Излучение энергии солнцем и периодичность солнечной деятельности

1. Излучение Солнца и солнечная постоянная. Земной шар перехватывает ничтожную часть всей энергии, излучаемой Солнцем. Зная размер Земли и ее расстояние от Солнца, можно подсчитать, какова ее доля. Она составляет 1 : 2 000 000 000. Измерив же количество солнечной энергии, падающей на Землю, можно подсчитать и полную энергию излучения Солнца.

Солнечной постоянной называется количество солнечной энергии, падающей за одну минуту на 1 (кв см) земной поверхности, перпендикулярной к солнечным лучам при среднем расстоянии от Земли до Солнца. При измерении солнечной постоянной учитывается частичное поглощение солнечного излучения в земной атмосфере. Солнечная постоянная составляет 1,94 калории в минуту на 1 (кв см) и устанавливается измерением нагревания воды за определенное время в особом зачерненном сосуде, подвергнутом нагреванию солнечными лучами.

Зная величину солнечной постоянной, расстояние до Солнца и его размер, можно подсчитать температуру поверхности Солнца. Результат находится в согласии с другими способами ее определения. Эти данные показывают, что энергия Солнца так велика, что если Солнце окружить слоем льда толщиной 14 ж, то излучаемое им тепло могло бы растопить всю эту ледяную кору за одну минуту.

2. Солнечная деятельность и пятна. Темные пятна чаще всего наблюдаются к северу и к югу от солнечного экватора. Они появляются и через несколько дней или недель, реже - через несколько месяцев, распадаются. Пятна - это участки фотосферы, где газы охлаждены до 4500° и кажутся темными лишь по контрасту с более горячей и оттого более яркой окружающей поверхностью. Здесь газы совершают медленное и сложное движение, находясь в сильном магнитном поле, которое временами возникает в областях, где появляются пятна.

Пятна часто встречаются парами. Оказывается, в таких парах в одном полушарии Солнца переднее (по вращению Солнца) пятно имеет магнетизм одной полярности (например, южной), а другое - противоположной полярности. В другом полушарии Солнца распределение полярности магнетизма во всех парах пятен противоположное. Так длится около 11 лет, после чего полярность в парах пятен двух полушарий Солнца меняется.

С 11-летним периодом меняется также число пятен и величина площади, занятой ими, а также число наблюдаемых протуберанцев и многие другие явления на Солнце, например форма солнечной короны. В среднем через каждые 11 лет число пятен, площадь, занятая пятнами, и число протуберанцев достигают максимума, и так же чередуются их минимумы. Полярность пятен меняется в год минимума.
Солнечные пятна, часто появляющиеся группами, по площади нередко гораздо больше, чем площадь сечения земного шара. Вблизи пятен чаще всего появляются истечения горячих газов из более глубоких слоев Солнца. В таких активных областях - областях сильных горизонтальных и вертикальных течений газов в магнитном поле - время от времени возникают так называемые хромосферные вспышки. Это небольшие области, в которых под действием магнитных сил быстро возникает огромное сжатие газов. Вследствие этого температура газа быстро повышается, и он временно излучает гораздо больше энергии, в том числе света. При этом возникает и усиленный поток невидимых глазом ультрафиолетовых лучей, а также потоки мельчайших частиц, с большой скоростью покидающих Солнце.

Испускаемые Солнцем лучи и покинувшие его быстро летящие частицы оказывают заметное влияние на некоторые явления в земной атмосфере. Так, с усилением солнечной деятельности увеличивается на Земле число магнитных бурь (довольно быстрых и значительных колебаний стрелки компаса), число полярных сияний, ухудшается прием радиопередач!

3. Полярные сияния. Полярные сияния в виде колеблющихся светлых, часто цветных лучей или полос в северном полушарии бывают видны ночью в северной стороне неба тем лучше и чаще, чем дальше от экватора Земли находится наблюдатель. Но иногда они бывают видны даже на широте Северной Африки. В южном полушарии Земли такие же полярные сияния видны в южной стороне неба.
Наука выяснила, что в соответствии с гениальным предвидением М. В. Ломоносова полярные сияния представляют собой холодное электрическое свечение земной атмосферы на высотах в сотни километров над Землей.

Природа этого свечения сходна с природой свечения разреженного газа в газосветных трубках под действием электрического тока в газе. В высоких слоях земной атмосферы разреженный воздух светится от бомбардировки его мельчайшими частицами, которые выбрасываются из активных областей Солнца. Магнитное поле земного шара отклоняет эти частицы, когда они приближаются к Земле, так что эти частицы попадают в нашу атмосферу преимущественно вблизи магнитных полюсов Земли. Вот почему полярные сияния происходят чаще всего именно там. Частицы, выбрасываемые Солнцем и бомбардирующие нашу атмосферу, меняют ее электропроводность и другие свойства, от которых зависят сила и частота радиоприема.

Само Солнце и его корона испускают радиоволны. Мощность этого излучения сильно колеблется.

Влияние изменений солнечного излучения на ряд явлений на Земле весьма многосторонне, но изучено пока недостаточно.

4. Значение излучения Солнца и источники его энергии. Все сказанное выше подтверждает взаимосвязь явлений во Вселенной. Изучение Солнца необходимо и для практических целей - для более точного предсказания погоды, влияющей на все народное хозяйство, для борьбы с помехами при радиопередачах и т. д. Поэтому в СССР широко поставлено изучение солнечных явлений и их воздействия на Землю. Такова одна из практических сторон астрономии.

К сожалению, мы не знаем причин еще многих явлений на Солнце, в частности причин периодичности в его деятельности. Но человек научился предвидеть наступление некоторых явлений. Теперь уже даются полезные указания о необходимых изменениях в радиопередаче на коротких волнах для улучшения радиосвязи.

Источником энергии Солнца и звезд являются так называемые ядерные реакции в недрах Солнца и звезд. Эти реакции возможны лишь при температурах в десятки миллионов градусов. Они приводят к тому, что водород постепенно превращается в гелий, причем выделяется огромное количество энергии. Запасов водорода на Солнце хватит еще на много миллиардов лет. С тех пор как на Земле возникла жизнь, излучение энергии Солнца заметно не изменилось. Поэтому вопрос об исчерпании источников солнечной энергии не имеет для человечества ни малейшего практического значения.

Большое практическое значение имеет другое - более полное использование солнечной энергии, получаемой Землей. В этом направлении достигнуто еще очень мало, хотя за последние годы построен ряд установок с большими зеркалами, концентрирующими солнечное тепло для нагревания воды, например для паровых машин и даже для плавильных печей, в которых достигается температура до 3000°. Построены также опреснители, сушилки и тому подобные установки, использующие солнечную энергию.

Аккумулировать солнечную энергию можно и другими путями, превращая ее в энергию электрохимическую. Такого рода использование солнечной энергии применяется на советских искусственных спутниках Земли и на космических ракетах.