Содержание статьи
Также по теме

ГЕЛИОГЕОФИЗИЧЕСКИЕ СВЯЗИ

ГЕЛИОГЕОФИЗИЧЕСКИЕ СВЯЗИ влияние Солнца на основные оболочки Земли (магнитосферу, атмосферу, гидросферу и литосферу) существенны для биосферы, техносферы и практической деятельности людей. Солнце и его излучение, в основном, определяет энергетику всех процессов, происходящих в околосолнечном пространстве. Выяснение природы гелиогеофизических связей имеет практическое значение и необходимо для обеспечения безопасности космических полетов, защиты космонавтов и надежности работы аппаратуры как в космосе, так и на Земле. Для земной биосферы, которая, в принципе, надежно защищена от космических излучений, существенно влияние солнечной активности на динамику земных атмосферы и гидросферы, определяющих погодные и климатические явления в различных регионах Земли. (См. АТМОСФЕРА ЗЕМЛИ; ЗЕМЛИ СТРОЕНИЕ)

      СОЛНЦЕ И ЗЕМЛЯ

Наиболее энергичным проявлением солнечной активности (являются спорадически возникающие на Солнце взрывные процессы – вспышки, с которыми связана целая система сопровождающих их геофизических явлений. Во время вспышек на Солнце резко изменяются потоки ионизующего излучения (жесткий ультрафиолет, рентгеновские и гамма лучи), а также проникающее излучение (энергичные элементарные частицы солнечных космических лучей), которые оказывают сильное воздействие на всю атмосферу Земли. Они существенно увеличивают ионизацию ионосферы, вызывают глобальные магнитные возмущения, обуславливают многие геофизические, биологические и прочие явления на Земле.

Вспышка сопровождается мощным излучением электромагнитных волн, выбросом заряженных частиц с энергиями до 1010 эВ (солнечные космические лучи) и выбросом корональной массы. Электромагнитное излучение достигает Земли за 8,5 мин., лучи – менее чем через 1 час, а плазменный выброс достигает Земли спустя 1–2 суток. Электромагнитное излучение вызывает практически одновременные явления, а корпускулярное излучение – запаздывающие явления.

Прохождение излучений через атмосферу Земли.

На графике представлен весь электромагнитный спектр Солнца, от ультрафиолетовых длин волн (102 нм) до метровых радиоволн с указанием областей сильного атмосферного поглощения. Радиоспектр обрезается со стороны коротких длин волн из-за поглощения их в земной атмосфере молекулами и атомами кислорода, азота и водяных паров. На метровых волнах излучает корона с Т = 106 К. Ионосфера отражает и не пропускает волны длиннее 30 м.

      Рис. 1. СПЕКТР ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ Солнца и его прохождение через атмосферу Земли.

Ионосферные возмущения.

В магнитосфере ближе всего к Земле располагается ионосфера, на высотах примерно от 50 до 1000 км. Внезапное и резкое увеличение энергии ультрафиолетового и рентгеновского излучения Солнца в начале вспышки, распространяясь со световой скоростью, через 8 мин 20 с доходит до Земли и вызывает дополнительную ионизацию ионосферных слоев на высотах около 75 км (слой D) и 110 км (слой E). Это приводит к тому, что на всей освещенной Солнцем части земного шара усиливается поглощение радиоволн, особенно в коротковолновом диапазоне и наступает внезапное ухудшение (замирание) и даже прекращение коротковолновой радиосвязи (фейдаут). Одновременно на более длинных волнах слышимость может улучшаться за счет отражения длинных волн от этих слоев (эффект Деллинджера), больше всего эти эффекты проявляются в области полярных широт. Дополнительная ионизация дневной ионосферы приводит к возникновению в ней электрических токов, магнитное действие которых изменяет геомагнитное поле на величину до 50 нТл, при этом в зависимости от направления тока возникает незначительное плавное уменьшение или увеличение общего магнитного поля Земли (магнитное крошé).

Ультранизкочастотная (УНЧ) и низкочастотная (НЧ) части естественного электромагнитного излучения (диапазон длин волн от 750 м до 20 км и частоты от 0,4 до 15 кГц) взаимодействуют с потоком заряженных частиц от Солнца, проникающих во внешнюю часть атмосферы. Этот диапазон лежит в пределах слышимости человеческого уха (16 Гц-20 кГц). УНЧ-излучение генерируется на больших высотах (800–1000 км) и тесно связано с магнитными возмущениями (магнитными бурями и магнитными пульсациями). НЧ-излучение может проходить через ионосферу, достигая межпланетного пространства, его можно использовать для исследования верхних слоев атмосферы. НЧ сигналы распространяются по определенным траекториям, связанным с магнитным полем Земли. Особенностью распространения НЧ-излучения является его канализация, т.е. излучение оказывается запертым в области, расположенной между магнитно- сопряженными пунктами на поверхности Земли. Картина напоминает захват корпускулярного излучения земным магнитным полем (внешний и внутренний радиационные пояса Земли). Подобное распространение НЧ волн связано со свойствами ионизированного газа (плазмы).

Атмосферики – внезапное резкое улучшение слышимости на длинных волнах (ДВ). Часть низкочастотного излучения, вызванная атмосферными электрическими разрядами, воспринимается в форме свистящего звука (свистящие атмосферики). Атмосфериками называют и электрические сигналы, создаваемые радиоволнами, излучаемыми разрядами молний. Вблизи земной поверхности происходит около 100 разрядов молний в 1с, поэтому в любой точке земного шара можно практически непрерывно регистрировать атмосферики. При радиоприеме на слух атмосферики воспринимаются как шорохи или характерные свисты, создающие атмосферные помехи радиоприему. Разряд молнии имеет 2 стадии: предразряд и основной разряд, различающиеся силой тока и спектром излучаемых радиоволн. Основной разряд излучает сверхдлинные волны, а предразряд – длинные, средние и даже короткие волны. Максимум энергии атмосфериков лежит в области частот 4–8 кГц. Если атмосферики создаются местными грозами, то их спектр определяется только спектром излучения грозового разряда. Если же источник – удаленная гроза, то спектр определяется условиями распространения радиоволн от очага грозы до радиоприемного устройства.

Атмосферики свистящие – часть естественного излучения, обусловленная атмосферными электрическими разрядами. Некоторые атмосферики воспринимаются на слух как сигналы, частота которых непрерывно уменьшается, – свистящие атмосферики. Их особенность связана с механизмом распространения сверхдлинных волн. При распространении таких волн в волноводе, образованном нижней границей ионосферы и поверхностью Земли, они частично «просачиваются» через ионосферу и, распространяясь вдоль силовых линий магнитного поля Земли, удаляются от поверхности Земли на десятки тысяч километров и затем снова возвращаются к Земле. Скорость их распространения зависит от частоты, высокочастотные составляющие сигнала распространяются с большей скоростью и приходят раньше. Это и приводит к возникновению характерного свиста на выходе приемного устройства, высота тона свиста непрерывно меняется. Исследования атмосфериков дают сведения о механизме распространения сверхдлинных волн, а также о свойствах самых нижних и очень высоких областей ионосферы, в которых распространяются атмосферики. Для расчетов линий радиосвязи построены специальные карты и номограммы, по которым можно определить уровень атмосфериков в каждой точке Земли.

Коротковолновая (на частотах 1–10 мГц) радиосвязь на большие расстояния обеспечивается многократным отражением сигнала от ионосферного слоя F2 на высоте ~ 300 км, однако временами она ослабляется (замирает) из-за поглощения в ионосферном слое D на высоте ~ 70 км, вызванном увеличением его ионизации после вспышки на Солнце.