Проблемы. Загадки. Гипотезы: Страница 2

Оглавление статей
Проблемы. Загадки. Гипотезы
Страница 2

Страница 2 из 2

 

 

При осуществлении столь гигантских проектов возникают, правда, такие «мелкие» вопросы, как проблема сохранения ионосферы вообще при разрядке космического конденсатора (значит, разрядка допустима процентов на десять, не более), проблема мощных перемещений воздушных масс, проблема их влияния на механизм образования циклонов и антициклонов в атмосфере, то есть воздействия на погоду, проблема загрязнения атмосферы окислами азота при горении разряда в плазменном столбе и многие другие. Так что, уважаемый читатель, продумывая проекты будущей космической энергетики, соблюдайте, пожалуйста, осторожность, а то как бы не разбить вдребезги это «волшебное зеркало планеты»…

Человек очень давно заметил, что магнитные поля обладают биологическим действием. Особенно сильно воздействуют на живые организмы и растения сильные магнитные поля напряженностью в несколько тысяч эрстед. Очень чувствительна, например, к воздействию магнитных и электрических полей кровь. Магнитное поле Земли не отличается большой силой, но действует постоянно. Возможно, его изменения, особенно во время сильных магнитных бурь, могут отразиться на биологических процессах, непрерывно происходящих в живых организмах.

Наблюдательные медики опубликовали очень много данных о наличии хорошего согласия, или — выражаясь языком математической статистики — высокой корреляции, между колебаниями различных индексов солнечной и геомагнитной активности (например, числа Вольфа) и возникновением различных эпидемий (например, чумы, холеры, гриппа и т. д.), эпизоотиями, повторяемостью различных заболеваний и увеличением смертности, нарушениями сердечной деятельности и т. п., и т. д. Различные характерные функциональные расстройства наблюдаются и у людей, экранированных от естественного магнитного поля (например, у экипажей подводных лодок в длительном автономном плавании), и у тех, кто работает в сильных магнитных полях (например, работающих у электролизных ванн на алюминиевых и металлургических заводах). Конечно, нет оснований думать, что электромагнитное излучение Солнца может быть причиной эпидемий или болезней, но оно, пожалуй, может регулировать их во времени и по интенсивности. Сейчас широко обсуждается такая точка зрения, что на здоровый организм изменения внешней среды, в том числе электромагнитных полей, действуют слабо. А для больного организма, с нарушенной способностью к восстановлению, солнечная вспышка может оказаться губительной. Можно спорить, утверждать или отрицать принципы гелиобиологии, но отмахнуться от этой проблемы уже нельзя.

Основной вывод, к которому пришли исследователи,— резкие апериодические колебания экологических факторов оказывают влияние прежде всего на физико-химические процессы в биологических системах. Это создает напряжение на субмолекулярном и молекулярном уровнях и в конечном итоге приводит к функционально-структурным изменениям в организме.

Сейчас активно обсуждаются две гипотезы. Одна связывает возмущения геомагнитного поля и избыточное излучение во время солнечных вспышек и полярных сияний с изменением проницаемости так называемых биологических мембран. Согласно же другой, среда взаимодействует с электромагнитными полями самих биологических систем и при этом возможен резонанс, резкое усиление эффекта.

Сибирский филиал Академии медицинских наук СССР сейчас ведет исследования по комплексной научной программе «Солнце — климат — человек», проводит глобальный синхронный эксперимент для изучения медико-биологического действия гелиокосмофизичес-ких, геофизических и метеорологических факторов. Для освоения Арктики эти исследования имеют огромное значение.

Публикации на тему гелиобиологии захлестнули популярные издания. Но здесь есть большая опасность — принять желаемое за действительное. К сожалению, фанатичные сторонники какой-либо идеи часто добросовестно (я подчеркиваю, добросовестно) заблуждаются, не придавая должного значения фактам, их теорию не подтверждающим, и преувеличивая случаи, ее подтверждающие. Уж очень хочется помочь страждущему человечеству. Я не хочу здесь говорить о «провидцах», сознательно спекулирующих на общественном интересе к какой-либо проблеме, будь то прогноз погоды, прогноз катастроф или прогноз опасных для здоровья периодов. Просто, одно дело — гипотезы, идеи, предположения и дискуссии, а совсем другое — практические рекомендации. И я, например, против того, что в некоторых наших центральных газетах печатаются даты «неблагоприятных дней» для гипертоников и сердечников, вычисленные на основе якобы точных прогнозов солнечной и геомагнитной активности.

Во-первых, столь точного прогноза пока просто не существует. Во-вторых, даже если геомагнитное возмущение и есть,- то внимательный читатель этой книги, надеюсь, понял, что следствия его будут различны, например, на Новой Земле и в Кушке. Но газету получают и там, и там. И самое главное — с больными людьми, особенно пожилыми, надо быть предельно осторожными, ведь для них многое определяется состоянием нервной системы, психологическим настроем. Если человек с пораженной сердечно-сосудистой системой или мной патологией будет неделю со страхом ждать «черного дня», он в этот день с большой долей вероятности будет чувствовать себя плохо без всякой магнитной бури. Не надо торопиться, пусть только врачи-специалисты получат эту «достоверную» информацию, пусть усилят на всякий случай контроль за своими подопечными в такие дни. От этого хоть вреда не будет.

Очень интересная ситуация сложилась сейчас с проблемой воздействия солнечной активности на погоду и климат. Долгие годы метеорология — наука, изучающая главным образом физические процессы в самом нижнем слое атмосферы, тропосфере,— обходилась без учета космических факторов. Но полеты человека в космос поставили перед многими науками вопрос: как влияют эти космические факторы на течение земных процессов? Встал этот вопрос и перед метеорологией. Впервые было поколеблено казавшееся незыблемым представление, что погода и климат определяются только тепловым воздействием солнечного излучения, а электромагнитные явления к ним отношения не имеют.

Между тем, очень давно — как только стала известна цикличность солнечной активности —аналогичные циклы стали находить во многих земных явлениях. Вот, скажем, самый четкий — 11-летний цикл в появлении солнечных пятен, в изменениях числа Вольфа, о котором мы говорили в главе о Солнце. Он хорошо проявляется, например, в приросте древесины. Видели ли вы когда-нибудь пень — то, что осталось от спиленного старого дерева? Если внимательно приглядеться, то можно увидеть систему окружностей с общим центром в срединной части ствола. Это так называемые годичные кольца. Каждый год дерево становилось толще, нарастало очередное кольцо. Если толщину этих колец измерить, то можно увидеть, что она меняется от года к году (так как каждый год меняется количество тепла и света, влажности и т. п.). А если расположить полученные цифры в последовательный ряд и построить график межгодового изменения, то можно получить рисунок, очень похожий на тот, который мы уже видели, когда обсуждали вариации солнечной активности: каждые 11 лет максимум! В Америке растут огромные деревья — секвойи — они живут сотни лет. И на спиле таких деревьев 11-летняя цикличность видна особенно хорошо.

Влияние солнечной активности можно проследить, изучая многие другие явления — изменения уровня озер и грунтовых вод, стока рек, толщины отлагающегося на дне водоемов ила, ледовитости морей, повторяемости засух, ураганов и ливней, годовых температур. Были найдены и более короткие циклы: например, хорошо выраженный 27-суточный  цикл  погоды. А ведь Солнце делает полный оборот вокруг своей оси именно за 27 суток! Исследователи обнаруживают все больше доказательств того, что погода чувствительна к солнечным взрывам — хромосферным вспышкам, особенно в некоторых районах земного шара. Например, очень чувствительными к космическим воздействиям оказались район Исландии и район Азорских островов в Атлантическом океане, а также Аляска, северо-западная оконечность Американского материка. Иногда резкое изменение погоды происходит прямо в день хромосферной вспышки, а иногда — несколько дней спустя.

Поток экспериментальных данных о солнечно-погодных связях непрерывно увеличивается. Но прогноз погоды сам по себе представляет очень сложную проблему. А тут еще надо учитывать солнечную активность, которую тоже предсказать, ох, как нелегко! Поэтому у гипотезы о воздействии солнечной активности на погоду есть не только сторонники, но и убежденные противники. Главный их козырь — это то, что пока не придуман ясный физический механизм такого воздействия. Дело в том, что энергия погодных процессов (дождь, снег, сильные ветры, облачность) очень велика, во много тысяч раз больше энергии, приходящей в тропосферу, скажем, от хромосферной вспышки.

Как же, спрашивается, столь ничтожная причина вызывает столь могучее следствие? Ответить на этот вопрос трудно. Но можно.

Представьте себе крутой снежный склон высоко в горах. Здесь скопились огромные массы снега. Идет цепочка альпинистов. Кто-то громко крикнул. И… катастрофа! Снежная лавина устремляется вниз по склону, сметая все на своем пути. Колоссальная энергия лавины в миллионы раз больше энергии звуковых колебаний. И все-таки неосторожный крик был причиной лавины. Такой механизм действует, как спусковой крючок у ружья. Легкое нажатие — и выстрел! Может быть, аналогичным образом и солнечная вспышка действует на неустойчивые атмосферные явления…

Может быть. Но пока абсолютной уверенности в этом нет, противники идеи будут утверждать, что все эти данные о солнечно-погодных связях — более или менее удачные опыты по самовнушению. Ведь все явления, о которых мы сейчас говорили, зависят не от одной, а от очень многих причин, и выявить, какая из них ведущая,  главная,  не так-то просто. Для  этого необходимы и   длительные   наблюдения,   и   сложные   эксперименты, и развитая физическая теория.

Строгой теории пока нет, но гипотезы, и вполне разумные, уже есть. Ведь термосфера и средняя атмосфера являются стоками энергии, которую несет солнечная радиация в спектре электромагнитного излучения в потоке солнечных корпускул, а также энергии межпланетного магнитного поля, содержащейся в солнечном ветре.

Протонные вспышки на Солнце порождают корпускулярные потоки, которые проникают в верхнюю атмосферу в зоне геомагнитных полюсов. Эти частицы могут проникнуть в атмосферу до уровня стратосферы и даже ниже. Дополнительный нагрев верхней атмосферы в зоне полярных шапок, по мнению некоторых ученых, приводит к углублению исландского минимума и усилению интенсивности зональных ветров. В принципе подобный эффект могут произвести галактические космические лучи (надо только оценить точно, хватит ли суммарной энергии), и тогда их интенсивность также будет зависеть от цикла солнечной активности, высоты, магнитной широты и изменений межпланетного магнитного поля.

Если какие-либо энергичные частицы могут проникнуть в тропосферу и произвести ионизацию, то образующиеся в результате ионы становятся ядрами кристаллизации. За счет разности давления насыщенного водяного пара надо льдом и водой на этих ядрах кристаллизуется водяной пар из окружающего воздуха и появляются облака типа перистых. Этот процесс моделировался в лаборатории, а статистические расчеты показали, что в периоды высокой солнечной активности действительно чаще наблюдаются перистые облака. Влияние перистой облачности на климат, как утверждают специалисты-метеорологи, весьма заметно.

В цепочке Солнце — погода определенную роль могут играть озон и другие малые примеси в атмосфере. Химические процессы, в результате которых они образуются и исчезают, в принципе зависят и от температуры, и от состава солнечного излучения. Связь эта нелинейная, то есть взаимная.

Некоторые гипотезы связывают долгосрочные климатические изменения под действием солнечной активности со смещением геомагнитных полюсов, о котором мы уже упоминали. Действительно, положение геомагнитных полюсов, то есть топология магнитного поля планеты, конечно, будет менять условия взаимодействия солнечных корпускулярных потоков с атмосферой. В соответствии с этой гипотезой в те периоды, когда геомагнитный полюс был ближе к Европе, климат ее, особенно в холодное время года, был теплее. А когда полюс был в восточной части Северного Ледовитого океана, на Европу двигались холодные арктические воздушные массы.

Вопрос о связи между солнечной изменчивостью и климатом имеет огромное практическое значение, поскольку водоснабжение и сельское хозяйство во многих регионах мира находится на пределе устойчивости. Возможность надежного прогноза климатической изменчивости очень важна для экономического планирования и распределения ресурсов в региональном, национальном и международном масштабах.

Самые авторитетные научные комитеты, занимающиеся сейчас перспективным планированием научных исследований, признают солнечно-погодные связи важной областью. Солнечно-земные связи в настоящее время изучаются в самых разных областях науки. Мы уже упоминали биологию и метеорологию. Но вот недавно солнечной активностью заинтересовались… сейсмологи. Каждый день на нашей планете происходит множество мелких землетрясений. Но иногда они бывают столь мощными, что превращают в руины целые города, вызывают громадные океанские волны (цунами), становятся причиной гибели десятков тысяч людей. Человечество давно стремится разгадать тайну механизма землетрясений, понять их причины. Только тогда можно будет заранее предсказывать их появление, принимать какие-то меры, чтобы уменьшить причиняемый ими ущерб.

Геологи считают, что землетрясения связаны с механическими напряжениями и движениями в земной коре. Эти напряжения и движения сами зависят от вращения Земли вокруг своей оси. А если Земля вращается не так уж равномерно? Может быть, это вращение внезапно тормозится или ускоряется, а может быть, даже сама ось от вращения меняет свое положение? Когда вы едете в машине и она резко тормозит, сила инерции срывает вас с сиденья и кидает вперед. Грозные силы инерции могут вызвать и землетрясения, если затормозится в своем вращении планета.

Так может ли это быть? Двести с лишним лет тому назад, в 1752 г., Берлинская академия наук объявила конкурс на лучшее исследование, которое ответило бы на следующие вопросы: «Было ли суточное вращение Земли всегда одинаковой скорости, какими способами можно в этом убедиться и, если вращение неравномерно, какая этому причина?» Сначала ответ был один — продолжительность суток не меняется никогда ни на секунду. Но ответ был неверным. Еще каких-нибудь сто лет, и это стало очевидным — было доказано, что длина суток не постоянна, а все время меняется. Еще сто лет — и изменения удалось точно подсчитать. С 1887 по 1944 г., то есть за 57 лет длина суток увеличилась на 34,3 с, или в среднем на 0,6 с в год. И самое главное — изменение скорости вращения происходит не равномерно, а скачками. Резкие изменения могут происходить за короткие промежутки времени.

В чем причина этих резких скачков? Несколько лет назад группа крупных ученых выдвинула идею, что скачки обусловлены изменениями солнечной активности и проникновение энергии солнечного ветра (например, во время магнитной бури) приводит к увеличению скорости суточного вращения Земли. Сопоставляя индексы солнечной активности и сейсмической энергии за много лет, исследователи пришли к выводу, что солнечная активность играет большую роль и в медленных изменениях скорости вращения Земли.

Кстати, не только землетрясения, но и уровень океанов, приливы и отливы, система теплых и холодных течений, а следовательно, погода и климат — тоже зависят от скорости вращения нашей планеты. Так, при увеличении скорости вращения Земли льды подступали к берегам Исландии и Гренландии, а при ее уменьшении ледовитость этих районов понижалась, а Девисов пролив полностью очищался ото льда. Как видите, снова замыкается цепочка Солнце — погода.

Люди постоянно ищут «предвестники» землетрясений. Уже точно известно, что перед землетрясениями меняются свойства подпочвенных вод, их уровень (такие измерения проводились в сейсмоактивных регионах), многие живые организмы ведут себя необычным образом. Естественно, когда появились системы постоянного слежения, постоянного контроля околоземного космического пространства, возник и вопрос: нельзя ли на ионограммах или магнитограммах увидеть грозное предупреждение грядущих катастроф? Можно даже придумать и физический механизм, физическую гипотезу, делающую   этот   вопрос   не  таким   уж   бессмысленным.

Действительно, существуют такие горные породы, у которых изменение свойств механических тесно связано с изменением свойств электрических. Существует и такое явление «пьезоэлектрический эффект». Оно состоит в том, что при механических деформациях кристаллов в определенных направлениях на их гранях появляются электрические заряды противоположных знаков, то есть они становятся источником электрического поля. Пьезо-эффект характерен для кварца, турмалина, сегнетовой соли, титаната бария, цинковой обманки и других веществ.

Так почему ж не предположить, что при гигантских механических напряжениях в земной коре, предшествующих землетрясениям, не появляются электрические поля, которые могут повлиять на электрические свойства волновода Земля — ионосфера, способны проникнуть в ионосферу и воздействовать на движение заряженных частиц? Что же, это вполне разумное предположение. Дело за «небольшим» — научиться видеть этот эффект и выделять его на фоне и без того изменчивых и сложных электромагнитных полей и распределений заряженных частиц в приземной плазме, найти способ, метод, правила для такого «распознавания образов». Ищем. Удачные прогнозы обнадеживают, а ошибочные — заставляют вести поиски еще упорнее.

Много проблем, много загадок, много гипотез. Надо постигать окружающее пространство, надо его использовать, но надо его и оберегать. С полным основанием можно говорить об экологии космической плазмы. Мы уже касались этой проблемы, говоря об «озонном щите» планеты. А вот другой пример из недалекого будущего: создание солнечных энергетических установок в космосе может потребовать и разработки ионных двигателей для выведения этих установок с низких орбит на геостационарные, когда космический аппарат постоянно находится над одной точкой земной поверхности, то есть вращается не вокруг Земли, а вместе с ней. Внесение чужеродных элементов, содержащихся в выхлопах этих двигателей, в верхнюю атмосферу и магнитосферу может нарушить естественный состав частиц в пространстве и устойчивость радиационных поясов. Прохождение мощных пучков микроволнового излучения от солнечных энергетических станций через ионосферу может оказать отрицательное воздействие на радиосвязь.

Человечество должно быть заинтересовано в том, чтобы создаваемые им возмущения, даже небольшие и слабые, не вызывали триггерных катаклизмов, неуправляемой цепной реакции. Мы еще недостаточно долго населяем Землю и видели только очень малую часть того пути, который прошла наша планета, а уже вмешиваемся в механизмы управления космического корабля «Земля».

Много неизвестных в той задаче, которую мы решаем. Гораздо больше, чем удалось определить за те годы, что существует сравнительно молодая наука — солнечно-земная физика. Что же, тем интереснее работать, И тем, кто придет в науку, хочу напомнить два высказывания Льва Давидовича Ландау: «Ввиду краткости жизни мы не можем позволить себе роскошь тратить время на задачи, которые не ведут к новым результатам» и «Главное, делайте все с увлечением, это страшно украшает жизнь!».


Казимировский Э. С.

 

« Предыдущая — След.

Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Все о космосе
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: