Солнце что происходит с погодой
Погоду делает Солнце? Как Солнце влияет на погоду?
Этим заголовком, собственно, все уже сказано. Впрочем, для тех, кто внимательно прочитал предыдущие главы, все и так ясно. Стало быть, погоду «делают» не какие-нибудь таинственные, непознаваемые процессы, а хорошо знакомое нам Солнце. Исследуя факторы, оказывающие влияние на состояние погоды, как над обширными территориями, так и над небольшими районами, мы установим, что в конечном счете Солнцу всегда принадлежит ведущая роль.
Мы, правда, говорим, что Солнце, излучающее огромное количество энергии, то всходит, то заходит, то есть светит то сильнее, то слабее; в действительности же энергия Солнца всегда одинакова. Земля сама, вращаясь вокруг своей оси, «изменяет» в течение суток интенсивность солнечного сияния. Напомним еще, что большое значение в этом имеет широта, на которой мы находимся, и время года. Воздушная оболочка, в которой происходят все явления погоды, представляет собой своего рода защитный экран, предохраняющий нас от чрезмерного солнечного излучения Известно, что из общего количества солнечной энергии, поступающей на верхнюю границу атмосферы (см. рис. 2), поверхности земли достигает лишь одна треть, в то время как одна треть «застревает» в воздушной оболочке, а оставшаяся треть излучается обратно в мировое пространство.
Неспециалисту может показаться, что воздух нагревается при прохождении через него солнечных лучей. Но это непосредственное нагревание столь незначительно, что в наших рассуждениях его можно не учитывать. Чередование процессов нагревания и охлаждения, происходящее в зависимости от того, восходит солнце или заходит, воздействует на ход погоды всегда снизу, как мы это видели в предыдущей главе на примере летнего облака. При этом следует отметить одно интересное свойство солнечных лучей, которое лучше всего наблюдать в оранжерее (см. рис. 3). Огородник имеет, несомненно, веские основания для устройства парников и выращивания в них растений. Чтобы в этом убедиться, достаточно войти в теплицу: в ней всегда и без дополнительного отопления теплее, чем на открытом воздухе. Следовательно, солнечные лучи проникают через стекло в теплицу, а образующееся тепло уже не может выйти наружу. Тому, кто ездил в автомобиле или по железной дороге, хорошо знаком этот так называемый оранжерейный эффект, возникающий, когда вагон с закрытыми окнами долгое время простоит на солнце. Само собой разумеется, некоторую роль в нагревании играют здесь деревянные и металлические части. Многие, наверное, замечали этот эффект, находясь в застекленной телефонной будке.
На ход погоды влияет еще один фактор, о котором неспециалист часто даже не подозревает, — это характер почвы. Вы, возможно, замечали, что степень нагревания зависит от того, на какую поверхность падают солнечные лучи. Лес, озеро или мокрый луг поглощают гораздо больше солнечной энергии, чем скалистый или песчаный грунт, быстро нагревающийся только с поверхности. Поэтому над засушливыми областями земного шара нагревание, а потому и восходящее движение воздуха происходят быстрее, чем над влажными.
Любители купания на открытом воздухе прекрасно знают, что утром песок и воздух над ним нагреваются быстрее, чем вода, хотя солнце одинаково освещает и пляж, и водоем.
Если над определенным сухим участком (см. рис. 4) начнется подъем теплого воздуха, то его место должен будет занять другой воздух: возникает приток воздуха к этому сухому участку со стороны. Следовательно, солнце и различия в свойствах земной поверхности вызвали ветер. Теперь вам понятно, почему кучевые облака появляются всегда над одной и той же местностью? Внимательный наблюдатель должен был уже давно заметить это явление. Совершенно очевидно, что для образования облаков важно не только перемещение воздуха вверх, но и содержание в нем влаги. Если воздух с самого начала был сильно насыщен влагой, образование облаков должно начаться очень скоро. Но если воздух очень сухой, то может случиться, что даже в жаркие летние дни на небе не появится ни единого облачка. Теперь легко понять, какое огромное влияние на характер погоды оказывает прежде всего лес, представляющий вместе со своей почвой своего рода губку, вбирающую очень много воды и отдающую ее по мере надобности.
Вернемся еще раз к главе 2 и подумаем о том, почему облака, вместо того чтобы продолжать расти вверх, начали расстилаться; теперь мы знаем, почему: либо не хватило солнечного тепла (например, зимой, ранней весной или поздней осенью), либо дело происходит, хотя и летом, но в конце дня, когда солнце греет слабее. Возможно также, что в этом повинна недостаточная влажность воздуха или нарушение нормального хода температуры на высоте. Стало быть, в том, что облака начинают расстилаться и больше не растут вверх, играет важную роль одна из названных причин. Посмотрите на рисунки 5 и 6, изображающие противоположные процессы, и сравните их со снимками облаков в главе 1 и далее. Если облака, описанные в главе 3—5, снова рассеиваются, то объяснить это можно лишь тем, что либо для дальнейшего их развития не хватает солнечного тепла, либо чрезмерной сухостью воздуха: уже возникшие облака рассасываются в нем. Из этих примеров становится понятным огромное значение содержания влаги в воздухе для образования облаков и, следовательно, для всего хода погоды.
Все описанные в главах 1—5 движения воздуха, в какой-то мере участвовавшие в перемещении облаков, представляют собой небольшие местные ветры. Поскольку их существование определяется различиями в процессах нагревания, они даже на небольших участках могут иметь различные направления. Эти ветры, часто дующие лишь короткое время и зависящие от свойств земной поверхности, возникают на месте в результате нагрева этой поверхности солнцем. Движения же воздуха, которые, как отмечалось в главе 6, опрокидывают облачные башни, более постоянны. На снимках 22 и 24 видно, как вертикальное развитие облаков нарушается довольно значительной боковой силой, а затем и совсем прекращается (ср. также рис. 7). С этими ветрами мы познакомимся в следующей главе.
Читателю было бы очень полезно по возможности чаще сравнивать облака, наблюдаемые на открытом воздухе, с серией фотографий облаков, помещенных в главе 1. Чем чаще мы будем проводить наблюдения и сопоставлять их результаты с закономерностями, с которыми познакомились в предыдущей главе, тем понятнее будут все процессы. Вспомним еще раз характерную четкую границу у всех облаков, изображенных на снимках в главах 1—6, являющуюся признаком хорошей погоды. Мы установили, что кучевые облака, края которых четко выделяются на фоне голубого неба, осадков не приносят. А теперь нам говорят, что все эти облака состоят из водяных капелек, и утверждают — эго кажется уж совсем странным,— что из водяного облака дождь идти не может.
Как бы ни были велики размеры этих облаков, все они состоят из маленьких капелек воды, и представление, что эти капельки, объединяясь в более крупные капли, падают дождем, совершенно неверно. Некоторым это представление может показаться все же правильным, однако опыт показывает, что во всяком случае таким образом дождевые капли не образуются. Очень часто приходилось наблюдать гигантские набухшие кучевые облака, из которых дождь не выпадал, несмотря на то что в них содержалось несчетное количество водяных капелек. Следовательно, причина атмосферных осадков кроется в другом.
Вернемся еще раз к главе 7. Процесс развивался следующим образом: с утра было безоблачно, потом появились облака. Как это происходит, мы уже знаем: взошло солнце — нагрелась земная поверхность — нагрелся прилегающий к ней воздух — став легче, он поднялся вверх —воздух охладился — влага сгустилась в капельки воды, образующие облака. Это был жаркий летний день с высоким содержанием влаги в воздухе, подъему воздуха ничто не препятствовало. Когда вершины облаков достигли высоты примерно 3000 метров, они начали «дымиться» (посмотрите еще раз на снимок 25).
Теперь попросим планериста подниматься рядом с облаком и смотреть при этом на термометр. Он сообщит нам примерно следующее.
На высоте 2000 метров температура воздуха составляет 10 градусов, на высоте 2500 метров — только 5 градусов, на 3000 метров — 0 градусов, на высоте 3500 метров — уже минус 5 градусов. Таким образом, мы вместе с облаком пересекли уровень с температурой 0 градусов, уровень, который даже в разгар лета никогда не поднимается выше 4000 метров, то есть на этой высоте и выше постоянно царит мороз. Следовательно, если в результате нагрева солнцем земной поверхности вершины облаков беспрепятственно достигнут этой высоты, легко догадаться о том, что с ними произойдет дальше. В этой холодной области возникают уже не водяные капельки, а маленькие кристаллы льда. Теперь мы узнали, что означает своеобразное курение вершин, описанное в главе 7. Это снег и лед в воздухе в самый разгар лета. Для альпиниста же, находящегося б горах на такой высоте,
снег и лед—привычное явление. Итак: «лисичка» — это водяное облако, а «мухомор» — ледяное облако. Этот переход, то есть замерзание капелек, изображено на снимках 25—32, а также на схематическом рис. 8.
Таким образом, мы знаем теперь, что все перистые и волокнистые образования, которые мы коротко называем перистыми облаками, представляют собой ледяные или снежные облака — посмотрите еще раз на снимки 33—38 и VI. Мы слышали уже что они относятся к самым высоким облакам и находятся в среднем на высоте 6—8 километров, поэтому ледяная структура таких облаков не должна нас удивлять. Теперь остается еще выяснить последнее явление, описанное в главе 7,— проблему дождя. Если в результате подъема воздуха снизу в область вечного холода постоянно поступает влага, то она намерзает на возникших там кристаллах; когда этот процесс продолжается достаточно долго, ледяные зерна становятся слишком тяжелыми, не удерживаются больше в воздухе и начинают падать. На небольшой высоте, при температуре 10—20 градусов тепла, они тают и достигают земли уже в виде дождя. В данном случае это будет не затяжной равномерный дождь, а, как правило, короткий сильный ливень. Следовательно, образование крупных дождевых капель при таком ливне может произойти только сложным путем через оледенение на соответствующих высотах.
Это оледенение проявляется в виде эффектного курения вершин облаков, когда они утрачивают резкие очертания своих границ, характерные для погоды, не предвещающей осадков. Еще раз напомним: причина всех изменений погоды — Солнце, «создающее» облака и тем самым вызывающее выпадение осадков. Этим объясняются и наши летние наблюдения: ливни выпадают большей частью после полудня.
Тотчас напрашивается и следующий вопрос: как возникают грозы, то есть электрические разряды? Этот процесс, несомненно, очень сложен и в отдельных своих деталях до конца еще не выяснен. Во всяком случае, известно, что при резких прорывах воздушных частиц вверх отдельные порции самого воздуха и облаков, первоначально не имевшие электрического заряда, заряжаются. Физика учит нас, что атом любого вещества состоит из положительно заряженного ядра, окруженного отрицательно заряженными электронами. При указанных процессах электрически нейтральная структура атома разрушается, то есть атом теряет отрицательные частицы, так что в облаке в конце концов начинают преобладать положительные заряды. Когда заряд облака достигает определенного «напряжения» относительно земной поверхности, происходит разряд между облаком и землей, напоминающий короткое замыкание. Зрительно мы воспринимаем разряд как молнию, а на слух, как гром. Разряды могут происходить и на большой высоте. Чем выше растут облачные башни, чем сильнее при этом оледенение, тем скорее разразится гроза, тем более грандиозным будет ее проявление. А в чем, собственно, причина грозы? Снова Солнце со своим излучением!
Наконец, возникает еще один вопрос: каким образом при такой погоде может пойти град? После того, что мы уже знаем о процессах оледенения, нам будет легко понять причины образования града. Для этого нужно лишь представить себе, что маленькие ледяные зерна, прежде чем растаять, подхватываются постоянным теплым восходящим воздушным потоком и уносятся вверх. При этом на них снова могут оседать и намерзать частицы влаги, вследствие чего ледяные зерна увеличиваются и становятся тяжелее. При повторном падении они снова подхватываются восходящими воздушными потоками. Жарким летним днем такое «катание на лифте» на высоте 2000—6000 метров может продолжаться несколько часов, то есть до тех пор, пока вес зерен не увеличится настолько, что они окончательно упадут на землю.
Ледяное зерно диаметром 2—3 сантиметра на своем пути к земле не успевает полностью растаять: оно достигает землц^еще в виде льда. Теперь, вероятно, должно быть’понятно, почему зимой почти никогда не идет град; наблюдается он, как правило, летом, именно в самые жаркие дни. Маленькие зерна града обычно называют крупой, более крупные — градинами. Ущерб, который наносит град сельскому хозяйству, очень велик, но, к счастью, территория, поражаемая градом, никогда не превышает нескольких квадратных километров, к тому же он редко продолжается более 15—20 минут.
Интересно внутреннее строение градины. Если тотчас после падения градины осторожно ее разрезать, то вокруг молочно-матового ядра легко обнаружить почти прозрачную оболочку в виде концентрических слоев, рассказывающую нам всю историю образования зерна. Запомним: град — тоже на «совести» Солнца!
Источник
Солнце переходит в фазу, которая изменит жизнь на Земле
Что принесет всем нам изменение активности небесного светила
В конце последней весенней недели, 29 мая, орбитальная обсерватория SDO зафиксировала мощнейшую за последние три года вспышку на поверхности Солнца.
Представители американского Национального управления по аэронавтике и исследованию космического пространства (НАСА) прокомментировали это событие в апокалиптическом духе, заявив, что с Солнцем происходит что-то не то. Российские ученые отреагировали на это более сдержанно. Как пояснил, в частности, представителям СМИ главный научный сотрудник Лаборатории рентгеновской астрономии Солнца ФИАН Сергей Богачев, случившаяся вспышка указывает на завершение аномально долгого и спокойного периода солнечной «спячки».
Начало нового солнечного цикла, по его словам, полностью определит физику нашей звезды на ближайшие годы.
«Чего же конкретно можно ожидать от нашего небесного светила в последующие несколько лет?», — поинтересовалась «СП» у других отечественных специалистов в области космической погоды.
— Процесс солнечной активности, кроме определенной регулярности и цикличности, к сожалению, еще и довольно стохастичен, то есть случаен, — подчеркнул главный научный сотрудник Института земного магнетизма, ионосферы и распространения радиоволн им. Пушкова РАН, доктор физических наук Борис Филиппов. — Известно, что во время максимума активности на Солнце довольно часто появляются пятна, предваряющие солнечные вспышки. Но уверенно заявлять, что это точно случится, например, уже в следующем месяце, довольно затруднительно, потому что процессы внутри Солнца очень сложно исследовать, и данным по ним собрано пока очень мало.
«СП»: — То есть нельзя исключить, что то, что было интерпретировано как начало очередного цикла, окажется на поверку явлением совсем другого порядка? Насколько реальна вероятность того, что Солнце, действительно, поведет себя как-то не так?
— За всю историю наблюдения за нашей звездой случаев, когда Солнце резко меняло свою циклическую активность, не было зафиксировано. Но, с другой стороны, научному изучению нашего небесного светила не так уж и много лет, всего пара-другая сотен.
«СП»: — Некоторые СМИ, рассказывая о зафиксированной 29 мая вспышке на Солнце, вспоминают о XVII веке, когда, например, в России в июле и августе падали морозы, а в сентябре — снег. Солнечная активность последних дней не сулит нам повторение подобной ситуации?
— Да, тогда, во время так называемого «минимума Маундера», действительно, фактически происходило оледенение. А в XVIII-XIX веках был еще так называемый «минимум Дальтона», — признает заместитель директора Пущинской радиоастрономической обсерватории Физического института им. Лебедева РАН, доктор физико-математических наук Игорь Чашей. — Только вот говорить об этом сейчас с уверенностью — гадать на кофейной гуще, хотя такое, в принципе, вполне возможно. Поживем — увидим.
«СП»: — Здесь нужно учитывать какие-то дополнительные факторы, кроме непосредственно солнечной активности?
— Я лично считаю, что Солнце каким-то образом влияет на климат Земли, хотя есть сторонники теории, которая связывает климат планеты с более удаленными факторами вроде космических лучей от вспышек сверхновых звезд. Сказать абсолютно определенно, так это или нет, пока не представляется возможным, поскольку статистики не хватает — слишком медленно происходят процессы, а интерес к ним возник буквально в последнее время.
«СП»: — Если предположить, что сторонники наступления очередного похолодания из-за минимума солнечной активности правы, когда ему на смену может прийти максимум активности Солнца?
— Сейчас можно говорить о выходе активности Солнца на фазу роста после довольно длительного минимума. Через несколько лет мы выйдем на максимум, после чего опять придем к минимуму. Учитывая, что период между двумя минимумами составляет в среднем 11 лет, можно предположить, что максимум наступит примерно в 2030 году. Хотя это не более чем предположение, потому что границы периодов плавают в диапазоне 8−12 лет.
«СП»: — Мы физически как-то будем ощущать максимум солнечной активности?
— Косвенное влияние вполне возможно. Вспомним, в свое время основоположник гелиобиологии, советский профессор Чижевский заметил, что 11-летний цикл характерен для целого ряда хронических заболеваний, а также социальных явлений вроде революций. Что же касается прямой зависимости, то, полагаю, очень уж сильной взаимосвязи между состоянием человека и изменением уровня солнечной активности, думаю, наблюдаться все же не будет. Хотя магнитные бури будут случаться чаще.
«СП»: — Те магнитные бури, которые, как ожидается, случатся у нас уже 8 и 9 июня и будут довольно сильными, можно уже записывать на счет последней солнечной вспышки и считать проявлением усиления солнечной активности?
— Те магнитные бури, которые ожидаются 8 и 9 июня, совершенно точно не связаны со вспышками на Солнце, зафиксированными на прошлой неделе. Просто потому, что выброс плазмы, который, собственно, и провоцирует магнитные бури, летит до Земли три дня. Так что в данном конкретном случае получается, что в огороде бузина, а в Киеве дядька, — уверяет член-корреспондент РАН, директор Института космических исследований (ИКИ) РАН, доктор физико-математических наук Анатолий Петрукович. — Когда мы говорим о взаимосвязи между вспышками на Солнце и магнитными бурями, надо четко представлять себе детализацию — где конкретно произошла вспышка, был ли при этом зарегистрирован выброс плазмы, полетел ли он по направлению именно к нашей планете или же был направлен в другую сторону, и тому подобные вещи.
«СП»: — И все же, если нынешняя вспышка все же означает переход активности Солнца от минимума к максимуму, как учащение магнитных бурь может отразиться на нашей планете?
— Вообще-то «минимумы» и «максимумы» — это бытовое восприятие солнечной активности. Здесь правильнее говорить об изменении магнитного поля Солнца, которое протекает либо относительно спокойно, либо более возмущенно (при этом моделированные кадры небесного светила приобретают усиленную «волосатость»). Так вот, на «минимуме» магнитное поле более спокойно, а при переходе к «максимуму» оно усложняется. Но это не значит, что у нас сразу начинается апокалипсис, сам по себе рост солнечной активности занимает несколько лет.
Когда мы увидим, что цикл нашего небесного светила перешло на новый цикл, мы скажем — да, теперь вспышек у нас будет больше, соответственно, магнитных бурь тоже будет больше. Но это в своем роде банальность, все равно как говорить о том, что зимой бывает снег. Главный вопрос тут в другом — а насколько очередной солнечный максимум окажется сильнее предыдущего.
Увеличение активности Солнца, конечно, окажет влияние на работу космических спутников, несколько увеличится степень радиоактивной угрозы для них. Возрастут, в частности, радиопомехи. Что же касается воздействия геомагнитных возмущений на здоровье людей, то тема эта в целом, конечно, довольно дискуссионная. Но если говорить о здоровых людях, то этот метеофактор оказывает на них стрессовое влияние.
Организм чувствует, что вокруг складывается нестандартная ситуация, и начнет на нее реагировать, и реакция эта, согласно последним взглядам на данную проблему, оказывается очень индивидуальной. Только стоит принять во внимание, что если человек проживает в городе, то на него параллельно будут воздействовать не только природные, но и другие стрессовые факторы, которых довольно много.
«СП»: — По каким-то признакам в данном случае уже можно предположить, будет ли этот грядущий максимум сильно отличаться от предыдущих?
— Тот солнечный максимум, который пришелся на конец девяностых — начало нулевых, был довольно-таки сильным. Он, конечно, рекордов все же никаких не побил, но магнитных бурь хватило всем, как говорится, за глаза. А вот следующий солнечный максимум, который был зафиксирован в десятых годах нынешнего века, честно говоря, оказался куда слабее. И основные прогнозы на грядущий солнечный максимум позволяют предположить, что он также окажется слабым. Но ведь прогнозы штука такая, что могут и не сбыться. Так что поживем — увидим.
Источник