Солнечно-земные связи

     "Радиационные  пояса Земли"

     Исследования  показали, что в окрестностях Земли  имеются частицы довольно высоких  энергий. Они сконцентрированы в  основном в двух зонах, образующих так  называемый радиационный пояс Земли. Он представляет серьезную опасность  для человека во время полета в  космос. Внутренняя зона начинается на высоте 500-600 км и простирается до расстояний порядка радиуса Земли (около 6 тыс. км). Границы зон совпадают с  соответствующими силовыми линиями  магнитного поля Земли. Внутреннюю зону в основном составляют протоны с  высокой энергией, а внешнюю - высокоэнергетические электроны. Частицы движутся по спиралям вокруг силовых линий. Приближаясь  к Земле, где магнитное поле сильнее, они отражаются им, как зеркалом, и движутся в сторону другого  полушария. Кроме того, из-за неоднородности магнитного поля Земли они совершают  медленный по широте дрейф (движение поперек силовых линий). При таком  дрейфе положительно заряженные частицы  отклоняются к западу, а отрицательно заряженные к востоку. Так образуется кольцевой ток. Следует заметить, что в результате ядерных взрывов  на больших высотах были созданы  искусственные радиационные пояса, которые исказили естественные зоны, так что теперь трудно изучать  свойства радиационных поясов в чистом виде. Радиационные зоны имеют сравнительно симметричный вид только примерно до расстояний 6-7 радиусов Земли. Далее распределение частиц и, следовательно, магнитное поле становится не симметричным. Оно вытягивается от Солнца. Вся картина похожа на конусообразную волну, порождаемую в воздухе летящим снарядом. Земля с ее магнитным полем как бы движется относительно потока солнечного ветра со скоростью 300-500 км/сек. Во время магнитной бури эта скорость увеличивается. 

     "Геомагнитные  пульсации"

     Ионизированный  газ непрерывно "дует" со стороны  Солнца, то слабее, то сильнее, подобно  ветру на берегу моря. Достигнув  внешней границы магнитного поля Земли, т. е. границы магнитосферы, он взаимодействует с ней и образует электромагнитные волны. Чувствительные волномеры в обсерваториях обнаруживают едва заметные колебания, называемые пульсациями, или короткопериодными колебаниями  магнитного поля. Пульсации были замечены около 100 лет назад в английской обсерватории Кью (близ Лондона), но только в последние 10-15 лет стали объектом самостоятельных исследований. Спектр частот геомагнитных пульсаций заключен в пределах от нескольких миллигерц до одного килогерца, т. е. период их составляет от тысячной доли секунды до нескольких минут. Особенно интересны пульсации, образно названные советским геофизиком В. А. Троцкой жемчужинами. Чаще всего жемчужины появляются в течение первой недели после магнитной бури. Амплитуда пульсаций составляет максимум несколько гамм, но чаще всего около одной гаммы. Некоторые типы пульсаций отмечаются одновременно на всем земном шаре, как будто силовые линии геомагнитного поля колеблются подобно струнам гитары. Иногда пульсации имеют региональный характер. По мнению Троцкой "в настоящее время полной теории геомагнитных пульсаций не существует. Установлены лишь общие принципы физической интерпретации и дано объяснение отдельным свойствам пульсаций". 

     Солнце  освещает и согревает нашу планету, без этого была бы возможна жизнь  на ней не только человека, но даже микроорганизмов. Солнце – главный (хотя и не единственный) двигатель происходящих на Земле  процессов. Но не только тепло и свет получает Земля от Солнца. Различный  виды солнечного излучения и потоки частиц постоянно оказывают влияние  на жизнь нашей планеты.

     Солнце  посылает на Землю электромагнитные волны всех областей спектра –  от многокилометровых радиоволн  до гамма-лучей. Окрестностей Земли  достигают также заряженные частицы  разных энергий – как высоких (солнечные космические лучи), так  и низких и средних (потоки солнечного ветра, выбросы от вспышек). Наконец, Солнце испускает мощный поток элементарных частиц – нейтрино. Однако воздействие  последних на земные процессы пренебрежимо мало: для этих частиц земной шар  прозрачен, и они свободно пролетают  сквозь него.

     Только  очень малая часть заряженных частиц из межпланетного пространства попадает в атмосферу Земли –  остальные отклоняет иди задерживает  геомагнитное поле. Но и их энергии  достаточно для того, чтобы вызвать  полярные сияния и возмущения магнитного поля нашей планеты.

     Но  силовые линии земного поля близ экватора замкнуты и не пропускают направленные к Земле заряженные частицы. Силовые линии солнечного поля, напротив, в экваториальной области  разомкнуты и вытягиваются в межпланетное пространство, искривляясь подобно  спиралям. Объяснятся это тем, что  силовые линии остаются связанными с Солнцем, которое вращается  вокруг своей оси. Солнечный ветер  вместе с "вмороженным" в него магнитным полем формирует газовые  хвосты комет, направляя их в стороны  от Солнца. Встречая на своем пути Землю, солнечный ветер сильно деформирует ее магнитосферу, в результате чего наша планета обладает длинным магнитным "хвостом", также направленным от Солнца. Магнитное поле Земли чутко отзывается на обдувающие ее потоки солнечного вещества.

3. Влияние солнечной активности на человека

     Из  всего окружающего нас несметного множества звезд несопоставимо  важнейшую роль в нашей жизни  играет Солнце. Эта ближайшая к  нам звезда обеспечивает нашу планету  подавляющей частью энергии, которой  мы располагаем на Земле. Благодаря  солнцу и земной атмосфере на поверхности  земли температура и другие условия  такие, какие они есть,  а не космический холод, что делает нашу планету комфортной для обитающих  на ней живых существ. Даже относительно мизерные изменения потока энергии, передаваемой Солнцем Земле, которые  происходят при солнечных вспышках, существенно сказываются на земных условиях. С другой стороны, Солнце по своим свойствам является типичной для своего класса звездой, и постигая процессы, происходящие на Солнце, мы лучше  понимаем и то, что творится на очень  далеких от нас звездах.

     В последние годы всё чаще говорится  о солнечной активности, магнитных  бурях и их влиянии на людей. Так  как солнечная активность нарастает, то вопрос о влиянии этого явления  на здоровье становится в достаточной  степени актуальным.

     Всё на Земле зависит от Солнца, поставляющего  ей значительную часть энергии. Спокойное  Солнце (при отсутствии на его поверхности  пятен, протуберанцев, вспышек) характеризуется  постоянством во времени электромагнитного  излучения во всём его спектральном диапазоне, включающем рентгеновские  лучи, ультрафиолетовые волны, видимый  спектр, инфракрасные лучи, лучи радиодиапазонов, а также постоянством во времени  так называемого солнечного ветра  – слабого потока электронов, протонов, ядер гелия, представляющего собой радиальное истечение плазмы солнечной короны в межпланетное пространство.

     Магнитное поле планет (в том числе Земли) служит защитой от солнечного ветра, но часть заряженных частиц способно проникать внутрь магнитосферы Земли. Это происходит в основном в высоких  широтах, где имеются две так  называемые воронки: одна в Северном, другая в Южном полушариях. Взаимодействие этих заряженных частиц с атомами  и молекулами атмосферных газов  вызывает свечение, которое называется северным сиянием. Энергия, приходящая в виде этих частиц, далее распределяется в различных процессах вокруг всего земного шара, в результате чего происходят изменения в атмосфере  и ионосфере на всех широтах и  долготах. Но эти изменения на средних  и низких широтах происходят спустя определённое время после событий  в высоких широтах, и последствия  их в разных областях, на разных широтах  и в разное время различны. Поэтому  имеется значительное многообразие последствий вторжения частиц солнечного ветра в зависимости от региона.

     Волновое  излучение Солнца распространяется прямолинейно со скоростью 300 тыс. км/сек  и доходит до Земли за 8 минут. Молекулы и атомы атмосферных  газов поглощают и рассеивают волновое излучение Солнца избирательно (на определённых частотах). Периодически, с ритмом приблизительно 11 лет, происходит усиление солнечной активности (возникают  солнечные пятна, хромосферные вспышки, протуберанцы в короне Солнца). В  это время усиливается волновое солнечное излучение на разных частотах, из солнечной атмосферы выбрасываются  в межпланетное пространство потоки электронов, протонов, ядер гелия, энергия  и скорость которых много больше, чем энергия и скорость частиц солнечного ветра. Этот поток частиц распространяется в межпланетном пространстве наподобие поршня. Через определённое время (12–24 часа) этот поршень достигает  орбиты Земли. Под его давлением  магнитосфера Земли на дневной стороне сжимается в 2 раза и боле (с 10 радиусов Земли в норме до 3–4х), что ведёт к увеличению напряжённости магнитного поля Земли. Так начинается мировая магнитная буря.

     Период, когда магнитное поле увеличивается, называется начальной фазой магнитной  бури и продолжается 4–6 часов. Далее  магнитное поле возвращается к норме, а затем его величина начинает уменьшаться, так как поршень  солнечного корпускулярного потока уже прошёл за пределы Земной магнитосферы, а процессы внутри самой магнитосферы привели к уменьшению напряжённости  магнитного поля. Этот период пониженного  магнитного поля называется главной  фазой мировой магнитной бури и длится 10–15 часов. После главной  фазы магнитной бури следует восстановительная (несколько часов), когда магнитное  поле Земли восстанавливает свою величину. В каждом регионе возмущение магнитного поля происходит по-разному.

     За  последние годы стало понятно, что  на человека действует целый ряд  космических факторов, вызывающих изменения  в магнитосфере планеты в результате воздействия на неё солнечных  корпускулярных потоков. А именно:

     Инфразвук, представляющий собой акустические колебания очень низкой частоты. Он возникает в областях полярных сияний, в высоких широтах и  распространяется на все широты и  долготы, то есть является глобальным явлением. Через 4–6 часов от начала мировой магнитной бури плавно увеличивается  амплитуда колебаний на средних  широтах. После достижения максимума  она постепенно уменьшается в  течение нескольких часов. Инфразвук  генерируется не только при полярных сияниях, но и при ураганах, землетрясениях, вулканических извержениях так, что в атмосфере существует постоянный фон этих колебаний, на который накладываются  колебания, связанные с магнитной  бурей.

     Микропульсации  или короткопериодические колебания  магнитного поля Земли (с частотами  от нескольких герц до нескольких кГц). Микропульсации с частотой от 0,01 до 10 Гц действуют на биологические  системы, в частности на нервную  систему человека (2–3 Гц), увеличивая время реакции на возмущающий  сигнал, влияют на психику (1 Гц), вызывая  тоску без видимых причин, страх, панику. С ними также связывают  увеличение частоты заболеваемости и осложнений со стороны сердечно–сосудистой  системы.

     Также в это время меняется интенсивность  ультрафиолетового излучения, приходящего  к поверхности Земли из–за  изменения озонового слоя в высоких  широтах в результате действия на него ускоренных частиц.

     Выбрасываемые из Солнца потоки очень разнообразны. Различны и условия в межпланетном пространстве, которое они преодолевают, поэтому нет строго одинаковых магнитных  бурь. Каждая имеет своё лицо, отличается не только силой, интенсивностью, но и  особенностями развития отдельных  процессов. Таким образом, следует  иметь в виду, что понятие “магнитная буря”  в данной проблеме действия космоса на здоровье является своего рода собирательным образом.

     Влияние солнечной активности на возникновение  заболеваний установил ещё в 20-х  годах А.Л.Чижевский. Его считают  основоположником науки гелиобиологии. С тех пор проводятся исследования, накапливаются научные данные, подтверждающие влияние солнечных и магнитных  бурь на здоровье. Замечено, что ухудшение  состояния больных максимально  проявляется, во-первых, сразу после  солнечной вспышки и, во-вторых, –  с началом магнитной бури. Это  объясняется тем, что спустя примерно 8 минут от начала солнечной вспышки  солнечный свет (а также рентгеновское  излучение) достигают атмосферы  Земли и вызывают там процессы, которые влияют на функционирование организма, а примерно через сутки начинается сама магнитосферная буря Земли.

     Из  всех заболеваний, которые подвержены воздействию магнитосферных бурь, сердечно–сосудистые  были выделены, прежде всего, поскольку  их связь с солнечной и магнитной  активностью была наиболее очевидной. Проводились сопоставления зависимости  количества и тяжести сердечно–сосудистых  заболеваний от многих факторов внешней  среды (атмосферное давление, температура  воздуха, осадки, облачность, ионизация, радиационный режим и так далее), но достоверная и устойчивая связь  сердечно–сосудистых заболеваний  выявляется именно с хромосферными  вспышками и геомагнитными бурями.

     Во  время магнитных бурь проявлялись  субъективные симптомы ухудшения состояния  больных, учащались случаи повышения  артериального давления, ухудшалось коронарное кровообращение, что сопровождалось отрицательной динамикой ЭКГ. Исследования показали, что в день, когда на Солнце происходит вспышка, число случаев  инфаркта миокарда увеличивается. Оно  достигает максимума на следующий  день после вспышки (примерно в 2 раза больше по сравнению с магнитоспокойными  днями). В этот же день начинается магнитосферная буря, вызванная вспышкой.

     Исследования  сердечного ритма показали, что слабые возмущения магнитного поля Земли не вызывали увеличения числа нарушений  сердечного ритма. Но в дни с умеренными и сильными геомагнитными бурями нарушения ритма сердца происходят чаще, чем при отсутствии магнитных  бурь. Это относится как к наблюдениям  в состоянии покоя, так и при  физических нагрузках.

     Наблюдения  за больными гипертонической болезнью показали, что часть больных реагировала  за сутки до наступления магнитной  бури. Другие чувствовали ухудшение  самочувствия в начале, середине или  по окончании геомагнитной бури. В начале и на протяжении бури увеличивалось систолическое давление (приблизительно на 10 – 20%), иногда в конце, а также в продолжение первых суток после её окончания увеличивалось как систолическое, так и диастолическое артериальное давление. Только на вторые сутки после бури артериальное давление у больных стабилизировалось.