Солнечно-земная физика

В.Д.Кокоуров

ИСЗФ СО РАН

Введение

На страницах научной литературы в последнее время часто встречается термин солнечно-земная физика, смысл которого каждый специалист понимает по-своему. Систематически используют этот термин специалисты, занимающиеся физикой Солнца,  геомагнитного поля, верхней  атмосферы. Все больший интерес к солнечно-земной физике проявляют метеорологи и климатологи, биологи и медики, гидрологи и океанологи, ботаники и зоологи. Нет единого мнения, является ли указанное научное направление возникшим недавно или исследования здесь продолжаются уже столетия.

Ниже предложено определение солнечно-земной физики как совокупности наук и перечислены входящие в нее направления. Приведен некоторый перечень достижений: гипотез, разработок и открытий, которые отмечают известные вехи в истории этой совокупности наук и дают определенное представление о круге рассматриваемых ею проблем и задач. Описаны отличительные особенности солнечно-земной физики.

Определение

Солнечно-земная физика (в дальнейшем СЗФ) - это совокупность наук, изучающих явления и процессы, происходящие на Солнце, и воздействие Солнца на околоземное космическое пространство и  планету Земля.  Солнце является основным источником  гравитационной  энергии в  солнечной системе и основным источником энергии, поступающей на Землю в волновом и корпускулярном излучении. Все изменения в физическом режиме Солнца находят отражение в состоянии околоземного космического пространства и планеты Земля. СЗФ изучает законы и закономерности физики Солнца и проявлений воздействия Солнца на околоземное пространство и планету Земля с целью раскрытия сущности этих явлений, понимания фундаментальных основ мироздания и обеспечения инженерной деятельности на планете и в ближнем космическом пространстве. Круг явлений и процессов, разыгрывающихся в околоземном пространстве, на планете и в ее оболочках под воздействием Солнца, очень велик и разнообразен. Поэтому к числу научных дисциплин, составляющих упомянутую совокупность, относятся теоретическая физика, физика  плазмы,  космическая физика, физика  верхней атмосферы,  геомагнетизм,  метеорология,  климатология,  геотектоника и др.

Истечение корональной плазмы ( солнечный ветер) играет определяющую роль в состоянии околоземного космического пространства и  магнитосферы. Процессы, происходящие в этих областях, выдвигают много проблем, общих для физики Солнца, физики магнитосферы, физики плазмы и  астрофизики.

Весьма многообразно воздействие солнечного  электромагнитного и  корпускулярного излучения на  атмосферу Земли. Излучение в  рентгеновском и  ультрафиолетовом диапазонах определяет состояние верхних слоев атмосферы: частично  мезосферы на высотах более 65 км и  термосферы (высоты 90-400 км). Вопросы и проблемы, возникающие при изучении этих областей пространства, относятся к физике плазмы, физике верхней атмосферы, радиофизике и климатологии. В оптическом и, частично, инфракрасном  диапазонах сосредоточена основная часть  спектральной плотности излучения. Эта часть солнечной радиации трансформируется при энергообмене в средней и нижней атмосфере. Энергообмен является важнейшим фактором для общего течения процессов в нижней и средней атмосфере, а значит и для множества частных гидрометеорологических явлений. Известная связь гидрометеорологического режима с общей циркуляцией атмосферы и связь общей циркуляции атмосферы с солнечной деятельностью приводят к широкому распространению физико-географических проявлений солнечной активности. Имеют место систематические экзогенные явления. Появляющиеся здесь многочисленные задачи и проблемы решаются в рамках метеорологии, климатологии, гидрологии и физической географии. Обстоятельное изложение затронутых выше вопросов можно найти в многочисленных обзорах и монографиях, таких как [1-13].

Есть аргументированные указания, что солнечная активность может проявляться как геологический фактор. Эти проявления могут объясняться крупными вариациями экзогенных явлений, определяемых, в частности, метеорологическими процессами и палеоклиматическими колебаниями (таяние или образование ледников). Это утверждение, описание подтверждающих его фактов и анализ соответствующих публикаций приведены в [6].

СЗФ является одной из древнейших совокупностей наук. Как только человек осознал себя существом разумным, у него немедленно появилась масса вопросов относительно окружающей среды, относительно окружающего мира. Что это за мир, где мы существуем, как он устроен, какие причинно-следственные связи имеют место и как именно они действуют - какие законы управляют окружающей средой, как правильно описать состояние этой среды и как прогнозировать ее поведение? СЗФ и астрономия - сестры-близнецы, но задачи у этих наук разные, и развивалась каждая из них своим путем.

Вся история СЗФ это непрерывное взаимно догоняющее и взаимно стимулирующее развитие фундаментальных и прикладных исследований. Все вопросы об окружающей среде всегда были актуальными и жизненно важными. От простых и наивных вопросов древних: когда будет разлив рек, когда сеять хлеб - до серьезных и многогранных проблем наших дней - таких, как глобальные изменения природной среды, космическая погода и обороноспособность государства. Путь СЗФ - это последовательное усложнение решаемых задач о причинно-следственных связях в окружающей среде путем введения в рассмотрение все новых и новых объектов, участвующих в изучаемых процессах, и учета свойств этих объектов. Менялись эпохи, менялся уровень наших знаний об окружающей среде, менялись практические цели и задачи. При этом в поле зрения исследователей попадали все новые и новые объекты упомянутой системы, все новые и новые механизмы взаимодействия этих объектов, их роль и значимость в системе в целом.

Длительное время отдельные научные направления, например, метеорология, или климатология, или океанология, или физика верхней атмосферы развивались и функционировали как таковые, отвечая в известной мере нуждам практики (земледелия, градостроительства и мореплавания). Продолжительное, очень продолжительное время система Солнце-Земля исследовалась в весьма ограниченном своем составе: изучались, по существу, лишь явления и процессы в приземных слоях атмосферы. Но уже в позапрошлом столетии стало ясно, что полновесные исследования погоды и климата возможны лишь в масштабе всей планеты. В XVIII-XIX веках были начаты систематические наблюдения за явлениями и процессами на Солнце, состоянием магнитного поля, атмосферным электричеством, сейсмическими процессами [1,14-17]. С этого времени за 100-150 лет было получено много наблюдательного материала на глобальной сети обсерваторий по многим дисциплинам СЗФ, что позволило научному сообществу уже в конце девятнадцатого столетия выполнить комплексный анализ этих материалов и сделать ряд выводов, имеющих исключительно важное, фундаментальное значение.

В дальнейшем, со времен  Международного Геофизического Года, при реализации всех геофизических проектов и программ работа мировой сети станций по всем дисциплинам СЗФ выполнялась по четкому координированному расписанию. Накопленные обширные экспериментальные материалы по  гляциологии,  океанологии,  течениям,  движениям земной коры, по приземным слоям атмосферы,  стратосфере, средней атмосфере,  слою озона,  ионосфере и  магнитосфере, солнечному ветру,  космическим лучам и  солнечной активности позволили выполнить большое количество исследований по всем дисциплинам СЗФ. Были выполнены многочисленные исследования отдельных явлений и процессов и проведены изучения их взаимодействий и взаимосвязи в различных сферах и регионах.

Приведенный ниже, конечно, очень и очень неполный перечень достижений СЗФ: гипотез, разработок и открытий отмечает некоторые вехи в истории этой совокупности наук и дает определенное представление о круге охватываемых ею к настоящему времени проблем.

Открытие в Китае в 1100 г. свойств  магнитной стрелки, трактат В. Гильберта "О магните, магнитных телах и о большом магните Земле" в 1600 г. [16-18]. Открытие Гремом в 1722 г. суточных вариаций геомагнитного поля, наблюдения А. Цельсием и Д.Хиортером магнитного эффекта  полярных сияний в 1741 г., появление представлений о зоне полярных сияний (Моран, 1833 г., Лумис, 1860 г. и Фритц, 1881г.) [16]. Создание Магнитного союза - первой международной геофизической организации и проведение всемирной съемки  магнитного поля Земли (А. Гумбольдт, В. Вебер, 1850 г.) [19].

Наблюдения  солнечных пятен в Китае более 4000 лет назад. Инструментальные наблюдения солнечных пятен и оценка скорости вращения Солнца Г. Галилеем в 1611 г. [16,20]. Обнаружение квазипериодической закономерности пятнообразовательной деятельности Солнца (Г.Швабе, 1843 г., Р.Вольф, 1848 г.) [13,14,16,20,21]. Измерение потока энергии Солнца [22], исследования физики Солнца [20,22].

Гипотеза А. Вегенера о перемещении  материков по поверхности Земли, предложенная в 1912 г. и поиски доказательств этого предположения [23,24].

Создание концепции и разработка моделей  общей циркуляции атмосферы [25,26]. Разработка концепции гравитационных и термических  приливов в атмосфере [27]. Построение карты морских течений (А.Кирхер, 1664 г.); создание концепции и разработка моделей общей циркуляции океанических вод [28,29].

Гипотеза (В.Лодж, 1900г. и С.ФитцДжеральд, 1900 г.) о корпускулярных потоках от Солнца, магнитном хвосте Земли и солнечном ветре [16]. Разработка корональной концепции корпускулярного излучения Солнца (С.К.Всехсвятский, 1938 г.), теория  нестационарной короны (С.К.Всехсвятский, Г.М.Никольский, Е.А.Пономарев, В.И.Чередниченко, 1955 г.) [30].

Гипотеза об электричестве в верхней атмосфере (Ф.Франклин, 1779 г., Г. Гаусс, 1839г.), теория суточных геомагнитных вариаций (Б.Стьюарт, 1883 г.), трансатлантическая радиосвязь (Г. Маркони, 1901г.), измерение высоты отражающего слоя (Г. Брейт и М.А. Туве, Е.В. Апплетон и А. Барнетт, 1924г.), теория возникновения ионизированных слоев (Б. Лассен, 1926 г., С. Чепмен, 1931 г.), начало регулярного радиозондирования  ионосферы (обсерватория Слау, 1931 г., обсерватория Томск, 1936г.), классификация высотно-частотных характеристик (А.И. Лихачев, 1940 г.) [5,16,30].

Разработка методов определения абсолютного возраста и  геохронологической шкалы [23,31].

Разработка метода определения  палеотемператур по  изотопному составу, изучение  палеоклимата [32].

Разработка и совершенствование концепции климата, проблема Солнце - погода - климат [1-4,8,10-12,33,34].

Разработка модели общей циркуляции атмосферы на ионосферных уровнях [35-37].

Исследования магнитного поля Земли в прошлые эпохи ( палеомагнетизма) [38].

Изучение воздействия солнечной активности на  биосферу [39,40].

Рекомендуем скачать другие рефераты по теме: урок мира конспект, изложение по русскому языку 7.





1  2  3  4  5 | Следующая страница реферата