§ 21.  СОЛНЦЕ И ЖИЗНЬ ЗЕМЛИ

1.  Перспективы   использования   солнечной   энергии.   Из всей   энергии,   излучаемой Солнцем в межпланетное про­странство, примерно  одна двухмиллиардная часть достигает границы земной атмосферы. Около трети энергии солнечного излучения, падающего на Землю, отражается ею и рассеива­ется в межпланетном пространстве. Много солнечной энер­гии идет на нагревание земной атмосферы, океанов и суши.

В настоящее время в народном хозяйстве достаточно ча­сто используется солнечная энергия — гелиотехнические установки (различные типы солнечных теплиц, парников, опреснителей, водонагревателей, сушилок). Солнечные лучи, собранные в фокусе вогнутого зеркала, плавят самые туго­плавкие металлы. Ведутся работы по созданию солнечных электростанций, по использованию солнечной энергии для отопления домов и т. д. Практическое применение находят полупроводниковые солнечные батареи, позволяющие непо­средственно превращать солнечную энергию в электрическую. Наряду с химическими источниками тока солнечные батареи используются, например, в качестве источников электропита­ния на искусственных спутниках Земли и космических комп­лексах. Все это — лишь первые успехи гелиотехники, исполь­зующей самую экологически чистую энергию.

2. Коротковолновое излучение Солнца. Ультрафиолето­вое и рентгеновское излучения исходят в основном от верх­них слоев хромосферы и короны. Это установили, запуская ракеты с приборами во время солнечных затмений. Очень горячая солнечная атмосфера всегда испускает невидимое коротковолновое излучение, но особенно мощным оно бы­вает в годы максимума солнечной активности. В это время ультрафиолетовое излучение возрастает примерно в два раза, а рентгеновское — в десятки и сотни раз по сравнению с излучением в годы минимума. Интенсивность коротковолно­вого излучения изменяется изо дня в день, резко возрастая, когда на Солнце происходят вспышки.

Ультрафиолетовое и рентгеновское излучения частично ионизуют слои земной атмосферы, образуя на высотах 200 — 500 км от поверхности Земли ионосферу. Ионосфера играет важную роль в осуществлении дальней радиосвязи: радиоволны, идущие от радиопередатчика, прежде чем до­стичь антенны приемника, многократно отражаются от ио­носферы и поверхности Земли. Состояние ионосферы меня­ется в зависимости от условий освещения ее Солнцем и от происходящих на нем явлений. Поэтому для обеспечения устойчивой радиосвязи приходится учитывать время суток, время года и состояние солнечной активности. После наибо­лее мощных вспышек на Солнце число ионизованных ато­мов в ионосфере возрастает, и радиоволны частично или полностью поглощаются ею. Это приводит к ухудшению и даже к временному прекращению радиосвязи.

Особое внимание ученые уделяют исследованию озонового слоя в земной атмосфере. Озон образуется в результате фотохимических реакций (поглощение света молекулами кис­лорода) в стратосфере, и там сосредоточена его основная масса. Всего в земной атмосфере примерно 3 • 109 т озона. Это очень мало: толщина слоя чистого озона у поверхности Земли не превысила бы и 3 мм! Но роль озонового слоя, простирающегося на высоте нескольких десятков километров над поверхностью Земли, исключительно велика, потому что он защищает все живое от воздействия опасного коротковол­нового (и прежде всего ультрафиолетового) излучения Солнца. Содержание озона непостоянно на разных широтах и в разные времена года. Оно может уменьшаться (иногда очень значительно) в результате различных процессов. Этому могут способствовать, например, выбросы в атмосферу боль­шого количества разрушающих озон хлорсодержащих веществ промышленного происхождения или аэрозольные выбросы, а также выбросы, сопровождающие извержения вулканов. Области резкого снижения уровня озона («озоновые дыры») обнаруживались над разными регионами нашей планеты, причем не только над Антарктидой и рядом других террито­рий Южного полушария Земли, но и над Северным. В 1992 г. стали появляться тревожные сообщения о временном истощении озонового слоя над севером европейской части России и уменьшении содержания озона над Москвой и Санкт-Петербургом. Ученые, осознавая глобальный характер проблемы, организуют в масштабах всей планеты экологиче­ские исследования, включающие прежде всего глобальную систему, непрерывного наблюдения за состоянием озонового слоя. Разработаны и подписаны международные соглашения по охране озонового слоя и ограничению производства озоноразрушающих веществ.

3*. Радиоизлучение Солнца. Систематическое исследова­ние радиоизлучения Солнца началось только после второй мировой войны, когда обнаружилось, что Солнце — мощный источник радиоизлучения. В межпланетное пространство проникают радиоволны, которые излучают хромосфера (сан­тиметровые волны) и корона (дециметровые и метровые волны). Это радиоизлучение и достигает Земли. Радиоизлу­чение Солнца имеет две составляющие — постоянную, почти не меняющуюся по интенсивности, и переменную (всплески, «шумовые бури»).

Радиоизлучение спокойного Солнца объясняется тем, что горячая солнечная плазма всегда излучает радиоволны на­ряду с электромагнитными колебаниями других длин волн (тепловое радиоизлучение). Во время больших вспышек ра­диоизлучение Солнца возрастает в тысячи и даже миллионы раз по сравнению с радиоизлучением спокойного Солнца. Это радиоизлучение, порожденное быстропротекающими не­стационарными процессами, имеет нетепловую природу.

4. Корпускулярное излучение Солнца. Ряд геофизиче­ских явлений (магнитные бури, т. е. кратковременные изме­нения магнитного поля Земли, полярные сияния и др.) тоже связан с солнечной активностью. Но эти явления происхо­дят через сутки после вспышек на Солнце. Вызываются они не электромагнитным излучением, доходящим до Земли че­рез 8,3 мин, а корпускулами (протонами и электронами, об­разующими разреженную плазму), которые с опозданием (на 1—2 сут) проникают в околоземное пространство, поскольку движутся со скоростями 4001000 км/с.

Корпускулы испускаются Солнцем и тогда, когда на нем нет вспышек и пятен. Солнечная корона — источник посто­янного истечения плазмы (солнечного ветра), которое проис­ходит во всех направлениях. Солнечный ветер, создаваемый непрерывно расширяющейся короной, охватывает движу­щиеся вблизи Солнца планеты и кометы. Вспышки сопро­вождаются «порывами» солнечного ветра. Эксперименты на межпланетных станциях и искусственных спутниках Земли позволили непосредственно обнаружить солнечный ветер в межпланетном пространстве. Во время вспышек и при спо­койном истечении солнечного ветра в межпланетное про­странство проникают не только корпускулы, но и связанное с движущейся плазмой магнитное поле.

5. Проблема «Солнце Земля». Эта проблема, связыва­ющая солнечную активность с ее воздействием на Землю, находится на стыке нескольких наук — астрономии, геофи­зики, биологии и медицины.

Некоторые части этой комплексной проблемы исследуют уже несколько десятилетий, например ионосферные проявле­ния солнечной активности. Здесь удалось не только нако­пить множество фактов, но и обнаружить закономерности, имеющие определенное значение для осуществления беспере­бойной радиосвязи (выбор рабочих частот радиосвязи, про­гнозы условий радиосвязи и др.).

Давно известно, что колебания магнитной стрелки во время магнитной бури особенно заметны в дневное время и имеют наибольшую амплитуду, иногда достигающую не­скольких градусов, в периоды максимума солнечной актив­ности.

Хорошо известно и то, что магнитные бури обычно со­провождаются свечением верхних разреженных слоев атмо­сферы (до нескольких сотен километров), которое вызвано действием протонов и электронов, проникающих в атмо­сферу из космоса. Это полярные сияния — одно из красивей­ших явлений природы. Необычайная игра красок, внезапная смена спокойного свечения стремительным перемещением дуг, полос и лучей, образующих то гигантские шатры, то величественные занавесы, издавна привлекала к себе людей.

В полярных сияниях преобладают два цвета — зеленый и красный. Окраска полярных сияний обусловлена излучением атомов кислорода (наиболее интенсивными в спектрах по­лярных сияний являются зеленая и красная линии).

Полярные сияния, как правило, наблюдаются в высоких широтах земного шара. Это объясняется тем, что заряжен­ные частицы, двигаясь вдоль линий индукций магнитного поля Земли, именно в полярных областях могут проникнуть в атмосферу. Но иногда в годы максимумов солнечной ак­тивности полярные сияния можно наблюдать и в средних широтах.

Существует связь между явлениями на Солнце и процес­сами в нижних слоях земной атмосферы. Солнечное излуче­ние воздействует на нижний слой атмосферы — тропосферу, а следовательно, и на погоду через процессы в верхних слоях атмосферы Земли. Выяснение механизма этого слож­ного воздействия необходимо для метеорологии. Важное зна­чение имеет исследование влияния солнечной активности на биосферу Земли, в частности на состояние здоровья людей.

Чтобы всесторонне исследовать явления, происходящие на Солнце, проводятся систематические наблюдения Солнца (служба Солнца) на многочисленных обсерваториях всего мира. Одна из основных задач службы Солнца — предсказа­ние (прогноз) солнечных вспышек. Прогнозы вспышек по­зволяют своевременно предотвращать нарушения радиосвязи, а также принимать меры, необходимые для обеспечения без­опасности пребывания человека в космическом пространстве.

Изучение воздействия Солнца на Землю требует объеди­нения усилий ученых многих стран. В историю науки, на­пример, уже вошли «Международный геофизический год» — МГГ (1957—1958 гг.), проводившийся во время мощного максимума солнечной активности, и «Международный год спокойного Солнца» — МГСС (1964—1965 гг.), который был приурочен к минимуму солнечной активности. Комплексные исследования Солнца продолжаются и в настоящее время. Наблюдения, в которых принимают участие десятки стран, проводятся на всех континентах Земли. Данные о процес­сах, происходящих на Солнце и Земле, получают с помо­щью аппаратуры, установленной на искусственных спутни­ках Земли и космических ракетах, на горных вершинах и в глубинах океанов. Разрабатываются новые космические про­екты, имеющие целью исследование Солнца.