киселева, могут быть
следствием неравномерного вращения Земли.
Напряжения же проявляются (тоже с запаздыванием) в
сейсмической активности. Но главный вопрос — о величине этого
запаздывания — остается нерешенным.
С другой стороны, по мнению Ю. Д. Калинина, в
энергетическом отношении воздействие Солнца на
сейсмическую активность Земли представляется допустимым.
Действительно, как уже отмечалось, на магнитосферу
Земли падает поток энергии, приносимый солнечным
ветром, около 3-Ю13 Вт. Затраты же энергии на работу
земного динамо составляют примерно 1012 Вт, а на
сейсмические явления —не более (3-^4) • 10й Вт. Очевидно,
в настоящее время нельзя исключить возможность того,
что земное гидромагнитное динамо работает в основном
за счет солнечной энергии, которая непрерывно поступает
в магнитосферу из солнечного ветра.
СОЛНЦЕ И БИОСФЕРА ЗЕМЛИ
В нашем столетии биосфера получает
совершенно новое понимание... как планетное
явление космического характера.
В. И. Вернадский
Устав Всемирной организации здравоохранения дает
определение здоровья как состояния человека, которому
свойственно не только отсутствие болезни и физических
дефектов, но и полное физическое, душевное и социальное
благополучие. Не случайно в этом определении на первое
102

место выдвинуты физические факторы, которые в биологии
составляют фундамент проблемы взаимоотношений
организма и внешней среды. Суть проблемы можно кратко
сформулировать как принцип единства организма и
внешней среды.
Выдающаяся заслуга А. Л. Чижевского состоит в том,
что он расширил понятие внешней среды, включив в него
и космическое пространство. Еще в 1938 г. он писал: «Мы
вправе рассматривать больной организм как систему,
выведенную из состояния устойчивого равновесия. Для такой
системы достаточно небольшого импульса извне, чтобы
неустойчивость постепенно или даже сразу увеличилась,
и организм погиб. Таковым импульсом, направленным на
организм извне, могут быть резкие изменения в ходе
метеорологических и геофизических факторов, среди которых не
следует упускать из виду электрические и магнитные
элементы, как это обычно делалось до сих пор».
Космос вокруг нас
Идея о связи между человеком и внешней средой,
по-видимому, возникла в те далекие времена, когда человек только
начал осознавать свое «присутствие» в мире. Развитие этой
идеи претерпело несколько этапов. Человеческая мысль
многие века и тысячелетия металась в поисках истины от
суеверного страха перед природой до преклонения перед
ней. Это и неудивительно, ибо, как писал Ж.-Ж. Руссо,
«тысячи путей ведут к заблуждению, к истине — только
один».
Древние языческие верования, мифология, религиозные
учения всех оттенков ставили и по-своему решали по
существу одну и ту же проблему — «человек—внешняя
среда». В процессе этих исканий родилась древнейшая из
наук — астрология, которая сыграла исключительную роль
в становлении человеческого знания. Ее заслуга состоит
прежде всего в том, что она учила о связи всех вещей и
явлений. Конечно, развитие астрологии сопровождалось
многими мистическими заблуждениями, которые
впоследствии создали ей дурную славу. Уже древние римляпе
скептически отзывались об астрологии: «Астрологическое
предсказание стоит одну драхму, и оно ровно на драхму
дороже своей истинной цены» (Квинтус Энниус, римский
поэт, живший во II—III в. до н. э.). Вместе с тем (и это
особенно важно для нас) астрология явилась родительни-
103

цей астрономии, когда-то скромно довольствовавшейся
простыми наблюдениями, а ныне ставшей процветающей
теоретической и экспериментальной наукой. Это об
астрономии, о ее роли в процессе познания и освоения
окружающего мира говорил А. Эйнштейн: «...интеллектуальные
орудия, без которых было бы невозможно развитие
современной техники, пришли в основном от наблюдения
звезд».
Астрономические наблюдения «приоткрыли дверь» для
вторжения космических мотивов в сознательную
человеческую деятельность. Этот процесс «космизации мышления»
несомненно начался еще в глубокой древности. Но
потребовались тысячелетия, прежде чем неявная космизация
приобрела явные черты. Выдающуюся роль в этом
процессе сыграл Николай Коперник, отвергнувший догмы
геоцентризма.
В наш век космических полетов космизация мышления
затронула не только ученых, но и широкие слои
образованных и просто любознательных людей. Уже никто не
удивляется, что космонавты ходят по Луне или в течение
многих месяцев работают на околоземных орбитальных
станциях. Но истинного понимания роли космических сил
(и особенно Солнца) в жизни человека и всей биосферы
пока еще нет даже среди ученых,
Трудность исследования внеземных влияний, их
неодинаковое проявление на различных биологических объектах,
переплетение с другими явлениями земного
происхождения порождают скепсис у некоторых исследователей.
Другие — иногда в погоне за сенсацией — спешат обнародовать
малоубедительные, плохо обоснованные результаты,
которые очень часто не поддаются проверке или не
выдерживают критики.
Такая ситуация возникла в гелиобиологии задолго до
того, как было придумано название для этого научного
направления. Недоразумения продолжаются уже многие
десятилетия, и это несмотря на то, что А. Л. Чижевский —
признанный основоположник гелиобиологии — еще в
1915 г., выступая в Московском археологическом
институте, обратил внимание на циклическую связь между
развитием некоторых эпидемий и пятнообразовательной
деятельностью Солнца. Его доклад так и назывался:
«Периодическое влияние Солнца на биосферу Земли». В докладе
было показано, в частности, что максимуму пятнообразо-
вания соответствуют холерные эпидемии, а на периоды
104

/Л г
Vv -iff
4<%/
Am
А/ж
i ¦ ''¦' ¦'' ¦ I
7Ш /070 7Ж 7Ш /Ш 7070
Рис. 33. Заболеваемость дифтерией в Дании (1) и солнечная активность
(2). Кривая дифтерии смещена на пять лет вправо (стрелкой отмечен
1894 г.— начало массовых противодифтерийных прививок)
нарастания и уменьшения пятнообразования приходятся
эпидемии гриппа. Приведем здесь лишь один весьма
поучительный результат статистических исследований А. Л.
Чижевского.
На рис. 33 показана связь между активностью Солнца
и заболеваемостью дифтерией в Дании в конце прошлого —
начале нынешнего века. Между частотой заболеваний и
солнечной активностью на графиках получилась обратная
зависимость: максимум одной кривой совпадал с
минимумом другой (для удобства рассмотрения кривая дифтерии
смещена на 5 лет вправо). Стрелкой помечен 1894 г., когда
арсенал медицины пополнился действенным оружием —
противодифтерийной сывороткой, изменившей стихийный
ход заболевания. Вот оно, подлинное торжество
человеческого разума! И тут же — новые вопросы, потому что в
борьбе с другими эпидемиями (например, грипп) успехи
медицины менее впечатляющи: вирусы перестраивают
свою природу, приспосабливаясь к лекарствам и, возможно,
к ритмам солнечной активности...
Примечательно, что в 20-х годах идеи о внеземных
связях биосферы начал пропагандировать академик В. И. Вер-
105

надский. Он рассматривал биосферу как область, где
космическая энергия трансформируется в действенную
земную энергию — электрическую, химическую, механическую,
тепловую и т. п. Важной задачей В. И. Вернадский считал
исследование проявлений космических воздействий на
геофизические процессы и явления, связанные с жизнью.
При этом он выдвигал идею о целостности «космического
механизма» воздействия.
Говоря о космических воздействиях на человека (и на
биосферу в целом), следует в первую очередь указать
такие известные факторы, как гравитационное притяжение
Солнца, Земли и Луны, вращение Земли вокруг своей оси
(многочисленные суточные ритмы) и вокруг Солнца
(смена сезонов). Более опосредованное, но не менее важное
влияние на жизнь человека космос может оказывать через
метеофакторы — давление, температуру и влажность
воздуха, не говоря уже об особо опасных явлениях вроде
ураганов, наводнений, засух и т. д. Еще сложнее (и потому
опаснее) более «тонкие» воздействия космоса на высоком
биологическом уровне. Как мы увидим ниже, такие
воздействия на уровне различных систем в живом организме
(сердечно-сосудистой, нервной и др.) действительно
возможны за счет различного рода излучений и
электромагнитных полей внеземного происхождения.
Уже из этого перечня видно, насколько сложной,
«многоэтажной» может быть иерархия космических
воздействий на биосферу. В связи с этим представляется
целесообразным ввести понятие «космобиологической ситуации»
как эффекта динамической совокупности космофизических
факторов, одновременно воздействующих на
биологический объект в месте его нахождения (в космосе, в
атмосфере, на поверхности Земли и т. д.).
Очевидно, эффект воздействия будет зависеть от того,
какой из космических факторов преобладает в данный
момент в определенной точке пространства. Покажем это на
примере космических лучей. На уровне моря они
практически не опасны для человека, тогда как в открытом
космосе существует реальная опасность облучения, особенно
во время солнечных вспышек. Что касается
относительного вклада ГКЛ в космобиологическую ситуацию, то она
зависит от того, в какой мере способны изменить их поток
солнечная активность, геомагнитные возмущения и
состояние атмосферы.
Вариации ГКЛ, обусловленные солнечной деятельно-
106

стыо, представляют собой модуляцию потока космических
частиц неоднородностями межпланетного магнитного поля,
переносимыми солнечным ветром. Как уже отмечалось,
при усилении солнечной активности (т. е. при увеличении
мощности ветра) поток ГКЛ ослабевает и, наоборот, при
уменьшении мощности ветра их поток вблизи орбиты
Земли растет. Это хорошо видно на примере 11-летней
вариации ГКЛ (см. рис. 14), которая находится в противофазе
с 11-летним циклом W. Амплитуда этой вариации по
наблюдениям вторичных частиц на уровне моря может
достигать 20% для п.-мезонов и 30% для нейтронов.
Другие вариации межпланетного происхождения по
наблюдениям нейтронной компоненты на уровне моря
имеют небольшую амплитуду — обычно от десятых долей
процента (27-дневная и суточная вариации) почти до 25%
(так называемое Форбуш-понижение ГКЛ). Вариации,
связанные с изменениями геомагнитного поля, также
невелики (кроме широтного эффекта) — от нескольких
процентов примерно до 10% (в зависимости от энергии
первичных частиц). Изменение температуры атмосферы на
1°С вызывает вариацию потока и.-мезонов порядка — (0,1-^
+•0,2) %. Если меняется давление воздуха на 100 Па,
топоток нейтронов изменяется на —0,7%) (знак «минус»
означает, что поток вторичных частиц падает (растет) при
повышении (понижении) температуры или давления
воздуха) .
Таким образом, относительная роль вариаций ГКЛ в
космобиологической ситуации на поверхности Земли, по-
видимому, невелика. Вместе с тем из сказанного ранее
совершенно очевидно, что нельзя пренебрегать косвенным
вкладом космических лучей (особенно солнечного
происхождения) в различные процессы в околоземной среде.
Однако в целом следует признать, что наиболее
таинственные (и поэтому наиболее важные для биосферы)
космические воздействия связаны скорее всего с возмущениями
геомагнитного поля солнечным ветром.
Человек в электромагнитных сетях
Биосфера погружена в магнитосферу Земли как в сосуд с
полупрозрачными стенками. Чтобы убедиться в этом,
рассмотрим подробнее картину электромагнитных полей и
излучений, достигающих поверхности Земли.
107

I
40/b /fl ml\ <§ VmkM уШжИ /cm /m /#h
xjs-y/i/vu c/we S/льтра-
s/t/vi/ фаолет
h i j i i 1 1
i l | —l I
///гфракрас- n
мыс лучи
_L. || 1
—i 1 1 Г
а д a it fi a y/
1 i !
1 1—
.... i 1
l ' I I I U I " ' I I I I I L_
a" /ff!" 7ff'6 /о'" /огг юю m« /a"
Частота, Гц
Рис. 34. Шкала электромагнитных волн, излучаемых Солнцем
На рис. 34 приведена шкала электромагнитных волн,
излучаемых Солнцем. Оптическое (включая видимое)
излучение (Л,=2900—7000 А), как мы уже видели на рис. 23,
практически не изменяется при переходе от максимума к
минимуму солнечной активности. Однако в области
мягкого рентгеновского излучения (Ж 100 А) поток меняется в
несколько раз, причем амплитуда вариаций растет с
уменьшением длины волны. Максимальные потоки
коротковолнового излучения зафиксированы во время гигантских
солнечных вспышек. Такие вспышки сопровождаются
также гамма-излучением с энергией до нескольких МэВ.
Большие вариации потока электромагнитных волн с А,<100А
в течение цикла солнечной активности связаны с
изменением числа активных областей — источников такого
излучения.
Излучение с А<2900 А, обладающее высокой
биологической эффективностью (в больших дозах губительное
для всех организмов), полностью поглощается
атмосферой. Подчеркнем в связи с этим, что поверхности Земли
достигает та часть излучения, которая от солнечной
активности практически не зависит; это в основном
оптическое излучение в диапазоне от 3 • 103 до 5,2 »104 А
(оптическое «окно прозрачности»). Имеются также узкие окна
прозрачности в области инфракрасных волн (8 • 104-И,4 • 105
и (1,74-33). 10е А).
Космическое радиоизлучение поглощается в ионосфере
начиная с А,~30 м (частота /~10 МГц) и до А,~6-104 км
(/=5 Гц). Излучение с А, от 30 м до 1,0 мм свободно
проникает до поверхности Земли (радиоастрономическое окно
прозрачности). Наибольшие изменения интенсивности
солнечного радиоизлучения в пределах этого окна
происходят во время солнечных вспышек,
108

При этом, однако, самое большое значение потока
радиоизлучения приблизительно в миллион раз меньше
потока видимого излучения. Длительность всплеска на
метровых волнах, связанного со вспышкой в три балла,
составляет несколько часов. Некоторые активные области
с пятнами большой площади являются источником
шумовых радиобурь (Х>1 м, длительность порядка
нескольких суток). Очень большие изменения потока солнечного
радиоизлучения происходят на более низких частотах
(при больших К). Однако это излучение находится уже
за пределами окна прозрачности ионосферы и
регистрируется только на борту космических аппаратов.
Итак, до поверхности Земли доходит лишь узкая
полоса солнечного спектра в области ближнего
ультрафиолетового, видимого и инфракрасного излучений, а также
небольшой участок радиоспектра, зависящего от солнечной
активности, но имеющего весьма малую мощность —
менее 1014 Вт. Несколько забегая вперед, заметим, что по
этой причине маловероятно, что солнечные радиоволны
играют заметную роль в биосфере, хотя в лабораторных
экспериментах биологическая эффективность
радиоизлучения доказана.
По сравнению с оптическим излучением (4-1026 Вт)
корпускулярное излучение (СКЛ —1021 Вт, солнечный
ветер — 1020—1022 Вт) не играет существенной роли в
энергетическом балансе Солнца. Однако его роль в
проблеме солнечно-земных связей, как мы уже знаем, очень
велика, поскольку потоки солнечных частиц весьма
изменчивы.
Геомагнитное поле не позволяет солнечному ветру
подойти к Земле на близкое расстояние. Но сама
магнитосфера (вместе с хвостом и плазмосферой) под
воздействием ветра становится источником электромагнитных волн
низкой и сверхнизкой частот. В области сверхнизких
частот (/<5 Гц) ионосфера вновь становится прозрачной,
и эти волны могут регистрироваться на земной
поверхности.
Электромагнитную волну можно условно представить
в виде двух векторов — электрического и магнитного. Их
изменения в пространстве и во времени отражают
колебания реальной физической сущности — энергии
электромагнитного поля волны. Иногда для характеристики
электромагнитной волны используют только
электрическую составляющую поля (в единицах мкВ/(м-Гц)).
109

0,007-0,002 Гц
L I %02-0,00Г
vfrhsA 0,/-%02
Рис. 35. Спектр электромагнитного поля на поверхности Земли (по
вертикальной оси отложена напряженность электрического вектора Е, по
горизонтальной — частота колебаний / в Гц)
Стрелками отмечены частоты, на которых наблюдаются короткопериодиче-
ские колебания геомагнитного поля, вызванные изменением солнечной
активности, и соответствующие им периоды. I—II1 — окна прозрачности
Именно в таких единицах на рис. 35 приведен спектр
электромагнитного поля, наблюдаемого на поверхности
Земли.
Горизонтальные отрезки в нижней части рисунка
соответствуют трем «окнам прозрачности»: двум в
радиодиапазоне (космическое радиоизлучение на волнах 1 мм —
30 м и собственные радиошумы атмосферы с /~103-^-
-г-104 Гц, обусловленные электрическими разрядами типа
гроз и т. п.) и одному в области очень низких частот
/<5 Гц. Штриховкой показаны масштабы изменений
напряженности поля в некоторых интервалах частот в связи
с развитием мощной солнечной вспышки и последующей
магнитной бури с внезапным началом.
На сверхнизких частотах генерация электромагнитных
колебаний тесно связана с геомагнитным полем и поясами
захваченной радиации. Это уже не обычные радиоволны,
а колебания самого магнитного поля Земли, возбуждаемые
110

при обтекании магнитосферы солнечным ветром. Они так
и называются: короткопериодические колебания (КПК)
геомагнитного поля (или геомагнитные микронульсации).
Как мы уже отмечали, параметры микропульсаций
хорошо коррелируют с солнечной активностью (через
солнечный ветер и межпланетное магнитное поле). Во многих
типах микропульсаций отчетливо прослеживается
11-летний цикл солнечной активности и его гармоники.
Существенные изменения наблюдаются в отдельных частотных
полосах пульсаций при прохождении Земли через
секторную границу ММП или через фронт межпланетной
ударной волны.
Таким образом, человек и вся биосфера постоянно
находятся в «электромагнитных сетях» Земли. Но так ли
уж серьезен вклад естественных электромагнитных полей
в космобиологическую ситуацию на Земле? Несколько
забегая вперед, ответим на этот вопрос утвердительно. Для
подтверждения приведем некоторые результаты медико-
биологических исследований, которые представляются нам
наиболее убедительными. При этом в значительной мере
будем опираться на аргументы и соображения,
развиваемые астрофизиком Б. М. Владимирским — одним из
самых последовательных сторонников рассматриваемой
гипотезы.
Иерархия связей в биосфере и солнечная активность
Рассмотрим временную последовательность вариаций в
спектре колебаний (см. рис. 34) после мощной солнечной
вспышки. В самом начале вспышки, когда за счет
жесткого (ультрафиолетового и рентгеновского) излучения
происходит дополнительная ионизация ионосферы и,
по-видимому, нарушаются ионосферные токовые системы,
появляются колебания на частоте около 0,04 Гц. Спустя
примерно 40 ч после вспышки, когда к Земле приходят
ударная волна и мощный корпускулярный поток,
начинается магнитная буря. В этот момент возрастает
амплитуда колебаний сразу в нескольких частотных полосах от
5 Гц до нескольких тысячных долей герца.
Во время главной фазы бури (в период максимального
уменьшения геомагнитного поля) увеличивается
напряженность поля во всем сверхнизкочастотном диапазоне,
появляются шумы на звуковых частотах. В конце
магнитной бури возникают колебания на частоте 5—0,3 Гц. Как
111

0-0
00У7//??//Д/г
I I I I I I I
/У
000
%\ 200
-4-2 0 2
/00
л
/0\
/2±
00/ш
т
fflepdffafc/f
I 0Ц/76///0С
L—— г
-I I I L
~2 -/ -0 / 2 0 4 0 0
Дм
Рис. 36. Влияние солнечных вспышек на равновесие коллоидной системы
Скорость осаждения оксихлорида висмута резко увеличивается в день
солнечной вспышки (тест Дж. Пиккарди, Италия)
Рис. 37. Магнитные бури и сердечно-сосудистые катастрофы у человека
1 — смертность от инфаркта миокарда в Свердловске за 1960—1966 гг.
(данные К. Ф. Новиковой); 2 — среднесуточные значения заболеваемости
инфарктом миокарда и инсультом в Вильнюсе за 1963—1966 гг. (данные
Л. Лауцевичуса и др.)
показали измерения советских ученых Н. В.
Красногорской, Д. Н. Четаева и др., напряженность вертикальной
составляющей электрического поля пульсаций Ег в
диапазоне частот менее 1 Гц достигает внушительных величин
(до десятков вольт на метр), а перепад по напряженности
от спокойных условий к возмущенным составляет три
порядка. Что же дало сопоставление некоторых физико-
химических и медико-биологических показателей с
солнечными вспышками и
магнитными бурями?
На рис. 36 приведены
результаты наблюдений
итальянского химика Дж. Пиккарди,
который еще в 50-х годах
разработал специальные
физико-химические тесты для измерения
скорости осаждения
коллоидного раствора. Применяя
широко известный метод наложенных
эпох (когда за нулевой день
00
S
1 00
So
$
\
Ц> 70
Г-*.^
- I/ \ .
21 1/ \
//
if
/
' 1 1 1 1 1
/004 /000 /000
/~Д0Ы
,W
/00
/20
00
40
0
Рис. 38. Заболеваемость лейкопенией (снижение концентрации
лейкоцитов) в процентах от 1,9 • 105 случаев заболевания (данные Н. А. Шульца,
Сочи) (I) и уровень солнечной активности W (2)
112

принимается день вспышки), ученый обнаружил заметное
увеличение скорости осаждения оксихлорида висмута,
соответствующее дню вспышки. Есть и другие примеры
воздействия солнечной активности на простые не
биологические системы. Так, длительность сохранения
переохлажденной воды при некоторых стандартных условиях
зависит от уровня возмущенности геомагнитного поля.
Во время магнитных бурь, по данным экспериментов
А. А. Дмитриева и др., замерзание воды (кристаллизация)
наступает быстрее. То же происходит и с расплавленным
нафталином.
Возникновение наиболее распространенного из
заболеваний сердечно-сосудистой системы — инфаркта
миокарда — сводится к поражению сердечной мышцы (миокарда)
из-за недостаточного кровоснабжения. В свою очередь
недостаточное кровоснабжение может быть следствием
тромба (закупорки) кровеносного сосуда, вызванного
либо спазмом сосуда, либо изменением свертываемости
крови. Значит, если связь солнечная активность — инфаркт
миокарда реальна, мы вправе ожидать, что солнечная
активность воздействует на систему крови и нервную
систему, которая несет ответственность за спазм сосуда.
Такое влияние действительно было найдено.
На рис. 37 отчетливо виден рост числа инфарктов
миокарда и инсультов, а также смертельных случаев от
инфаркта миокарда во время магнитных бурь. В
частности, по данным Б. И. Гороховского, А. А. Дмитриева
и др., при повышении геомагнитной активности до
уровня КР > 8 число смертельных случаев от инфаркта
миокарда зимой увеличивалось в 1,5 раза на 4-й день после
магнитной бури. Если буря была с внезапным началом, то
на 3-й день после ее начала летальность повышалась
до 165%. Очевидно, по-своему была права московская
поэтесса Л. Щипахина* назвавшая магнитную бурю
«черною»...
Результаты, приведенные на рис. 36, 37, относятся к
наиболее резким проявлениям солнечной активности.
Между тем и более слабые ее проявления также
небезразличны для живых организмов. Например, группа
геофизиков и медиков (С. М. Мансуров, Б. М. Гехт, Л. И.
Виноградова и др.) обнаружила увеличение частоты
сердечнососудистых кризов у человека при прохождении Земли
через секторную границу ММП.
Японский гематолог М. Таката с 1935 г. в течение
ИЗ

19 лет исследовал реакцию Ф — выделение из крови белков
(альбуминов) под действием некоторых химических ве-<
ществ. Им было показано, что ход этой реакции (скорость
осаждения белков) коррелирует с солнечными вспышками
и обнаруживает 27-дневную и 11-летнюю цикличности.
Влияние долговременных вариаций солнечной активности
на систему крови человека можно видеть на рис. 38, где
показано, как менялось в 1954—1959 гг. число случаев
лейкопении (снижения концентрации лейкоцитов) по
наблюдениям в Сочи. Обширные исследования
свертываемости крови во время геомагнитных возмущений были
выполнены в 60-х годах в Свердловске, а их результаты
обобщены в докторской диссертации Е. Д.
Рождественской.
Имеются и другие свидетельства воздействия Солнца на
биосферу на самых различных уровнях ее организации —
от микробов до млекопитающих, включая человека.
Однако мы не будем ошеломлять читателя ворохом цифр,
фактов и фамилий исследователей, занятых изучением гелио-
биологических связей. Автор не ставил перед собой
задачу непременно убедить читателя в какой-то «роковой»
роли Солнца. Важно другое — с позиций современной кос-
мофизики определить настоящее место гелиобиоло-
гических эффектов в биологических процессах на Земле.
Возможно ли убедительное теоретическое обоснование
наличия этих связей? По-видимому, такое обоснование
вполне возможно, если учесть ряд существенных
факторов среды обитания организмов, а именно тех факторов,
которые контролируются солнечной активностью, но не
принимаются во внимание традиционной экологией,
биометеорологией и климатической медициной.
Для теоретического обоснования гелиобиологических
эффектов важно установить их отличия от других
естественных процессов на поверхности Земли, в ее атмосфере
и т. д. Солнечная активность, как уже говорилось выше,
оказывает влияние и на нижние слои земной атмосферы, а,
следовательно, на погоду и климат. Может быть, эффекты
солнечной активности в биосфере обусловлены
изменениями обычных метеорологических элементов —
температуры, давления, влажности? Есть веские основания утверж^
дать, что для очень многих явлений такое объяснение
недостаточно.
Действительно, изменения метеоэлементов не
происходят в одну и ту же сторону одновременно на большой
114

площади (скажем, давление, как правило, не
увеличивается одновременно на Рижском взморье и в Ташкенте).
Эффекты же в биосфере наблюдаются в одни и те же
сутки на территории, охватывающей целое полушарие.
Например, американский исследователь А. Дугласе,
изучавший вариации толщины колец деревьев в связи с
колебаниями солнечной активности, обнаружил, что для лесов,
расположенных в зонах постоянного увлажнения,
толщина годичного кольца коррелирует с солнечной активностью
более тесно, чем метеоэлементы этих же районов. Иначе
говоря, во внешней среде должны существовать какие-то
дополнительные факторы (или комплексы факторов,
включая метеоэлементы), тесно связанные с солнечной
активностью и важные для жизнедеятельности
организма.
Одним из таких факторов, как уже отмечалось, могут
быть изменения напряженности и спектра
электромагнитных полей в диапазоне сверхнизких частот менее 1 Гц
(см. рис. 35). Установлено, например, что при воздействии
на человека слабого (несколько вольт на метр)
электрического поля с частотой 2—3 Гц время реакции у
большинства испытуемых увеличивается. Очевидно, подобные
результаты могут послужить разумной основой для
объяснения корреляции между индексами солнечной
(геомагнитной) активности и статистикой транспортных
происшествий и производственного травматизма. Нервная
система вообще наиболее чувствительна к действию
электромагнитных полей в широком диапазоне частот.
Обнаружено заметное воздействие поля с частотой
несколько герц и на сердечно-сосудистую систему. Как
оказалось, под влиянием поля наблюдается, в частности,
значительное ухудшение показателей состояния сердечной
мышцы у подопытных животных с «экспериментальным»
(искусственно вызванным) инфарктом миокарда. Этот
последний результат легко связать с хорошо известными
данными медицинской статистики, касающейся связи
сердечно-сосудистой патологии с солнечной активностью
(см., например, рис. 37). Показано также, что поле с
названными параметрами оказывает влияние и на систему
крови млекопитающих (этот результат согласуется, в
частности, с данными рис. 38).
Здесь уместно и очень важно подчеркнуть следующее*
По причинам, связанным с длительной эволюцией
биосферы, надо думать, что воздействие естественных электромаг*
115

нитных полей, как правило, находится в пределах
адаптационных возможностей существующих ныне организмов,
включая человека. Только когда эти возможности
ограничены (ранний или преклонный возраст) или нарушены
(патология), при воздействии поля может возникнуть
повреждение.
Независимым доказательством экологической роли
электромагнитных полей могут служить результаты
экспериментов с экранированием биологических объектов от
внешних полей. Показано, что изоляция от
электромагнитного фона сопровождается определенными изменениями в
жизнедеятельности организма. Это означает, что
существование этого фона, по-видимому, важно для нормального
функционирования биологических систем. Например,
экранирование микроорганизмов сопровождается
подавлением их жизнедеятельности. Длительное экранирование
определенно сказывается и на некоторых
физиологических показателях человека.
Следует отметить, что механизм биологического
действия полей столь малых напряженностей представляет
особую проблему (ее детальное обсуждение выходит за
рамки данной книги). Укажем, однако, на один
многообещающий подход к ее решению, который развивается
Л. Д. Кисловским. В результате всплеска низкочастотного
электромагнитного излучения происходит мгновенное
уменьшение содержания свободных ионов кальция в
межклеточной жидкости. Это приводит к внезапному
увеличению проницаемости межклеточных мембран, к
возбуждению, в частности, нервных клеток, к порождению
нервного импульса. При этом срабатывает пассивная система
защиты, резко уменьшается чувствительность и
замедляется реакция нервной системы на другие обычные
раздражители.
Влияние тех же факторов на свертываемость крови
понятно в связи с хорошо известной ролью кальция в этой
реакции. Работа сердечной мышцы (миокарда) также
весьма чувствительна к электролитному составу плазмы
крови и, в частности, к изменениям концентрации ионов
кальция. Резкие изменения его концентрации приводят
к внезапному нарушению работы миокарда. Если
компенсаторные механизмы работают недостаточно четко,
например, в результате заболевания, то возможна катастрофа.
По-видимому, действие электромагнитных полей в
отличие от жесткой ионизирующей радиации распространяв
116

ется не на молекулы, а на коллективы молекул воды и
скопления ионов, например, кальция, созданные
водородными связями (аквакомплексы, напоминающие по
структуре жидкие кристаллы). По оценкам В. И. Классена,
советского специалиста по магнитной обработке воды,
1 г вещества в коллоидальном состоянии обладает
суммарной площадью до 1 км2. На этой обширной поверхности
возникают электрические заряды и поля и происходят
частые изменения водородных связей. Естественно, что
для такого чувствительного приемника не нужны сильные
воздействия. В связи с этим гипотеза о влиянии солнечной
активности (через электромагнитные поля магнитосферы
Земли) на проницаемость биологических мембран
приобретает принципиальное значение.
Изложенное выше позволяет наметить следующую
схему (но еще далеко не механизм!) влияния солнечной
активности на биосферу: возмущение на Солнце
(например, мощная вспышка)—возмущение межпланетной среды
(увеличение концентрации и скорости солнечного ветра) —
возмущение магнитосферы и плазмосферы Земли
(магнитная буря с внезапным началом) — изменение
напряженности и спектра электромагнитных полей на поверхности
Земли—сдвиги в физиологических показателях организма
(как реакция на изменения во внешней среде).
Разумеется, эта схема не исчерпывает всей глубины и
сложности гелиобиологических связей. Рассмотрим,
например, такой интересный вопрос, как динамика
популяций отдельных видов диких животных, насекомых, рыб
и т. п. Причины изменений численности животных
объясняются комплексным влиянием природных
(географических, климатических, кормовых и т. п.) факторов, а также
иерархией связей между животными разных видов. Эти
связи могут быть двоякими. В одних случаях циклы
размножения животных зависят непосредственно от кормовой
растительной базы и погодных условий (пища), а в других
опосредствованы через систему биологических отношений
типа жертва—хищник (плюс наличие паразитов,
конкурентов и т. п.). Наглядным примером этому служит
цикличность пушных зверей в Канаде (рис. 39), где за
довольно регулярными периодами размножения ондатры а
зайца, питающихся растительными кормами, следуют
подъемы численности их хищников.
Естественно, что между временем наибольшего
развития популяции безобидных грызунов и периодом роста
117

ряж
¦ч y/Жш \ mm щ *
еЬ I 7
ш? я
У77Ш \ / УЯШ
¦ I i i ¦ i 1 I » i i 1 i i i i I i i i i 1 i i i i 1 i i I l I I I II f I I I 1 I
7ff/J 7WJ /SJJ /S4f /SS"
Рис. 39. Циклические вариации солнечной активности (штрихи) и
массового размножения пушных зверей в Канаде
2 — ондатра; 2— норка; 3 — заяц; 4 — рысь; 5 — лиса; 6 — илька; ?—
койот; 8 — волк
7J&7
0s»
^ Stiff
I
г—
/
/
—J
7SJff
i
\
ч
I4
1
//
//
/ 1
Г_1
7S№
1
l_^
i
/ч
/ N
/
/
/
1
1
/ 1
~У 1
"~\
7Ш
1
У
1 ^
7S2S
7SJS
7S4S
fffSlr/
7ffl
7217
ffti
4/7
/SSS
Рис. 40. Заготовки зайца-беляка в Якутии (1) и солнечная активность (2)
(кривые приведены со сдвигом на 5 лет)
числа охотящихся за ними лисиц и волков проходит какое-
то время. Поэтому подъемы численности разных видов
происходят на разных фазах 11-летнего цикла солнечной
активности, т. е. с каким-то сдвигом по времени,
зависящим от земных условий и особенностей жизни данного
вида. Но, несмотря на подобные отклонения, наблюдается
четкая привязанность циклов размножения к
определенным фазам 11-летнего солнечного цикла. Например, было
установлено, что массовое размножение зайцев в
совершенно другом географическом районе (Якутия) совпадает
с минимумом солнечных пятен (рис. 40, где кривые для
удобства сравнения показаны со сдвигом на 5 лет). Огром^
ная практическая важность учета этих закономерностей
118

для прогнозирования эпидемий, эпизоотии, эпифитий, для
планирования заготовок пушнины и производства
продуктов животноводства совершенно очевидна.
Гелиобиология на подъеме
Кроме рассмотренных выше, многие другие примеры
показывают, что статистическая связь с солнечной
активностью (либо геомагнитной возмущенностью) наблюдается
для весьма широкого круга явлений биологического мира.
Для их описания возник даже специальный термин
«гелиобиология» (вошедший в шестой том последнего издания
Большой советской энциклопедии), которым мы здесь
уже неоднократно пользовались, не давая ему строгого
определения. По мнению Б. М. Владимирского, более
обоснованным было бы использование термина
«биогеофизика». Однако, на наш взгляд, пользуясь понятием
гелиобиология, мы жертвуем строгостью, но зато выигрываем в
емкости, наглядности и причинно-следственной «окраске»
этого термина.
Гелиобиологические исследования в нашей стране и за
рубежом ведутся широким фронтом, регулярно
проводятся узкоспециальные или смежно-смешанные конференции
ученых разных направлений, а количество публикаций по
этим вопросам исчисляется многими сотнями. Отметим, в
частности, первые международные конференции
(Брюссель, 1958 и 1968 гг.), а также внутрисоюзные совещания
в Риге, Москве и Одессе в 1965—1966 гг. В 1975 г. в Ялте
был проведен Всесоюзный научно-технический симпозиум
на тему «Физико-математические и биологические
проблемы действия электромагнитных полей и ионизации
воздуха». Значительное количество докладов на симпозиуме
касалось гелиобиологических связей, причем приводились
не только статистические данные, но и теоретические
соображения о механизмах воздействия и результаты
экспериментов с электромагнитными полями естественной
напряженности. Специально к началу симпозиума был
подготовлен указатель литературы и опубликованы три тома
докладов. О наиболее интересных, на наш взгляд, новых
гипотезах и результатах, полученных за последние годы,
мы коротко рассказываем далее.
Вполне возможно, что влияние солнечной активности
на биосферу осуществляется по нескольким каналам, и
носителями этого влияния наряду с электромагнитными
119

полями могут быть и другие физические агенты. В связи
с этим укажем на некоторые сравнительно мало
изученные факторы внешней среды, зависящие от солнечной
активности. К числу таких факторов Б. М. Владимирский
относит, в частности, инфразвуковые шумы атмосферы.
В каждой точке земной поверхности всегда существует
некоторый фон инфразвуковых шумов. Одна из причин
этого — слабое затухание колебаний на частотах ниже 1 Гц.
С солнечной активностью тесно связаны инфразвуковые
сигналы, генерируемые при развитии полярных сияний и
магнитных бурь. Оказалось, что если в период магнитной
бури Яр-индекс магнитной активности был не менее
восьми (весьма мощное возмущение), то магнитная буря
сопровождалась акустической инфразвуковой бурей в полосе
частот 0,05-^0,01 Гц с вероятностью 100%. Обычно спустя
несколько часов после начала бури амплитуда
инфразвуковых колебаний начинает возрастать, остается
повышенной около четверти суток (до 1 Нм~2 в средних широтах),
а затем постепенно уменьшается. Описанные эффекты
достигают максимума чаще всего после полуночи по
местному времени.
К сожалению, биологическое действие инфразвука
малой амплитуды почти совершенно не изучено. Тем не
менее результаты экспериментов группы французских
ученых (В. Гавро и др.) дают основание полагать, что в
отдельных частотных полосах акустические колебания
сверхнизких частот биологически эффективны. Если это
так, то атмосферные инфразвуки — еще один
фактор-посредник, реализующий влияние солнечной активности на
биологические процессы на Земле.
Видимо, заслуживает внимания (хотя и требует
всесторонней проверки) еще один интересный эффект —
довольно резкое возрастание концентрации в атмосфере радона
222Rn при геомагнитных возмущениях. Хотя этот эффект
наблюдался еще в 20-х годах, он до сих пор мало изучен.
По невыясненным пока причинам во время магнитных
бурь существенно возрастает выход газов (в том числе
222Rn) из грунта. Явление носит глобальный характер.
Биологический эффект возрастания концентрации радона
может быть двояким: при вдыхании увеличивается доза
облучения внутренних органов за счет ионизирующей
радиации и повышается концентрация положительных
ионов. Хорошо известно, что оба эти фактора могут вызы>
вать в организме физиологические сдвиги. Неясно, однако,
120

насколько они будут в данном случае значительны
(необходим модельный эксперимент).
Что касается таких параметров, как космические лучи
и медленно меняющаяся часть геомагнитного поля, то пока
нет оснований приписывать им экологически значимую
роль, хотя на эволюцию биосферы они, несомненно,
наложили заметный отпечаток.
В последние годы в гелиобиологии появилось новое
направление исследований, связанное с так называемым
захватом частоты. Общепризнано, что все биологические
системы на всех уровнях организации функционируют в
режиме автоколебаний. Последние внешне проявляются
как биологические ритмы — циклические изменения
показателей жизнедеятельности организма (физиологических,
биологических и т. д.). В обширной литературе по
биоритмам накоплено множество наблюдений над
периодическими изменениями разного рода параметров в широком
диапазоне частот. Наиболее подробно изучены для многих
организмов полусуточный и суточный ритмы.
Обнаружение ритма с периодом около семи дней дало
повод поставить вопрос о естественном (а не
историческом) происхождении календарной недели. Некоторые
исследователи придают этому периоду особое значение,
считая его эволюционно обусловленным. В древности
многие народы верили в магическую силу числа 7, а в наши
дни психологи находят следы этого «магического» числа
в особенностях человеческого восприятия информации.
Для человека, кроме упомянутых ритмов, известны
циклические изменения показателей жизнедеятельности с
периодами около месяца (26—29 дней), полгода, год, около
трех лет, около семи лет (так называемые макроритмы).
На уровне систем организмов хорошо известны уже
упоминавшиеся колебания численности некоторых
популяций. Эти «волны жизни» наиболее четко наблюдаются с
периодами около трех-четырех и десяти лет.
При исследовании околосуточных (так называемых
циркадных) ритмов установлено, что они могут быть
принудительно синхронизированы соответствующими
изменениями факторов внешней среды, в первую очередь
режимов освещенности. Синхронизация происходит по типу
«захвата» частоты —по аналогии с механическими и
электрическими колебательными системами при воздействии
на них внешнего периодического сигнала. В связи с этим
Б. М. Владимирский предполагает, что и другие общие за-
421

Cfl.
MR-
00К?НДГ77?ЛК
*p?/3U0J708?/Yet7/f&?
/70ff?ja777?J7Z/.
ЛД0//0яал7/7У70гг//? \
я
и
70*
70~*
-J
7/Г*
i I
4 Гц
7 7
Дни
27
77
Г#0м
700
Рис. 41. Основные гармоники периодических изменений солнечной
активности (СА), геомагнитной активности (МА) и важнейшие биологические
ритмы
кономерности, найденные в нелинейной теории колебаний,
приложимы к биологическим осцилляторам. Речь идет о
возможности синхронизации очень слабым сигналом при
малой величине «расстройки» (см. для сравнения раздел о
ритмах Солнечной системы), о синхронизации по
гармонике, о биениях на границе полосы синхронизации,
параметрическом резонансе и т. п.
Вынуждающей силой для биологических
автоколебательных систем могут быть в принципе любые
периодически меняющиеся факторы внешней среды. К их числу
следует, видимо, отнести погодно-климатические
изменения (осадки, средние температуры определенных месяцев)
и, конечно, факторы, рассмотренные
выше,—электромагнитные поля, инфразвук и т. п. Все эти параметры среды
модулированы изменениями солнечной активности и
долгопериодными приливными воздействиями Луны.
На рис. 41 схематически показаны основные гармоники
периодических изменений солнечной и геомагнитной
активностей, а также важнейшие биологические ритмы.
Штриховыми вертикальными линиями отмечены
характерные периоды (частоты) солнечной цикличности, сплошные
вертикальные линии соответствуют ритмам геомагнитной
активности, а короткими горизонтальными черточками
показаны характерные частоты биоритмов. Видно, что
синхронизация биоритмов (включая макроритмы) факторами
внешней среды, по-видимому, представляет собой широко
122

распространенное явление. Практически полное
совпадение периодов ритмов с частотной структурой изменений
во внешней среде определенно указывает на наличие
синхронизации.
Если синхронизация имеет место, то появляется
корреляция соответствующего биологического показателя с
индексом вынуждающей силы, т. е. солнечной
(геомагнитной) активностью. Связь, однако, имеет ту особенность,
что может изменяться от одного географического района к
другому, поскольку собственный период в экосистеме
(например, плотность популяции данного вида)
определяется совокупностью местных условий, а захват частоты
осуществляется по такой гармонике солнечной
цикличности, чей период наиболее близок к собственному периоду
системы. При неполном совпадении (но близости) этих
периодов могут возникнуть биения. В этом случае на
кривых, описывающих, скажем, динамику популяций («волны
жизни»), должны наблюдаться характерные детали:
одновременное присутствие двух периодов с изменяющимся
соотношением амплитуд, постоянное смещение фазы
рассматриваемой кривой относительно фазы вынуждающей
силы. Во многих случаях кривые колебаний плотности
популяций (насекомые, грызуны) обнаруживают
разительное сходство с описанной картиной.
Те же соображения, очевидно, применимы и в случае
стихийно (на первый взгляд!) протекающих эпидемий и
эпизоотии, если полагать, как делали некоторые
исследователи, что эпидемический процесс носит
автоколебательный характер. Система в некотором приближении может
рассматриваться по меньшей мере как три связанных ос-»
циллятора: колебания в уровне иммунитета
подверженных данному заболеванию индивидуумов, циклические
изменения в выживаемости и вирулентности возбудителя,
колебания в числе переносчиков возбудителя. В подобной
системе синхронизация может возникнуть при воздействии
внешней «возмущающей» частоты на любой из упомяну-»
ных осцилляторов (при условии соблюдения определенных
соотношений между их собственными частотами).
С точки зрения представлений о синхронизации легко
понять географическую изменчивость цикличности эпиде-»
мических явлений: собственные периоды колебаний в си-»
стеме (как и в случае волн жизни) определяются совокуп-»
постыо внешних условий некоторого района. Корреляция
с индексами солнечной активности может возникнуть при
123

«захвате» частоты на любой гармонике, лишь бы
выполнялось условие близости частот. Амплитуда колебаний
«вынуждающего» фактора может быть при этом очень
сдабо выраженной, синхронизация все равно произойдет.
Для разных географических районов (разных
возбудителей, разных заболеваний) и природа синхронизирующего
фактора может быть различной.
Таким образом, гипотеза о принудительной
синхронизации биоритмов может оказаться весьма плодотворной
для понимания определенных аспектов связи солнечная
активность—биосфера. В частности, становится понятным
присутствие высоких гармоник солнечной цикличности во
многих периодически протекающих биологических
процессах. Получает объяснение географическая
изменчивость связи с солнечной активностью таких явлений, как
колебания численности популяций и эпидемии. Эта
гипотеза служит также хорошим инструментом для анализа
причин несопоставимости и неоднозначности
(«невоспроизводимости») некоторых статистических результатов по
гелиобиологическим связям — факта, давшего повод для
сомнений в реальности таких связей.
Естественно, самые убедительные аргументы в пользу
той или иной гелиобиологической гипотезы могут дать
только медико-биологические или модельные
эксперименты. В этой связи важно подчеркнуть, что в настоящее
время гелиобиология опирается не только на статистические
результаты и теоретические рассуждения, но становится
на надежную почву эксперимента. Наиболее
впечатляющие результаты получены при искусственном воздействии
на биологические объекты электромагнитных полей
естественной напряженности.
Воспроизвести возмущение естественного
электромагнитного поля Земли в лаборатории технически несложно.
Достаточно от генератора подать сигнал нужной частоты
и амплитуды на конденсатор или соленоид и поместить
в него подопытное животное (рис. 42). В последние годы
такие опыты ведутся и в нашей стране, и за рубежом.
В Крымском медицинском институте (Симферополь)
профессор А. М. Волынский и др. уже после первых
экспериментов установили, что слабое сверхнизкочастотное
поле существенно влияет на сердечно-сосудистую систему
теплокровных животных (кролики, собаки). В течение
трех часов подопытные животные находились в
электрическом поле напряженностью около 1 В-м-1 и частотой
124

Рис. 43. Электрокардиограмма кролика, находившегося в электрическом
поле напряженностью 1 В/м и частотой 8 Гц
Отмеченные стрелками аномалии появляются у животного после
нескольких экспериментов продолжительностью по 3 ч в сутки. Внизу — электро-1
кардиограмма контрольного живо!ного (данные А. М. Волынского)
несколько герц. У животных обнаружено уменьшение
частоты сердечных сокращений. Если же увеличить
длительность воздействия (или повторять его несколько дней
те же три часа), то могут наступить довольно серьезные
нарушения в работе сердца (рис. 43). Это было
подтверждено патологоанатомическими исследованиями.
Последующие эксперименты (они осуществлялись с электрическим
и магнитным полями на частотах 1, 2 и 8 Гц) показали,
что поле эффективнее воздействует на
сердечно-сосудистую систему, если ее работа была уже как-то нарушена
до опыта. Очень интересные результаты получены
Н. И. Музалевской (Ленинград) в экспериментах на
кроликах в переменных магнитных полях с В= (0,01-^-3,3) •
•105 нТл и частотой 0,01—20,0 Гц. Ею показано^ в частнос-
123

ти, что при длительной экспозиции в таких полях
адаптационные возможности организма снижаются.
Рекордной чувствительностью к электромагнитному
полю обладают, по-видимому, некоторые рыбы. В опытах,
проведенных в США, уменьшение частоты сердечных
сокращений у рыб было замечено при подаче
электрического поля напряженностью в несколько миллионных
долей вольта на метр и частотой 5 Гц.
Сверхнизкочастотное поле, как оказалось, влияет и на
кровеносную систему подопытных животных — на
концентрацию кровяных телец и состав белков сыворотки
крови. В самих клетках крови при этом также
наблюдаются определенные изменения. Например, в белых кровяных
тельцах (лейкоцитах) под действием очень слабого
магнитного поля с частотой 8 Гц заметно снижается
активность некоторых биологических катализаторов.
Нет сомнения, что слабое поле может оказывать
влияние и на нервную систему. В первых же опытах по
исследованию воздействия поля на сердечно-сосудистую
систему и систему крови экспериментаторы обратили
внимание на то, что поведение подопытных животных
отклоняется от нормы. Впоследствии этот вывод
подтвердился анализом записей биоэлектрических потенциалов
коры головного мозга (электроэнцефалограмм). Было
найдено, например, что частота колебаний биопотенциалов
некоторых отделов головного мозга под воздействием
переменного магнитного поля делается очень близкой к
частоте поля, в котором находится подопытное животное.
Иными словами, некоторым отделам мозга можно
навязать ритм, соответствующий частоте внешнего поля.
Крымские медики обнаружили этот эффект на частоте
2 Гц у кроликов, а американские — на частоте 7 Гц у
обезьян макак. Наконец, опыты, проведенные в г. Львове,
продемонстрировали, что у человека может быть
выработан классический условный рефлекс на включение
слабого переменного магнитного поля с частотой 0,01—10 Гц.
Вывод о биологической эффективности слабого
сверхнизкочастотного поля следует из экспериментов и с более
примитивными организмами — земноводными,
насекомыми, бактериями. В лаборатории бионики Сибирского
физико-технического института (Томск) исследовалось
воздействие слабого магнитного поля очень низких частот
не на живые организмы, а на коллоидные системы. Оказа-
126

лось, что такое поле может влиять и на поведение
коллоидных растворов.
Итак, модельные эксперименты показывают, что
электромагнитное поле сверхнизких частот с напряженностью,
близкой к естественной, биологически эффективно. Этот
вывод нетрудно проверить с помощью независимого
обратного эксперимента — путем экранирования организма от
внешних электромагнитных полей. Как уже отмечалось,
такая экранировка действительно отражается на
жизнедеятельности организма. Эксперименты с экранированием
ставились в нескольких лабораториях СССР и за рубежом
на самых разных организмах — от бактерий до человека.
Всюду результат был один: электромагнитное
экранирование влияет на жизнедеятельность организма. В
частности, немецкий исследователь Р. Вевер установил, что
у человека, находящегося в экранированном помещении,
нарушается согласованность (синхронизация) биоритмов.
Таким образом, электромагнитное поле Земли является
посредником между солнечной активностью и биосферой,
а сама гипотеза о существенной роли этого поля в гелио-
биологических связях получает серьезное
экспериментальное обоснование.
НОВЫЕ ПУТИ ИЗУЧЕНИЯ
СОЛНЕЧНО-ЗЕМНЫХ СВЯЗЕЙ
Настоящее чревато будущим.
В, Лейбниц
Как уже отмечалось, один из основоположников
солнечной астрономии Р. Вольф был убежден, что солнечная
цикличность — это результат воздействия на Солнце со
стороны планет Солнечной системы. Обсуждение этой
гипотезы в научной литературе начато более 100 лет
назад. При этом исследователи были заняты главным
образом поисками полного набора циклов продолжительностью
от нескольких месяцев до сотен лет. Однако, как считает
Ю. И. Витинский, все эти работы дали гораздо больше
для развития математики (ее вычислительных методов) г
чем для изучения солнечной активности. Лишь в 40-х
годах нынешнего столетия другой цюрихский астроном
М. Вальдмайер осмелился усомниться в правоте своего
127

знаменитого предшественника и перенес причину
11-летней вариации внутрь Солнца. Именно с этого времени
собственно и началось настоящее исследование главных
свойств 11-летнего цикла солнечных пятен.
Природа геофизических ритмов
На этом пути были выявлены многие важные
закономерности 11-летнего цикла чисел W, вариаций суммарной
площади пятен и других проявлений солнечной
активности. Вместе с определенными достижениями обнажились
и слабые места такого подхода. Например, обнаружены
аномалии в распределении по циклу частоты солнечных
вспышек. Этот эффект проявляется в анизотропии вспы-
шечной активности Солнца в инерциальном пространстве
(в системе отсчета, связанной с неподвижными звездами).
Если придерживаться доминирующей в настоящее время
точки зрения на источник солнечной активности, то
следовало бы ожидать, что быстрое вращение Солнца приведет
к равномерному распределению вспышек по инерциаль-
ным долготам. Между тем, как оказалось, это далеко не
так. Имеются и другие факты, интерпретация которых
встречается с трудностями, если исходить из чисто
эндогенной природы солнечной активности.
В частности, внутрисолнечным механизмом не удается
объяснить сложную многочастотную структуру солнечной
активности. Известно, кроме того, что статистические
методы прогнозирования солнечной активности, основанные
на сопоставлении характеристик пятнообразовательного
цикла с положением планет, дают результаты не хуже,
чем методы, основанные только на ретроспективном учете
свойств предыдущих циклов.
Очевидно, следуя диалектическому закону отрицания
отрицания, наступило время вновь вернуться к гипотезе
планетного влияния, но уже на более современном
уровне, чем в начале XX в. Основанием для нового подхода,
как мы видели, может быть взгляд на солнечную
активность с ее сложной ритмикой как на проявление
текущего этапа непрерывного и длительного процесса эволюции
Солнечной системы в целом. Такой взгляд на современном
языке методологии науки соответствует системному
подходу к солнечной активности. А экзогенным факторам —
планетным приливным силам —в рамках такого подхода,
видимо, следует отвести роль спускового механизма, кото-
128

рый срабатывает лишь спорадически, при определенных
подходящих условиях, подготавливаемых течением внут-
рисолнечных процессов (энергия же солнечной
активности, несомненно, поставляется эндогенными процессами).
Таково первое из возможных новых и, на наш взгляд,
перспективных направлений изучения
солнечно-планетных (в частности, солнечно-земных) связей.
К этому направлению тесно примыкает гипотеза
Б. И. Сазонова о двойной природе геофизических ритмов.
Он исходит из того, что конечной причиной появления
циклов или ритмов в пределах Солнечной системы
является геометрическое положение планет. Имеются два
физических механизма, благодаря которым соединения
планет могут отразиться на течении геофизических
процессов. Первый механизм связан с гравитационным
воздействием планет на Солнце, а второй — с воздействием
планет на сверхзвуковой поток частиц солнечного ветра
и перестройкой магнитных полей в межпланетной плазме
ниже по потоку.
Мы уже рассказывали о том, как протоны высокой
энергии, приходящие из космоса через межпланетную
плазму к Земле, способны воздействовать на ряд
геофизических процессов и на общую циркуляцию атмосферы.
С другой стороны, известно, что планеты благодаря
наличию магнитосфер заметно возмущают межпланетные
магнитные поля (вспомним магнитный хвост Земли),
способствуя созданию каналов, по которым потоки
космических лучей могут достигать Земли. Как показывают
прямые измерения в космосе, солнечный ветер, обтекая
планеты, создает за ними область слабых и
неупорядоченных магнитных полей, которые вытягиваются на
миллионы километров в сторону от Солнца. В случае
расположения нескольких планет на одном радиус-векторе от
центра Солнца эти области могут слиться в одну.
Сближения планет (особенно парные) происходят
достаточно регулярно — через промежутки времени от 1,5
до 27 месяцев. Это позволило Б. И. Сазонову применить
метод спектрального анализа к показателям
среднемесячной магнитной возмущенности, а также к числу
геомагнитно-спокойных дней в месяце. Такие данные,
имеющиеся почти за столетний период, дают возмоншость установить
наличие устойчивых циклов в характеристиках
межпланетной среды. Интересно отметить, что спектр числа
геомагнитно-возмущенных дней в месяце напоминает спект-
129

ры показателей солнечной возмущенности и ничего
общего не имеет со спектрами среднемесячных амплитуд
геомагнитного поля. Раньше на это обстоятельство не
обращали внимания. Между тем ритмика в появлении
больших магнитных бурь зависит совсем от других
источников, чем ритмика в появлении очень спокойных
в геомагнитном отношении дней. В первом случае она за-
Таблица 3
Циклические возмущения межпланетной среды, вызываемые сближением
планет
Планеты
Меркурий—Венера
Меркурий—Земля
Меркурий— Венера
Мерку рий—3 емля
Марс—Земля
Марс—Юпитер
Юпитер—Земля
Юпитер—Венера
Юпитер—Земля
Юпитер—Венера
Юпитер—Марс
Венера—Земля
Венера—Марс
Венера—Юпитер
Периоды парных
соединений *
Средняя

должительность циклов
месяцы
4,8X4 = 19,2
3,8 X 5=19,0
4,8 X 5 = 24,0
3,8x6 = 22,8
25,1 X 1 = 25,1
26,6 X 1 = 26,6
13,1 X 3 = 39,3
7,8х 5 = 39,0
13,1 х 4 = 52,4
7,8x7 = 54,6
26,8x2 = 53,6
19,2x4 = 76,8
11,3x7 = 79,1
7,8 X 10 = 78,0 1
19,1
22-23
26
39
53
78
* Первый сомножитель — интервал времени между парными соединениями
планет по одну сторону от Солнца, второй —число соединений.
дается процессами на Солнце, во втором — процессами в
межпланетной среде.
Циклические возмущения межпланетной среды,
вызываемые сближением планет, имеют продолжительность от
19,1 до 78 месяцев (табл. 3). Поскольку у Земли
регистрируются потоки плазмы, преодолевшие расстояние от
Солнца до Земли, то вполне естественно, что соединения
Меркурий—Венера и Меркурий—Земля четко выделяются
в геомагнитных данных в виде пиков, соответствующих
циклам продолжительностью 19 и 22—23 месяца,
130

С другой стороны, поскольку космические лучи
приходят главным образом из областей, лежащих за орбитой
Земли, то следует ожидать, что для некоторых
геофизических процессов более существенными должны быть
соединения Земли с Марсом и Юпитером. Соответствующие
циклы (см. табл. 3) продолжительностью 26, 39, 53 и 78
месяцев, как оказалось, либо получили в геомагнитной
активности слабое отражение, либо не отразились совсем.
Первый из названных циклов хорошо известен в
метеорологии уже около столетия. Он прослеживается,
в частности, почти во всех характеристиках погоды. Это —
так называемый двухлетний цикл, которого практически
нет на Солнце. Его присутствие в земном процессе
говорит об определенных связях процесса с обстановкой в
межпланетном пространстве. Интересно отметить, что
всего несколько лет назад по измерениям в стратосфере
двухлетний цикл был обнаружен в интенсивности
космических лучей.
Хорошо обнаруживаются во многих геофизических
процессах циклы продолжительностью 39 и 53 месяца,
которые иногда объединяются в один трех-четырехлетний
цикл. Он возникает от соединений Венеры, Земли и
Юпитера и легко переходит из одного в другой. В самом деле,
соединения Юпитера с Землей и Венерой могут давать
циклы 13,1X3=39,3 и 7,8X5=39, т. е. трехлетний цикл с
той же вероятностью, что и цикл продолжительностью
примерно 53 месяца: 13,1X4=52,4 и 7,8X7=54,6.
По-видимому, лишь незначительные различия в условиях,
складывающихся в космосе, приводят к формированию то
одного, то другого цикла. В некоторых геофизических
процессах (например, в осадках) трех-чстырехлетний
цикл оказывается достаточно мощным. Однако
использовать его для прогнозирования засушливых или дождливых
сезонов практически невозможно, не зная заранее, какой
из двух вариантов должен реализоваться.
Цикл продолжительностью 78 месяцев проявляется в
геофизических процессах не часто. Имеются определенные
указания на то, что соединения Венеры, Земли и Юпитера
могут чаще давать 13—14-летний цикл, т. е. удвоенный
78-месячный цикл.
Аналогичный спектральный анализ был проведен
Б. И. Сазоновым для некоторых индексов солнечной
активности (площадей пятен и др.). Набор солнечных
циклов оказался следующим* 7,8; 11,6; 12,6; 15Д 17,0 и 33
131

месяца (последний возникает от чередования 15- и 17-ме-»
сячных циклов).
Очевидно, наличие того или иного набора циклов
указывает на то, находится ли данное геофизическое явление
под контролем солнечных или межпланетных процессов.
Таким образом, по спектру геофизического эффекта,
вероятно, можно будет судить о его первопричине, подобно
тому как по набору линий в оптическом спектре можно
определить химический состав излучающего вещества.
В последние годы интересные статистические
результаты, указывающие на связь между положением планет,
характеристиками активности Солнца и сейсмической
активностью Земли, получены Г. Я. Васильевой и др.
(Ленинград). Для интерпретации результатов используется
гипотеза об анизотропии свойств «солнечной
магнитосферы» (полости, занятой солнечным ветром),
деформированной движением Солнца в галактическом магнитном поле
и галактическом газе. При этом Солнце, солнечный ветер
и планеты рассматриваются как звенья единой
«электромагнитной цепочки», подверженной воздействию
галактических факторов (таких, как положение цепочки
относительно направления галактического магнитного поля,
направление движения Солнца относительно этого поля
и т. п.).
Как легко убедиться по содержанию предыдущих
разделов, практически во всех проявлениях солнечно-земных
связей, рассмотренных в этой книге, обнаруживается
определенная ритмика. Солнце, межпланетная среда и
Земля (включая ее недра), очевидно, пронизаны ритмами,
и задача исследователей состоит в том, чтобы разобраться
в их иерархии и поставить ритмы на службу физике
солнечно-земных связей и их прогнозированию. Кроме уже
упоминавшихся периодичностей, можно указать на
колебания В2-компоненты межпланетного магнитного поля с
периодами, близкими к периодам обращения внутренних
планет. Этот результат получен из анализа данных о
ММП, проведенного В. П. Козеловым и Т. В. Чуриковой
для интервала 1965—1973 гг. С этими колебаниями,
возможно, связаны аналогичные «планетные периоды»,
обнаруженные различными группами исследователей в
вариациях космических лучей.
В далеком прошлом Земли по данным о вариациях
содержания радиоуглерода 14С выявляются циклические
изменения солнечной активности и ее «аномалии» (вроде
132

минимума Маундера) (В. А. Дергачев, Ленинград).
Ритмика совсем другого масштаба наблюдается, например,
в колебаниях потока атмосферного гамма-излучения:
группой В. Г. Кириллова-Угрюмова (Москва) было
установлено, что основной период этих колебаний составляет
около 5 мин. Известны также различного рода колебания
солнечных параметров: солнечного диаметра с периодом
2 ч 40 мин (академик А. Б. Северный и др.), потока
сантиметрового радиоизлучения перед протонными
вспышками (М. М. Кобрин и др., г. Горький) и т. п.
Ритмика солнечно-земных связей широко и
целенаправленно изучается как в СССР, так и за рубежом. В
Советском Союзе в последние годы состоялись специальные
совещания по этой комплексной проблеме (Ленинград,
1976 г.; Львов, 1979 г.; Киров, 1981 г.).
Очевидно, что изучение ритмики разного масштаба и
происхождения позволяет лучше понимать не только
статистические (корреляционные) связи между космофизически-
ми явлениями, но и проливает свет на их физическую
подоплеку. Так, колебания солнечного диаметра
заставляют по-новому взглянуть на природу и энергетику внут-
рисолнечных процессов; вариации содержания 14С
указывают на особенности геомагнитных вариаций в прошлом
(до 5—6 тыс. лет назад); колебания потока атмосферного
гамма-излучения связаны с внутренними
гравитационными волнами в атмосфере Земли, а флюктуации
солнечного радиоизлучения служат прогностическим
индексом для вспышек солнечных космических лучей. Даже
этих нескольких примеров (их перечень нетрудно
продолжить) достаточно, чтобы, отвечая на полемический упрек
Ю. И. Витинского, приведенный в начале этого раздела,
продемонстрировать плодотворность изучения гелиогео-
физической ритмики. Из чисто методического приема,
полезного для выявления статистических связей между
явлениями, изучение ритмики превращается в важный
инструмент для понимания физики солнечно-земных
связей и для их прогнозирования.
Информационные связи в системе Солнце—Земля
Как видно из предыдущих разделов, подавляющее
большинство закономерностей, выявленных (или
предполагаемых) в цепочке взаимосвязей Солнце—межпланетная
среда—Земля, получено статистическими методами анализа
данных наблюдений. При этом обычно считалось, что из-
133

менение геофизической ситуации должно следовать за
изменением суммарного потока энергии Солнца (волновой
или корпускулярной) или потока в отдельных участках
спектра. Если коэффициент корреляции между солнечной
активностью и исследуемым земным процессом имел зна-«
чимую величину, то этого было достаточно для
подтверждения реальности искомой связи. Дальнейшее ее
исследование развивалось обычно в направлении поиска
конкретных механизмов воздействия.
Такой традиционный, энергетический подход к
рассмотрению причинно-следственных связей оказался
довольно плодотворным для изучения проблемы «Солнце—
Земля». Вместе с тем во многих случаях степень
корреляции индексов солнечных и земных процессов оказывается
весьма незначительной. Поскольку зависимость
геофизических процессов от солнечных агентов не вызывает
сомнений, отсутствие значимой корреляции между
индексами солнечных и земных процессов исследователи обычно
объясняют сложностью механизма передачи энергии от
Солнца к Земле и сложными взаимодействиями между
различными геофизическими процессами.
Н. И. Музалевская (Ленинград) и И. П. Цимахович
(Рига) обратили внимание на то, что наличие значимого
коэффициента корреляции между энергетическими
параметрами солнечной активности и индексами
геофизических процессов является необходимым, но отнюдь не
достаточным критерием для суждения о существовании
солнечно-земных связей. Отсутствие корреляции поэтому
может служить указанием на ограниченность области
применения традиционного энергетического
детерминизма, т. е. на неадекватный выбор методики исследования.
Известно, что характер детерминизма зависит от
структуры связей в изучаемом объекте. Система Солнце-
Земля должна быть также охарактеризована и структурой
связей в ней. В сравнительно простых системах с так
называемой «хорошей» структурой можно выделить
явления или процессы одной физической природы,
зависящие от совсем небольшого числа переменных. Систе-»
му же Солнце—Земля следует отнести к классу так
называемых больших диффузных систем с «плохой»
структурой. В таких системах нельзя четко выделить отдельные
независимые явления, здесь проявляется действие
переменных различной физической природы и тесно взаимо*
действующих друг с другом процессов,
134

При изучении такого рода систем следует учитывать
важную роль их информационных характеристик. При этом
понятие информации связывается с тем или иным
свойством системы — отражением, структурой,
упорядоченностью, неоднородным распределением вещества и
энергии в пространстве и времени. Согласно этой точке
зрения, развиваемой некоторыми философами и физиками
(А. Д. Урсул, В. И. Сифоров и др.), наиболее важными
свойствами материи для формирования понятия
информации являются отражение и разнообразие. Свойство
отражения при взаимодействии материальных объектов, как
известно, заключается в том, что изменение одного из них
происходит в соответствии с какой-либо стороной других.
Такое объективное соответствие, согласно ленинской
теории отражения, лежит в основе присущей всей природе
способности, родственной, но не тождественной
ощущению \
Изучение диффузных систем с позиций
информационного детерминизма, дополняющего энергетический, уже
позволило получить ряд интересных результатов в
биофизике, молекулярной биологии и в других областях науки.
Системно-кибернетический подход к исследованию
влияния электромагнитных полей на живые объекты широко
обсуждался на упоминавшемся Ялтинском симпозиуме
1975 г. В космофизике также наметился сдвиг в сторону
признания информационных способов изучения природы
космических связей.
Недостаточность только энергетического подхода
можно проиллюстрировать множеством примеров из различных
областей естествознания. Особенно показательны в этом
отношении системы, состояние которых близко к
критическим точкам — критической температуре, скорости,
концентрации частиц, напряженности электромагнитного
поля, частоте и т. п. Радиационный эффект, например,
возникает при ничтожных количествах энергии,
поглощенных облучаемым организмом. Принятой единицей для
измерения радиации является рад — количество энергии,
эквивалентное 10~3 Дж, поглощенной в 1 см3 ткани.
Выпив стакан горячего чая, замечает по этому поводу
видный советский радиобиолог А. М. Кузин, мы вводим в
организм тепловую энергию порядка 1000 рад (1 крад).
* Ленин В> И> Шли. собр. соч., т, 18, с. 39—40, 91.
d35

А ведь доза в 1 крад ионизирующих излучений
смертельна для большинства млекопитающих, в том числе для
человека. Поэтому подобные эффекты нельзя рассматривать
с традиционных позиций энергетического детерминизма.
В общем случае мерой информации могут служить
параметры, характеризующие степень нестационарности
процесса. В первом приближении таким параметром
может быть степень неоднородности распределения энергии
в пространстве и времени. В ряде случаев достаточно
более простых критериев, например скорости изменения
плотности потока энергии.
Сложность заключается в том, что трудно разделить
информационное и энергетическое влияние факторов
внешней среды. Они, как правило, взаимосвязаны.
В. Н. Ягодинский по этому поводу приводит следующий
пример. Допустим, вслед за геомагнитной бурей
происходит в каком-то районе понижение давления воздуха и
начинается непогода. Живые существа, если они
чувствительны к магнитному полю, естественно, закрепляют в
процессе своей жизни связь этих явлений и на
последующее изменение геомагнитной обстановки реагируют как
на непогоду (условный рефлекс).
Следует отметить, что в неявном виде
информационные параметры принимались во внимание во многих
работах по солнечно-земным связям (например, при
изучении аномалий в поведении космических лучей за счет
быстрых изменений числа солнечных пятен). Однако
принципиальная значимость такой методики не была
отмечена исследователями. Между тем еще А. Л.
Чижевский указывал, что «не сами по себе метеорологические
факторы, постепенно усиливающиеся или уменьшающиеся
в своем напряжении или действии, а величина скачка,
а величина перехода от одной степени к другой»
являются определяющими при реакции организма на действие
факторов внешней среды.
Как показали исследования И. П. Дружинина и др.,
существенные изменения («переломы») в ходе
глобальных природных процессов на Земле (в гидросфере,
атмосфере, биосфере и т. д.) определяются не столько общим
уровнем солнечной активности, сколько резкими
колебаниями этого уровня. Под переломом имеется в виду смена
знаков приращений количественных показателей
процесса в смежные годы. Если, например, число заболеваний
несколько лет подряд увеличивается, то приращения бу-«
136

дут положительными и перелом наступит в том году,
когда число вабо&евших окажется меньше, чем в
предыдущем. Следующий перелом произойдет, когда
отрицательные приращения сменятся положительными, и т. д.
Другими словами, речь идет о причинно-следственной
связи изменений одного (земного) процесса с изменениями
другого (космического) явления.
Даты резких изменений солнечной активности,
согласно шкале И. П. Дружинина, имели место, в частности,
в 1901, 1903, 1905, 1966-1908, 1910, 1915, 1917, 1918,
1920, 1925, 1928, 1930, 1936, 1936-1940, 1942, 1946-1947,
1948, 1950, 1952, 1956, 1961, 1964, 1967, 1971 гг.
Сопоставляя эти даты с моментами переломов в динамике
эпидемий, В. Н. Ягодинский установил между ними четко
выраженную связь. Например, для заболеваемости корью
в СССР переломы ее хода в 20 случаях из 26 возможных
имели место точно в моменты резких изменений
солнечной активности. Более того, из 44 эпидемий гриппа,
известных с 1749 г., 42 соответствовали эпохам резких
изменений активности Солнца. В дополнение к этому
вспомним аномалии в поведении космических лучей, угловой
скорости вращения Земли, характеристиках погоды и т. д.
после резкого изменения уровня солнечной активности в
1971 г.
Все эти наблюдения имеют между собой много общего.
Легко заметить, что скачкам, «резким перепадам» в ходе
солнечной активности будут соответствовать экстремумы
информационных параметров. Для самого простого
параметра — модуля производной dW/dt — это будут
максимальные значения производной.
В теории климата и прогнозов погоды исследователи
долгое время отрицали возможность влияния солнечной
активности на метеорологические процессы на том
основании, что влияние это слабое в энергетическом
отношении. Аналогичные возражения выдвигались ранее и в
отношении влияния на биологические объекты
геомагнитных полей, энергия которых сравнительно мала. Между
тем результаты экспериментов по изучению влияпия
слабых полей (типа геомагнитных) на биологические
объекты убеждают нас в том, что определяющими параметрами
в этом воздействии являются не энергетические, а
информационные характеристики колебаний геомагнитного
поля — особенности их частотного спектра и временных
вариаций амплитуды.
137

Дать описание причинной обусловленности явлений
во всей цепочке солнечно-земных связей на языке теории
информации — весьма трудная задача. По-настоящему она
даже не сформулирована. И если в случае биосферы
информационный характер внешних космофизических
воздействий не вызывает сомнений, то в друтих областях
солнечно-земной физики информационный подход только
начинает пробивать себе дорогу. Покажем эю на примере
метеорологии.
В теоретической механике существует теорема
(универсальный вариационный принцип), которая в самом
общем виде устанавливает критерий для определения
изменений состояния любых материальных систем в
зависимости от наибольших и наименьших значений их
полной энергии. Теорема гласит: для изменения состояния
какой-либо материальной системы, имеющей связи,
необходимо и достаточно, чтобы ее полная энергия достигла
экстремальной величины (т. е. максимума или
минимума). Синоптик из Горной Шории (Алтайский край)
А. В. Дьяков применил вариационный принцип механики
к интегралу энергии атмосферной циркуляции
? = Л(ет-ех)1ПА (6)
где 0Т и 6Х — температуры взаимодействующих потоков
воздуха с различными физическими свойствами (8Т —
теплых, 9Х — холодных); Рт и Рх — соответствующие
значения давления. Варьируя выражение (6), можно
показать, что состояние экстремумов энергии циркуляции
определяется разностью первых производных
температуры воздуха по времени (dQJdt) — (dQJdt). Когда эта
разность положительна, атмосфера находится в состоянии
неустойчивого равновесия, а энергия горизонтальной
неустойчивости максимальна. При отрицательной
разности производных атмосфера стремится к устойчивому
состоянию, а энергия горизонтальной неустойчивости
близка к минимуму.
Кроме того, А. В. Дьяков, рассматривая атмосферу
Земли как автоколебательную систему, обнаружил, что
между двумя последовательными экстремумами одного
знака энергии атмосферной циркуляции существует
определенный временной интервал Тй — энергетический цикл
атмосферы. Средняя величина этого цикла оказалась
равной 8,6 сут, Во время высокой активности Солнца этот
138

интервал увеличивается до 12 и более суток по закону
TSii2/Tai22=vl/u2, где Vi и v2 — скорости воздушных потоков
соответственно для невозмущенного и возмущенного
состояний тропосферы. На этом примере видно, что
воздействие солнечной активности на метеорологические
процессы имеет информационную природу, причем решающую
роль играют, по-видимому, вынужденные колебания
тропосферы под действием внешних сил.
Правильный выбор и обоснование адекватного
информационного критерия солнечной активности, очевидно,
в значительной степени будет определять эффективность
нового подхода к изучению солнечно-земных связей.
В настоящее время этот вопрос далек от окончательного
решения. В качестве простейшего критерия Н. И. Муза-
левская и Н. П. Цимахович предложили использовать
параметр типа
ft (г, t) = aW(t)+ Ъд-^-(г, t) + c^(r, 0, (7)
где dW/dt и dW/dr — производные энергетической
характеристики по времени и пространственной координате.
Приведенное соотношение, конечно, не следует рассматривать
как строгое уравнение, полностью описывающее
информационное воздействие переменного фактора W на какую-
либо систему или процесс. Скорее это сумма воздействий
на объект в заданной точке пространства г и в
определенный момент времени t. Смысл коэффициентов а, Ъ и с не
вполне ясен, однако параметр ft привлекателен тем, что
учитывает не только неоднородность распределения
энергии в пространстве и времени, но и содержит слагаемое,
определяемое собственно энергией.
В зависимости от соотношения слагаемых в (7) будет
преобладать либо энергетическое, либо информационное
воздействие. В этой связи уместно заметить, что уже сам
факт влияния Солнца на геофизические процессы
указывает на информационный характер этого влияния,
поскольку уровень солнечной активности не остается
постоянным. Для некоторых задач солнечно-земной физики в
качестве основного параметра в (7) можно использовать
числа Вольфа, в известной мере отражающие энергетику
процессов в атмосфере Солнца. Вместе с тем совершенно ясно,
что на «различных этапах» проблемы «Солнце—Земля»
понадобятся и другие критерии. Их настоящий поиск сей-»
час только начинается...
Ш

Активные эксперименты
Солнечно-земная физика в настоящее время переживает
период бурного подъема. Это чувствуется по состоянию
теоретического осмысления уже полученных результатов и
особенно по размаху экспериментальных исследований.
Очень интенсивно развиваются традиционные,
«пассивные» методы наблюдений, когда исследователь не
вмешивается в протекающий процесс. Наряду с этим
завоевывают признание активные методы эксперимента, когда по
воле ученых вызываются явления космических масштабов
(например, искусственный радиационный пояс Земли,
созданный американскими исследователями в 1962 г.,
искусственное полярное сияние, полученное советскими
учеными в 1973 г., кругосветное радиоэхо и др.).
Естественно, что в этих сложных и дорогостоящих
экспериментах пока в основном ведется отработка их
технологии, а также выясняется принципиальная возможность
тех или иных воздействий на околоземную среду. Вместе
с тем кажется привлекательной идея уже на данной
стадии использовать некоторые активные геофизические
эксперименты для изучения солнечно-земных связей.
Разумеется, пока не существует способов
вмешательства в деятельность самого Солнца. Невозможно также
сколь-нибудь существенно повлиять на параметры
межпланетной среды. Однако в масштабах магнитосферы
вмешательство уже возможно, и отдельные звенья цепочки
солнечно-земных связей (на различных уровнях
магнитосферы, ионосферы и нейтральной атмосферы)
становятся доступными для экспериментальной проверки.
Идеи активных экспериментов, проведенных до
настоящего времени, отличаются простотой и изяществом, а
основными их «исполнителями» являются заряженные
частицы (электроны), нейтральные вещества (облака
натрия или бария) и радиоволны КВ-диапазона. Ускоритель
электронов (электронная пушка) поднимается ракетой на
необходимую высоту, а затем в расчетный момент пучок
электронов выбрасывается в магнитосферу. Взаимное
направление пучка и силовых линий геомагнитного поля
должны быть такими, чтобы электроны при торможении
в верхних слоях атмосферы вызвали вспышку полярного
сияния. Поскольку исходные параметры электронного
пучка известны, то по яркости и длительности сияния можно
судить о состоянии верхней атмосферы.
140

Аналогичным способом можно создать на расчетной
высоте в ионосфере облако (струю) из нейтральных
атомов бария. Под действием солнечного ультрафиолетового
излучения атомы бария быстро становятся
ионизованными, а ионы начинают излучать в видимой части спектра.
Светящаяся струя медленно деформируется. По скорости
деформации можно судить как о параметрах и динамике
ионосферы, так и о характеристиках коллективного
взаимодействия ионов бария с ионосферной плазмой.
Наконец, с помощью мощного наземного передатчика
коротких радиоволн можно вызвать искусственное
ионосферное возмущение — нагрев электронов за счет энергии
радиоволн. Более того, теоретически показано, что
радиоволны миллиметрового диапазона можно использовать для
разогрева тропосферы и генерации звуковых, инфразву-
ковых и более длинных волн. Этот класс активных
экспериментов, на наш взгляд, представляет особый интерес для
проблемы солнечно-земных связей.
При работе большой радиоантенны, подвешенной
горизонтально, магнитное поле, возбуждаемое антенной,
составляет около 1 % магнитного поля Земли. Разумеется, это
немного, причем такое воздействие не приводит к
необратимым изменениям среды (подобно брошенному в озеро
камню, который вызывает лишь локальные и
кратковременные колебания воды). Но даже столь слабое
возмущение естественного электромагнитного поля Земли влияет,
например, на ориентацию птиц.
Более 20 лет назад американский геофизик Р. Хеливелл
теоретически показал, что слабое по интенсивности
электромагнитное излучение, уходящее с поверхности Земли в
околоземное пространство, может вызвать в магнитосфер-
ной плазме возмущение, превосходящее первоначальный
импульс в миллион раз (подобно случайно сорвавшемуся
камню, вызывающему мощную снежную лавину в горах).
Это означает, что некоторые геофизические эффекты могут
иметь искусственное происхождение.
В последние годы в СССР и США были проведены
эксперименты по нагреву ионосферы с помощью коротких
радиоволн от мощного наземного передатчика. В одном из
таких экспериментов искусственно разогретый слой
ионосферы имел толщину 15 км и диаметр 150 км. Как
показывают расчеты и эксперименты советских ученых, путем
разогрева ионосферы радиоволнами можно в принципе
создать в определенных районах искусственное «ионосфер-
141

ное зеркало». Одно такое зеркало охватывает площадь
3—5 млн. км2. Система из 10—20 подобных отражателей
могла бы составить искусственную ионосферу,
обеспечивающую радио-, а возможно, и телевизионную связь для
района размером с Европу.
Эксперименты с электронными пучками или
бариевыми облаками помогают исследователям «подсветить» те
или иные физические процессы в заданное время и в
заданной точке околоземного пространства. Эксперименты
же с радиоволнами позволяют вызвать генерацию
искусственных электромагнитных колебаний над заданным
районом Земли в заданный момент времени. Научное и
прикладное значение такого эффекта трудно переоценить.
Мы не только получаем возможность заглянуть в
лабораторию природы и «увидеть в действии» механизм раскачки
колебаний в магнитосфере, но и целенаправленно вести
поиск механизмов воздействия таких колебаний на
представителей биосферы (например, на микроорганизмы),
находящихся в-районе, над которым искусственно вызвано
магнитосферно-ионосферное возмущение.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Невозможное сегодня станет возможным
завтра.
К. Э. Циолковский
Мы не скрывали от читателя сложности проблемы и
трудности, встающие на пути исследователей. Нами были
описаны и хорошо установленные факты, и еще не
проверенные гипотезы, рассмотрены и реальные причины
космофизических явлений, и малоисследованные
механизмы воздействия солнечной активности на земные процессы.
Отдельные вопросы в книге только поставлены, указаны
возможные методические подходы к их исследованию, но
сами вопросы еще далеко не решены.
Хотя обсуждение практических вопросов выходит за
рамки этой книги, нам хотелось бы отметить следующее.
1. Результаты исследований ряда геофизических
явлений в течение многих десятилетий находят применение
в практике магнитной навигации, радиосвязи и т. д. В
последние 20 лет данные о «космической погоде» используют-
142

ся и для обеспечения радиационной безопасности
экипажей и оборудования космических кораблей.
2. Метеорология и климатология пока еще не
включили в практику прогнозирования погоды и изменений
климата уже имеющиеся результаты исследования солнечно-
тропосферных связей. Однако важность этих исследований
уже получила признание. При этом надо иметь в виду,
что информация, получаемая в ретроспективных
исследованиях солнечно-тропосферных связей (например,
методом наложенных эпох), качественно отлична от
непосредственно получаемой метеоинформации, которая
используется синоптиками при выдаче прогноза (прогностическая
ценность первой информации при существующих методах
прогнозирования значительно меньше, чем второй).
Поэтому дальнейший прогресс в прогнозировании изменений
погоды и климата, по-видимому, зависит от успешной
«стыковки» четырех основных направлений
прогнозирования с учетом нужд их технического обеспечения — кос-
мофизического, физико-статистического, синоптического и
гидродинамического (телескопы и космические аппараты,
ИСЗ и ракеты, мощные ЭВМ, корабли и буи).
3. Пока нельзя признать удовлетворительной ни одну
из гипотез о влиянии солнечной активности на вращение
Земли и внутриземные процессы. Хотя получены
отдельные указания о связи сейсмичности Земли с активностью
Солнца, они пока не могут быть внедрены в
систематическую практику прогнозирования землетрясений.
4. Сложнее всего обстоит дело с практическим учетом
и прогнозированием самых интимных воздействий
солнечной активности — на молекулярном и биологическом
уровнях (коллоидные растворы, свойства омагниченной воды,
живые организмы с различными уровнями организации).
Как ни трудно с этим согласиться, почти не вызывает
сомнений, что многие отрасли промышленности с тонкой
технологией (химическая, фармацевтическая и др.)
подвержены влиянию внешних факторов, прямо или
косвенно связанных с солнечной активностью. О важности этого
влияния на биосферу и говорить не приходится
(достаточно вспомнить данные кардиологии и эпидемиологии).
Однако не будет большим преувеличением сказать, что в
настоящее время мы еще ни экономически, ни
психологически не готовы воспринять гелиобиологию и космическую
биоритмологию как руководство к действию, ибо это
потребовало бы перестройки многих сторон экономической
143

и социальной жизни общества — систем здравоохранения
и обучения, планирования промышленного и
сельскохозяйственного производства и т. д. Практическая работа в
этих направлениях в нашей стране уже началась. Так,
в Горьковской области в 1980 г. создана служба
медицинского прогноза погоды и метеогелиогеопрофилактики,
в Свердловске в 1978 г. проведена реорганизация работы
«скорой помощи» с учетом информации, поступающей от
созданной еще в 1968 г. службы оперативного оповещания
о неблагоприятной геомагнитной обстановке. В Сочи,
Риге, Москве и других городах также внедряются в
практику здравоохранения отдельные результаты гелиобиоло-
гических и биометеорологических исследований. Однако
мы еще находимся в начале этого нелегкого пути.
Отметим в заключение несомненную связь солнечно-
земной физики с охраной окружающей среды. Ибо, как
сказал К. А. Тимирязев, «только знание причины явлений
дает человеку в руки средство управлять ими». Что
касается явлений космического и планетарного масштаба, то
мы еще очень и очень далеки от того, чтобы управлять
ими. Но многие из них наука уже в состоянии предвидеть,
что позволяет использовать их на благо людям или
уменьшить их вредные последствия. При этом, однако, не
следует забывать слова А. Л. Чижевского о «ничтожестве...
физической организации» человека «перед физическими
силами природы». Эти слова перекликаются с
дальновидным предостережением Ф. Энгельса: «Не будем, однако,
слишком обольщаться нашими победами над природой.
За каждую такую победу она нам мстит. Каждая из таких
побед имеет, правда, в первую очередь те последствия, на
которые мы рассчитываем, но во вторую и третью очередь
совсем другие, непредвиденные последствия, которые
очень часто уничтожают значение первых» \
1 Энгельс Ф, Диалектика природы, М,: Политиздат, 1975, с, 153,

СОДЕРЖАНИЕ
К читателю 3
Проблема «Солнце — Земля» 6
Система Солнце — межпланетная среда — Земля . . 7
Солнце — источник энергии геофизических
возмущений 10
Земля в потоке солнечного ветра 22
Общая картина геофизического возмущения ... 32
Ритмы солнечной системы 40
«Капризы» Солнца и погода 54
Тепловая машина «Атмосфера» 57
«Погода-72» и Солнце 60
Реальны ли солнечно-атмосферные связи? .... 62
Гипотезы, гипотезы 68
Магнитометеорология — надежда ученых 76
Магнетизм и климат 82
Солнечная активность и вращение Земли 90
Солнце и биосфера Земли 102
Космос вокруг нас 103
Человек в электромагнитных сетях 107
Иерархия связей в биосфере и солнечная активность 111
Гелиобиология на подъеме 119
Новые пути изучения солнечно-земных связей . . . 127
Природа геофизических ритмов 128
Информационные связи в системе Солнце — Земля 133
Активные эксперименты 140
Заключение 142

50 коп.
ИЗДАТЕЛЬСТВО
«НАУКА»
ГОТОВИТСЯ
К ПЕЧАТИ
КНИГА:
ГОРЕЛИК Г Е.
Почему hi,iiii|ijn. i«i.
трехмерно?
10 л. 35 к.
Что означает утверждение о
трехмерности пространства?
Какую роль играет
трехмерность пространства в
фундаментальных законах физики?
Как возникли современные
представления о размерности
пространства в физике и
математике? Этим вопросам и
посвящается книга.
Рассматривается роль понятия
размерности в теории относительности
и в физике элементарных
частиц, соотношение различных
подходов к понятию
размерности.
Книга предназначена для
широкого круга читателей,
интересующихся
фундаментальными понятиями физики и
математики.
Заказы просим направлять по адресу:
МОСКВА В-164. Мичуринский
проспект, 12, магазин «Книга — почтой»
Центральной конторы иАкадемкнига»:
ЛЕНИНГРАД П-110, Петрозаводска*
ул., 7, ма|еэин «Книга —почтой»
Северо-Западной конторы «Академкнига»
или в ближайший магазин «Академ-
Адреса мага-зиноа «Академкнига..
480391 Алма-Ата, ул. Фурманова, 91 97.
370005 Баку, ул Джапаридзе, 13;
320005 Днепропетровск, проспект
Гагарина, 24; 734001 Душанбе, проспект
Ленина, 95; 375009 Ереван, ул.
Туманяна, 31; 6640» Иркутск 33, ул.
Лермонтова. 303; 252030 Киев, ул.
Ленина, 42. 277012 Кишинев, ул.
Пушкина, 31; 443002 Куйбышев, проспект
Ленина, 2; 192104 Ленинград Д-120,
Литейный проспект, 57; 199164 Ленин
град. Менделеевская линия, 1; 199004
Ленинград, 9 линия, 16. 103009
Москва, ул. Горького, 8; 117312 Москва,
ул. вааилова, 55 7; 630076
Новосибирск, Красный проспект, 51; 630090
Новосибирск, Академгородок,
Мореной проспект, 22; 700029 Ташкент,
Л-29, ул. Ленине, 73; 700100 Тешкент,
ул LUoTa Руставели, 43; 634050
Томск, наб. реки Ушайки, 18; 450075
Уфа, Коммунистическая ул., 49; 450075
Уфа, проспект Октября, 129; 720001
Фрунзе, бульвар Дзержинского, 42;
310003 Харьков, Уфимский пер., 4/6.