Явления происходящие на Солнце и их воздействия на Землю. Магнитные бури. Полярные сияния. Из истории магнита и изучения магнитных бурь
У всех бывают дни, когда все валится из рук и подводит самочувствие. Головные боли и непонятная тревога - вот последствия активности Солнца, которую мы называем магнитными бурями. Это наше светило одаривает нас негативной энергией. Солнечное излучение - это основа жизни на планете Земля, но это также и возмущения магнитного поля нашей планеты под действием долетающего солнечного ветра. И можно спорить, есть ли магнитные бури или нет, но ученые точно увидели корреляцию между вспышками на Солнце и влиянием их на состояние людей.
Что же это такое
Правильнее назвать явление геомагнитной бурей - возмущением магнитного поля планеты, которое длится от пары часов до нескольких дней. Радиационные пояса (сферы) нашей планеты, в которых улавливаются протоны и электроны, достигшие их из космического пространства, усиливают кольцевой ток планеты (ток в области экватора на высоте 10-60 тысяч километров). В результатеих взаимодействия с магнитной сферой Земли возникают возмущения - это магнитные бури, которые формируют космическую погоду на планете. А еще это невероятно красивое магнитно-оптическое явление - северное сияние.
Причины возникновения
Солнце довольно нестабильно. Видами солнечной активности, которые приводят к возникновению магнитных бурь, являются:
- Вспышки на Солнце - выброс миллиардов килотонн энергии (плазмы) в пересчете на тротиловый эквивалент. Энергия магнитная образуется из вращательной.
- Выброс корональной массы - в этом случае энергия не преобразуется в магнитную, а вся тратится на придание ускорения тому веществу (протонам и электронам), которое улетит в космическое пространство.
- Корональные дыры - участки короны Солнца со сниженной плотностью и температурой. Именно в этих местах размыкаются магнитные линии, и плазма светила вытекает в космос.
Все эти явления провоцируют появление огромного количества заряженных частиц, которые разлетаются в комическом пространстве. Часть из них, летя со скоростью порядка тысячи километров в секунду, на вторые или третьи сутки достигает нашей планеты, и этот поток мы называем космическим ветром. Именно они меняют параметры магнитного поля Земли.
Жизнь в буре
С началом космической эры и с появлением возможности наблюдения за Солнцем с помощью внеземных объектов ученые выяснили природу данного явления и научились предсказывать начало магнитных бурь. Это прогнозы часовые, двухсуточные, недельные и 27-45 суток. При этом только часовой прогноз дает точность в 95 %, а все остальные пока оставляют желать лучшего. Кроме того, достоверно установлено, что магнитные бури по годам вязаны с циклом активности Солнца в 11 лет. Когда активность максимальная, мы переживаем до 50 магнитных бурь в год, против 1-2 в годы минимальной активности светила. В среднем каждый житель планеты около 20 % всей своей жизни находится под действием магнитной бури. Это довольно много, учитывая их влияние на состояние организма.
Мы ее не видим, но чувствуем
Изменения магнитного поля мы ощущаем с помощью «датчика», вмонтированного в вестибулярный аппарат. Это часть внутреннего уха со специальными рецепторными клетками. Этот «датчик», как и все другие органы чувств, связан с головным мозгом и может уставать. Например, при длительном звуковом или электромагнитном воздействии у нас могут возникнуть головная боль или вестибулярные расстройства. Развитие научно-технического прогресса привело к тому, что мы живем в постоянном магнитном смоге - нас постоянно окружает множество различных излучений, начиная от мобильных устройств и заканчивая реактивным двигателем самолета, который мы вроде бы не слышим.
Люди и Солнце
Во многих религиях народов мира Солнце - символ добра и благости. Но не все так просто, ведь древние не знали о магнитных бурях на Солнце. Польза, которую мы черпаем из ультрафиолетового излучения светила, колоссальна, но оно может нас и убить. Влияние магнитных бурь на здоровье и самочувствие людей довольно долго подвергалось сомнению. Но может, скоро нам будут давать больничные листы с диагнозом пострадавшего от солнечной активности? Исследования, проведенные Институтом комических исследований при Университете дружбы народов, подтвердили воздействие перемен магнитного поля на работу кардиомиоцитов (клеток мышц сердца). Воздействие возникших после вспышки магнитных бурь оценивалось на состоянии кардиомиоцитов кроликов. Оно показало, что при таком воздействии вязкость крови и ее свертываемость увеличиваются, повышается количество адреналина (гормона стресса) и отечность сердечной мышцы.
Чего опасаться
Предполагается, что у здоровых людей магнитные бури на Солнце не вызывают ухудшения самочувствия. Но потревожить такие возмущениямогут все-таки каждого. Так или иначе, но на организме сказывается влияние магнитных бурь. Симптомы могут быть различны:
- В такие периоды у нас вырабатывается большее количество белых кровяных телец (лимфоцитов), но активность их снижена. И это приводит к снижению общего иммунитета организма.
- За иммунитет и суточные биоритмы нашего организма отвечает и мелатонин, выработка которого нарушается, что приводит к разбалансировке гормонального фона.
- Меняется и качество нашей крови - она становится более вязкой, что повышает вероятность образования тромбов. Кроме того, это приводит к нарушениям процесса транспортировки кислорода. Первым страдает от кислородного голодания мозг, отсюда головные боли, бессонница и снижение работоспособности.
- Могут появиться сбои в работе сердечно-сосудистой системы: нестабильное артериальное давление и нарушения сердечного ритма.
Не до конца изучено влияние бурь на образование и проведение нервного импульса. Но отмечено увеличения в такие периоды дорожно-транспортных происшествий, рабочего травматизма и обострения психических расстройств.
Как снизить риски
- Постарайтесь не пользоваться метрополитеном - его мощные сверхнизкочастотные электромагнитные поля могут усилить негативное влияние геомагнитной бури.
- Не стоит лететь авиалайнерами - на высоте 10 километров защитный слой воздуха уменьшается в 2 раза. Кроме того, нагрузка вестибулярного аппарата может оказаться избыточной.
- Введите в рацион продукты, снижающие уровень адреналина в крови: яблоки, курага, клюква, малина, бананы. Исключите алкоголь и тяжелую пищу: жирное, острое и очень сладкое.
- Постарайтесь не нервничать, пейте чай или настойки лекарственных растений: валерианы, пиона, земляники.
- Следите за прогнозами и, если симптомы вас беспокоят, обратитесь к врачу за квалифицированной помощью.
Насколько зависимы вы
Проверить степень своей зависимости от магнитного поля легко. Для этого понадобится секундомер и наблюдатель, который снимет тест на видео. Необходимо встать на одну ногу и закрыть на 15 секунд глаза. После этого, поговорите по мобильному телефону и повторите тест. Если удалось сохранить ровное положение во втором случае - вы не зависимы или мало зависимы от электромагнитного излучения. Если вас качало, то читайте предыдущий раздел - она написан именно для вас.
Подводя итог
Наш организм - хрупкая система. Миллионы лет эволюции готовили человека к существованию на этой планете. Мы можем уберечься от очень много, но остаются силы, которые нам не подвластны. По данным НАСА, самая сильная из всех зафиксированных бурь случилась в ноябре 2003 года, все ближайшие ожидаются более слабые. И пока ученые бьются над изобретением устройства-компенсатора магнитного излучения, наше здоровье и хорошее самочувствие в наших руках. Берегите себя и своих близких, будьте здоровы!
Астроном Владимир Кузнецов о выбросах энергии Солнца, полярном сиянии, возможностях прогнозирования магнитных бурь и их влиянии на здоровье людей. Земля имеет магнитное поле, которое защищает ее от радиации Солнца и дальнего космоса. Это магнитное поле называют магнитным щитом. Щит обеспечивает существование биосферы и жизни на Земле. Те планеты, где нет магнитного поля, считаются мертвыми по сравнению с Землей, несмотря на то что там могут присутствовать признаки жизни. Время от времени на Солнце происходят активные явления: выбросы массы, вспышки, ударные волны. Эти явления приводят к возникновению энергетических частиц, которые разлетаются от Солнца во все стороны, в том числе в направлении Земли, и попадают в магнитосферу. Когда ударная волна, которая возникает перед выбросом массы, сталкивается с магнитосферой, магнитное поле Земли начинает возмущаться, колебаться, дрожать. Этот процесс и называется магнитной бурей.
Магнитные бури носят планетарный характер и оказывают глобальное воздействие на Землю и околоземное пространство. Во время магнитной бури возмущается все магнитное поле Земли. Эти возмущения приводят к разным явлениям. Все слои земной атмосферы, ионосфера, плазмосфера, магнитосфера подвергаются изменениям. Возникают потоки энергичных частиц и токи.
Индукционный эффект магнитной бури отражается и на поверхности Земли, затрагивает протяженные проводящие системы: линии электропередач, трубопроводы и прочее. Это может приводить к катастрофам. Одна из таких катастроф произошла в марте 1989 года, когда в канадской провинции Квебек, включая столицу Оттаву, из-за наведенных магнитной бурей электрических токов в энергосистеме провинции перегорели трансформаторы. Атмосфера Земли нагрелась, разбухла, поднялась вверх. Низколетящие спутники изменили орбиты, некоторые из них были потеряны. Впоследствии их пришлось искать и восстанавливать группировку. Магнитная буря обычно длится от нескольких часов до суток. В случае с Квебеком буря продлилась 9 часов.
Другие явления, которые возникают из-за магнитных бурь, - это полярные сияния. На полюсах магнитное поле входит в Землю в виде открытых силовых линий. Магнитный щит Земли не пропускает энергетические частицы и защищает Землю, запрещая частицам перемещаться поперек поля. Но энергетические частицы могут проникать на магнитных полюсах. Вторгаясь в атмосферу, они взаимодействуют с атомами атмосферы и создают красочное свечение, которое мы называем полярным сиянием.
Активность Солнца испытывает 11-летний цикл. Это значит, что от минимума до минимума, от максимума до максимума активности проходит примерно 11 лет. Максимумы активности бывают низкими и высокими. Если максимум цикла высокий, то на Солнце происходят вспышки и выбросы массы. В конце ноября 2003 года на Солнце возникла мощная активная область, которая проходила по диску Солнца в течение двух недель. Она дала серию мощных вспышек и выбросов массы, которые привели к мощным магнитным бурям на Земле и повышенной геомагнитной активности в течение целой недели. Такие экстремальные события случаются редко, примерно раз в 50 лет, и они могут приводить к катастрофам, подобным той, что возникла в Квебеке.
Значение магнитных бурь увеличивается с годами, потому что техносфера Земли разрастается. Раньше человечество наблюдало только полярные сияния, самое мощное из которых зарегистрировано в 1859 году. Английский астроном Ричард Кэррингтон наблюдал на Солнце мощнейшую за всю историю наблюдений вспышку, с которой были связаны полярные сияния практически на всей территории Земли, в том числе и на экваторе. В 1859 году у Земли не было такой обширной техносферы, спутников, линий электропередач, поэтому эти явления не ощущались так ясно. Но в 1989 году, когда человечество уже запустило спутники, разработало протяженные линии электропередач и трубопроводы, магнитная буря стала очень значимой и сильно отразилась на энергосистеме Квебека.
Техносфера Земли расширяется. Практически все современные технологии - GPS, ГЛОНАСС и прочие - являются спутниковыми, а спутники сильно подвержены воздействию активности Солнца. Электроника может выходить из строя за счет воздействия энергичных частиц. И чем больше мы внедряем спутниковые технологии и чем протяжённее мы делаем линии электропередач, тем более ощутимы для Земли магнитные бури. Индукционный эффект бури зависит от размера этих систем.
Это говорит о том, что при разработке, создании спутниковых систем и расширении техносферы нужно учитывать факторы, которые раньше не принимались во внимание. С другой стороны, нужно наблюдать активность Солнца и связанную с ним геомагнитную возмущенность на Земле.
Другой аспект влияния магнитных бурь связан с тем, что во время магнитной бури изменяется среда, нагревается атмосфера, и это может приводить к изменению давления в атмосфере Земли. Эти изменения, как считают медики, могут влиять на состояние здоровья людей, у которых ослаблена адаптация. Статистика показывает, что во время магнитных бурь количество вызовов скорой помощи по поводу ухудшения самочувствия у людей с сердечно-сосудистыми заболеваниями увеличивается примерно на 20%. При этом сами возмущения магнитного поля, которые происходят на Земле, ничтожны относительно самого поля. Чаще всего они составляют примерно 1/300–1/1000 часть от самого поля. Но эффект носит планетарный характер. В мозге человека есть резонансы, которые совпадают с резонансами ионосферы - примерно 10 Гц. В человеческом сердце также есть резонансы, совпадающие с резонансами магнитосферы - примерно 1 Гц. Если резонансные области ионосферы и магнитосферы возбуждены и в них повышается плотность электромагнитного излучения, то это может оказывать влияние на состояние здоровья больных людей. Эти взаимосвязи сейчас активно исследуются медиками и биофизиками.
На современном этапе астрономы изучают возможности прогнозирования космической погоды и всей совокупности явлений, которые происходят в системе Солнце - Земля. Для прогнозирования погоды надо иметь информацию о Солнце, его активных областях, их магнитной конфигурации и возможности возникновения вспышек и выбросов. Если выброс уже произошел, то он летит до Земли от двух до трех суток в зависимости от скорости. За это время можно понять, какой это выброс, в какой части Солнца он произошел, и предсказать его эффект. Как правило, наиболее геоэффективной является правая часть Солнца.
Магнитная ось Земли наклонена по отношению к оси вращения. Во многом эффект магнитных бурь зависит от мощности и скорости выброса массы, а также от ориентации этой оси по отношению к направлению выброса в момент столкновения Земли с плазменным облаком. Магнитная ось наклонена к оси вращения примерно на 11 градусов. Она может быть обращена к Солнцу или в противоположную сторону от Солнца при столкновении плазменного облака с магнитосферой Земли. Космические явления не бывают одинаковыми, выбросы массы из Солнца происходят случайно, у них разная амплитуда и скорость. Поэтому явления космической погоды редко совпадают, их трудно предсказать с большой вероятностью. Тем не менее некоторые прогнозы вполне осуществимы. Ими сейчас активно пользуются при запусках космических аппаратов и управлении космическими полетами.
Явления происходящие на Солнце и их воздействия на Землю. Магнитные бури. Полярные сияния
Кажанов Владимир
Солнечные пятна
Солнечные пятна - это темные образования на диске Солнца (в белом свете). На диске Солнца в телескоп видно, что крупные пятна имеют довольно сложное строение: темную область “тени” (ядра) окружает “полутень”, диаметр которой более чем в два раза превышает размер тени. По величине, пятна бывают очень разными - от малых, диаметром примерно 1000 - 2000 км, до гигантских, значительно превосходящих размеры нашей планеты. Отдельные пятна могут достигать в поперечине 40 тыс.км. А самое большое из наблюдавшихся пятен достигало 100 тыс.км.
Установлено, что пятна - это место выхода в солнечную атмосферу сильных магнитных полей. Магнитные поля уменьшают поток энергии, идущей от недр светила к фотосфере, поэтому в месте их выхода на поверхность температура падает. Пятна холоднее окружающего их вещества примерно на 1500 К, а следовательно, и менее ярки. Вот почему на общем фоне они выглядят темными.
Солнечные пятна часто образуют группы из нескольких больших и малых пятен, такие группы могут занимать значительные области на солнечном диске (Приложение № 1). Картина группы все время меняется, пятна рождаются, растут и распадаются. Живут группы пятен долго, иногда на протяжении двух или трех оборотов Солнца (период вращения Солнца составляет примерно 27 суток).
Грануляция. Факелы
На первый взгляд диск Солнца кажется однородным. Однако, если приглядеться, на нем обслуживается много крупных и мелких деталей. Даже при не хорошем качестве изображения видно (в белом свете), что вся фотосфера состоит из всех зернышек (называемых гранулами) и темных промежутков между ними.
Размеры гранул невелеки по солнечным масштабам - от 500 до 2000 км в поперечнике; межгранульные дорожки более узкие, ~ 300 - 600 км в ширину. На солнечном диске наблюдаются одновременно около миллиона гранул. Картина грануляции не является застывшей: одни гранулы исчезают, другие появляются. Каждая из них живет не более 10 минут (5 - 7 минут).
За явление грануляции ответственен физический процесс, называемый конвекцией. Конвекция - перенос тепла большими массами горячего вещества, которые поднимаются снизу, расширяясь и одновременно остывая.
Грануляция создает общий фон, на котором можно наблюдать более контрастные и крупные объекты - солнечные пятна и факелы.
Практически всегда пятна окружены яркими полями, которые называют факелами. Факелы горячее окружающей атмосферы примерно на 2000К. и имеют сложную ячеистую структуру. Величина каждой ячейки - около 30 тыс. км. В центре диска контраст факелов очень мал, а ближе к краю увеличивается, так что лучше всего они заметны именно по краям. Факелы живут еще дольше чем пятна, иногда 3 - 4 месяца. Они не обязательно существуют вместе с пятнами, очень часто встречаются факельные поля, внутри которых пятна никогда не появляются.
3) Солнечные вспышки
Солнечная вспышка - своеобразный взрыв, в результате которого происходит внезапное освобождение энергии, накопленной в ограниченном объеме солнечной атмосферы (чаще всего короны и хромосферы). Подавляющее большинство солнечных вспышек происходят в районах групп солнечных пятен со сложным строением магнитного поля, особенно на ранних и максимальных стадиях их развития. Но иногда их регистрируют и вдали от пятен, в старых “рыхлых” магнитных областях. Обычно вспышкам предшествует перестрой магнитного поля. Нередко она связана со всплыванием в этой области нового магнитного потока противоположной полярности. Сама солнечная вспышка обычно начинается быстрым возрастанием температуры короны примерно до 40 млн. градусов, приводящих к появлению всплесков мягкого рентгеновского излучения. Этот процесс длится от одной до нескольких минут. Вспышка “Вдавливает” переходной слой между короной и хромосферой в хромосферу и нагревает несколько сотен километров верхней хромосферы до температуры 10 тыс. градусов. При этом регистрируется увеличение излучения в линии водорода (Н) и в линиях крайней ультрафиолетовой области. Продолжительность вспышки в видимой части спектра составляет от нескольких минут до нескольких часов, причем возрастание интенсивности излучения в линии водорода (Н-альфа) до максимума происходит быстрее, чем последующий спад. Иногда наблюдается также микроволновой всплеск с постепенным подъемом и спадом потока радиоизлучения.
На стадию теплового нагрева солнечной вспышки еще до достижения максимума яркости накладывается вторая импульсивная, или взрывная стадия, в течение которой происходит ускорение электронов, а иногда и ядер атомов до энергий 10 - 100 кэВ (кило электрон-вольт). Ускоренные электроны вызывают импульсные всплески жесткого рентгеновского, далекого ультрафиолетового и микроволнового излучения. Область, в которой происходит этот импульсный процесс, гораздо меньше области тепловой вспышки. Практически все солнечные вспышки с импульсной стадией сопровождаются “расталкиванием” вещества и магнитного поля. Из большинства таких вспышек происходит выброс в наружные слои солнечной атмосферы вещества со скоростями до 400 км/с. Другим эффектом, связанным иногда с импульсной стадией, является всплеск 3 типа метровом диапазоне радиоволн, который наглядно свидетельствует о движении электронов через корональную и межпланетную плазму со скоростью, большей 100000 км/с. Его продолжительность составляет от одной до нескольких секунд.
Наибольший интерес представляют так называемые протонные вспышки, во время которых выбрасываются протоны с энергиями выше 10 МэВ (мега электрон-вольт).
4. Воздействия солнечных вспышек на Землю
Установлено, что при вспышках выделяются радиоволны и потоки частиц.
Электромагнитное излучение достигает Земли за 8 минут, следовательно, все волны достигают Земли в один и тот же момент - именно тогда, когда мы замечаем вспышку в поле зрения спектрогелиоскопа. Частицы же отстают и прибывают на Землю через различные интервалы времени, зависящие от их скоростей. Поэтому волны генерируют те явления, которые мы относим к одновременными (со вспышкой) эффектами, а частицы дают начало запаздывающим эффектам.
А) Одновременные эффекты
Электромагнитные волны, достигающие Земли, можно для удобства разделить на три различные спектральные области: ультрафиолетовый свет, видимый свет и радиоволны (в порядке увеличения длин волн).
Основное действие ультрафиолетовых лучей сводится к созданию повышенной ионизации в слое D на высоте 60 - 90 км над Землей (рис.1). В результате, число свободных электронов в этом слое резко увеличивается, что приводит к внезапным ионосферным возмущениям. Они бывают следующих типов:
1) Магнитное кроше. Некоторая часть земного магнетизма обусловлена магнитными эффектами электрических токов, которые непрерывно текут в проводящих слоях атмосферы (~ в слое Е на высоте 100 - 130 км.).
Во время интенсивной вспышки колличество свободных электронов резко увеличивается; в ионосфере возникает более сильный ток и, как следствие этого, регистрируется внезапный скачок или “бухтообразное” возмущение на магнитограммах, называемое кроше.
Как и другие возмущения, вызываемые ультрафиолетовым излучением вспышки, появление кроше ограничено тем полушарием Земли, которое в данное время обращено к Солнцу.
2) Замирание на коротких радиоволнах. Второй эффект повышенной степени ионизации ионосферы состоит в увеличении поглощения ею коротких радиоволн, которые происходят через слой D на своем пути к слою F и обратно (рис.1).
Во время замирания сила сигнала падает до 1/5 - 1/10 своей нормальной величины. Отсюда можно сделать вывод, что электронная концентрация в слое D увеличивается во время вспышки в 5 - 10 раз, а не вдвое, как было оценено по явлению кроше.
3) Внезапное усиление атмосфериков. Когда число свободных электронов в слое D значительно увеличивается, он будет гораздо сильнее отражать те очень длинные волны (около 10000 м длинной), которые возвращаются к нам от области, близкой к основанию слоя. Если во время вспышки удается зарегистрировать сигналы от удаленного передатчика, то налицо оказывается резкое увеличение силы сигнала.
Для наблюдений внезапных усилений необходим радиоприемник, который будет суммировать “трески” (генерируемые молниями) подходящей частоты за период около одной минуты и даст нам результат в виде импульсов выпрямленного тока, которые можно регистрировать на движущемся листе бумаги. Таким путем мы получаем постоянную запись суммарной интенсивности “атмосфериков” на данной частоте для любого часа дня. Когда возникает солнечная вспышка, регистрирующее устройство может иногда за несколько минут отметить удвоенную силу поступающих сигналов.
Большинство атмосфериков возникает в тропических областях, где грозы особенно часты. Что же касается внезапных усилений во время вспышек то они обусловливаются просто повышением отражательной способности слоя D на высоте порядка 70 км, а не действительным увеличением числа разрядов молний в это время.
Описанный метод дает простой и эффективный способ для регистрации вспышек и фиксации моментов их появления, когда погода облачная и само Солнце видеть нельзя.
4) Внезапные фазовые аномалии. Во время вспышки слой D не только лучше отражает длинные радиоволны, но одновременно уменьшается и высота отражающего “потолка”. Иными словами, концентрация электронов, необходимая для отражения, теперь создается в более низком слое атмосферы. Это порождает изменение фазы между земной и небесной волнами, когда мы можем одновременно принимать обе волны от длинноволнового передатчика.
Ежедневно, когда Солнце всходит, скорость образования электронов в слое D постепенно возрастает и достигает максимальной величины в полдень, когда высота Солнца наибольшая. Но максимум концентрации свободных электронов, зависящий от высоты Солнца, достигается через 30 - 60 минут после полудня.
5) Внезапное замирание космического радиоизлучения. В земную атмосферу из внешнего пространства непрерывно протекают короткие радиоволны. Во время солнечной вспышки такие радиоволны как бы замирают, аналогично тому, как замирают короткие радиоволны, отрезаемые обратно к Земле слоем F.
Это поглощение дает один из самых чувствительных способов обнаружения ультрафиолетового излучения вспышки.
6) Всплески радиоизлучения. Радиоволны вспышки доходят от Солнца до Земли за то же время, что и видимый и ультрафиолетовый свет. Поэтому они относятся к одному из одновременных эффектов вспышек.
В настоящее время, по-видимому, нет оснований сомневаться в простой гипотезе, согласно которой интенсивное радиоизлучение возбуждается в короне при прохождении наружу частиц, выбрасываемых вспышкой.
Б. Запаздывающие эффекты
Самые медленные частицы (корпускулы) доходят до нас примерно через 26 часов после начала вспышки, что соответствует их средней скорости около 1600 км/сек. По прибытии в окрестности Земли корпускулы создают сильные электрические токи, которые можно наблюдать по их влиянию на земной магнетизм - сильным магнитным бурям. В это же время бывают видны полярные сияния в северной и южной полярных областях Земли, а в исключениях - даже ближе к экватору.
Где бы ни была расположена вспышка на видимой полусфере Солнца, ее ультрафиолетовое излучение и радиоизлучение достигают Земли; не всегда дело обстоит так, если речь идет о потоках корпускул.
Магнитные бури гораздо более вероятны, если вспышка происходит около центра солнечного диска. Это обозначает, что частицы покидают Солнце главным образом в перпендикулярном к поверхности направлении.
5. Магнитные бури
Приходящие в окрестность Земли солнечных корпускулы создают сильные электрические токи, которые воздействуют на земной магнетизм и порождают так называемые магнитные бури. Во время бурь Земля окружена внешним магнитным полем, силовые линии которого приблизительно параллельны направлению оси постоянного поля Земли. Направление этого внешнего поля между первой и второй фазами бури должно быстро меняться на обратное.
Магнитные бури делятся несколько произвольно на два класса - в соответствии с величиной возмущений.
В отличии от вспышечных магнитных бурь, рекуррентные повторяются в течении нескольких солнечных оборотов, а иногда даже 10-15 оборотов. Вневспышечные магнитные бури связаны с неоднородностью солнечного ветра и прежде всего долгоживущими областями на солнце.
Если число вспышечных магнитных бурь достигает максимальной величины в эпоху максимума 11-ти летнего цикла, то максимальное число рекуррентных магнитных бурь отмечается на его ветви спада, за 2-3 года до эпохи минимума.
Геомагнитные бури особенно заметны на фоне влияния солнечной активности на биосферу Земли и в частности человека.
Медики обратили внимание на то обстоятельство, что число внезапных смертей и случаев обострения заболеваний сердечно-сосудистой системы, тесно связано с солнечной активностью и обусловлено геомагнитной возмущенностью магнитного поля Земли.
6. Полярные сияния
Наиболее яркими и впечатляющими проявлением бомбардировки атмосферы солнца частицами являются полярные сияния. Это свечение в верхних слоях атмосферы (100-150 км), имеющее либо размытые (диффузные) формы, либо вид корон или занавесей (драпри), состоящих из многочисленных отдельных лучей. Большая часть света полярных сияний излучается атомами водорода и молекулами азота, которые возбуждаются за счет столкновений с низко энергичными электронами. Цвет полярных сияний обычно красный или зеленый. Красный цвет излучается атомами кислорода, зеленый - молекулами азота. Излучение заметно также в ультрафиолетовом и инфракрасном диапазонах.
Число ночей, в которые наблюдаются полярные сияния, растет по мере приближения к северному или южному магнитным полюсам.
Полярные сияния в низких широтах наблюдаются только в эпоху высокой солнечной активности. Это обстоятельство дает возможность проследить за ходом 11-летнего цикла солнечных пятен по появлениям полярных сияний за последние 2000 лет.
МКОУ «Лобановская основная общеобразовательная школа»Магнитное поле Земли и
его влияние на живые организмы
Выполнила ученица 9 класса
МКОУ «Лобановская ООШ»
Катайского района
Бокова Наталья
Руководитель: Боровинских И.А.
учитель физики
Введение………………………………………………………………….3
I. Магнитное поле Земли
1. Особенности магнитного поля Земли……………………………..4
2.Изменение магнитного поля Земли………………………………...6
1. Влияние магнитного поля на растения и животных…………………………………………………………………7
2. Магнетизм и человек…………………………………………………9
3. Исследование зависимости людей разных возрастных групп от влияния магнитных бурь……………………………………………....11
Заключение……………………………………………………………….13
Литература………………………………………………………………..14
Введение
На протяжении миллиардов лет естественное магнитное поле земли, являясь первичным периодическим экологическим фактором, постоянно воздействовало на состояние экосистем. В ходе эволюционного развития структурно-функциональная организация экосистем адаптировалась к естественному фону. Некоторые отклонения наблюдаются лишь в периоды солнечной активности, когда под влиянием мощного корпускулярного потока магнитное поле земли испытывает кратковременные резкие изменения своих основных характеристик. Этот явление, получившее название магнитных бурь, неблагоприятно отражается на состоянии всех экосистем, включая и организм человека.
Таким образом, цель данного проекта познакомить с магнитным полем Земли и его влиянием на живые организмы.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
1. Изучить литературу по данной теме;
2. Познакомить с особенностями магнитного поля Земли;
3. Изучить влияние магнитного поля на организм;
5. Протестировать учащихся;
6. Создать диаграммы;
7. Приготовить презентацию, тезисы и сделать вывод.
Для реализации данных задач, использую следующие методы:
изучение литературы;
анализ;
сравнение;
обобщение;
тестирование учащихся;
создание диаграмм
1. Особенности магнитного поля Земли
Удивительная способность магнита притягивать железо была известна еще в глубокой древности. Свойство магнита указывать юг и север было открыто позже. О способности намагниченных предметов располагаться в определённом направлении было известно ещё китайцам несколько тысячелетий назад. Впервые предположение о наличии магнитного поля Земли, которое и вызывает такое поведение намагниченных предметов, высказал английский врач и натурфилософ Уильям Гильберт (англ. William Gilbert) в 1600 году в своей книге «De Magnete». Наблюдения английского астронома Генри Геллибранда (англ. Henry Gellibrand) показали, что геомагнитное поле не постоянно, а медленно изменяется. У Хосе де Акосты (одного из Основателей Геофизики, по словам Гумбольта) в Истории (1590) впервые появилась теория о четырёх линиях без магнитного склонения (он описал использование компаса, угол отклонения, различия между Магнитным и Северным полюсом; хотя отклонения были известны еще в XV веке, он описал колебание отклонений от одной точки до другой; он идентифицировал места с нулевым отклонением: например, на Азорских островах). Карл Гаусс (нем. Carl Friedrich Gauß) выдвинул теорию о происхождении магнитного поля Земли и в 1839 году доказал, что основная его часть выходит из Земли, а причину небольших, коротких отклонений его значений необходимо искать во внешней среде.
В 1600 году английский ученый Уильям Гильберт в своей книге «О магните, магнитных телах и большом магните - Земле». Представил Землю, как гигантский постоянный магнит, ось которого не совпадает с осью вращения Земли (угол между этими осями называют магнитным склонением).
Гильберт подтвердил свое предположение на опыте: он выточил из естественного магнита большой шар и, приближая к поверхности шара магнитную стрелку, показал, что она всегда устанавливается так же, как стрелка компаса на 3емле. Графически магнитное поле Земли похоже на магнитное поле постоянного магнита.
В 1702 году Э. Галлей создает первые магнитные карты Земли.
Магнитное поле - вид материи, которая существует вокруг движущихся электрически -заряженных частиц вещества и осуществляет их взаимодейст-вие. Оно создается движущимися электрическими зарядами или пере-менным электрическим полем.
Постоянное МП создается постоянным электрическим током или веществами, которые обладают свойствами постоянных магнитов.
Магнитные свойства проявляются во всем, что окружает человека, однако в большинстве тел - очень незначительно. Сильные магнитные свойства имеют минералы, принадлежащих к окислов железа и титана (магнетит, гематит, титаномагнетита, титаногематит) и имеют особую атомно-кристаллическую структуру. Химические элементы с выраженными магнитными свойствами называются ферромагнетик. К ним относятся железо, никель, кобальт и их сплавы, используемые для изготовления постоянных магнитов.
Основная причина наличия магнитного поля Земли в том, что ядро Земли состоит из раскаленного железа (хорошего проводника электрических токов, возникающих внутри Земли). Магнитное поле Земли образует магнитосферу, простирающуюся на 70-80 тыс. км в направление Солнца. Она экранирует поверхность Земли, защищает от вредного влияния заряженных частиц, высоких энергий и космических лучей, определяет характер погоды. Магнитное поле Солнца в 100 больше, чем земное.
Еще в 1635 году Геллибранд устанавливает, что магнитное поле Земли меняется. Позднее было установлено, что существуют постоян-ные и кратковременные изменения магнитного поля Земли.
Изменение магнитного поля Земли
Причиной постоянных изменений является наличие залежей полезных ископаемых.
На Земле имеются такие территории, где ее собственное магнитное поле сильно искажается залеганием железных руд. Например, Курская магнитная аномалия, расположенная в Курской области .
Причина кратковременных изменений магнитного поля Земли - действие "солнечного ветра", т.е. действие потока заряженных частиц, выбрасываемых Солнцем. Магнитное поле этого потока взаимодействует с магнитным полем Земли, возникают "магнитные бури".
На частоту и силу магнитных бурь влияет солнечная активность.
В годы максимума солнечной активности (один раз в каждые 11,5 лет) возникают такие магнитные бури, что нарушается радиосвязь, а стрелки компасов начинают непредсказуемо "плясать".
Результатом взаимодействия заряженных частиц "солнечного ветра" с атмосферой Земли в северных широтах является такое явление, как "полярное сияние".
II. Влияние магнитного поля на живые организмы
1. Влияние магнитного поля на растения и животных
Как магнитное поле действует на живые организмы? Очевидно, восприимчивость к полю Земли продемонстрировали, например, термиты. Исследователи отмечают, что термитнике насекомые располагаются поперек магнитных силовых линий. Попробовали экранизировать термитник от магнитного поля, насекомые тут же потеряли свою способность ориентироваться в пространстве, «расселились» как попало. Мощный магнит снова наводит «порядок». Американский биолог Браун показал, что в земном поле ориентируются моллюски, черви и даже водоросли. Немецкий энтомолог Беккер наблюдал, что жуки, пчелы, и другие насекомые предпочитают при полете направление север – юг или запад – восток. Магниточувствительными оказались и птицы и животные. Замечено, что магнитные силы затормаживают условные и безусловные рефлексы. Каким образом живые существа воспринимают невидимое напряжение? Экспериментируя с разными животными, ученые выяснили: магнитные силы воспринимаются непосредственно мозгом. Лишь после повреждения гипоталамуса условный рефлекс на поле резко нарушается. Итак, в первые моменты магнитного поля влияет, прежде всего, на функции центральной нервной системы, но позже его действие сказывается и на работе других органов, клетки которых также отличаются высоким уровнем обмена веществ. На голову ящерицы действовали постоянным магнитом, и она приходила в состояние, подобное тому, что возникает при общем наркозе. В «Вестнике сельскохозяйственной науки» (1974год) авторы статьи сообщают, что под действием магнитного поля низкой частоты у коров заметно улучшается жировой состав молока. Постоянное поле магнита лечит и предупреждает маститы. Поле улучшает также картину крови. Даже соотношение полов в приплоде возможно связано с ориентацией животных в магнитном поле Земли . Не остаются «безучастными» к магнитным влияниям растения. Исследователи А. Крылов и Г. Тараканова проводили эксперименты с семенами кукурузы и пшеницы. Они их смачивали и укладывали проростками вдоль линий геомагнитного поля. Семена, ориентированные к югу, взошли раньше, корни и стебли росли быстрее. Пшеница, посеянная рядками на запад-восток, дает лучший урожай, чем тот же сорт на той же земле, посажанный по меридиану. Словом, и растительный и животный мир не безразличен к воздействию магнитных сил. Мыши при длительном пребывании в «немагнитной среде» быстрее умирают, не дают потомства. Магнитное поле Земли служит многим живым организмам для ориентации в пространстве. Некоторые морские бактерии располагаются в придонном иле под определенным углом к силовым линиям магнитного поля Земли, что объясняется наличием в них маленьких ферромагнитных частиц.
Мухи и другие насекомые "садятся" предпочтительно в направлении поперек или вдоль магнитных линий магнитного поля Земли. Например, термиты располагаются на отдых так, что оказываются головами в одном направлении: в одних группах - параллельно, в других - перпендикулярно
линиям магнитного поля.
Ориентиром для перелетных птиц также служит магнитное поле Земли. Недавно ученые узнали, что у птиц в области глаз располагается маленький магнитный "компас" - крохотное тканевое поле, в котором расположены кристаллы магнетита, обладающие способностью намагничиваться в магнитном поле. Словом, и растительный и животный мир не безразличен к воздействию магнитных сил. Интересно отметить, что не только человек использует силу земного магнетизма (например, для навигации). Есть некоторые основания считать, что птицы, удивляющие нас способностью при своих перелетах находить места, в которых они когда-то родились и жили, также используют эти силы. Не так давно были проведены интересные опыты с почтовыми голубями, которые, как известно, отличаются способностью определять свое постоянное местонахождение. Пять голубей были увезены далеко от города, в котором они находились . Выпущенные на волю, птицы безошибочно возвратились обратно. Затем каждому голубю под крылья привязались вый маленький магнит и повторили опыт. Оказалось, что только один голубь из пяти возвратился домой, и то после долгого блуждания в пути. Итак, на нашей планете под действием магнитных сил Земли стрелка компаса устанавливается в определенном направлении. Но случается, что стрелка компаса вдруг начинает волноваться, резко и внезапно вздрагивать, метаться из стороны в сторону. Такие явления ученые называют магнитными бурями. Магнитное поле Земли предстоит еще хорошо изучить, что бы до конца выяснить его влияние на природу.
2. Магнетизм и человек
Время от времени на Солнце происходят мощные взрывы, вследствие которых в межпланетное пространство выбрасывается поток заряженных частиц. Когда он через один - два дня достигает магнитной оболочки нашей планеты, то, взаимодействуя с ней, вызывает ее возмущение. Магнитное поле Земли начинает сжиматься, колебаться – так происходит явление, получившее название «магнитная буря».
Молодой и здоровый человек любую бурю переживет спокойно и даже не заметит ее, а пожилой и больной – не всегда. По статистике МОЗ, в дни, когда случается магнитная буря, количество инфарктов увеличивается в три с половиной раза , инсультов – в два раза, приступов стенокардии – в полтора.
Магнитная буря бьет по самым уязвимым местам. У одних обостряются хронические заболевания, у других болит сердце, у третьих начинается мигрень, четвертые впадают в депрессию . Особенно плохо переносят магнитную бурю сердечники, люди с избыточным весом и расстройствами вегето-сосудистой системы.
В настоящее время достоверно установлено, что во время магнитных бурь высока степень риска для лиц, подверженных сердечно-сосудистым заболеваниям. В период магнитных бурь у людей, страдающих гипертонией, высока вероятность развития криза. В отношении больных гипертонической болезнью отмечен неблагоприятный биотропный эффект окончания бури. Имеется точка зрения (Агулова Л.П., 1996), согласно которой гипертонический криз – это резонанс . Он возникает при сочетании высокой межфункциональной синхронизации и низкого адаптационного резерва. Гипертонические кризы возникают в экстремальных точках высокосинхронизированных биологических ритмов, чаще – в максимуме. В этих точках организм обладает наименьшей устойчивостью. Возникновение гипертонических кризов (резонанс) может быть спровоцировано как внутренними, так и внешними причинами. Среди внешних причин значимое место принадлежит геофизическим и космическим факторам. Гипертонические кризы возникают преимущественно у пациентов с правополушарным профилем асимметрии головного мозга. Активность правого полушарий тесно связана с состоянием диэнцефальных структур , которым отводится ведущая роль в механизме компенсаторно-приспособительных реакций.
Отмечено, что у больных ишемической болезнью сердца стенокардические приступы наблюдаются в 2 раза чаще в магнитовозмущенные дни, чем в дни с малой магнитной активностью.
Кроме того, в эти же периоды возрастает риск развития инфарктов миокарда, а течение болезни происходит гораздо тяжелее, чем у пациентов, у которых инфаркт миокарда развился в относительно спокойной геофизической обстановке. Возрастание количества инфаркта миокарда во время магнитных бурь по мнению Бреус Т.К. (1992) является следствием нарушения биологических ритмов. Известно также, что при неблагоприятных гелиогеофизических условиях летальность от инфаркта миокарда в 2 раза выше, чем в спокойные дни. Обнаружено также, что максимальное количество скоропостижных смертей от инфаркта миокарда приходится на вторые сутки после геомагнитных возмущений.
3. Исследование зависимости людей разных возрастных групп от влияния магнитных бурь.
После изучения этого материала у меня появилось желание самой пронаблюдать, как влияют магнитные явления на самочувствие людей. Я проследила эту закономерность на примере разновозрастных групп людей. 1 группа: 10-20 лет, 2 группа: 20-40 лет, 3 групп: 40-65 лет. Перед собой поставила цель: установить степень воздействия магнитных бурь на нашу работоспособность и самочувствие и рассчитать процент зависимых от числа опрошенных. Отслеживание мы проводили в течение 2 месяцев.
Всего было опрошено 18 человек. Из первой группы-10 человек. Из второй группы 3 человека, из третьей группы-4 человека. На вопрос: Влияет ли на ваше самочувствие магнитные бури, были получены следующие ответы:
Результаты вывела в виде диаграммы.
Самочувствие иногда ухудшалось в день предшествующий сложному или в последующий. Основные жалобы, которые высказывали на здоровье, были: головная боль, слабость, перепады артериального давления. Большая зависимость людей 2 и 3 группы объясняется возрастными изменениями, ослаблением защитной функции организма. Кроме того, были выявлены люди, обладающие магнитной защитой.
Таким образом, я проверила, что влияние геомагнитных возмущений на организм человека существует, но оно сугубо индивидуально. У одних магнитные бури вызывают заметную ответную реакцию, у других же есть от природы хорошая защита от магнитных атак. В результате эксперимента все участники узнали о своей зависимости или не зависимости от влияния магнитных бурь. Для зависимых мы, провели консультацию о том, как помочь себе в сложные геомагнитные дни. Порекомендовали не подвергаться большим физическим нагрузкам, принимать заранее соответствующие медикаменты.
Заключение
По окончании работы я с уверенностью могу сказать, что справилась с поставленной целью . Довольно подробно рассмотрела, как магнитные силы влияют на живые организмы, человека. В результате ее завершения я поняла, что магнетизм – это наука будущего, многочисленные тайны хранит она в себе. Решить их – значит научиться жить в гармонии с природой, с Землей, с Вселенной. Я надеюсь, что приобретенные знания пригодятся мне в дальнейшей жизни . В любом случае работа над этим проектом была увлекательной и познавательной. Ведь, по словам Альберта Эйнштейна: «Радость видеть и понимать – есть самый прекрасный дар природы!»
Литература
1.Большая советская энциклопедия.
2. Короновский Н. В. Магнитное поле геологического прошлого Земли. Соросовский образовательный журнал, N5, 1996, стр.56-63
3. Кошкин Н.И., Ширкевич М.Г. Справочник по элементарной физике. - М.: Наука, 1976.
4. Сивухин Д. В. Общий курс физики. - Изд. 4-е, стереотипное. - М.: ФИЗМАТЛИТ; Изд-во МФТИ, 2004. - Т. III. Электричество. - 656 с. - ISBN 5-9221-0227-3 ; ISBN 5-89155-086-5 .
5.Физика. Перевод с английского под редакцией профессора Китайгородского. Москва. Наука 1975 г.
6. «Физический фейерверк» Дж. Уокера. Перевод с английского под редакцией кандидата физико-математических наук И. Ш. Слободецкого.
7. http://www.ionization.ru/issue/iss77.htm
8. http://sgpi.ru/wiki/index.php
Еще несколько веков назад вспышки на Солнце связывали с «исчадием ада, дьявольским предзнаменованием», но историю изучения магнитных бурь надо начать с истории самого магнита.
Магнит
Скорее всего, использование магнита в качестве главного составляющего компаса было известно уже 1100 году в Китае: если магнит свободно подвесить на нить, ось магнита в первом приближении сориентируется в направлении север – юг. В 1260 году Магнит из Китая в Европу привез Марко Поло, а Иоанн Жира построил в 1300 году первый магнитный компас, и тем самым облегчил работу мореплавателям.
История геомагнетизма
Основы науки о геомагнетизме были заложены в период между 13 и 16 веками. К середине 15 в. В 1600 У.Гильберт , придворный врач Елизаветы I, опубликовал знаменитый трактат «О магните, магнитных телах и о большом магните – Земле. Новая физиология, доказанная множеством аргументов и опытов.», в котором описал свойства магнита и земного магнетизма. Он отметил, что Земля является огромным магнитом.
В 1701 астроном Э.Галлей
опубликовал первую карту геомагнитного поля. В середине 18 в. была установлена связь между полярным сиянием и магнитными бурями.
Еще в средние века мореплаватели обратили внимание, что бывают дни, когда стрелка компаса вдруг начинает беспорядочно колебаться в продолжение нескольких часов или нескольких суток, делая компас совершенно непригодным для навигационных расчетов. Это явление моряки и окрестили магнитной бурей.
Но только в XVIII в. французский астроном Лемонт заметил, что интенсивность и частота магнитных бурь тем больше, чем больше на Солнце пятен. Это стало первым открытием связи земных явлений с солнечной активностью.
В начале XX века российский ученый Александр Чижевский (1897 — 1964) впервые высказал идею о влиянии солнечной активности на живых существ и социальные процессы. Тогда взгляды Чижевского многие сочли мистикой.
Впервые понятие «погоды в космосе» ввел замечательный советский ученый, Герой Советского Союза, академик Евгений Константинович Федоров (1910–1981).
Теория магнитных бурь была развита С.Чапменом, В.Ферраро, Х.Альфвеном, С.Зингером, А.Десслером, Е.Паркером и другими.
Регулярные наблюдения на ионосферных станциях начались с 1932 года в Англии, с 40-х годов — в США и России.