Б. Ф. Гордиец, М. Н. Марков, Л. А. Шелепин
Еще в античные времена и в средние века отмечалась взаимосвязанность самых различных стихийных явлений, проявлявшихся в одно и то же время: эпидемий, землетрясений, засух или наводнений, неурожаев. Эти явления сопровождались небесными «знамениями» (странная окраска неба, полярные сияния, круги вокруг Солнца, знаки на Солнце, т. е. темные образования — пятна, видимые невооруженным глазом), которые связывались с религиозными представлениями. Была подмечена и определенная периодичность наблюдаемых явлений, что нашло, например, свое отображение в известном восточном календаре с 12-летним «земным» циклом, каждый год которого носил название животного: мышь, буйвол, тигр, кошка, дракон, змея, лошадь, коза, обезьяна, курица, собака, свинья.
С изобретением телескопа начинается исследование солнечных пятен, регистрация их изменений. В 1851 г. на основании имеющихся данных было установлено, что изменения в числе солнечных пятен происходят периодически. Проведенная систематизация показала, что период в среднем равен 11,3 года. В качестве меры солнечной активности были введены числа Вольфа, определяемые формулой:
W = k(10g + f),
где f — общее число пятен, g — число групп пятен, k — коэффициент пропорциональности, зависящий от конкретного прибора, использованного для наблюдения.
Уже в конце прошлого века с пятнами на Солнце начали сопоставлять различные земные процессы. В начале двадцатого века входит в моду обсуждение влияния солнечных пятен на самые разнообразные явления и события, вплоть до судеб отдельных людей. Очень хорошо написал об этом великий чешский сатирик Ярослав Гашек в своем романе «Похождения бравого солдата Швейка», приведя следующий диалог: «Некоторые ученые объясняют войну появлением пятен на Солнце. Как только появится этакое пятно, всегда на Земле происходит что-нибудь страшное. Взятие Карфагена...
— Пятна на Солнце действительно имеют большое значение, — вмешался Швейк. — Однажды появилось на Солнце пятно, и в тот же самый день меня избили в трактире «У Банзетов» в Нуслях. С той поры, перед тем как куда-нибудь пойти, я смотрю в газету — не появилось ли опять какое-нибудь пятно. Но стоит появиться пятну — «прощаюсь ангел мой с тобою», никуда не хожу и пережидаю. Когда вулкан Монпеле уничтожил целый остров Мартинику, один профессор написал в «Национальной политике», что давно уже предупреждал читателей о большом пятне на Солнце. А «Национальная политика» вовремя не была доставлена на этот остров. Вот они и загремели там».
Эта шутка великого сатирика верно отражает ситуацию в науке того времени.
Действительно, длительное время вопрос о взаимосвязи активности Солнца (и, в частности, числа солнечных пятен) с земными явлениями не имел под собой каких-либо твердых научных оснований. Естественно у многих возникал вопрос: а есть ли на самом деле предмет исследования, является ли такая взаимосвязь хоть сколько-нибудь реальной? Большая часть ученых считала всю проблему досужим вымыслом.
Впервые на научную основу проблема солнечно-земных связей была поставлена замечательным советским ученым Александром Леонидовичем Чижевским (1897 — 1964 гг.). Он суммировал большое количество фактических данных по влиянию солнечной активности на возникновение и интенсивность эпидемий, на сердечно-сосудистую и нервную систему человека, на смертность от различных заболеваний.
Главное же состояло в том, что А. Л. Чижевский развил научный метод, названный методом «наложения эпох», который позволил правильно использовать сложный, запутанный и на первый взгляд противоречивый материал. Сущность этого метода состоит в том, что данные по какому-либо исследуемому явлению, полученные в различное время (в различные «эпохи»), рассматривались на одинаковых отрезках времени, «накладывались» друг на друга с совмещением моментов времени, соответствующих определенной фазе солнечной активности, а затем по этим данным проводилось усреднение. В результате такой процедуры удалось отбросить факторы, обусловленные конкретными земными условиями, и выявить статистические закономерности солнечно-земных связей.
Справедливости ради следует отметить, что далеко не сразу идеи и результаты А. Л. Чижевского получили признание. Одно время некоторые считали их антинаучными. Однако многие специалисты признавали существенную роль солнечной активности. Так, выдающийся советский ученый С. И. Вавилов писал: «Изменения в числе солнечных пятен существенно влияют на перемены погоды и, следовательно, на растительность и все живое на Земле». И далее: «Несомненно, что солнечные пятна составляют важный фактор в жизни земной поверхности». Только со средины пятидесятых годов начинается развитие интенсивных научных исследований по солнечно-земным связям и в особенности по влиянию солнечной активности на биосферу. Новым фактором, найденным в результате этих исследований, оказалось статистически надежно установленное влияние на биологические процессы не только долгопериодных циклических процессов, но и отдельных вспышек на Солнце, длящихся дни и часы.
Огромную роль для понимания природы солнечно-земных связей сыграли исследования с помощью ракет и спутников, а также эксперименты на орбитальных пилотируемых станциях. Были измерены потоки электромагнитного и корпускулярного излучений, идущие от Солнца к Земле, их вариации, выяснена структура околоземного магнитного поля, изучены процессы, происходящие в верхней атмосфере. Оказалось, что в результате сильных возмущений на Солнце, резкого увеличения корпускулярных потоков возникают грандиозные пертурбации магнитного поля в околоземном космическом пространстве, происходит значительная интенсификация процессов в верхней атмосфере. На Земле в это время могут наблюдаться геомагнитные возмущения (т. е. изменения напряженности магнитного поля Земли), а при сильных вспышках на Солнце — геомагнитные бури. Для этих явлений, где роль солнечной активности проявляется очевидным образом, были в ряде случаев получены количественные закономерности.
В середине шестидесятых годов по инициативе члена-корреспондента АН СССР Э. Р. Мустеля ставится проблема статистического изучения влияния солнечной активности на метеорологические процессы с целью анализа возможностей улучшения прогнозов погоды. Здесь так же, как и в случае биологических явлений, решающую роль сыграл продуманный подход в статистической обработке метеорологических материалов и сопоставлении их с геомагнитными возмущениями. В результате был не только надежно установлен сам факт влияния на погоду геомагнитных возмущений, но вскрыт ряд его особенностей и получены определенные количественные характеристики. Эти работы вызвали значительный рост интереса к проблеме воздействия солнечной активности на погоду и климат. В 1972 г. по этой проблеме созывается 1-е Всесоюзное совещание различных специалистов: гелиофизиков, геофизиков, метеорологов, гидрологов. Интересно отметить, что погодные условия в этом году были совершенно необычными. Над европейской частью СССР все лето находился антициклон, стояла жаркая погода без осадков, под Москвой горели торфяники. Долгосрочные прогнозы на летний период оказались неправильными. Весьма примечательно, что в мае, июле и августе на Солнце произошли мощные вспышки (хотя в целом 1972 г. был годом спокойного Солнца). Особенно сильна была вспышка 4 августа, результатом которой стала чрезвычайно мощная геомагнитная буря, вызвавшая большие полярные сияния, а также нарушение радио- и проводной связи. Эти события вызвали волну всеобщего интереса к проблеме влияния активности Солнца на процессы на Земле и особенно на погоду.
В результате исследований последних двух десятилетий взаимосвязь между процессами на Солнце и в нижней атмосфере Земли и биосфере может считаться установленным фактом. Эта связь носит статистический характер. Что касается процессов в литосфере Земли (землетрясения, извержения вулканов), то проведенные исследования (хотя и существенно меньшие по объему, чем биологические и метеорологические) также показали достаточно надежную корреляцию с солнечной активностью.
В последнее время, когда проблема реальности солнечно-земных связей была решена, на первый план выдвинулось исследование физической стороны явлений, анализ конкретных механизмов воздействия активности Солнца на процессы на Земле.
Чтобы рассмотреть различные проявления солнечно-земных связей и разобраться в механизмах этих связей, полезно взглянуть на все звенья цепи «Солнце — Земля». Давайте попытаемся сделать это, начав с главного виновника всего — с Солнца.