Циклические явления в околоземном пространстве

СОДЕРЖАНИЕ

Цикл вариации степени воздействия частиц высокой энергии на атмосферу

Цикл повторяемости полярных сияний

Полугодовой цикл повышения интенсивности полярных сияний

Цикл вариации атмосферного электричества

Цикл колебаний интенсивности космического облучения Земли

Многовековой и внутривековой циклы кометной активности

Внутривековой и многовековой ритмы частоты падения метеоритов на Землю

Цикл интенсивности выпадения комет на Землю

Цикл вариации степени воздействия частиц высокой энергии на атмосферу

Заряженные частицы, приходящие из космоса к Земле, можно разделить на два класса: низкоэнергичные частицы корпускулярных потоков (солнечная плазма) с энергией протонов порядка 103–105 эв и высокоэнергичные космические частицы с энергией протонов выше 1 Мэв. Высокоэнергичные лучи приходят к Земле в основном из Галактики, лишь малую их часть составляют мягкие космические лучи с энергией 106–108 эв, испускаемые Солнцем во время хромосферных вспышек. Некоторое количество частиц с энергиями ниже 2 Мэв покидают Солнце даже в тех случаях, когда оно находится в спокойном состоянии. Однако более энергичные частицы солнечного происхождения в окрестностях Земли всегда связаны с активными областями на Солнце.

Сравнивая нашу Землю со Вселенной, мы находим, что она всего лишь точка. – Луций Анней Сенека Земля – песчинка в бесконечных звездных просторах. И тем удивительнее, что населяющие ее люди, песчинки по сравнению с Землей, сумели проникнуть мысленным взором в глубины космоса, понять процессы, происходящие на звездах, осознать их величие и не оробеть перед необъятностью пространства и времени

Частицы с энергией 108–1010 эв способны фокусироваться в магнитном поле Земли, в результате чего образуются зоны Штермера – районы с повышенной интенсивностью высокоэнергичных частиц. Д. Бейкер, проанализировав результаты спутниковых наблюдений за интенсивностью потока частиц солнечного происхождения, пришел к выводу, что величина энергии, передаваемой земной атмосфере высокоэнергичными электронами, подвержена циклическим вариациям. Наиболее отчетливо эта цикличность наблюдается в приполярных широтах Земли.

Количественные характеристики

Период27 суток
Продолжительность максимальной степени воздействия2,5 суток
Максимальная энергия, передаваемая земной атмосфере1 Мвт/сек

Механизм возникновения циклического явления

Предполагается, что этот цикл порождается периодическим обращением активных областей фотосферы Солнца, которые испускают потоки частиц высокой энергии. Частицы высоких энергий, прежде чем попасть на Землю, проносятся под воздействием межпланетного магнитного поля в окрестности Юпитера.

Порождаемые циклические явления

Д. Бейкер предполагает, что взаимодействие частиц высоких энергий с атмосферой является одной из причин появления озоновых дыр над Северным и Южным полюсами Земли.

Цикл повторяемости полярных сияний

Полярное сияние представляет собой быстро сменяющееся свечение отдельных участков ночного неба, наблюдаемое временами в высоких широтах. Полярные сияния вызываются высокоэнергичными электронами, вторгающимися в ионосферу в высоких широтах и ионизирующими молекулы воздуха, главным образом в Е-слое ионосферы. Излучения в видимом диапазоне порождаются в основном следующими спектральными линиями: зеленой линией атомарного кислорода 557,7 нм; красным кислородным триплетом 630-639 нм; красными полосами атомарного азота.

Реальная Вселенная никогда не совпадает с человеческой логикой, всегда отличаясь от нее хотя бы на шаг! «Тех, кто правильно подставляет свой парус дыханию Земли, подхватывает ее мощное течение и несет все дальше и дальше – навстречу неизвестному. Вселенная полна чудес, которые нам еще только предстоит познать». – Пьер Тейяр де Шарден

Установлено, что в узкой кольцевой зоне шириной в несколько градусов, удаленной от полюса примерно на 20°, полярные сияния появляются чаще, чем на других широтах. Эта зона получила название авроральной. Установлено, что для полярных сияний авроральной области характерна цикличность, проявляющаяся в том, что приблизительно через равные промежутки времени общее число наблюдаемых полярных сияний становится выше своего нормального значения.

Количественные характеристики

Период – 27 суток

Механизм возникновения циклического явления

Предполагается, что цикл повторяемости полярных сияний порождается внутрисезонным циклом вариации геомагнитной возмущенности с периодом, близким к 27 суткам. В дни с высокой геомагнитной возмущенностью вблизи авроральной зоны создается сильное электромагнитное поле, ускоряющее электроны солнечного и галактического происхождения до энергий в 5 кэВ, которые, в свою очередь, ионизируя молекулы воздуха, приводят к возникновению полярного сияния.

Полугодовой цикл повышения интенсивности полярных сияний

Полярные сияния, быстро меняющееся свечение отдельных участков ночного неба, в основном регистрируются в авроральной области, представляющей собой овал с минимальной геомагнитной широтой 68° вблизи полуночи и максимальной 78° на полуденном меридиане. Установлено, что действительное положение аврорального овала меняется в течение года циклически в зависимости от уровня геомагнитной возмущенности.

Количественные характеристики

Период – 0,5 года

Среднее положение в полуночном секторе аврорального овала в зависимости от геомагнитной возмущенности:

Уровень возмущенияСреднее положение аврорального овала
(геомагнитная широта)
Слабый75°
Умеренный70°
Сильный60°
Очень сильный53°

Механизм возникновения циклического явления

Предполагается, что полугодовой цикл повышения интенсивности полярных сияний порождается вариациями геомагнитной возмущенности с периодом близким к полугоду.

Цикл вариации атмосферного электричества

Ионосфера и поверхность Земли – лучшие проводники электричества, чем нижние слои атмосферы, поэтому их можно рассматривать как области однородного электрического потенциала. Эти области образуют обкладки сферического конденсатора, внутри которого расположена атмосфера. Градиент потенциала, называемый атмосферным электрическим полем, изменяется обратно пропорционально уровню проводимости воздуха. Атмосферное электричество играет важную роль в развитии некоторых типов погоды, особенно гроз, а также участвует в процессах, приводящих к слабой электризации ливней при отсутствии молний. На основании изучения данных о земном электричестве за 7 периодов солнечной активности Бауэр пришел к выводу, о цикличности суточных и годовых вариаций градиента потенциала земного электричества.

Количественные характеристики

Период11 лет
Относительная амплитуда вариаций
градиента потенциала земного электричества
(при изменении числа солнечных пятен – 90)
30%

Септер нашел простую зависимость между числом солнечных пятен, R, и количеством гроз, N, в Сибири:

N = 10,4 + 9,11R

Разность фаз между грозовым циклом и циклом солнечных пятен варьирует от -5,1 года до +4,8 года, в зависимости от широты и долготы местности.

Механизм возникновения циклического явления

Предполагается, что этот цикл порождается 11-летним циклом солнечной активности, хотя четкого объяснения механизма их взаимосвязи пока не существует.

Цикл колебаний интенсивности космического облучения Земли

Космические лучи, возникающие в Галактике, достигают Земли, причем их интенсивность меняется во времени за счет процессов модуляции, обусловленных действием Солнца. Энергия этих частиц 10 Мэв – 100 Гэв, что позволяет им проникать в земную атмосферу и вызывать вторичное излучение в виде потоков нейтронов и протонов. Интенсивность этого излучения циклически изменяется, однако конкретное ее значение в конкретной точке земного шара зависит от высоты и магнитной широты места.

Космические лучи несут первозданную информацию о Вселенной Космические лучи приходят к нам из глубин Вселенной и несут информацию о рождении, жизни и смерти звезд. И мы до сих пор не знаем, как эти первозданные энергии влияют на нас – быть может, они пробуждают в нас вдохновение?

Количественные характеристики

Период11 лет
Степень падения интенсивности облучения в минимуме21% на 55° геомагнитной широты
7% на экваторе
Минимум интенсивности космического облучения
сдвинут по фазе относительно
минимума числа солнечных пятен на
2–3 года

Космические лучи с энергией меньшей 500 Мэв имеют более сильную изменчивость во время цикла, чем лучи с энергией большей 500 Мэв.

Механизм возникновения циклического явления

Предполагается, что периодичность в космическом галактическом облучении Земли связана с периодичностью изменения интенсивности солнечного ветра, экранирующего Землю от космического излучения.

Порождаемые циклические явления

Колебания интенсивности космического облучения Земли приводят к вариации степени ионизации земной атмосферы.

Многовековой и внутривековой циклы кометной активности

Кометы – небесные тела, которые выглядят как слабо светящиеся пятнышки овальной формы. С приближением к Солнцу у них появляются «голова» и «хвост». Голова кометы включает в себя ядро, в основном состоящее из водяного льда с примесью льдов других газов, а также каменистых веществ. Обычно голова кометы представляет собой туманную оболочку вокруг ядра, состоящую из газов и пыли. Под действием светового давления, а также взаимодействия с солнечным ветром, газы и пыль уносятся в направлении от Солнца, образуя хвосты комет.

Комета – это живой проблеск осознания в черном космосе реалльности «Старики и кометы почитаются по одной и той же причине: и у тех, и у других длинные бороды; и те, и другие владеют даром предсказания». – Джонатан Свифт

Б.И. Рубашев, воспользовавшись каталогом комет Данцига, содержащим сведения о кометах за 19 столетий, убедился в том, что наибольшее количество комет в Солнечной системе появляется примерно через равные промежутки времени. Более короткая периодичность в появлении комет в Солнечной системе была установлена на основании анализа данных, взятых из каталога комет Портера (Porter, 1961).

Количественные характеристики

Периоды кометной активности
ВнутривековойМноговековой
22 – 26 лет900 лет

Внутривековой и многовековой ритмы частоты падения метеоритов на Землю

Метеориты – малые тела Солнечной системы, падающие на Землю из межпланетного пространства. Масса крупнейших метеоритов достигает до 60 000 кг (метеорит Гоби). Построение частотного графика падения метеоритов по каталогу Прайора и Хея (Prior, Hey,1953) показало, что эта кривая отражает ритмическо-волновой процесс. На этой кривой отчетливо проявляются признаки внутривекового и многовекового ритмов.

Количественные характеристики

Периоды ритмов частоты падения метеоритов, лет
ВнутривековойМноговековой
231850

Эпоха минимума многовекового ритма частоты падения метеоритов – 1800 г. н.э.

Цикл интенсивности выпадения комет на Землю

В 1980 г. американским ученым Л. Альваресом обнаружено аномальное обогащение иридием слоев глинистых отложений, относящееся по времени к границе между меловым и третичным периодом. Источником иридия мог быть, по его мнению, только объект внеземного происхождения. В дальнейшем было выявлено, что такое событие происходило в истории Земли примерно через одинаковые промежутки времени. Кроме того, данные о возрастах крупных кратеров на Земле показали, что их возраст примерно совпадает с аномальным обогащением отложений. Альварес сделал предположение, что причиной этого явления может быть цикличность в интенсивном выпадении комет на Землю.

Количественные характеристики

Период – 26-30 млн. лет

Порождаемые циклические явления

Периодичность возникновения биологических катастроф на Земле, которые предположительно происходят вследствие ударов астероидов и комет о Землю, вызывая запыленность атмосферы и отравление организмов