Земля и космос. От реальности к гипотезе

Если бы Земля не имела атмосферы или магнитного поля, частицы, достигающие окрестностей Земли, попали бы непосредственно на поверхность планеты. К примеру, они свободно достигают поверхности Луны, и потому образцы доставленного астронавтами грунта с планеты содержат большое число гелия, появившегося здесь только благодаря солнечному ветру, частицы которого, разумеется, содержат элементы, существующие на Солнце. Солнце состоит в основном из водорода, из прочих же элементов главное место занимает гелий. Температура короны, через которую проходит солнечный ветер, превращает эти элементы в мешанину электронов и атомных ядер. Ядром водорода является протон, а ядром гелия — альфа-частица.

Протоны массивнее электронов, и их намного больше, чем еще более массивных альфа-частиц, — и если принимать во внимание как число, так и массу, то главный компонент солнечного ветра — протоны. Любое увеличение плотности ветра из-за какого-либо события на Солнце можно назвать «протонным событием».

Поскольку Земля имеет магнитное поле, электрически заряженные частицы солнечного ветра (один положительный заряд у протонов, два — у альфа-частиц и один отрицательный заряд у электронов) обходят Землю по силовым магнитным линиям. Это значит, что они идут по спирали от одного магнитного полюса к другому, наматывая виток за витком. Эти движущиеся по силовым линиям магнитного поля частицы составляют магнитосферу.

Магнитосфера наиболее близко подходит к поверхности Земли у магнитных полюсов, и именно в этом месте частицы могут легко проникнуть под магнитосферу и попасть в верхние слои земной атмосферы. Взаимодействие заряженных частиц и атомов верхних слоев атмосферы приводит к появлению полярного сияния в виде перемещающихся в небе «потоков» и «занавесов».

Но что же происходит, когда на солнечной поверхности появляется вспышка? Локально поднимается температура, и в данном месте увеличивается турбулентность, а в результате высвобождается энергия и частицы переходят в корону над местом вспышки. Температура короны увеличивается, усиливается ультрафиолетовое излучение и испускание рентгеновских лучей из этого места. Поток дополнительных частиц также приводит к появлению солнечного ветра. Другими словами, вспышка на Солнце становится причиной «протонного события».

Усиление солнечного ветра над особенно большой вспышкой может быть столь великим, что ускорившиеся протоны приобретают достаточно энергии, чтобы считаться слабыми космическими лучами.

Если вспышка на Солнце происходит в направлении Земли или близко к этому, через несколько минут до нас доходит выброс радиационного излучения, а через пару дней добирается и «порыв» солнечного ветра. То, что солнечный ветер дошел до нашей планеты, можно заметить по внезапному расширению северного сияния и увеличению его яркости.

Излучение от вспышки и последующий поток заряженных частиц заметно меняет ситуацию в верхних слоях земной атмосферы. А это может привести к сильным помехам в электронном оборудовании и даже временно разрушить заряженные слои в верхних слоях атмосферы, из-за чего радиоволны перестают отражаться вниз к Земле и уходят в космос. Радиоприем может совершенно прекратиться, а радары стать бесполезными.

Подобные явления обычно называют магнитными бурями, потому что один из признаков вспышки на Солнце — быстрая смена направления магнитной стрелки, которая перестает постоянно указывать на магнитные полюса.

Изменения направления магнитной стрелки и усиление северного сияния — явления довольно интересные, но в наше время они не имеют особого значения. Другое дело — прекращение радиосвязи. Это может серьезно навредить промышленности и населению в связи с широким распространением электроники. В особенно ответственные моменты (к примеру, во время войны или локального конфликта) может оказаться, что радары покажут неверную картину, управляемые по радио ракеты собьются с курса, все виды радиосвязи могут прекратить работу или работать с перебоями.

Понятно, как важно предсказать появление вспышек, чтобы не оставлять в открытом космическом пространстве или на поверхности Луны астронавтов, а также чтобы в случае необходимости перейти на альтернативные виды связи в зоне боевых действий на Земле.

Было бы лучше всего отыскать причины вспышек — их мы еще не знаем. Поскольку вспышки характеризуются тем, что возникают в районе солнечных пятен, можно предположить, что если бы мы знали причину появления солнечных пятен, то смогли бы понять, что их вызывает, но мы не знаем и причины появления солнечных пятен.

Однако попытаемся рассуждать следующим образом…

Солнечные пятна говорят о несимметричности Солнца. Они возникают в определенном месте на поверхности, что свидетельствует об отличии этого места от других. Но как это может произойти? Почему все части солнечной поверхности не имеют одинаковые свойства? Ведь Солнце представляет собой сферу, причем довольно совершенную. Относительно центра любое изменение должно быть симметричным.

На Земле мы наблюдаем изменения погоды. Шторм может возникнуть в одном месте и разрядиться в другом. В одном месте дует легкий ветерок, в другом бушует мощный торнадо. В одном месте засуха, а в другом — наводнение. Но все это — результат значительной асимметрии, потому что одна сторона Земли нагревается солнечным теплом, а другая остывает. И даже на обращенной к Солнцу стороне разные участки поверхности Земли нагреваются с разной интенсивностью и в разное время.

На Солнце же не видно причин для значительной асимметрии. Почему же и здесь есть что-то вроде нашей погоды: возникающие и исчезающие пятна?

Но следует заметить, что Солнце вращается, а разница центробежных сил на различных широтах различна. На полюсе центробежных явлений нет, максимальное же действие центробежные силы оказывают на экваторе; промежуточные участки имеют и промежуточные значения. Вращение может также внести асимметрию и в более глубинные слои Солнца.

Не было бы ничего удивительного, если бы солнечные пятна имели какое-то отношение к широте. Наше предположение совершенно верно: солнечные пятна, как правило, появляются между 5° и 30° как северной, так и южной широты.

В пределах этих широт пятна появляются с определенной регулярностью. Их число возрастает до максимума, затем снижается до минимума, после чего снова достигает максимума, с периодом в одиннадцать лет. Немедленно после минимума пятна появляются примерно на 30° северной и южной широт. Увеличиваясь численно, они год за годом медленно перемещаются по направлению к экватору, близ которого их количество уменьшается. Когда в 5° от экватора пятна исчезают, в 30° появляются новые.

Никто не знает, почему цикличность появления пятен именно такова, но не может ли это быть обусловлено какой-нибудь асимметрией, более сложной, чем вызванная вращением Солнца? Если это так, то откуда может появиться эта асимметрия? Скорее всего, причина этого — воздействие какой-нибудь из планет.

Но как планеты могут оказывать влияние на Солнце? Без сомнения, только при помощи гравитационных полей. Эти поля вызывают приливы на Солнце и некоторую его кривообразность.

К примеру, Луна вызывает приливы на Земле по причине того, что обращенная к Луне поверхность Земли притягивается сильнее, чем обратная сторона Луны. Именно разница в притяжении приводит к появлению эффекта прилива.

Величина приливного эффекта зависит от трех факторов. Первый — масса вызывающего приливы тела: чем она больше, тем больше сила притяжения. Второй фактор — это диаметр тела, на которое действует притяжение: чем больше диаметр, тем больше разность в силе притяжения на противоположных участках. Третий фактор — расстояние между телами: чем больше расстояние, тем слабее притяжение и, следовательно, меньше разница в силе притяжения на противоположных сторонах.

Принимая к рассмотрению все эти три фактора, мы можем составить следующую таблицу: