В работе рассмотрены исторические события и произведено сравнение их количества за год с голами солнечной активности
Вложение | Размер |
---|---|
karpuk.doc | 454.5 КБ |
Содержание
Введение |
Солнечная активность |
Солнечные вспышки |
Методы и методика работы |
Заключение |
Список литературы |
Введение.
В конце 1990-х годов начался очередной, 23-й по счету, цикл солнечной активности. На фотосфере стало больше темных пятен и активных областей, в которых происходят интересные и зачастую таинственные явления – по подъем в верхнюю атмосферу (хромосферу) больших масс вещества до проявления солнечных вспышек, эквивалентных по энергии взрыву миллионов атомных бомб.
«Земное эхо солнечных бурь». Так окрестил советский геофизик А.Л.Чижевский влияние солнечной активности на земную жизнь. Не имея зорких аппаратов, какими располагает наука в наши дни, он провел статистические исследования земных откликов (погоды, флоры, фауны) в разных фазах солнечного цикла и убедительно показал, что такое влияние действительно существует. На примере многочисленных временных совпадений погодных факторов, урожайности, распространения эпидемий с параметрами солнечной активности была показана наша зависимость от состояния светила.
Цель: проследить зависимость обострения политической обстановки в мире от усиления солнечной активности.
Задача: сопоставить данные об обострении политической обстановки в мире с годами солнечной активности;
Гипотеза: Чем больше темных пятен и активных областей на Солнце, тем больше политических проблем.
Солнечная активность.
Тёмные пятна и активные области. В 1610 г. Г.Галилей впервые посмотрел на небо в телескоп. Он не был, строго говоря, изобретателем этого прибора. Подзорную трубу изобрёл один голландский офицер для наблюдения за вражеским флотом. Галилей, видоизменив прибор, применил его для наблюдения за небесными объектами (находящимися на бесконечном расстоянии). Так появился главный инструмент наблюдательной астрономии.
Первые же телескопные наблюдения привели к открытиям. На солнечном диске Галилей заметил тёмные пятна. Сохранилось, правда, более раннее свидетельство, что, глядя на Солнце сквозь дым, люди наблюдали на «божественном лике» пятна, которые, по их убеждению, не предвещали ничего хорошего. В наше время мы воспринимаем солнечные пятна как одно из проявлений деятельности конвективной зоны Солнца, в которой горячая плазма вырывается на фотосферу бурными потоками. При своём движении плазма порождает магнитные поля, которые, в свою очередь, оказывают на неё сильное действие. Тёмные пятна возникают в местах, где на поверхность выходят магнитные трубки. Магнитное поле препятствует теплообмену, и пятна на 1500 К оказываются холоднее фотосферы, потому и кажутся тёмными. Пятна недолговечны, время их жизни - часы и дни.
Новый цикл солнечной активности начинается с появления тёмных пятен на средних широтах (±: 30°), при этом пятна старого цикла ещё видны вблизи экватора. Количество пятен растёт, появляются пары с разной полярностью магнитного поля, они дрейфуют к экватору, собираясь в группы. Достигнув максимума, их количество начинает убывать. Цикл завершается, когда на средних широтах появляются молодые пятна нового цикла. Солнечную активность принято характеризовать числами Вольфа, регулярно публикуемыми обсерваторией в Цюрихе (главном мировом центре наблюдения Солнца): w = 10g + f, где g - суммарное число групп пятен и не образующих группы одиночных пятен, f - полное число пятен. Анализ солнечных данных стал проводиться с 1749 г., тогда же начался отсчёт циклов солнечной активности. Длительность циклов сильно варьирует (от 7 до 17 лет), среднее время между двумя минимумами составляет -11 лет. Внешним проявлением солнечной активности являются также фотосферные факелы – светлые волокнистые образования, факельные площадки размером до 15 тыс км, простирающиеся от фотосферы до верхней хромосферы, и протуберанцы - гигантские дуги, поднимаемые в корону и удерживаемые длительное время магнитным полем. В короне, верхней разреженной части солнечной атмосферы, появляются корональные конденсации (температура до 8*106 К), более яркие, чем окружающая корона (Тк = 2*106 К), и корональные дыры (Т < Тк).
Солнечные циклы. Так Солнце ведёт себя в течение многих лет с хорошо известной периодичностью (рис. 1), среднее время которой 10,8 года. В минимуме пятен мало (не более десятка) и мощных вспышек нет, в максимуме пятна исчисляются сотнями, лик светила напоминает лицо человека, поражённого оспой, а в группах пятен часто и непредсказуемо происходят вспышки. Активность Солнца связана с поведением горячей плазмы в конвективной зоне, где солнечное вещество буквально «кипит», перенося на поверхность энергию, выделенную в ядерных реакциях в центральной зоне. Восходящие из глубины бурные потоки водородно-гелиевой плазмы, увлекаемые ещё и вращением Солнца (период на экваторе 25 дней), порождают общее магнитное поле и локальные поля групп пятен, которые часто превышают общее поле в тысячи раз. Генерация магнитных полей описывается динамо-механизмом, предложенным американским физиком Е.Паркером ещё в 1950-х гг. Согласно теории, 11 лет - это среднее время реверса общего магнитного поля Солнца, а удвоенный (22 года) интервал - период возврата вектора магнитной напряжённости в исходное состояние. Не всё ясно в теории динамо, и многие вопросы солнечной активности остаются без ответа. Почему цикл длится 11 лет и наблюдается его большой разброс? Как объяснить нагрев короны, расположенной над более холодной фотосферой?
Солнце эпохи абсолютизма. Недавно стали известны результаты изучения архивов Парижской обсерватории, относящихся к правлению Людовика XIV. В обсерватории, созданной указом короля, в течение многих лет проводились регулярные наблюдения светила. Король-Солнце был к Солнцу явно неравнодушен, и это скромное увлечение позволило в наши дни обнаружить одну из интереснейших загадок науки.
Рис.1. Циклы солнечной активности.
Как оказалось, во время абсолютной монархии Солнце было более совершенным: в течение 70 лет (1645-1715) на нём практически не было пятен! 11-летний цикл активности был «отменён» (см. рис. 1). За это время должно было пройти несколько полных циклов, в максимуме которых число пятен доходило бы до сотен, извергались бы потоки плазмы и происходили оптические вспышки. Но в конце ХVII в. - десятилетия сплошного «штиля» без вспышек и потрясений, будто Солнце уснуло и стало бесстрастным, как Луна. Наблюдатели отмечали, что погода в Европе тогда была необычно холодной, с суровыми зимами, когда льдом покрывались не только реки, озёра, но и Северное море, подогреваемое Гольфстримом. Заметили и другую аномалию: почти исчезли полярные сияния.
Маундеровский минимум. Спад солнечной активности получил название маундеровского минимума - по имени немецкого астрофизика E. Маундера, исследовавшего в конце XIX в. это удивительное явление. Солнечный «застой» действительно имел место, но всё же оставались сомнения в его истинных размерах, ведь Солнцу в те далёкие времена доверяли и не держали постоянно под колпаком». Тут-то и понадобились свидетельства королевского астронома, который, выполняя волю монарха, 30 лет изо дня в день вёл солнечный дневник. Минимум Маундера оказался ещё более глубоким и быстрым, чем представлялся ранее. Всего за пару лет хорошо отлаженный механизм солнечных циклов сменился полным «застоем» и так же неожиданно вышел из «спячки». Прямо оживший замок Спящей красавицы - пажи забегали, соловьи запели... И ещё одна деталь: наряду с наблюдением тёмных пятен астроном регулярно снимал мерку с Солнца, измеряя его видимый диаметр. Хотя точность была невысокой, установлено, что Солнце в «застойное» время было больше - на 0,0001 своего диаметра. Представляется такая картина: силовые линии новых магнитных потоков, выходящих из солнечных глубин, сдерживались какими-то силами под фотосферой, но упорно рвались наружу.
Смена динамо-механизма. Во время маундеровского минимума на Солнце произошла смена механизма генерации магнитного поля. Полная теория динамо-механизма, которая объяснила бы такую перемену, пока не создана. Какие поля находятся под фотосферой, каковы их величина и конфигурация точно не известно. Приходится больше полагаться на наблюдения и их анализ. «Археологическое» исследование вкупе с данными по солнечной активности позволило глубже понять ритмику Солнца. Кроме известного 11-летнего периода, выявился еще один - вековой. С периодичностью -100 лет на Солнце происходят изменения амплитуды циклов (см. рис. 1). Солнце, как бы потрудившись век, пытается впасть в летаргический сон. Однажды, в маундеровском минимуме, ему это удалось. В конце ХVIII в. оно сделало новую попытку, заметно сбавив высоту циклов (наполеоновский минимум). Следующий спад, в конце XIX в., был еле заметен. Что произойдёт сейчас, в начале ХХI в.? Не предпримет ли Солнце новую попытку «перестроиться»? Если это произойдёт, мы станем свидетелями крупного космического события, достаточно мирного, хотя несколько неудобного (долгие холодные зимы). Может быть, это вдохновит учёных, И они смогут, наконец, ответить на вопрос: что всё-таки происходит с нашей звездой, когда на ней исчезают пятна?
Маундеровский минимум не уникален. Более далёкие «раскопки» показывают, что ещё раньше были аналогичные минимумы, - Шперера (1416-1534 гг.) и Вольфа (1282-1342 гг.). Есть сведения о ещё более древних, уходящих в тьму веков, «провалах» солнечной активности. Похожие явления наблюдаются у вспыхивающих звёзд, мощность вспышек которых намного превышает солнечную. Наблюдения таких звёзд расширяют возможности исследования явления, но не решают проблему солнечной активности.
Солнечные вспышки
Магнитные поля на Солнце - это выпущенный на свободу «джин». Закручиваясь и переплетаясь из-за вращения Солнца, они ведут себя непредсказуемо и порой весьма бурно. В местах скопления тёмных пятен (области AR)конфигурация поля бывает очень сложной: в тесном соседстве оказываются разнонаправленные силовые линии. Если расположение пятен быстро меняется, и поле может внезапно, скачком, измениться. Происходит пересоединение силовых линий, и огромный запас потенциальной энергии магнитного поля переходит в кинетическую энергию разлетающейся плазмы. Это явление - солнечная вспышка наблюдается как взрыв, в результате которого на десятки минут яркость AR многократно возрастает. Вспышки - одно из самых ярких проявление солнечной активности - давно привлекали внимание не только астрономов, но и геофизиков, космонавтов, радиоинженеров, - тех, кто сталкивался с ними как с мощным и опасным фактором. Вспышки нарушают радиосвязь, вызывают магнитные бури и выбрасывают в космос большие радиационные потоки. Откуда черпается энергия вспышки? Можно ли предсказать момент её появления, чтобы быть готовым к последствиям?
Хромосферные вспышки. Серьёзные наблюдения начались с 1859 г., когда два астронома, в Англии и Индии, одновременно зарегистрировали солнечную вспышку столь мощную, что её увидели в «белом свете», Т.е. без светофильтров. Энергия вспышки составляла 1025 Дж. Чаще встречаются слабые вспышки(1022 Дж). Их можно заметить только в линиях (обычно в линии водорода На), что делает вспышку более контрастной на фоне фотосферы. Существует патрульная служба вспышек, охватывающая сеть обсерваторий, ведущих непрерывные наблюдения Солнца. О солнечных вспышках написано много. Казалось, их изучили вдоль и поперёк. В каталогах приведены баллы вспышек, координаты, интенсивности потоков. Огромный объём данных способствовал прояснению картины вспышки, но до сих пор её природа - источник и процесс выделения энергии - остаётся нераскрытой. Причина в том, что оптическое и мягкое рентгеновское излучения вспышки, которые исследовали до сих пор, - вторичны. Они лишь тепловой «отклик» солнечной атмосферы на выделяющуюся энергию. Вспышка «запускается» пересоединением силовых линий и резким изменением магнитного поля. Переменное магнитное поле порождает электрическое, которое ускоряет заряженные частицы. В хромосфере и короне, где условия ускорения наиболее удобны (из-за малой плотности газа), возникают пучки частиц высокой энергии - протонов и электронов, взаимодействующих с солнечной атмосферой и приводящих к появлению сопутствующего гамма-излучения. Гамма-излучение - неизбежный спутник энергичных заряженных частиц. Чтобы найти ключ к тайне вспышки, надо исследовать её гамма-излучение.
Гамма-вспышки. В максимуме 22-го цикла (1991 г.) такие исследования были проведены двумя орбитальными обсерваториями: советско-французской обсерваторией ГАММА и американской GRO-COMPTON. Были зарегистрированы вспышечные потоки высокоэнергичных гамма-квантов (Е > 30 МэВ) во время семи мощных солнечных вспышек класса 3В/Х (3В - самые яркие оптические вспышки; Х - рентгеновское излучение). Сопоставление результатов измерений гамма- и оптического излучений привели к обнаружению новых, ранее не проявлявшихся характеристик вспышки. Были определены энергетические спектры и угловая направленность потоков ускоренных частиц. Интенсивности этих потоков оказались в 10-100 раз больше для электронов, а удержание в магнитных ловушках - лучше для протонов (часы), в то время как электроны быстро теряют энергию из-за синхротронных потерь. Точно установлено одновременное (до 1 с) ускорение протонов и электронов в начале вспышки. Исследование гамма-вспышек только началось. Сейчас за ними следит орбитальная станция RHESSI (NASA).
2. Солнечная активность и число заболеваний.
Итак, исследуем сначала первую цепочку: СА и число заболеваний. По нашим исследованиям в 1996 г. средняя по месяцам СА была такой (по индексу W) (см. Таблица № 1 и График № 1):
Число заболеваний в эти месяцы соответственно оказались равны:
Анализируя результаты, замечаем следующее. Видно, что в 1996 г. при повышенной СА число заболеваний ИМ в некоторых случаях становится больше, а в других случаях почти не изменяется или даже уменьшается. Отсюда ясно, что в этой цепочке по данным 1996 г. как и в предыдущих наших исследованиях чёткой положительной или отрицательной корреляции не наблюдается.
Анализируя по графику данные заболеваний по 2000 г., можно сделать аналогичный вывод, т. е. в цепочке СА – число заболеваний чёткой положительной или отрицательной корреляции не наблюдается.
Это мы объясняем тем, что возможна большая активность Солнца по показателю W за счёт не центральных пятен и групп, когда при фотосферных вспышках над пятнами краевых зон диска Солнца направленность выбросов потоков частиц происходит под значительным углом к направлению на нашу планету, и тем самым их влияние на геопроцессы незначительно.
3. Неблагоприятные геофизические дни и число заболеваний.
Исследуем теперь цепочку НГД – число заболеваний. Напомним, что по нашим
предыдущим исследованиям в годы меньшей СА, % заболеваний в НГД увеличивался по сравнению с благоприятными днями. Это мы объясняем тем, что из анализа данных о влиянии на земные процессы пятен и групп пятен центральной части диска Солнца нами замечена взаимосвязь времени нахождения этих групп со временем НГД, печатаемых в СМИ. Аналогичная картина наблюдалась и по 1996 г. Так, в 1996 г. процент заболеваний был больше средних значений соответственно: в апреле на 40%, в мае на 30%, в июне на 58%, в августе на 28%. И только в июле % заболеваний был ниже среднего уровня на 9%. Эту единственную аномалию мы объясняем возможным отъездом потенциальных больных в дни летних отпусков.
Подобной аномалии в 2000 г. не наблюдалось. Процент заболеваний по месяцам был выше средних значений: в апреле на 38%, в мае на 35%, в июне на 40%, в июле на 40%.
Из данного анализа следует вывод, что в НГД число заболеваний ИМ увеличивается. Более детальные численные данные приведены в Таблице № 3; см. также Схему № 1.
4. Солнечная активность и тяжесть заболеваний.
Далее мы решили выяснить, имеется ли какая-либо зависимость между величиной СА по показателюW и тяжестью заболеваний. При исследовании этой цепочки мы учитывали только тех больных, которые после поступления в стационар находились в нём 15 дней и больше, т. е. тяжелобольных.
Результаты нашего анализа дали следующую картину, совпадающую с картиной наших предыдущих исследований. По данным наших исследований вырисовывается картина неоднозначной зависимости в этой цепочке. Т. е. в некоторых случаях большое число тяжелобольных не соответствовало уровню СА в этот период. И наоборот.
Следовательно, ни прямой, ни обратной корреляции в цепочке «СА и тяжесть заболеваний» нами установлено не было (см. Таблица № 2 и График № 2).
5. Неблагоприятные геофизические дни и тяжесть заболеваний.
Осталось исследовать последнюю цепочку: НГД – тяжесть заболеваний. По результатам нашего анализа повторилась картина наших предыдущих исследований, т. е. в НГД число тяжелобольных увеличивалось в сравнении с благоприятными днями.
Статистически это подтверждается так. Число тяжелобольных в НГД в 1996 г. в апреле было на 35% больше, в мае на 28%, в июне на 50%, в августе на 30%. И только опять в июле число тяжелобольных было опять ниже среднего уровня на 6%.
По результатам анализа заболеваний в 2000 г. картина выглядит таким же образом
(см. Таблица № 4 и Схема № 2).
6. Выводы.
Т. е. по результатам всего нашего анализа следует, что НГД связанные с хромосферными вспышками, происходящим на Солнце вблизи его центрального меридиана, являются доминирующим фактором отрицательного влияния на число и характер заболеваний ИМ. Также по результатам наших исследований НГД бывают преимущественно в дни нахождения больших пятен и активных групп в близи центрального меридиана Солнца.
Показатель же активности по W не всегда соответствует этой зависимости.
НГД оказывают существенное влияние на тяжесть заболеваний ИМ.
Также нами было установлено то, что наибольшее число заболеваний и тяжелобольных наблюдалось в год максимальной солнечной активности, т.е. в 2000 год.
Значение работы состоит в следующем:
В ближайшей перспективе мы продолжим начатые исследования по 5 направлениям:
1). Дни максимальной солнечной активности в месяце и число заболеваний.
2). Дни максимальной солнечной активности в месяце и тяжесть заболеваний.
В заключение следует сказать, что для возможного прогнозирования НГД нужно учитывать дифференцированность значений периодов вращения различных слоёв
(а значит пятен и групп) фотосферы Солнца в зависимости от их гелиографической широты. Например, группа пятен на широте φ = 30о – 35о, появившаяся на восточном краю Солнца (по наблюдениям) достигает центральных областей солнечного диска (период наибольшего влияния на земные процессы) через 7 суток. Этот же период времени для более высоко- или низкоширотных групп соответственно увеличивается или уменьшается на 1-1.5 суток. Кроме того, учитывается возможное запоздание прихода потока частиц от Солнца до нашей планеты на 1-2 суток, в зависимости от их скорости. С установкой на башне нашей обсерватории нового телескопа «Альтаир» возможно непосредственное наблюдение характера изменений размеров, вида, формы пятен с целью установления времени происшедших хромосферных вспышек. Это также находится в плане наших перспективных дальнейших исследований с отражением в точных зарисовках и фотографиях.
Методы и методика работы
В основу работы положены методы анализа дат исторических событий и годов солнечной активности на протяжении двух веков, математический метод (обсчет статистических данных). Чтобы проследить зависимость политической обстановки в мире от солнечной активности был выбран отрезок времени от 1800 до 1950 года. Затем выбирались года с повышенным числом Вольфа (больше 40) и проводился анализ данной даты с точки зрения исторических и политических событий. Полученные данные заносились в соответствующую таблицу:
В процессе сопоставления дат стало видно, что большинство политических конфликтов, воин, восстаний, революций происходит в года повышенной солнечной активности. Сопоставляя количество обострений в международных отношениях и тяжесть их последствий с число Вольфа, установил, что здесь так же прослеживается прямая зависимость, хотя, несомненно, влияют и другие факторы
Заключение.
Для астрономов и геофизиков в наши дни нет сомнений, что важные солнечно-земные связи существуют. Их влияние может быть различно в зависимости от состояния солнечной активности, и от положения Земли относительно Солнца.
Изучения воздействия солнечной активности на атмосферу Земли поможет уяснить, каким путём воздействует Солнце на человеческий организм и на его психологическое состояние. Эти знания в свою очередь помогут улучшить условия жизни человека, помогут предотвратить какие-то конфликты и междоусобицы.
Нами замечена связь роста солнечной активности с обострением политической ситуации в мире. Мы собрали подробные сведения о различных политических конфликтах и сопоставили их с данными о солнечной активности. И на основании этого можем сделать следующие выводы:
Так ли всё это – ответить пока невозможно. Но, повторяем, учёные в принципе не сомневаются в существовании солнечно-земных связей. Им предстоит установить характер этих связей, научиться на этом основании предвидеть будущее.
Список литературы.
8. Примечания.
Корреляция в работе рассчитывалась по следующей формуле:
P (%) = (n1*(N - N1))/(n1*(N - N1) + N1*(n - n1))*100%, где
N – число дней в месяце.
N1 – число НГД в месяце.
n – общее число заболеваний в месяце.
n1 – число заболеваний в НГД.
В представленных схемах, а также из формулы видно, что величина корреляции большая 50% является положительной, меньшая 50% - отрицательная, а соответственно равная 50% обозначает отсутствие корреляции.
9. Приложения.
СА и число заболеваний (Таблица № 1):
Месяцы | 1996 год | 2000 год | ||
W | n | W | n | |
Апрель | 4 | 82 | 121 | 104 |
Май | 5 | 84 | 98 | 167 |
Июнь | 11 | 69 | 126 | 129 |
Июль | 10 | 57 | 111 | 94 |
Август | 11 | 37 | 88 | 107 |
Солнечная активность и тяжесть заболеваний (Таблица № 2):
НГД и число заболеваний (Таблица № 3):
Месяцы | 1996 год | 2000 год | ||||||
N1 | n1 | n | % | N1 | n1 | n | % | |
Апрель | 7 | 27 | 82 | 62 | 8 | 38 | 104 | 61 |
Май | 7 | 25 | 84 | 59 | 8 | 58 | 167 | 60 |
Июнь | 7 | 25 | 69 | 65 | 7 | 42 | 129 | 61 |
Июль | 7 | 12 | 57 | 48 | 8 | 34 | 94 | 62 |
Август | 7 | 13 | 37 | 65 | 7 | 32 | 107 | 59 |
НГД и тяжесть заболеваний (Таблица № 4):
Месяцы | 1996 год | 2000 год | ||||||
N1 | n1 | n | % | N1 | n1 | n | % | |
Апрель | 7 | 7 | 21 | 62 | 8 | 11 | 31 | 60 |
Май | 7 | 5 | 18 | 57 | 8 | 10 | 27 | 63 |
Июнь | 7 | 8 | 23 | 64 | 7 | 12 | 35 | 63 |
Июль | 7 | 5 | 25 | 46 | 8 | 12 | 33 | 62 |
Август | 7 | 6 | 19 | 61 | 7 | 8 | 28 | 58 |
СА и число заболеваний (График № 1):
СА и тяжесть заболеваний (График № 2):
НГД и число заболеваний (Схема № 1):
НГД и тяжесть заболеваний (Схема № 2):
Браво, Феликс!
Камилл Фламмарион: "Астрономия - наука о живой Вселенной"
Весёлая кукушка
Отчего синичка развеселилась
Притча о гвоздях