Текст книги "Приоритет отечественной науки по влиянию солнечных вспышек в полетах на Луну и Марс"

Градация классов солнечных вспышек

Прежде всего, рассмотрим общеизвестную классификацию солнечных вспышек – табл. 3.

Таблица 3. Классы солнечных вспышек и величины мощности на единицу площади [9]

Способ 1. Выявление класса солнечных вспышек по величине мощности на единицу площади

Солнечная радиация измеряется мощностью переносимой ею энергии на единицу площади поверхности (Вт/м2). В целом, Земля получает от Солнца менее 0,5×10^—9 (одной двухмиллиардной) от энергии его излучения [7]. Электромагнитная составляющая солнечной радиации распространяется со скоростью света и проникает в земную атмосферу. До земной поверхности солнечная радиация доходит в виде прямых и рассеянных лучей. Спектральный диапазон электромагнитного излучения Солнца очень широк – от радиоволн (солнечные радио-всплески) до рентгеновских лучей – однако максимум его интенсивности приходится на видимую (жёлто-зелёную) часть спектра. Существует также корпускулярная часть солнечной радиации, состоящая преимущественно из протонов, движущихся от Солнца со скоростями 300—1500 км/с (Солнечный ветер). Во время солнечных вспышек образуются также частицы больших энергий (в основном протоны и электроны), образующие солнечную компоненту космических лучей. Энергетический вклад корпускулярной составляющей солнечной радиации в её общую интенсивность невелик по сравнению с электромагнитной. Подавляющая доля частиц задерживается атмосферой Земли, либо поглощается верхними слоями земной атмосферы, поэтому в ряде приложений термин «солнечная радиация» используют в узком смысле, имея в виду только её электромагнитную часть.

Рис. 14

Рис. 14. Спектр излучения Солнца, наблюдаемый выше атмосферы Земли и на уровне моря, но в пределах наличия магнитного поля (магнитосферы) [7]

Проведённый оценочный расчёт подтвердил возможность возникновения частиц «солнечных» космических лучей с максимальной энергией 5·10¹¹ эВ (из «выброшенного» при мощной солнечной вспышки «облака» солнечной плазмы) в результате пятиминутного последовательного воздействия на каждую частицу квантов «жёсткого» рентгеновского излучения, возникших в очаге солнечной вспышки при торможении частиц галактических космических лучей с максимальной энергией 10¹⁹ эВ. Величина отношения максимальных значений энергий частиц «солнечных» и «галактических» космических лучей соответствует числу 5·10^—8 [8]. По существу, это число представляет собой коэффициент полезного действия процесса преобразования одних космических лучей в другие. Совершенно очевидно, что величина КПД этого процесса вполне реальна. Ещё в большей мере этот вывод относится к соотношению суммарных величин их энергий. Имеются все основания предполагать, что именно за счёт высокой энергии частиц космических лучей, захватываемых общим магнитным полем Солнца, происходит не объяснённое до сих пор явление инверсии температуры в солнечной атмосфере, когда её уменьшение по мере удаления от центра Солнца сменяется повышением температуры плазмы солнечной короны до миллиона градусов, а в периоды максимума солнечной активности – ещё в два раза выше.

Солнечная вспышка – взрыв на Солнце, который происходит, когда энергия, содержащаяся в магнитных полях (обычно вокруг пятен), высвобождается наружу. Вспышки порождают поток радиации во всех диапазонах электромагнитного спектра, от радиоволн до рентгеновских и гамма-лучей. Солнечные вспышки по их яркости в рентгеновских лучах в диапазоне длин волн от 1 до 8 Å делятся на три основные группы [9]:

1. Вспышки Х-класса: большие, могут вызвать радиопомехи на всей планете, а также долгие магнитные бури.

2. Вспышки М-класса: средние по размеру, вызывают короткие перебои в связи в полярных регионах. Иногда образуются небольшие магнитные бури.

3. Вспышки С-класса: небольшие, с незначительными последствиями для нашей планеты.

Каждая группа делится на 9 подгрупп, от 1 до 9, от С1 до С9, М1-М9 и Х1-Х9.

Рис. 15

Рис. 15. Солнечные вспышки класса Х (красный цвет), и класса М, C (синий цвет графика) [9]

На графике (рис. 15) зарегистрированы три вспышки 2000 г. (слева направо): Х2, М5, Х6. Одна из них Х6 породила магнитную бурю, названную «День взятия Бастилии»

31 августа 2012 года в 4:36 вечера по восточному времени в космос вырвался длинный протуберанец, который находился в атмосфере Солнца. Вспышка вызвала полярное сияние на Земле.

Солнечная вспышка – это внезапная яркая вспышка, наблюдаемая вблизи поверхности Солнца. Она включает в себя очень широкий спектр выбросов, требующих выделения энергии, как правило, 1 × 10 ²⁰ джоулей энергии, но они могут выделять до 1 × 10 ²⁵ джоулей (последнее примерно эквивалентно 1 миллиарду мегатонн в тротиловом эквиваленте, или более чем в 400 раз больше энергии, чем выделяется при столкновение кометы Шумейкера—Леви с Юпитером). Вспышки часто, но не всегда, сопровождаются выбросом корональной массы. Вспышка выбрасывает облака электронов, ионов и атомов через солнечную корону в космос. Эти облака обычно достигают Земли через день или два после события. Термин также используется для обозначения аналогичных явлений на других звездах, где применяется термин «звездная вспышка» [10].

Солнечные вспышки затрагивают все слои солнечной атмосферы (фотосферу, хромосферу и корону), когда плазменная среда нагревается до десятков миллионов градусов Кельвина, в то время как электроны, протоны и более тяжелые ионы, подобные космическим лучам, ускоряются почти до скорости света. Они производят излучение во всем электромагнитном спектре на всех длинах волн, от радиоволн до гамма-лучей, хотя большая часть энергии распространяется на частотах за пределами визуального диапазона, и по этой причине большинство вспышек не видны невооруженным глазом и должны наблюдаться с помощью специальных приборов. Вспышки происходят в активных областях вокруг солнечных пятен, где интенсивные магнитные поля проникают в фотосферу, связывая корону с внутренней частью Солнца. Вспышки приводятся в действие внезапным (от нескольких минут до десятков минут) высвобождением магнитной энергии, накопленной в короне. Те же выбросы энергии могут вызывать выбросы корональной массы (CME). Мощные вспышки X-класса создают радиационные бури, которые вызывают полярные сияния и могут дать пассажирам авиакомпаний, пролетающим над полюсами, небольшие дозы радиации.

Внутри класса существует линейная шкала от 1 до 9.n (кроме X), поэтому вспышка X2 в два раза мощнее вспышки X1.

Рис. 16

Рис. 16. График солнечных вспышек разного класса c указанием величины мощности на единицу площади [10]

Рис. 17

Рис. 17. График солнечных вспышек разного класса c указанием величины мощности на единицу площади [9]

Рис. 18

Рис. 18. График солнечных вспышек разного класса c указанием величины мощности на единицу площади [9]

Рис. 19

Рис. 19. График солнечных вспышек разного класса c указанием величины мощности на единицу площади [9]

8-го сентября около полудня по МСК на Солнце произошла новая сильнейшая вспышка. Это уже третий мощный взрыв за последние три дня, которому присвоен высший класс активности – X. Уровень солнечной активности вышел за пределы десятибальной шкалы и находится в так называемой «чёрной зоне».

На приведенном ниже графике виден уровень последних двух вспышек класса Х. Солнечные вспышки характеризуются колоссальным выбросом энергии, воздействующим на планетарную погоду, а также поведение и здоровье живых организмов на Земле. Они могут вызвать магнитные бури, приводящие к сбоям в работе спутников, сетей распределения электроэнергии, изменениям в атмосфере.

К сожалению, на сегодняшний день нет возможности прогнозировать такое событие. Их частоту обычно связывают с одиннадцатилетними циклами солнечной активности. Эти циклы характеризуется довольно быстрым (в среднем примерно за 4 года) увеличением числа солнечных пятен, а также другими проявлениями солнечной магнитной активности, и последующим, более медленным (около 7 лет), его уменьшением. Но нет четкой 11-летней закономерности. В 1961 году группа Гарольда и Горация Бэбкока (Harold & Horace Babcock) установила, что 11 лет – это только половина солнечного цикла и эти «половинки» не идентичны.

10 сентября произошла очередная мощная вспышка на солнце, класс Х8,2.

Рис. 20

Рис. 20. График спокойного солнца без вспышек классов Х, М, С [47]

Исходя из проанализированных данных, можно сделать вывод о несомненной связи солнечной активности, числом пожаров и уровнем цен. Перед сменой направления валюты во внутридневном диапазоне была зафиксирована соответствующая активность Солнца, что вполне может служить природным индикатором рынка. Данные об активности Солнца не секретные и обычно обновляются в реальном времени. Однако напоминаю о том, что для более точной системы предсказаний на основе солнечных вспышек требуется длительный временной промежуток для анализа.

Рис. 21

Рис. 21. График солнечных вспышек разного класса c указанием величины мощности на единицу площади [13]

Рис. 22

Рис. 22. График солнечных вспышек разного класса c указанием величины мощности на единицу площади [15]

Максимумы и минимумы солнечной активности

Солнечные вспышки проявляются циклами – рис. 23.

Рис. 23

Рис. 23. Циклы солнечной активности [42]

В среднем период от минимума до максимума солнечной активности составляет около 11 лет, хотя может варьироваться от 7 и до 17 лет. Активный период составляет 2—3 года, перед ним идёт довольно плавное повышение фона активности, затем такое же плавное понижение его до минимума. В периоды минимальной активности энергия народных протестов, революций и прочих социальных изменений невелики; на максимуме же она достигает больших, а иногда и огромных величин. К примеру, сейчас идёт плавное повышение активности солнца от минимума к максимуму, который наступит примерно в 2024 – 25 годах [42].

В прошлом 20-м веке прослеживалась чёткая периодичность людских волнений в обществе и максимума солнечной активности. Автор, Александр Матанцев, рассматривает это соответствие на примере СССР и России.

Первый пик солнечной бури приходится на 1905—1906 годы. Именно тогда произошла Первая революция против самодержавия. Революцию царским властям удалось подавить.

Второй пик достиг Земли в 1917—1918 годы. Он был уже гораздо сильнее предыдущего и, совпал с усталостью народа от Первой мировой войны, вызвал Февральскую и Октябрьскую революции 1917 года. Во время Февральской революции была свергнута монархия и власть перешла к Временному правительству, которое было свергнуто Октябрьской революцией 1917 года, провозгласившей власть советов (советской власти). Это крупнейшее событие всего мира.

Третий пик, 1927 -1928 годов, относительно невысокий, ознаменовался началом коллективизации в стране.

Четвёртый пик, который был выше первых трёх, чётко совпадает во времени с массовыми репрессиями 1937—1938 годов, когда было расстреляно более 660 тысяч человек. Страну словно охватило бешеное сумасшествие: была даже обезглавлена армия, что является абсурдом в канун войны.

Пятый пик. 1947 – 1948 годы. С 44-года активность Солнца начинает нарастать. Красная армия одерживает победу над фашистами, в том числе и в Японии, и далее на волне большого энтузиазма проходят первые послевоенные восстановительные годы. Именно тогда промышленность России стала восстанавливаться после Войны.

Шестой пик. 1958 – 1959 годы. В СССР – небывалый рост оптимизма и энтузиазма. Наступает хрущёвская «оттепель», проходит 56 съезд КПСС, заклеймивший культ личности Сталина, в стране начинается расцвет науки, искусства и культуры. СССР запускает первые спутники.

Седьмой пик. 1969 – 1970 годы. В 1969 году совершено большое количество космических запусков в СССР – всего 82. Этот период был средним по силе и знаменовался в истории Союза Чехословацкими событиями 68-го года, имевшими роковые последствия для страны. Чуть позже, в 69-м, произошёл вооружённый конфликт с Китаем на о. Даманский. С ростом солнечной активности закончился период «оттепели» примерно в 68-году, хотя в массовом сознании ещё чувствовался позитив и ощущалась надежда на лучшее.

Восьмой пик. 1980 – 1981 годы. 26 съезд КПСС, 1981 год. Съезд утвердил основные направления экономического и социального развития СССР на период 1981 – 1985 годы и до 1990 года. Это был очень сильный пик, второй по мощи в 20-м веке после пика 57-го. После в введения в Польше военного положения Великобритания вводит против Советского Союза экономические санкции. Приход к власти КГБ. Андропов становится секретарем ЦК КПСС (24.05). В Советском Союзе принимают продовольственную программу, разработанную Горбачевым. Началась Афганская война.

Девятый пик. 1990—1992 годы. Событие мирового масштаба. СССР прекратил свое существование. В России начался период хаоса и резкого падения ВВП.

Десятый пик. 2002 – 2003 годы. Он был средним по мощности, но в истории России сыграл положительную роль. Вступил в действие новый Трудовой кодекс. Поступая на работу, работник обязательно заключает с работодателем трудовой договор, а коллектив работников заключает коллективный договор. Создана Организация договора о коллективной безопасности ОДКБ. В неё вошли: Россия, Армения, Белоруссия, Казахстан, Кыргызстан, Таджикистан и Узбекистан.

Чеченские террористы захватили в заложники более 800 зрителей мюзикла «Норд-Ост» в театральном центре на Дубровке в Москве. 117 погибших заложников. Начались поставки российского газа по «Голубому потоку» в Турцию.

Принят закон «Об общих принципах организации местного самоуправления». Он ввел двухуровневую модель (поселение и район) и 4 типа муниципальных образований (поселение, муниципальный район, городской округ, внутригородская территория города федерального значения). В стране наблюдается стабильный рост экономики и подъём благосостояния граждан.

Одиннадцатый пик. 2014 – 2015 годы. С 7 по 23 февраля 2014 года прошло главное спортивное мировое событие – XXII зимняя Олимпиада в Сочи, а по ее окончании провели Паралимпиаду. 23 февраля 2014 года стало ясно: Россия совершила очередное чудо. Крым в результате референдума вошел в состав России. 16 марта в Крыму и Севастополе прошел референдум о вхождении в состав России. За то, чтобы стать российскими регионами, проголосовали 96,77% избирателей Крыма и 95,6% жителей Севастополя. 17 марта президент России Владимир Путин признал независимость Республики Крым, одобрил проект договора о воссоединении Крыма с Россией, а 18 марта в Георгиевском зале Кремля был подписан договор, по которому в составе РФ появились два новых субъекта – Республика Крым и город федерального значения Севастополь.

Рис. 24

Рис. 24. Циклы солнечной активности [46]

В годы минимума солнечной активности суточные вариации составляют на высотах 200 км примерно 60– 70% и достигают вблизи высоты 300 км более 200%, что не наблюдалось на этих высотах в период максимальной солнечной активности [35].

Наиболее резко суточные вариации плотности проявляются на более низких широтах. Такие колебания по сравнению с периодом активного Солнца являются следствием общего охлаждения атмосферы и изменения распределения главных составляющих по высотам. Так, в годы минимума солнечной активности средняя плотность по сравнению с 1958 г. уменьшилась примерно в 2 раза на высоте 200 км и в 3,5 раза вблизи высоты 300 км. Начиная с 1965 г. началось постепенное увеличение атмосферной плотности выше 200 км, которое достигло максимального значения, близкого к уровню 1957—1958 гг., в период очередного максимума солнечной активности – в 1968– 1969 гг. [35].

Оказалось также, что существенное влияние на вариации плотности атмосферы оказывают магнитные бури. Очевидно, это связано с воздействием на магнитосферу Земли потоков солнечной плазмы. Даже относительно слабые геомагнитные возмущения оказывают глобальное воздействие на температуру и плотность верхней атмосферы. Причем относительный эффект этих возмущений особенно велик в минимуме цикла солнечной активности. Во время сильных магнитных бурь температура в зонах полярных сияний может возрастать до 1500° К и даже иногда превышать 3000° К. По результатам анализа торможения спутников в областях полярных сияний на высотах около 300 км отмечено возрастание плотности в несколько раз большее, чем в низких широтах.

Наиболее значительными являются вариации температуры и плотности в течение одиннадцатилетнего солнечного цикла.

Солнечным вспышкам на Солнце соответствуют магнитные бури на Земле.

Рис. 25

Рис. 25. Количество магнитных бурь разного типа от солнечных вспышек [60]

Рис. 26

Рис. 26. Циклы солнечной активности [61]

Очень важно определить, за какой период указывается количество солнечных вспышек: за день, месяц или год. Из рис. 26 указано, что черная, главная линия солнечной активности дана в перерасчете на месяц указана за месяц (monthly mean).

Рис. 27

Рис. 27. Составил автор, Александр Матанцев. Максимальное количество солнечных вспышек за месяц в периоды циклов активности Солнца

Рис. 28

Рис. 28. Составил автор, Александр Матанцев. Среднее количество солнечных вспышек за месяц в периоды циклов активности Солнца

Автор, Александр Матанцев, произвел подсчет среднего уровня солнечных вспышек в периоды циклов, и максимальные значения – рис. 27 и рис. 28.

По этим графикам можно подсчитать, что среднее значение числа вспышек ровно вдвое меньше максимального значения числа вспышек.

Соотношения между количеством солнечных вспышек классов Х, М и С

Все проводимые исследования по вспышкам необходимы с одной главной целью: выявить соотношения между количеством главных вспышек классов Х, М и С, влияющих на состояние космонавтов или астронавтов.

Рис. 29

Рис. 29. Вспышки классов Х, М и С. Бельгийский центр [60]

На рис. 29 выбран период активности солнца за месяц, за который произошли сразу две вспышки наивысшего класса Х. В литературе указываются периоды активности вспышек этого высшего класса Х от 11 до 12 лет. Поэтому данный участок выбран специально, а в другие месячные периоды вспышек этого класса нет.

Подсчитаем общее число вспышек за указанный период в месяц:

класс Х – 2 вспышки,

класс М – 33 вспышки,

класс С – 196 вспышек.

Общая сумма – 231 вспышка за месяц, или 229 вспышек класса М и С.

В среднем, за сутки – 7,6 вспышек классов М и С.

Процентное соотношение вспышек разных классов за приведенный период в месяц:

класс Х – 0,866%,

класс М – 14,286%,

класс С – 84,85%

Вспышек класса С в 5,939 раза больше, чем вспышек класса М.

Рис. 30

Рис. 30. График солнечных вспышек разного класса c указанием величины мощности на единицу площади [14]

Теперь подсчитаем число вспышек по графику на рис. 30. Выберем целое число суток – трое суток от 27 августа по 30 августа.

Этот график обычный, не в период действия вспышек Х, которые бывают редко.

Итак считаем:

класс М – 12 солнечных вспышек за трое суток,

класс С – примерно, 18 вспышек за трое суток,

всего 30 вспышек классов М и С за трое суток и, в среднем, 10 вспышек за сутки.

Примечание автора. Цифра после буквы «М» обозначает множитель к 10^—5 Вт/м². Например, М7 означает мощность 7х10^—5 Вт/м², а М3 – 3х10^—5 Вт/м².

Рис. 31

Рис. 31. График солнечных вспышек разного класса c указанием величины мощности на единицу площади [16]

Теперь подсчитаем число вспышек по графику на рис. 31 за сутки.

Этот график не обычный, а в период действия максимальной вспышки Х, которые бывают редко.

Итак считаем:

класс М – 2 солнечные вспышки за сутки,

класс С – 5 вспышек за сутки,

всего 7 вспышек классов М и С за сутки.

Рис. 32

Рис. 32. График солнечных вспышек разного класса c указанием величины мощности на единицу площади. Россия, июль 2021 г [47]

Подсчитаем число вспышек по графику на рис. 32 за сутки, 10 сентября 2017 года.

Этот график не обычный, а в период действия максимальной вспышки Х, которые бывают редко.

Итак считаем:

класс М – 2 солнечные вспышки за сутки,

класс С – 6 вспышек за сутки,

всего 8 вспышек классов М и С за сутки.

Подсчитаем число вспышек по графику на рис. 33 за двое суток, 7 и 8 сентября 2017 года.

Этот график также не обычный, а в период действия максимальной вспышки Х, которые бывают редко.

Итак считаем:

класс М – 9 солнечных вспышек за двое суток,

класс С – 11 вспышек за двое суток,

всего 20 вспышки классов М и С за двое суток, или 10 за одни сутки.

Рис. 33

Рис. 33. График солнечных вспышек разного класса c указанием величины мощности на единицу площади [47]

Рис. 34

Рис. 34. График солнечных вспышек разного класса c указанием величины мощности на единицу площади [9]

Подсчитаем число вспышек по графику на рис. 34 за двое суток, 8 и 9 августа 2011 года.

Этот график в период действия максимальной вспышки Х, которые бывают редко.

Итак считаем:

класс М – 3 солнечных вспышек за двое суток,

класс С – 8 вспышек за двое суток,

всего 11 вспышек классов М и С за двое суток, или 5,5 за одни сутки.

Рис. 35

Рис. 35. График солнечных вспышек разного класса c указанием величины мощности на единицу площади [9]

Подсчитаем число вспышек по графику на рис. 35 за двое суток, 11 и 12 марта 2015 года.

Этот график – в период действия максимальной вспышки Х, которые бывают редко.

Итак считаем:

класс М – 6 солнечных вспышек за двое суток,

класс С – 12 вспышек за двое суток,

всего 18 вспышек классов М и С за двое суток, или 9 за одни сутки.

Рис. 36

Рис. 36. График солнечных вспышек разного класса c указанием величины мощности на единицу площади [11]

Подсчитаем число вспышек по графику на рис. 36 за сутки, 3 июля 2021 года.

Этот график также не обычный, а в период действия максимальной вспышки Х, которые бывают редко.

Итак считаем:

класс М – 3 солнечных вспышек за сутки,

класс С – 7 вспышек за сутки,

всего 10 вспышек классов М и С за одни сутки.

Итоги.

Вспышки класса Х – особые. Самые сильные, они встречаются циклично, примерно в 11 – 12 лет.

Вспышки классов М и С – могут возникать произвольно от состояния Солнца. Их суммарное количество варьируется от 10 до 5.5 за сутки. Или от 300 до 165 в месяц.

Вспышки класса М имеют амплитуду в 10 раз меньшую, чем вспышки класса Х, а вспышки класса с – в 100 раз меньшую, чем класс Х.