МЫ ЖИВЕМ В АТМОСФЕРЕ СОЛНЦА (продолжение 3)

1.4. Волновое излучение Солнца и его изменения. Что попадает в среду обитания?

 

Замагниченный солнечный ветер, солнечные космические лучи – важная, но не единственная составляющая космической погоды. Как будет ясно из дальнейшего изложения, некоторые экологические показатели среды обитания существенно зависят от вариаций волнового солнечного излучения. Зависимость потока излучения от его длины волны – спектр – показана на рис. 1.13. Так она выглядит за пределами земной атмосферы. Основная доля излучаемой Солнцем энергии приходится на видимую часть спектра. Это «обычный» свет
(на рис. 1.13 заштриховано). Именно эта часть света вносит основной вклад в нашу земную энергетику. Солнечное «энергоснабжение» нашей планеты, которое в среднем составляет 1368 Вт/м², характеризуется высокой стабильностью. Внеатмосферные измерения, выполненные за последние два десятилетия, показали, что вариации солнечной активности за 11-летний цикл изменяют приведенную величину («солнечную постоянную») не более чем на 0,2%. Свет проникает на поверхность Земли в ясную погоду практически без поглощения (этот диапазон длин волн иногда называют «оптическим окном» прозрачности атмосферы). Если двигаться теперь по горизонтальной оси рис. 1.13 в сторону коротких длин волн, где представлено ультрафиолетовое излучение, рентгеновские лучи и гамма-излучение, то этих участках спектра поток излучения сильно изменяется при переходе от максимума солнечной активности к минимуму, причем с уменьшением длины волны масштабы изменений сильно возрастают. Например, когда развивается большая хромосферная вспышка, то коротковолновое излучение усиливается дополнительно во многие десятки раз, в это время Солнце становится источником и гамма излучения. Эти громадные изменения интенсивности в среде обитания непосредственно не регистрируются, так как в коротковолновом диапазоне атмосфера непрозрачна и все излучение поглощается.
В результате этого в наземные телескопы невозможно наблюдать динамические процессы в горячей короне, поскольку все детали там можно видеть в основном в рентгеновском диапазоне. Грандиозные коронарные выбросы вещества в межпланетное пространство были обнаружены только после того, как рентгеновские телескопы были вынесены за пределы атмосферы.

Рис. 1.13. Спектральная плотность солнечного излучения за пределами земной атмосферы. 1, 2 – максимум и минимум солнечной активности, 3 – вспышка балла 3n. Заштриховано – область спектра, воспринимаемая глазом.

 Если двигаться вдоль горизонтальной оси рис. 1.13 в сторону увеличения длины волны, то мы сначала попадаем в диапазон теплового (инфракрасного) излучения, дальше идут сначала миллиметровые, затем – сантиметровые, метровые и т. д. радиоволны. Интенсивность при этом быстро падает. Спектр излучения в радиодиапазоне показан отдельно на рис 1.14. Он является продолжением рис. 1.13 со стороны волн большой длины, самое большое значение потока на рис. 1.14 примерно в миллион раз меньше потока видимого излучения. Для спокойного Солнца интенсивность сантиметрового излучения определяется хромосферой, метрового – короной.

Рис. 1.14. Спектральная плотность солнечного радиоизлучения (продолжение предыдущего рисунка вправо). 1 – минимальная солнечная активность; 2 – шумовая буря; 3 – радиовсплеск, сопровождающий мощную хромосферную вспышку; 4 – максимальная солнечная активность.

Известны два основных типа возмущений в радиодиапазоне, связанные с солнечной активностью: во-первых, это уже не раз упоминавшаяся хромосферная вспышка; всплески радиоизлучения в данном случае могут длиться многие часы, поток может возрасти в тысячу раз (кривая 3 на рис. 1.14); во-вторых, это так называемые шумовые бури; их источником являются некоторые активные области с пятнами большой площади (спектр показан кривой 2 на рис. 1.14). В сантиметровом-метровом диапазонах солнечное радиоизлучение свободно проникает в среду обитания (радиоастрономическое «окно прозрачности»). Можно сразу же заметить, что это излучение и его вариации имеют низкую экологическую значимость, так как фон радиоволн в среде обитания определяется сейчас радиоизлучением технического происхождения – многочисленными теле- и радиостанциями, радиолокационными установками, излучением различных промышленных установок, бытовыми приборами. Высокий уровень помех, впрочем, не мешает наблюдать Солнце на различных длинах волн всего этого диапазона. Современная радиоприемная аппаратура позволяет строить радиоизображения Солнца, на которых видно множество деталей. Очень большие изменения солнечного радиоизлучения происходят на сверхдлинных волнах (в радиоастрономии более употребительны обратные величины – частоты; речь идет о частотах ниже 1 мегагерца, т. е. меньше одного миллиона колебаний в секунду).Однако радиоволны такой большой длины поглощаются в самых верхних слоях атмосферы. Об этих излучениях вообще не было известно до начала радиоастрономических измерений в космосе (выше земной атмосферы).

Указанные выше электромагнитные возмущения в околоземном пространстве характеризуются своим временным ходом (рис. 1.15). Практически сразу, т.е. через 8 минут, после вспышки регистрируется повышение потока ионизирующего, ультрафиолетового и радиоизлучения, которые оказывают воздействие на ионосферу. В это время на поверхности Земли могут регистрироваться вариации электромагнитного фона ионосферного происхождения. Через несколько часов в результате взаимодействия выброшенной плазмы (солнечного ветра) с межпланетным магнитным полем генерируются электромагнитные волны метрового диапазона. Чуть позже окрестностей Земли достигают солнечные космические лучи (протоны и электроны, которые в магнитных полях активных областей Солнца разгоняются до высоких энергий). Взаимодействие же космических галактических лучей с выброшенной солнечной плазмой приводит к снижению их потока (форбуш-эффект), которое в околоземном пространстве регистрируется через несколько суток, т.е. после того, как солнечный ветер достигает Земли. Завершающим этапом в этой цепи событий является взаимодействие сгустка солнечной плазмы с магнитосферой земли, следствием чего является развитие геомагнитных возмущений и бурь.

Рис. 1.15. Последовательность послевспышечных событий в околоземном пространстве.
По горизонтальной оси – время от начала вспышки на Солнце, по вертикальной оси – амплитуда изменений в относительных единицах.

См. продолжение...