Баннер

ЭКСПОНАТЫ МУЗЕЯ

Марка Циолковский 1951 г
Марка Циолковский 1951 г


Медаль К. Э. Циолковский
Медаль К. Э. Циолковский


Марка Циолковский 1986 г
Марка Циолковский 1986 г


Конверт К. Э. Циолковский
Конверт К. Э. Циолковский


Конверт К. Э. Циолковский
Конверт К. Э. Циолковский


Музей сформирован при помощи портала RuCollect
Глава II. Физико-химическая среда и организм. Влияние температуры, давления атмосферы и других метеорологических факторов PDF Печать E-mail
Автор: Николай Александрович   
11.12.2008 23:42

1

Какое же воздействие на Землю оказывает это биение солнечной машины, этот энергетический пульс Солнца, распространяющий в пространство электромагнитные и корпускулярные радиации? Какое влияние оказывает периодическая деятельность Солнца на земные явления, на геофизику и метеорологию? Представляет ли Земля и ее атмосфера хороший резонатор для вибраций Солнца? Вопросы эти, однако, оказываются настолько сложными, что до сих пор во многих пунктах они считаются открытыми. Вся трудность разрешения данных вопросов в необходимой их дифференцировке объясняется чрезвычайной сложностью механики воздушных масс, сложностью системы атмосферных движений и пульсаций. Пятнообразовательный процесс, связанный с процессами теплового и светового излучения, безусловно, оказывает на динамику метеорологических элементов сильнейшее влияние, но результаты данного влияния настолько разнообразны благодаря сложности механических процессов в атмосфере, настолько прихотливы, что еще до сих пор не позволяют отчетливо вскрыть те закономерности в их полном объеме, которые, однако, несомненно существуют и в реальности которых нас убеждают соответствующие наблюдения24 . Одним из самых важных даров Солнца являются тепло и свет. Это исключительное значение солнечного тепла для всей жизни на Земле заставило ученых потратить много труда на то, чтобы измерить это тепло и учесть его распределение и трату на земной поверхности. Если бы по пути солнечного луча не было атмосферы, тогда луч доходил бы до нас нетронутым и мы могли бы определить истинную величину солнечного лучеиспускания. Если бы мы могли подняться на несколько сот верст над земной поверхностью, в таком случае мы также могли бы определить эту величину. Но атмосфера сильно поглощает солнечную радиацию. Поглощение атмосферой солнеч¬ной радиации зависит от состояния метеорологических элементов, от степени влажности воздуха, облачности, количества пыли в нем и т. д. Поэтому и величина поправок на поглощение радиации земной атмосферой бывает всегда очень значительна. Как известно, число калорий, получаемых в минуту квадратным сантиметром поверхности, выставленной перпендикулярно к солнечным лучам, является мерою солнечного излучения и носит название «солнечной постоянной». В свое время исследователи давали несколько различные одна от другой оценки этой величины. Так, Пулье (Pouillet) определил ее равной 1,76 кал, Виоль (Violle) — 2,54 кал, Ланглей (Langley) — 2,54 кал, Крова (Crova)—2,32 кал, Кнут Ангстрем (Angstrom) — 2,17 кал. В результате многолетних изысканий, проведенных американскими учеными Абботом и Фаулем, оказалось, что солнечная поверхность очень мало отличается от следующей величины: 2 (точнее, 1,938) малые калории на квадратный сантиметр в течение минуты. До земной поверхности в среднем не доходит и половины этого количества: остальная часть задерживается по пути воздухом и облаками. В ясные дни, когда нет облаков, доходит до 70% ее. Казалось бы, самое название «солнечная постоянная» показывает, что количество тепла, получаемого нами от Солнца, очень мало меняется, иначе эту величину не назвали бы «постоянной». Этим обстоятельством объяснялось постоянство в количестве получаемого Землею тепла и отсутствие резких изменений температуры из года в год. Установлению «солнечной постоянной» способствовало также отсутствие в течение долгого времени достаточно точных измерительных инструментов, которые помогли бы подметить какие-либо изменения в излучении Солнца, если бы таковые произошли. Одна¬ко это оказалось не так. Впервые колебания в солнечных нарушени¬ях и их зависимость от пятен были обнаружены Савельевым в Киеве и 1894 г. Он сделал интереснейшее открытие: нашел, что в ходе чисел солнечных пятен и величины теплового излучения имеется прямое соответствие. Затем, в недавнее время благодаря уточнению методов и аппаратуры вышеназванные американские астрономы вполне подтвердили открытие русского ученого об изменении «солнечной постоянной» под влиянием пятнообразовательного процесса. Эти исследования длились с 1905 до 1920 г. Аббот организовал наблюдения над количеством излучаемой Солнцем тепловой энергии в нескольких пунктах Северной и Южной Америки, где синхронично и производились наблюдения. Оказалось, что в различных, удаленных один от другого пунктах были замечены одновременные повышения или понижения в количестве солнечного тепла. Эти совпадения нельзя было признать случайными, зависимыми от местных условий погоды, и пришлось отнести их за счет тех изменений, которые имеют причину в самом Солнце. Изменения эти имеют различные периоды, в образовании которых большую роль играют солнечные пятна. При этом была установлена прямая зависимость между числом пятен и количеством солнечного излучения: чем больше пятен на Солнце, тем больше тепла оно нам дает, и, наоборот, чем меньше пятен, тем меньше и тепла. С первого взгляда может показаться странным то обстоятельство, что одновременно с увеличением числа пятен увеличивается и количество излучаемой Солнцем тепловой энергии: ведь пятна, Как мы уже видели раньше, представляют собою более холодные Места на Солнце. Поэтому приходится допускать, что хотя пятна И отнимают часть тепла, но зато остальная поверхность Солнца начинает в это время излучать сильнее, и притом в такой степени, что известная потеря, происходящая из-за пятен, покрывается с избытком. Действительно, с появлением пятен Солнце иногда увеличивает тепловое излучение до 5% в среднем. Ежедневные данные о «солнечной постоянной», которую теперь поневоле приходится брать в кавычки, позволили Абботу сделать другое очень любопытное открытие. Оказывается, что в момент прохождения пятен и их групп через центральный меридиан Солнца количество притекающей к Земле тепловой энергии резко уменьшается, иногда на 6%, и кривая температуры «солнечной постоянной» падает. Становление данного факта является чрезвычайно важным, так как отчасти приподнимает завесу над теми резкими нарушениями в нормальном ходе элементов погоды и в циркуляции воздушных течений, которые часто наблюдаются при прохождении пятен через центральный меридиан Солнца. Повышение теплового излучения Солнца в эпохи максимумов на 5% должно было бы повысить земную температуру примерно на 3°. Однако этого не обнаружено, и средняя температура на всей Земле в целом колеблется в пределах нескольких десятых долей градуса. Это объясняется тем, что в годы повышенной деятельности Солнца общее количество облачности значительно увеличивается, равно как и степень влажности воздуха. Поэтому, несмотря на то, что тепла в эти годы Солнце дает больше, зато меньший процент этого тепла достигает поверхности Земли. Во всяком случае надо предполагать, что колебания в количестве теплового излучения Солнца должны вносить ряд пертурбационных процессов в земную метеорологию. Здесь можно указать еще на одно наблюдение, которое, по-видимому, связано с тепловым излучением Солнца. Антониади (Antoniadi) подметил, что таяние снежной шапки южного полюса Марса стоит в прямом соотношении с величиной теплового излучения Солнца. Сравнивая кривую пятнообразовательного процесса с кривой распространения снегов на южном полюсе Марса за 70 лет, Антониади заметил наличие между ними известного параллелизма, как соотношения причины и следствия.

2

Действительно, подтверждение данного взгляда можно отыскать в исследованиях о соотношении между пятнообразованием и температурою воздуха. Вспомним, что еще в XVII столетии Батиста Балиани в письме к Галилею рассматривает солнечные пятна как причины, охлаждающие земную поверхность. К этому же заключению пришел и астроном Готье (Gouttier) в Женеве, сравнив четыре периода большого и малого числа пятен со средними температурами, представленными многими европейскими и американскими станциями, лежащими в равных широтах. В 70-е годы прошлого века Кёппен (КÖрреn) произвел исследование вопроса о зависимости между температурою воздуха и солнечными пятнами. Он открыл тот факт, что температура воздуха у поверхности Земли с увеличением числа солнечных пятен понижается. Затем, вопрос о влиянии на температуру пятнообразовательного процесса привлек внимание многих исследователей. Этому вопросу посвятили работы Фрёлих (Frohjich, 1884), Фламмарион (Flarnrnarion, 1884,1901,1909), Рикко (Ricco, 1897), Нордманн (Nordmann, 1903)) Ланглей (1904), Доуэль (Dowall, 1903-1907) и др. Пользуясь записями температуры в Берлине с 1756 по 1907 г., Мейснер (Meisner) в Потсдаме исследовал зависимость этих метеорологических элементов от количества солнечных пятен. В результате его работ оказалось, что для годов максимума пятен средняя годовая температура Берлина намного ниже, чем для эпохи минимумов, хотя разность не превышает в среднем 0,2 °С. Позднейшие тщательные работы Мильке (Mielke) подтвердили этот вывод. Зави¬симость эта оказалась все же очень незначительной. По наблюдениям в одном месте, даже в тропиках, она почти не обнаруживается, и нужно соединение данных многих станций обширной полосы земного шара, чтобы ее заметить. Размер изменения в температуре под влиянием пятнообразования едва превышает 0,5 °С. Можно указать также на работу Каульбарса. Он исследовал средние годовые температуры большинства русских городов и местечек за все время их измерений и нашел, что общая сумма средних годовых в эпохи максимумов превосходит таковую же сумму годов минимумов, причем средняя общая в первом случае равна 6,79°, во втором же – 5,11°. В 1921 — 1928 гг. тому же вопросу посвятил ряд исследований Мемери (Memery). Наконец, Франц Баур (Baur) изучал данный вопрос, пользуясь наблюдениями за температурою воздуха за период с 1876 по 1919 г., произведенными в целом ряде европейских и тропических стран. Он пришел к заключению, что для большинства европейских стран максимум 11-летнего периода лежит ближе к максимуму солнечных пятен, нежели к минимуму. И тропических же странах, наоборот, максимум температуры при¬близительно совпадает с минимумом солнечных пятен. В. Б. Шостакович, сравнив даты максимумов и минимумов солнцедеятельности с датами поздних и ранних замерзаний реки Лигары, получил следующую таблицу. Эта таблица показывает, что годы максимумов солнцедеятельности хорошо совпадают с годами позднего замерзания Ангары, а годы минимумов — с годами раннего замерзания, т. е. говорят о несомненной зависимости температурного фактора от напряжения в солнцедеятельности. Правда, наступления позднего и раннего замерзаний запаздывают на 2—3 года по сравнению с наступлением максимумов и минимумов солнечных пятен. Ранние или поздние вскрытия рек, ранние или поздние замерзания, ранние или поздние весны и осени, ранние или поздние зацветания деревьев, ранние или поздние прилеты птиц — все эти явления стоят в теснейшей связи с температурами, которые находятся в известной связи с деятельностью Солнца. Наконец, Шостакович указывает на то, что колебания льда у берегов Исландии и в Гренландском море обнаруживают явную 11-летнюю периодичность.

3

 Уже давно были сделаны попытки установить связь между космическими феноменами и колебаниями атмосферного давления. Так, например, в 1895 г. Гарригу-Лагранж представил в Парижскую Академию наук работу, в которой делалась попытка установить соотношение между колебаниями барометра и положением Солнца и Луны. Значительный интерес представляет влияние колебаний в солнечной деятельности на давление воздуха, так как этот элемент отличается наибольшей чувствительностью к общим изменениям в состоянии атмосферы и тесным образом связан с динамикой воздушных масс. Броун (Broun), исследуя колебания барометрического давления в Индии, нашел, что давление претерпевает колебания, обратные колебаниям солнечных пятен. Арчибальд (Archibald) доказал, что в Петербурге атмосферное давление хорошо согласуется с ходом солнечных пятен. Затем тот же вопрос был поднят Локьерами в 1900 г. Они нашли, что в Индии колебания давления обнаруживают период в 3,7 года и что давление в Южной Америке идет обратно давлению в Индии. При этом они установили, что колебания давления в Индии и Южной Америке в продолжение длинного ряда лет находятся в известном соотношении с колебаниями солнеч¬ных пятен, а затем в течение нескольких лет начинают изменяться в обратном направлении. Действительно, влияние солнцедеятельности на давление воздуха должно было бы сказаться сильнее всего в тропическом поясе. Этот пояс представляет наибольший интерес, потому что в тропиках солнечная энергия со всеми ее колебаниями должна производить более непосредственный эффект. При этом следует помнить, что давление воздуха на земном шаре обладает тем основным свойством, что оно не может одновременно везде повыситься или понизиться. Вопрос может быть только об изменении в распределении областей давления: в то время как в одном месте давление при наличии солнечных пятен понижается, в другом оно должно повыситься. Московский профессор Лейст исследовал вопрос о влиянии солнечных пятен на суточный ход давления, но к определенным заключениям относительно этого явления он не пришел. Затем, в 1915 г. Валькер (Walker) вычислил коэффициент корреляции между числом солнечных пятен и величиною среднего годового давления для многочисленных пунктов разнообразных мест зем¬ного шара. Величины коэффициентов корреляции оказались невелики, но достаточны для приближенного определения тесноты связи между солнечными пятнами и барометрическим давлением в областях Восточного полушария, лежащих в пределах 40° с.ш. 40° ю.ш. В данной зоне давление заметно понижается при усилении пятнообразователыюго процесса. Наконец, русский метеоролог Федоров сделал попытку использовать сезонные средние давления для зимы и лета по некоторым областям земного шара, учтенные на 68 станциях. Его работа выяснила тот факт, что все экваториальные, тропические и субтро¬пические области Восточного полушария площадью, равной 2/3 всей суши, имеют при максимальных солнечных пятнах относительно пониженное давление и зимой и летом. В то же время во внетропических странах наблюдается явление противоположного характера: здесь замечаются больше положительные разности и эти явления выражены особенно четко в ближайшей к полюсу области (Гренландия). Федоров делает следующий вывод: при максимумах солнцедеятельности давление ниже, чем при минимумах. Относи¬тельно низкое давление при максимумах распространяется по всей южной части Азии, по северной части Индийского океана и на материках Австралии и Африки. Сравнивая вековой ход числа солнечных пятен с вековым ходом давления для Мадраса, занимающего приблизительно центральное место той обширной площади, где при максимумах солнцедеятельности наблюдается относительно низкое давление, Федоров получил достаточно точный контрпараллелизм явления, представленный им на чертеже, где для большего удобства вековой ход числа пятен представлен перевернутым. Как видно из данного чертежа, кривая солнцедеятельности и кривая давления в течение большого проме¬жутка времени совпадают достаточно точно. Какие же этому следует дать объяснения? Можно думать, что ослабление давления при максимумах солнечных пятен вызывается увеличением нагревания воздушных масс. Следствием такого нагревания является расширение воздуха, уменьшение его массы и, наконец, как следствие этого — долговременное ослабление давления. Все это говорит за то, что в некоторых верхних слоях воздуха при максимумах солнцедеятельности имеет место относительное повышение температуры. Картину этого явления можно себе представить следующим образом: воздух более высоких слоев от усиленного притока солнечной энергии при максимумах солнечных пятен нагревается сильнее, вследствие чего барометрическое давление падает. Воздух из мест, где давление не понизилось, стремится у поверхности земли перейти к местам, где давление понизилось, а наверху явление протекает обратно. Следовательно, в периоды солнечных максимумов возникает усиленное горизонтальное движение воздушных масс, а в месте пониженного давления — вертикальное усиленное течение. В результате усиленного восходящего течения получается добавочная конденсация паров воды из воздуха. Внизу же, у поверхности Земли, вследствие усиления ветра повышенное нагревание не проявляется. Одновременно увеличиваются облачность и осадки, которые еще ниже опускают температуру. В последнее время тот же вопрос получил дальнейшее развитие в работах японского метеоролога Тарада Тарахико и советского исследователя В. Б. Шостаковича. Последний на основании своих работ пришел к следующему заключению по вопросу о давлении воздуха: A. Главная циркуляция атмосферы (экватор — полюсы) управляется деятельностью Солнца, в ней наблюдается та же периодичность, как и в солнечных пятнах, усиление циркуляции совпадат с максимумом солнечных пятен. Б. Можно отличить на земной поверхности две области, в одной давление изменяется обратно солнечным пятнам, в другой — параллельно. B. Колебания давления, осадков и температуры тесно связаны между собою и различно компенсируются.

4

Некоторые исследователи в настоящий момент склоняются к тому заключению, что прохождение пятен через плоскость центрального меридиана может оказывать сильнейшее влияние на воздушные течения и вызывать в них мощные пертурбации. Это мнение, высказанное сравнительно недавно, находит все больше сторонников, так как действительно наблюдения и собранный фактический материал подтверждают его в большинстве случаев. Можно сказать, что в подобного рода сопоставлениях нет ничего такого, что вызывало бы какие-либо недоумения и противоречило бы сложившимся взглядам. Наоборот, известны сильнейшие нарушения, которые оказыва¬ют солнечные пятна на целый ряд метеорологических элементов. Механизм этого явления можно легко понять, если принять во внимание неравномерность излучения солнечной поверхности и поверхности пятен, а также неравномерность нагревания известных широт атмосферы, вследствие чего возникают разности температур и резко изменяется давление воздуха. Тогда возникают быстрые и сокрушительные перемещения воздушных масс — ураганы и бури. В 1872 г. Мельдрум (Meldrum) впервые обратил внимание на кто явление и опубликовал сопоставление между численностью цик¬лопов, наблюдавшихся в Индийском океане, и состоянием пятнообразовательного процесса. Взяв эпохи максимумов и минимумов и приняв их равными трем годам, он сопоставил эти трехлетние промежутки времени с числом циклонов за те же периоды. Выводы Мельдрума в следующем году получили продолжение в интересных, но затем почему-то надолго забытых наблюдениях Поэйя (Роеу), который в своих сообщениях Парижской Академии наук устанавливал интересные соотношения между солнечными пятнами и бурями и ураганами в северной части Атлантического океана в Антильском море и в южной части Индийского океана. 

 Много лет спустя тот же вопрос привлек внимание других исследователей. В 1920 г. ему посвятил работу Рейх (Reich), в 1921 г.— японский метеоролог Кавазое Мампей (Kawazoe Mempei), в 1926 г.— Мирбах (Myrbach). Последнему удалось пока¬зать очень интересное соотношение между прохождением солнечных пятен по диску Солнца и ураганами. В том же 1927 г. г-жа Фламмарион в обсерватории Жювизи (Guvisy) обратила внимание на замечательное соответствие между прохождением пятен через центральный солнечный меридиан в период 16—23 сентября 1926 г. и катастрофическими ураганами, бушевавшими на различных континентах. За 10-дневный срок были отмечены: 17 сентября страшная буря во Флориде, 18 — буря в штатах Небраска и Иллинойс, 21—ураган на островах Б. Багама и Ямайка, 25 — тайфун в Сан-Паулу, разрушительная буря в Брази¬лии, 27 — то же самое в Гонконге, 28 — торнадо и смерчи в Вера¬крусе и одновременно ливни в Швейцарии, наводнение в Индии и т. д. Одиннадцатилетнюю повторяемость бурь в Северной Америке получил Шостакович после графического анализа статистического материала Кульмера (Kulmer), причем максимумы и минимумы в числе бурь и в числе солнечных пятен совпадают. Та же перио¬дичность замечается в повторяемости пассата в Апиа, по данным Ангенхейстера (Angenheister). Одиннадцатилетняя периодичность недавно найдена Педлером и у бурь на озере Байкал. Годы с наибольшим числом пятен на Солнце совпадают с годами, наиболее богатыми байкальскими бурями, а также совпадают и годы с минимумом обоих явлений. Мы приводим данные Педлера о числе бурь на Байкале с 1899 по 1924 г. и за те же годы относительные числа солнечных пятен. Приведенные выше данные о байкальских бурях взяты Педлером из прибавлений к летописям Главной физической обсерватории (наблюдения Иркутской обсерватории), где помещены наблюдения станций, расположенных по берегам озера. Так как преобладающее большинство бурь приходится на Ольхон и вообще на северо-западный берег озера и, кроме того, на Ольхоне же случаются и самые сильные бури, то указанная станция принята за основную, и главным образом по ее наблюдениям выписаны числа бурь со скоростью ветра от 15 до 40 м/с. Исключительные по силе бури наблюдались в 1905, 1906, 1907 и 1918 гг., т. е. в эпохи максимального напряжения в солнцеде-ятельности.

5

Как я уже говорил выше, количество солнечной пыли, попадающей в атмосферу, стоит в прямой связи с напряженностью процесса пятнообразования. Поэтому остановим наше внимание на некоторых физических явлениях, которые, несомненно, обязаны своим происхождением солнечной пыли. Уже давно было замечено, что окраска неба зависит от присутствия того или иного количества пыли в верхних слоях воздуха, влияющей на проницаемость солнечного света и вызывающей некоторые оптические явления в атмосфере. Первые наблюдения в данном направлении были сделаны в связи с извержением вулканов. При мощных вулканических извержениях в воздух на большие высоты из кратера вылетают массы пепла, подхватываемые и разносимые на огромные расстояния воздушными течениями. Крупные частицы пыли вскоре опускаются на землю, а маленькие пылинки, диаметр которых измеряется величинами порядка одного микрона, в течение долгого времени могут держаться на больших высотах. Вулкан Раката на Кракатау в 1883 г. выбросил мелкий пепел на высоту 30 километров. Этот пепел был разнесен ветрами во все страны света. То же явление наблюдалось после извержения Мон-Пеле на Мартинике, когда огромные массы пепла покрыли очень большие расстояния. Поднявшись на высоту, в более спокойные зоны атмосферы, пепел этот как бы взвешивается в ней и в таком состоянии иногда держится по нескольку лет. После извержений Раката, Мон-Пеле и других вулканов в течение долгого времени повсеместно наблюдались исключительные по своему великолепию закаты и восходы Солнца, прозванные «красными зорями». Кроме того, этот же пепел вызвал значительное помутнение атмосферы во всем Северном полушарии, а это явление в свою очередь обусловило падение степени прямой солнечной радиации и некоторые термические аномалии у поверхности земли. Солнечная пыль в атмосфере вызывает один оптический эффект, выясненный Бушем. Как известно, свет неба является светом поляризованным, за исключением некоторых, очень небольших участков. Один из этих участков, а именно точка Араго, лежит несколько выше точки, противоположной Солнцу. Другой неполяризованный участок, точка Бабине, находится несколько выше Солнца. Исходя из теоретических соображений легко понять, что высота нахождения этих точек стоит в связи со степенью чистоты воздуха: когда верхние слои воздуха наполнены пылью, высота эта более значительна, чем при нормальных условиях. Буш определил среднюю высоту этих точек во время солнечного заката и сопоставил их с годичным числом пятен. Из этого сопоставления видно, что почти одновременно с максимумом солнечных пятен достигает также своего наибольшего значения и высота над горизонтом этих нейтральных точек. При минимуме имеет место обратное явление. Данное явление представ¬ляет собою наглядное доказательство присутствия пылевых частиц Солнца в атмосфере, играющих очень крупную роль в образовании осадков. Если допустить, как это делают некоторые исследователи, что количество пепельных вулканических извержений так или иначе связано с колебаниями пятнообразовательного процесса (колебания атмосферного давления), то придется допустить еще и дальнейшее, а именно что в годы повышенной деятельности Солнца кроме непосредственно приходящей от Солнца пыли в атмосфере будет некоторая часть пыли земного происхождения. Солнечная пыль оказывает заметное влияние не только на Землю, но и на кометы. Дело в том, что ядра комет состоят главным образом из большого количества маленьких твердых тел, подобных метеоритам, а хвост, как это показал Аррениус в его теории кометных хвостов, из космической пыли, т. е. из ничтожных по размерам твердых и жидких частичек. Двигаясь в пространстве, кометы могут встретить большие потоки солнечной пыли, которые известным образом будут тормозить их движение. Действительно, Баклунд и Пулкове, исследуя движения кометы Энке (Encke, 1819), обнаружил некоторые замечательные особенности. Обработка результатов его наблюдений ясно показала, что комета Энке испытывала в своем движении резкое сопротивление пространства в дни наибольшего обилия солнечных пятен. Пока что единственным объясне¬нием причины этого интересного явления служит солнечная пыль, выбрасываемая в пространство колоссальными взрывами на Солнце. Другой исследователь, Берберих (Berberick), нашел, что в годы максимальной деятельности Солнца хвосты комет отличаются наибольшим блеском, а следовательно, и общая видимость комет значительно усиливается. Это обстоятельство позволяет открывать в годы максимумов пятнообразования больше комет, чем в годы минимумов. Необходимо допустить, что светимость комет увеличивается благодаря ударам солнечной пыли, несущей заряды электричества. То же явление может вызываться и электронным излучением Солнца, увеличенным в годы максимумов.

6

 Затем, установлена зависимость между периодической деятель¬ностью Солнца и изменчивостью в количестве осадков. По вопросу, как варьирует это количество во времени, многие исследователи сходят¬ся на той точке зрения, что вариации эти стоят в достаточно тесной связи с эпохами максимальных и минимальных напряжений солнце-деятельности. Именно наблюдения показали увеличение осадков в эпохи максимумов, что особенно заметно выражается в тропичес¬ких зонах. Для объяснения этого явления были сделаны различные предположения. Между прочим, высказывали мысль об увеличении конденсации паров воздуха под влиянием возрастающего при максимумах солнечных пятен притока солнечной наэлектризованной пыли, а также от усиленной ионизации воздуха, способствующих сгущению паров и образованию повышенной облачности. В самом деле, для того чтобы пары воды начали сгущаться, необходимо иметь налицо центры сгущения или центры конденсации. Таковыми центрами могут быть частицы пыли и ионы. Опыты Тоунсенда (Townsend) и Ч. Вильсона (Wilson) показали, что ионы в газах имеют свойство сгущать вокруг себя пары воды, причем отрицательные ионы гораздо легче конденсируют на себя воду, чем положи¬тельные, и требуют для этого меньшего разрежения воздуха. На основании работы Ч. Вильсона и Дж. Дж. Томсона Гердиен (Gerdien) создал так называемую конденсационную теорию, пытаясь ею объяснить происхождение осадков. Хотя эта теория оказалась неспособной объяснить некоторые факты, однако многочисленные наблюдения не оставляют сомнений в роли частиц пыли и ионов в деле образования облачности. Принимая во внимание усиленный приток к Земле солнечной пыли и увеличение ультрафиолетовой радиации в периоды пятнообразования, необходимо заключить, что эти явления оказывают известное воздействие на данный ряд метеорологических процессов. Действительно, еще Паульсен (Paulsen) отметил, что после северного сияния часто возникают облака. Клейн (Klein) доказал соотношение между частотою появления перистых облаков и числом солнечных пятен, сопоставив эти явления за период с 1850 по 1900 г. Максимумы и минимумы обоих явлений совпали очень точно. С другой стороны, как известно, облачность возникает при движении воздуха вверх, который, охлаждаясь, выделяет облачные массы. Таким образом, усиление осадков при максимумах солнечных пятен может происходить от усиления восходящего движения воздуха. Это усиление оттока воздуха от земли должно сопровождаться усилением притока его со стороны, т. е. усилением горизонтального течения — ветров. А с усилением ветра в тропическом поясе происходит понижение температуры, чему способствуют в свою очередь облачность и осадки. Следовательно, изучение вопроса о давлении воздуха в связи с ходом пятнообразования приобретает значительный интерес: колебания в давлении воздуха отличаются наибольшей чувствительностью к общим изменениям в состоянии атмосферы и теснейшим образом связаны с механикой воздушных масс. Согласно исследованиям Мельдрума и Локьера (Lockyer), количество осадков при максимумах солнцедеятельности значительно повышается. Мельдрум рассматривает выпадение дождя более чем на 5° станциях во всех частях Земли, а также уровни многих главных европейских рек, обнимая период с 1824 по 1867 г. Тщательная проработка вопроса позволила Мельдруму выступить с за¬явлением о том, что между количеством ежегодно выпадающего дождя и числом пятен на Солнце существует прямое соотношение. Наибольшее выпадение дождя приходится почти годом позже мак¬симума солнечных пятен, хотя в разных пунктах замечаются значительные отклонения. Исследованию того же явления посвятил свою работу и Локьер. Затем Саймоне (Symons), исследуя выпадение дождя в Англии за 140 лет, получил аналогичный результат. Закономерность выступает сильнее в тропических областях, чем вне их. Но и там иногда встречается противоположный ход явления, как это нашли Арчибальд и Гилль (Hill) относительно дождей в Северной Индии. Последний показал, что осадки летнего муссона обильнее всего после года с максимумом солнечных пятен, а осадки зимнего муссона всего обильнее перед годом минимальной активности Солнца. Касснер (Kassner) в 1903 г. обратил внимание на то, что в годы около максимума солнцедеятельности циклоны опасного для Германии характера наблюдаются реже, но бывают богаче осадками, чем в годы около минимума пятен, но что в общем (за весь год) в годы около максимума выпадает меньше осадков, чем в годы около минимума. Вопрос о соотношении осадков и солнцедеятельности был изучен французским астрономом Морэ (Moreux), пришедшим в результате к следующим выводам: по данным многочисленных станций, расположенных в пределах тропиков, периоды засухи и избытка влаги чередуются вполне соответственно циклу солнечной активности. Что же касается умеренных широт и больших континентальных пространств, слабодоступных влиянию морского климата, на них перемещение паров воды, образовавшихся в период усиленной деятельности Солнца, требует значительного времени для своего выпадения в виде осадков, а потому и наблюдается некоторое отставание его в названном цикле. Тот же вопрос в последнее время детально просмотрен Шостаковичем, который на основании статистического материала, собранного за несколько десятилетий в различных участках Земли, пришел к заключению, что 11-летний период в количестве осадков наблюдается решительно повсеместного всех частях света, так же как почти всюду хорошо проявляется и большой цикл в 33 года. Разница по отдельным участкам Земли в количестве осадков заключается лишь в том, что в одних максимум осадков совпадает с максимумом пятен, а в других — с минимумом. Последнее явление имеет место, например, в тропических странах, где преобладает море. Свое исследование этого вопроса Шостакович резюмирует так: A. Существует тесная связь между колебаниями осадков и колебаниями в деятельности Солнца (солнечные пятна). Б. Эти периодические колебания имеют продолжительность в 33, 11, 5, 8, 3, 2 года. B. В большинстве мест кривые осадков изменяются согласно с солнечной кривой, причем максимумы и минимумы солнечных пятен совпадают. Г. Исключение представляют тропические островные страны, где колебания осадков противоположны колебаниям кривой солнечных пятен. Периодическая деятельность Солнца влияет на образование облачности не только в земной атмосфере, но то же явление имеет место и на других планетах. Фогель заметил, что окраска Юпитера в годы максимума и минимума пятнообразования бывает различна. При максимумах Юпитер представляется красным, при минимумах верхний слой его атмосферы светится белым светом, что можно объяснить образованием большой облачности. Аналогичные наблюдения были сделаны Антониади. Впрочем, заметим, что вопрос этот далеко еще не разрешен. Увеличение осадков в эпохи максимумов пятнообразования приводит к повышению уровня рек и, наконец, к разливам их. Исследование больших рек: Эльбы, Рейна, Одера, Везера, Дуная, Вислы и Сены — показало, что средний уровень за три года эпохи максимума относится к уровню за три года эпохи минимума, как 1,26:1,18= 1,07:1. Нил также дает отчетливые максимумы своего уровня в 1828, 1841, 1849, I86I и 1870 гг., весьма близкие к годам максимумов солнцедеятельности. И наоборот, минимальные падения уровня Нила в 1835, 1845, 1857 и 1866 гг. совпадают с годами минимального напряжения деятельности Солнца. Интересные соотношения найдены между числом солнечных пятен и колебанием уровня Ангары. Морэ приводит данные половодья Луары с 1826 г. и Сены с 1802 г. Из этих данных хорошо видно то соотношение, которое существует между половодьями и солнцедеятельностью. 

 Из этих данных видно, что большинство половодий хорошо совпадает с эпохами максимумов солнцедеятельности. В тесной связи с количеством осадков стоят колебания уровней больших озер, которые, следовательно, должны обнаружить известное соответствие с ходом солнечной деятельности. Действительно, исследователи этого вопроса обнаружили данное соотношение. Так, Святский указывает на замечательное совпадение высокого состояния уровня Ладожского озера с эпохами минимума солнечных пятен за весь 65-летний период наблюдений над озером на Валааме. Старинные указания на высокий уровень озера в 1764 и 1856 гг. вполне подтверждают общее правило, так как минимумы солнечной деятельности падали на 1766 и 1856 гг. Колебания уровня Женевского озера отчасти подтверждают этот взгляд, так как обнаруживают известное соответствие с колебаниями уровня Ладожского озера. Ввиду того что эти озера находятся одно от другого на достаточно большом расстоянии, то здесь можно говорить о воздействии на них одной и той же причины. В то же время два больших африканских озера, Виктория и Альберт, за время с 189б по 1922 г. обнаруживают замечательный прямой параллелизм с кривой солнцедеятельности, т.е. в данном случае высокий уровень двух этих озер соответствует максимуму солнечной деятельности, а не минимуму, как уровень Ладожского озера. Это различие хорошо объясняется отмеченным ранее фактом, что в ходе температур в европейских и тропических странах существует обратное соотношение. Наконец, укажем, что колебания уровня Байкала также хорошо согласуются с ходом солнцедеятельности. Приведем еще несколько примеров зависимости колебаний, метеорлогических и геофизических элементов от периода солнцедеятельности. Так, была обнаружена корреляция между площадью льдов в Баренцевом море, количеством осадков в экваториальной Америке, с одной стороны, и числом солнечных пятен — с другой. В годы повышенной деятельности Солнца происходят соответствующие изменения в циркуляции атмосферы, и мы видим, что количество льдов в полярных зонах уменьшается, уменьшается полярное давление, увеличивается температура воздуха по восточную сторону североатлантического минимума и понижается по его западную сторону, в экваториальной зоне увеличивается количество осадков. Наконец, имеются указания на то, что выпадение града также бывает чаще при максимумах, чем при минимумах, солнечных пятен, хотя это соотношение выражается не вполне отчетливо.

7

Из метеорологических явлений, связанных с деятельностью Солнца, необходимо отметить перистые облака и венцы вокруг Солнца и Луны. Как известно, основною причиною тех и других являются солнечные частицы, заряженные электричеством и притекающие в верхние слои земной атмосферы в большом количестве в годы повышенной деятельности Солнца. Эти частицы, попадая в атмосферу Земли, по всему вероятию, способствуют конденсации паров и, таким образом, являются зародышами кристаллов, из которых составляются перистые облака и благодаря которым возникают венцы вокруг Солнца и Луны, а также и другие оптические феномены. Чем интенсивнее деятельность Солнца, тем большее количество заряженных электричеством частиц достигает атмосферы и тем чаще должны проявляться указанные явления. Действительно, многочисленные наблюдения показали, что перистые облака, а также венцы и круги около Солнца и Луны обладают явно выраженной 11 -летней периодичностью, а также 27-дневной, зависящей от вращения Солнца вокруг своей оси, т. е. от периодического появления и исчезновения возмущающих областей на Солнце.

Из таблицы видно, что эпохи максимумов и минимумов относительных чисел пятен и максимумы и минимумы перистых облаков совпадают. Эти облака располагаются в виде длинных полос, сходящихся вследствие перспективы в двух противоположных точках неба и имеющих обычно направление либо параллельное стрелке склонения, либо перпендикулярное к ней. Самые высокие облака благодаря своим ледяным иглам являются причиною белых или светлых кругов вокруг Солнца и Луны, называемых гало ( ; — круг). Уже из дневника Тихо Браге видно, что светлые круги вокруг Солнца и Луны появляются чаще всего в периоды, богатые северными сияниями, имеющими источник, как известно теперь, в деятельности Солнца. Неопровержимо установлено, что годам максимума солнечной деятельности соответствуют наиболее частые и яркие полярные сияния. В то время сам великий Тихо Браге еще ничего не знал о существовании пятен на Солнце, но можно с уверенностью сказать, что он был первым, кто подметил, сам того не подозревая, зависимость между солнечной деятельностью и гало. Интерес к гало, как к ярким небесным явлениям, был всегда весьма значительный. В древности с появлением их всегда связывали те или иные роковые события в жизни народов. Например, у Ликостенеса в его «Книге чудес», написанной в 1557 г., встречается множество рисунков и описаний различных подобных явлений. Летописи, как русские, так и иностранные, содержат немало указаний на те же явления. В последнее время интерес к галосам также не ослабевает: они являются одним из признаков погоды. Различные же измерения диаметров кругов, длины дуг и других элементов гало дают возможность глубже проникнуть в природу этих явлений. Например, французский метеоролог Рену в XIX в. в продолжение 50 лет следил за ними. Среди других и Мессершмидт (Messerschmidt) обратил также внимание на связь частоты появлений гало с солнечной деятельностью. Все же, несмотря на то, что все наблюдатели подметили эту связь уже давно, подробно она еще до сих пор не изучена. В настоящее же время, как указывалось выше, более внимания обращено на практические цели — сопоставление гало с последующей погодой. Статистические наблюдения гало в России начали регулярно производиться с 1916 г. сетью пунктов. Единичные появления гало отмечались многочисленными метеорологическими станциями и в прежние годы, но это были случайные наблюдения наиболее резких явлений, так что для статистической обработки этот материал малопригоден. А.П. Моисеев, наблюдавший систематически гало в районе Москвы с 1917 г., получил некоторые интересные результаты из своих наблюдений. Им была подмечена связь по году, по десятидневкам и даже пятидневкам. Исследуя повторя¬емость дней с галосами по 1249 отметкам за последние годы, Моисеев получил хорошо выраженный период наибольшей частоты повторяемости гало — в 27 суток, что соответствует периоду обращения Солнца вокруг оси. На его графиках видна параллельность кривых числа дней с гало с относительным числом солнечных пятен. Коэффициент корреляции между этими двумя рядами r = 0,933 ± 0,043; что подтверждает самую тесную зависимость явлений. Но не для всех мест земной поверхности это совпадение заметно. Например, по данным для Парижа в 1925 г., наблюдалось наименьшее число дней с галосами за последние б лет (с 1919). Причиной такого расхождения, быть может, следует считать наличие местных метеорологических особенностей.

8

 Одним из самых могущественных и важнейших атмосферных факторов, стоящим в тесной зависимости от периодической деятель¬ности Солнца, является атмосферное электричество. Последнее, как известно, проявляется в явлениях двоякого рода: во-первых, статическим образом, в виде нормального электрического поля, постоянно существующего в атмосфере; во-вторых, в виде тихих или, наконец, в виде бурных разрядов, сопровождаемых молнией и громом. Изучение атмосферного электричества началось с того времени, когда знаменитый американец Франклин (1706— 179) в июне 1752 г. впервые извлек электричество из воздуха при помощи высоко поднятого змея. В следующем году это явление было подвергнуто изучению русским академиком Рихманом (1711 - 1753), который поплатился за это жизнью. Он провел с крыши дома в свой кабинет изолированный железный шест, проводивший атмосферное электричество, напряжение которого он ежедневно замерял, и был убит молнией 6 августа 1753 г. во время своей работы. Вскоре после этих наблюдений было сделано открытие, что и при ясной погоде между землею и атмосферою имеется также разность потенциалов, хотя и несколько меньшая. Начиная с 1757 г. Беккариа (Beccaria) производил в Болонье наблюдения над этим явлением, называя его «электричеством хорошей погоды». Он употреблял для опытов металлический стержень, который, присоединив сперва на короткое время к земле, соединял затем с электроскопом. Тотчас же начиналось медленное положительное заряжение стержня почти до постоянного значения. Таким образом, электроскоп показывал разность напряжения между острием стержня и землею. Из подобных наблюдений выяснилось, что при нормальном электрическом состоянии воздух как будто заряжен положительно по отношению к земле, и при этом тем сильнее, чем выше над землею помещается острие. Так, при расстоянии между острием и землею около двух метров отклонения электроскопа оказались вдвое большими, чем при расстоянии в метр. Вслед за Пельтье (Peltier) было найдено много доказательств тому, что поверхность Земли, как суши, так и воды, имеет электрический заряд отрицательного знака, и причину этого явления стремится разрешить современная наука. Таким образом, в земной атмосфере образуется электрическое поле, изопотенциальное верхности (т. е. геометрические места точек, имеющих равные потенциалы, которые идут параллельно, а силовые линии перпендикулярно поверхности Земли). Электрическое поле земной поверхности нарушается каждым препятствием, и, следовательно распределение изопотенциальных поверхностей зависит от рельефа местности. Напряжение этого поля в большой степени зависит от положения окружающих станцию предметов, характера местности, климата и общего влияния всех метеорологических факторов. Ввиду того что электрическое состояние поля измеряется разностью потенциалов, то ученые прежде всего и обратили внимание на колебания разности потенциалов определенных точек электрического поля атмосферы. По инициативе Экснера (Ехпеr) падение потенциала выражают в вольтах на метр высоты . За среднее падение потенциала обычно принимают величину 100 вольт на 1 метр, называемую градиентом. Впрочем, величина градиента постоянно колеблется в ту и другую сторону в зависимости от самых разнообразных причин. В умеренном поясе Северного полушария градиент электрического поля атмосферы больше всего зимою и меньше всего в начале лета. Приблизительно то же самое можно сказать и о годовом ходе градиента в Южном полушарии. Что касается суточного хода градиента, то последний может быть отчетливо разделен на два типа: в холодное время года (декабрь — январь) кривая колебаний градиента имеет глубокий минимум ранним утром (около 4 часов утра) и максимум после полудня. В более теплое время года (апрель — сентябрь) к указанному максимуму и минимуму, которые сохраняются и летом, присоединяется максимум перед полуднем и минимум в полдень, так что кривая суточного хода градиента приобретает явно выраженный двойной период. В остальные месяцы наблюдаются переходные стадии между обоими типами. Самым постоянным на всех кривых, полученных почти во всех местах земного шара и на различных высотах, является минимум в 4 часа утра по местному времени. По-видимому, он вызывается космической причиною — положением Земли относительно Солнца. Измерения напряжения электрического поля с высотою, произведенные с помощью воздушных шаров, принесли очень любопытные данные. Было найдено, что значения напряжения поля на первых тысячах метров высоты часто изменяются благодаря слоям пыли, тумана и облаков, в которых градиент меняется скачками под влиянием собственного заряда этих слоев. В более высоких слоях начинается быстрое уменьшение напряжения поля. На высоте 4— 6 тысяч метров найдены значения градиента от 10 до 5 в/м. Для высоты 1000 метров можно принять напряжение равным около 25 в/м. Следовательно, необходимо допустить, что положительные объемные заряды атмосферы сосредоточены в ее нижних слоях до 5000 метров высоты. Зная скорость изменения градиента с высотою, можно на основании уравнения Пуассона (Poisson) из теории потенциала вычислить плотность заряда единицы воздуха. Тогда для слоев атмосферы от 1000 до 5000 метров средняя объемная плотность окажется равною 0,2∙10-9 электростатических единиц (в кубических сантиметрах). Из постоянного возрастания по мере поднятия вверх градиента электрического поля атмосферы, по крайней мере до известной высоты, следует, что электрические силы в этом поле постоянно направлены вниз. Вследствие отрицательного заряда Земли и свободных положительных и отрицательных зарядов в атмосфере в последней имеют место постоянные электрические токи. Носители положительного электричества стремятся к Земле и отдают ей свои заряды, отрицательно заряженные частицы движутся от Земли кверху. Возникающий таким образом электрический ток Гердиен (Gerdien) назвал нормальным вертикальным током проводимости. Благодаря этим восходящим и нисходящим вертикальным токам потеря отрицательного электричества, испытываемая Землею в одних местах, восполняется в других. Если бы потеря эта не возмещалась, Земля через два часа разрядилась бы совершенно. Следовательно, мы должны представить себе, что во всей атмосфере существует постоянная циркуляция электрических токов, направленных в одних местах снизу вверх, а в других — сверху вниз. В образовании такого рода восходящих и нисходящих токов должны играть важную роль также восходящие и нисходящие течения воздушных масс, обусловленные неодинаковыми нагреваниями земной поверхности и прилежащих к ней воздушных слоев. Ввиду того, что в природе возможны лишь замкнутые электрические токи, необходимо заключить, что вышеописанные вертикальные токи в атмосфере должны замыкаться горизонтальными, слагающимися как в самой Земле и на ее поверхности, так и в верхних разреженных слоях атмосферы. Горизонтальная составляющая токов, идущих в самой Земле, может нам послужить в свою очередь для объяснения земных электрических токов, природа которых до сих пор считается не вполне выясненной. Циркуляция электрических зарядов в атмосфере и земной коре представляет собою в совокупности сложную систему замкнутых токов хотя весьма слабого напряжения, но обтекающих громадные площади и потому способных оказывать заметное действие на магнитную стрелку. Действительно, можно указать на связь электрического вертикального тока в атмосфере с колебаниями земного магнетизма. В суточном ходе этих явлений имеется известное соотношение, на что и было указано Гоккелем (Goekcl) в 1912 г. Одновременные электрические и магнитные регистрирования в Потсдаме дали в среднем одинаковые колебания вертикального тока в атмосфере, горизонтальной и вертикальной составляющих силы земного магнетизма. Кроме того, земные электрические токи находятся в связи с электрическим током из воздуха в землю. Так, например, суточные Изменения вертикального тока в Потсдаме идут параллельно изменениям земного тока в длинных линиях (кабелях), как это было установлено Вайнштейном (Weinstein). Таким образом, колебания вертикального тока, а следовательно, и градиента почти всегда сопровождаются колебаниями земных токов. Этот характер электрического поля атмосферы дает нам определенное представление о размещении в нем электрических масс. Мы должны принять, что вся Земля заряжена отрицательным электричеством; в самых нижних слоях атмосферы, вероятно, преобладает также некоторый избыток отрицательных зарядов, в то время как ее верхние слои должны содержать в себе избыток положительного электричества. При этом, однако, сумма всех отрицательных зарядов в Земле и атмосфере должна равняться сумме положительных зарядов в атмосфере, поэтому вся Земля как небесное тело представляется электрически нейтральной. Очень долгое время не было ничего известно о том, в каком отношении стоит величина градиента электрического поля атмосферы к колебаниям в солнцедеятельности. Между тем вопрос этот представляет существенную важность в понимании многих электрометеорологических явлений. Тот факт, что между величиной градиента атмосферного электричества и состоянием пятнообразовательного процесса существует прямое соотношение, был впервые замечен Вислиценусом (Wislizenus) на основании наблюдений в Сент-Луи в период I86I —1872 гг. Затем последовала работа Хри (Chree), который на основании наблюдений в Кью, близ Лондона, за промежуток времени с 1898 по 1904 г. нашел обратную зависимость между этими двумя явлениями, а именно: в годы минимума солнцедеятельности градиент атмосферного электричества оказался повышенным. Блестящими работами в данном направлении необходимо признать многолетние исследования директора Отделения земного магнетизма Института Карнеги американского ученого Л. Бауэра (L. Bayer), которому удалось установить ряд интереснейших соотношений между пятнообразовательным процессом, атмосферным электричеством, земными электрическими токами и земным магнетизмом за большой промежуток времени. На основании тщательного изучения всех собранных сведений о состоянии атмосферного электричества за семь периодов пятнообразования, т. е. начиная приблизительно с середины прошлого века, Бауэр приходит к следующим главным заключениям:

1. Имеется весьма высокая степень вероятности, что градиент атмосферного электричества и его суточные и годичные вариации, а также воздушно-земные токи находятся под влиянием пятнообразовательного процесса. Что касается вопроса о зависимости элек¬тропроводности атмосферы от внеземных влияний, то из-за недостаточности материалов он не может быть точно разрешен.

2. Влияние воздействия солнечных пятен на градиент атмосферного электричества и на его суточные и годовые колебания выражается приблизительно таким образом, что при увеличении относительных чисел солнечных пятен на 10 влияние их увеличивается на 3%. Таким образом, при изменении относительного числа солнечных пятен на 90 между минимумом и максимумом солнцедеятельности изменения в градиенте атмосферного электричества и в его суточных и годичных колебаниях достигают 30%.

3. В течение пяти из семи последних периодов солнцедеятельности градиент и его изменения вообще совпадали с соответствующими изменениями в пятнообразовательном процессе. В течение же двух периодов солнцедеятельности градиент и его вариации показали подъем во время падения пятнообразования.

4.Коэффициент, выражающий численные отношения между пятнообразованием и изменениями в градиенте атмосферного электричества и его суточных и годичных колебаниях, меняется в течение года и солнечного цикла таким же образом, как меняется коэффициент, выражающий численные отношения между пятнообразовательным процессом и изменениями в земном магнетизме.

5.Атмосферное электричество и ряд других связанных с ним явлений (земной магнетизм, теллурические токи, северные сияния и т. д.) претерпевают в течение года двойную периодичность: максимум явления приходится на время равноденствия (март и сентябрь), минимум — на время солнцестояния (июнь и декабрь). Все эти заключения Бауэра, полученные в результате проработки большого статистического материала, представляют, безусловно, выдающийся интерес как с геофизической, так и с биологической точки зрения. В самом деле, вся органическая жизнь протекает в электрическом поле атмосферы, колебания которого должны оказывать на нее то или иное, но, несомненно, очень мощное воздействие. Ввиду того, что носителями электрических зарядов в газах являются ионы, то в настоящее время все явления атмосферного электри¬чества, по почину Эльстера (Elster) и Гейтеля (Geitel), сводятся к явлениям ионизации. Это необходимо помнить всегда при рассмотрении всех феноменов атмосферного электричества, а также и других физических явлений, связанных с атмосферным электричеством. Известно, что газы являются лучшими изоляторами электричества при обычных условиях давления и температуры, в чем мы убеждаемся на опытах с изолированным электроскопом, листочки которого остаются целые часы отклоненными от положения равновесия. Воздух также считался непроводником электричества, и слабую потерю заряда электроскопом приписывали как несовершенной его изоляции, так и присутствию в воздухе пыли, паров воды, уносящих наряд с электроскопа (Варбург, 1872). Однако работы Эльстера, Гейтля и Вильсона показали, что и атмосфера обладает несомнен¬ною проводимостью, а опыты Эберта (Ebert) и Эмдена (Emden) выяснили тот факт, что с высотою электропроводимость воздуха быстро возрастает, колеблясь в зависимости от метеорологических и других условий. Тогда перед физиками возникла проблема: какова природа этой электропроводности и какими причинами она обусловливается? Электропроводность твердых и жидких тел может быть двоя¬кого рода: электропроводность металлическая, присущая металлам и некоторым другим телам, и электропроводность электролитическая, свойственная большинству жидкостей, главным образом растворам солей. Электропроводность металлическая характеризуется тем, что весомые частицы проводника не принимают никакого видимого участия в движении через него электричества. В электро¬литах, наоборот, движение электричества связано с движением частиц самой материи. Благодаря влиянию растворителя или высокой температуры часть молекул электролита диссоциируется, распадаясь на химические разнородные ионы, заряженные равными количествами электричества противоположных знаков. Влиянию внешних электрических сил подвергаются только свободные ионы, приходящие под их воздействием в движение вместе со своими зарядами. Тогда происходит процесс движения ионов: электроположительные ионы направляются в одну сторону, электроотрицательные - в другую, что и даст место электрическому току в жидкости, переносящему положительные заряды на катод, а отрицательные на анод. Заряд, несомый каждым грамм-эквивалентом иона, независим от его природы и достигает 96540 кулонов. Таким образом, предстояло разрешить вопрос о том, каким из этих двух родов электропроводности обладают газы. Вопрос этот был разрешен благодаря изучению ряда способов, посредством которых можно сообщать газам заметную электропроводность. Так, например, будучи освещены ультрафиолетовыми или рентгеновскими лучами, или находясь под действием катодных или анодных частиц или частиц, испускаемых радиоактивными веществами, или, наконец, под действием высокой температуры, газы приобретают свойство проводить электричество. Заряженный электроскоп теряет свой заряд независимо от его знака, почти моментально, как скоро на него упадут те или другие из этих лучей. По аналогии с электро¬проводностью электролитов было сделано еще предположение, что под влиянием таких лучей в пронизываемом ими газе появляются частицы, электрически положительно и отрицательно заряженные. Это предположение было затем подтверждено многочисленными опытами Дж. Томсона и его учеников в лаборатории Кавендиша (Cavendish) в Кембридже в период 1897—1903 гг. Эти заряженные электричеством частицы газов были названы ионами, самый процесс их возникновения — ионизацией, а лучи, вызывающие ионизацию,— ионизаторами. Так как аналогия между электролитическими ионами и газовыми неполная, то английские физики чаще называют их «электроносителями» или, короче, «носителями». Наконец, иони¬заторами воздуха являются также многие химические и механичес¬кие процессы, как-то: горение, окисление фосфора, раздробление и распыление воды о твердые или жидкие поверхности и пр. Таким образом, не оставалось ни капли сомнения в том, что и та весьма слабая электропроводность, какая наблюдается во всяком газе и в атмосфере в их нормальном состоянии, имеет причину в их ионизации. Став на такую точку зрения, нетрудно было объяснить самый факт рассеяния электричества в атмосфере, а равно и его зависимость от различных метеорологических и прочих условий. Еще Эльстер и Гейтель выдвинули гипотезу об участии в ионизации ряда причин, и прежде всего причины космической — действия солнечных лучей. Опыты Ленарда (Lenard) над крайними ультрафиолетовыми лучами, испускаемыми раскаленными парами алюминия, цинка и других металлов, обнаружили сильнейшую поглощаемость этих лучей атмосферой и чрезвычайно сильную степень ионизации ее в результате этого поглощения. Ионизацию воздуха ультрафиолетовыми лучами следует представлять себе следующим образом: вследствие поглощения лучистой энергии молекулой воздуха из последней выходит отрицательный электрон и остаток превращается в положительный ион. Отрицательный электрон, соединяясь с нейтральной молекулой воздуха, образует отрицательный ион. Ввиду того что солнечная фотосфера содержит в себе раскаленные пары указанных выше металлов, а, кроме того, водород, испускающий при искровом разряде самые крайние ультрафиолетовые лучи, то предположение Эльстера и Гейтеля об участии Солнца в ионизации воздуха делается чрезвычайно правдоподобным. Это предположение объясняет весьма просто целый ряд важнейших явлений в атмосфере, связанных с наблюдениями за ее ионизацией, как, например, большую степень ионизации летом, чем зимою, в солнечные дни, чем в пасмурные, и т. д. Однако если мы примем во внимание необычайно сильную поглощаемость крайних ультрафиолетовых лучей атмосферою, то необходимо будет заключить, что в действительности непосредственная ионизация ее ультрафиолетовыми лучами Солнца имеет место только в самых верхних слоях. Те же верхние слои воздуха, по-видимому, ионизируются рядом других причин космического характера, а именно бомбардировкой космической пылью, солнеч¬ными электронными радиациями и т. д. В нижние слои ионы могут проникать лишь вследствие диффузии или увлекаться постоянными восходящими и нисходящими токами воздуха. Но для объяснения ионизации нижних слоев воздуха и этот вывод встречает затруднения в факте быстрого исчезновения ионизации по прекращении действия ее источника. Вследствие медленного движения нисходящих потоков воздух, ионизированный вверху, будет, по-видимому, достигать поверхности Земли лишь по прошествии такого времени, когда вся его ионизация давно исчезла. Поэтому является необходимым для объяснения ионизации нижних слоев атмосферы обратиться к рассмотрению другого ее источника — радиоактивности атмосферного воздуха, стоящей в известной связи с солнечным лучеиспусканием и, следовательно, зависящей от периода пятнообразования. Открытием радиоактивности воздуха мы обязаны Эльстеру и Гейтелю. Они натянули в своем саду на двух изоляторах медную проволоку в 10 метров и в течение двух часов с помощью электрической батареи поддерживали на ней высокий отрицательный потенциал. В результате исследования они убедились, что проволока стала радиоактивной. Радиоактивность могла быть снята с проволоки с помощью бумаги или ваты и по их сожжении оставалась в золе, действуя заметным образом на фотографическую пластинку или вызывая фосфоресценцию экрана, покрытого платино-цианистым барием. Вместо того чтобы получать активирование проволоки путем искусственной электризации, ее можно получать благодаря одному лишь действию земного электрического поля, например на вершинах гор, на башнях и т. д. Дальнейшие наблюдения установили присутствие в воздухе других радиоактивных элементов, тория и актиния, а также выяснили соотношение их количеств с различными метеорологическими и геофизическими факторами. Между прочим, теми же учеными был констатирован тот факт, что воздух подвалов, пещер и подземелий ионизирован в гораздо большей степени, чем воздух над поверхностью Земли. Особенно сильно ионизированным оказался воздух, извлеченный из почвы каким-либо искусственным образом. Сравнительно небольшого объема такого воздуха достаточно для того, чтобы сообщить свойство временной радиоактивности погруженной в нем проволоке, заряженной отрицательным электричеством. Электроскоп в таком воздухе разряжался в течение нескольких минут. Поэтому естественно было сделать предположение, не обусловливается ли радиоактивность атмосферного воздуха примесями к нему радиоактивных веществ и их эманации, поступающих в него из почвы? А так как эта радиоактивность в свою очередь обусловливает ионизацию воздуха, то необходимо прийти к заключению, что одним из источников ионизации нижних слоев атмосферного воздуха и являются именно радиоактивные начала, находящиеся в почве. Впрочем, имеются основания полагать, что радиоактивность воздуха обусловлена рядом сложных и разнообразных процессов, происходящих в природе вообще, а следовательно, является одной из форм энергии. Несмотря на всю сложность данного вопроса и трудность разграничения роли радиоактивности почвы и солнечного лучеиспускания в ионизации атмосферного воздуха, все же суточные и годовые вариации в степени ионизации воздуха могут быть отнесены за счет лучей Солнца. Большая ионизация воздуха летом сравнительно с зимою и в хорошую погоду сравнительно с пасмурной может быть объяснена вполне удовлетворительно, если мы примем во внимание более сильную инсоляцию почвы летом и в ясную погоду. Этими факторами обусловливается более интенсивное и бо¬лее свободное общение почвенного воздуха и атмосферного. Быть может, теми же причинами необходимо объяснить и суточные коле¬бания ионизации воздуха, которые согласны с колебаниями некоторых метеорологических элементов. Необходимо заметить, что число положительных и отрицательных ионов, заключающихся в атмосферном воздухе при обычных условиях, очень мало по сравнению с полным числом его молекул. Как известно, в 1 кубическом сантиметре газа при обычных условиях давления и температуры содержится около 30∙1018 (30 триллионов) молекул. В то же время в том же объеме количество ионов равно в среднем 800-1000. Это количество ионов варьирует в полном соответствии с временем года и дня, зависит от геологических, топографических и метеорологических условий и от хода элементов погоды: так, например, летом число ионов значительно больше, чем зимой, в ясную и сухую погоду больше, чем в дождливую и облачную, при тумане опускается до нуля. Чрезвычайно интересен вопрос о том, существуют ли колебания и степени ионизации атмосферного воздуха, имеющие больший период — период 11-летний, связанный с таковым же периодом в деятельности Солнца. К сожалению, я должен констатировать тот факт, что благодаря отсутствию массовых и ежедневных измерений степени ионизации атмосферного воздуха вопрос этот не разрешен до сих пор. А между тем потребность экспериментального разрешения этого важного вопроса диктуется как со стороны биологии, так и самими предположениями в существовании такового периода в ионизации атмосферы. Как известно, в эпоху повышенной деятельности Солнца количество притекающей к Земле лучистой энергии Солнца значительно повышается. Этот повышенный прилив энергии к Земле в форме электромагнитных или корпускулярных излучений, без сомнения, вызывает усиление интенсивности физико-химических процессов и земной коре и атмосфере. Нодон (Nodon) опубликовал результаты своих любопытных опытов, показывающих, что радиоактивные излучения значительно ускоряются солнечными лучами, содержащими излучения особого порядка. Эти последние проникают сквозь тонкий слой свинца и других металлов, причем поглощаются металлами тем сильнее, чем выше атомный вес металла, из которого сделан экран. Действие этих лучей более всего заметно в период усиленной активности Солнца. Если, таким образом, степень радиоактивных излучений, находящихся в воздухе, усиливается в период повышенной солнцеде-ятельности, то, следовательно, и ионизация атмосферного воздуха также должна повыситься в тот же период. Присутствие в атмосфере радиоактивных эманации приписыва¬ется выделению пород, находящихся на поверхности Земли. Однако наблюдения, произведенные Бонгардом (Bongard) в Линденбурге С помощью стальных проволок длиною от 5 до 15 метров, поднимав¬шихся змеями на высоту 4000 метров, подтвердили зависимость количества эманации от барометрического давления на поверхности Земли и температуры того слоя воздуха, в котором находилась проволока. Кроме того, Бонгардом была замечена периодичность изменения эманации с периодом в 27—28 дней. Причину этой периодичности Бонгард приписал солнцедеятельности, так как указанный период приблизительно равен периоду его вращения. Одновременные наблюдения над количеством радиоактивных эманации, произведенные в Маниле на Филиппинских островах, дали ту же 27—28-дневную периодичность. Сравнивая данные, полученные в указанных двух пунктах, со спектрогелиограммами кальциевых облаков Солнца, Бонгард вывел заключение, что источником эманации, обнаруженных в нашей атмосфере, является солнцедеятельность. Еще необходимо отметить наличие эффекта Столетова — Галльвакса (Hallwachs) у земной поверхности. Как было показано, некоторые металлы обладают свойством быстро терять отрицательный заряд под влиянием прямого солнечного света. Даже когда металлическая пластинка не заряжена, она испускает отрицательные лучи, принимая таким образом положительный заряд. Каким лучам Солнца необходимо приписать этот фотоэлектрический эффект? Из видимой части спектра только одна фиолетовая часть оказывает подобное действие. Путем точных изысканий было уста¬новлено, что ряд минералов, прежде всего полевой шпат и гранит, также обнаруживают под влиянием этого излучения фотоэлектрический эффект. На этом основании Эльстер и Гейтель предположили, что под воздействием солнечного света у многих каменистых пород отрицательно заряженной земной поверхности выступают в воздух отрицательные электроны. Эти последние в случае наличия соответствующих условий могут также служить причиною ионизации атмосферы самой земной поверхности. Связь между степенью ионизации воздуха и пятнообразовательным процессом была обнаружена на целом ряде физических явлений в атмосфере. Прежде всего эта связь очень ясно проявилась в колебаниях условий радиопередачи. Это влияние ионизации получает теоретическое объяснение в уравнениях Максвелла — Герца, так как ионизацией, как мы видели выше, обусловливается электропроводность воздуха. Таким образом, электромагнитные волны, распро¬страняющиеся в хорошо проводящей среде, приобретают характер затухающих колебаний, и их логарифмический декремент затухания увеличивается прямо пропорционально степени электропроводности. Ввиду того, что ионизация воздуха в течение суток подвержена значительным колебаниям, зависящим от силы и напряженности солнечного света, то и радиопередача стоит в зависимости от этого фактора. Действительно, ионизация атмосферы в любом месте земной поверхности зависит от времени дня и ночи и вообще увеличивается к середине дня, а затем уменьшается, очевидно, что и распространение электромагнитных волн должно представлять периодическую функцию времени с периодом, равным суткам. Главный максимум ионизации наблюдается от двух до четырех часов, а минимум— утром и вечером. Так как влияние ионизации и электропроводности на электромагнитные колебания сказывается главным образом в ослаблении их энергии, то исходя даже из чисто теоретических соображений нетрудно было заключить, что радиопередача будет наиболее затруднена днем и менее всего ночью, а также иечсром и утром. На самом деле Маркони (Marconi) впервые отметил тот факт, что ночью как слышимость радиосигналов, так и дальность расстояния передачи значительно увеличиваются. Этот факт впоследствии был подтвержден тысячами наблюдателей. Кроме того, в те часы, когда Солнце восходит и заходит, вследствие резкого изменения ионизации слоев атмосферы, лежащих у пограничной области между освещенными и неосвещенными частями ее, мы должны обнаружить влияние нарушения непрерывности ионизированных слоев. Это обстоятельство в свою очередь должно сказаться на радиоприеме, что и действительно имеет вообще место. В то же время внимание исследователей было привлечено тем фактом, что качество приема радиоволн значительно ухудшается под влиянием пятнообразования. Наблюдения, произведенные с этой целью, установили, что в дни прохождения солнечных пятен через центральный меридиан Солнца прием радиоволн вообще претерпевает значительные аномалии в сторону его затруднения. Данное явление сильнее всего сказывается при работе с длинными волнами, как показали наблюдения Пиккара (Pickard) в Вашингтоне, что, впрочем, и следовало ожидать согласно теоретическим соображениям. Аэстэн (Austin) нашел тоже тесную зависимость между месячными индексами радиоприема и солнечной радиацией. Наконец, были сделаны попытки установить влияние солнечно¬го затмения на атмосферное электричество, например в 1900, 1905, I912, 1914 и в 1927 гг. Нордманн наблюдал в Алжире в 1905 г. минимум проводимости приблизительно через 3/4 часа после наступления полной фазы затмения. Другие исследователи пришли также к заключению о влиянии данного космического феномена на проводимость атмосферы. Были произведены наблюдения над влиянием солнечного затмения на радиопередачу.

9

Периодическая деятельность Солнца оказывает весьма заметное влияние на число и, по-видимому, на интенсивность гроз. Последние представляют собою видимые электрические разряды в атмосфере, сопровождающиеся обычно громом. Молния соответствует искровому разряду электростатической машины. Образование грозы связано с конденсацией водяных паров в атмосфере. Всплывающие вверх массы воздуха адиабатически охлаждаются, и это охлаждение происходит часто до температуры ниже точки насыщения. Поэтому конденсация паров может наступить внезапно, образуются капли, создавая облако. С другой стороны, для конденсации паров необходимо присутствие в атмосфере ядер или центров конденсации, которыми прежде всего могут служить частички пыли. Айткену (Aitken) принадлежит метод учета пыли в воздухе. Он воспользовался особенностью пыли конденсировать пары для того, чтобы сосчитать число пылинок в воздухе. В его счетчике определенное количество воздуха насыщается водяным паром и затем производится быстрое разряжение его, вызывая конденсацию пара. Число падающих капель сосчитывается с помощью микроскопа, а их падает столько, сколько в воздухе было пылинок. Наблюдения, сделанные с помощью прибора Айткена, показали, что в «чистом» воздухе у земли их бывает много тысяч в кубическом сантиметре. С высотою это число быстро убывает. Мы видели выше, что количество пыли в верхних слоях воздуха отчасти может быть обусловлено степенью напряжения пятнообразовательного процесса на Солнце. Кроме того, в периоды прохождения пятен по диску Солнца количество ультрафиолетового излучения Солнца также возрастает. Это излуче¬ние ионизирует воздух, и ионы становятся также ядрами конденсации. Затем следуют электрические процессы в водяных каплях, которые приобретают электрический заряд. Одною из причин, обусловливающих эти заряды, является адсорбция водяными каплями легких ионов воздуха. Однако значение этой адсорбции второстепенное и очень незначительное. Замечено также, что отдельные капли под влиянием сильного электрического поля сливаются в струю. Следовательно, колебания в напряженности поля и перемена его знака могут оказать на капли известное влияние. Вероятно, таким путем образуются сильно заряженные капли во время грозы. Сильное электриче¬ское поле способствует каплям также заряжаться электричеством. Вопрос о периодичности гроз был поднят в западной литературе еще в 80-х годах прошлого века. Многие исследователи посвятили свои труды выяснению этого вопроса, как, например, Зенгер (Zenger), Красснер (Krassner), Бецольд (Bezold), Риддер (Ridder) и др. Так, Бецольд указывал на 11-дневную периодичность гроз, а затем из обработки грозовых явлений для Южной Германии за 1800—1887 гг. получил период в 25,84 суток. В 1900 г. Риддер нашел два периода для повторяемости гроз в Ледеберге за 1891—-1894 гг., а именно: в 27,5 и 33 суток. Первый из этих периодов близок к периоду обращения Солнца вокруг оси и почти совпадает с лунным тропическим периодом (27,3). В то же время были сделаны попытки сопоставить периодичность гроз с пятнообразовательным процессом. Одиннадцатилетний период в количестве гроз был обнаружен Гессом для Швейцарии. Однако Гесс (Hess) пришел к до¬вольно противоречивым заключениям. В России Д.О. Святский получил на основании своих исследо¬ваний периодичности гроз таблицы и графики, из которых хорошо видны как периоды повторяемости так называемых грозовых волн для обширной Европейской России, первый — в 24—26, второй — в 26—28 суток, так и связь грозовых явлений с солнечной пятнообразовательной деятельностью. Полученные периоды оказались настолько реальны, что явилась возможность намечать на несколько летних месяцев вперед даты прохождения таких «грозовых волн». Ошибка не достигает более чем 1-2 суток, в большинстве получается полное совпадение. Обработка наблюдений грозовой деятельности, произведенная в последние годы Фаасом, показывает, что для всей территории европейской части СССР наиболее часто и ежегодно встречаются периоды в 26 и 13 (полупериод) суток. Первый представляет собою опять-таки значение, очень близкое к обращению Солнца вокруг оси. Исследования о зависимости грозовых явлений в Москве от солнцедеятельности производились за последние годы А. П. Моисеевым, который, тщательно наблюдая за пятнообразованием и грозами с 1915 по 1926 г., пришел к заключению, что число и интенсивность гроз в среднем стоит в прямом соответствии с площадью пятен, проходящих через центральный меридиан Солнца. Грозы учащались и усиливались при увеличении числа пятен на Солнце и наибольшего напряжения достигали после прохождения крупных групп пятен через середину диска Солнца. Таким образом, многолетний ход кривой частоты гроз и ход кривой числа пятен совпадают достаточно хорошо. Затем Моисеев исследовал другой интересный факт, а именно суточное распределение гроз по часам. Первый суточный максимум наступает в 12—13 часов дня местного времени. Затем с 14—15 следует небольшое понижение, в 15— 16 часов идет главный максимум, и далее кривая понижается. По всему вероятию, данные явления стоят в связи как с прямым из¬лучением Солнца и ионизацией воздуха, так и с ходом температуры. Из исследования Моисеева видно, что в моменты мак¬симума солнечной деятельности, а также около момента минимума грозовая деятельность наиболее интенсивна, причем в моменты максимума гораздо резче выражена. Это несколько противоречит по¬ложению, поддерживаемому Бецольдом и Гессом, что минимумы частоты гроз совпадают с максимумами солнечной деятельности. Фаас в своей обработке гроз за 1926 г. указывает, что им было обращено особое внимание на то, что не увеличивается ли грозовая деятельность при прохождении крупных пятен через центральный меридиан Солнца. Для 1926 г. никаких положительных результатов получено не было, однако в 1923 г. наблюдалась очень тесная связь явлений. Это может быть объяснено тем, что в годы максимума солнечные пятна группируются ближе к экватору и проходят вблизи видимого центра солнечного диска. При таком положении их воз¬мущающее влияние на Землю следует считать наибольшим. Многие исследователи старались найти другие периоды гроз, но колебания грозовой деятельности по имеющимся в нашем распоряжении ма¬териалам слишком еще труднообозримы и не дают возможности установить какие-либо общие закономерности. Во всяком случае вопрос этот с течением времени привлекает внимание все большего количества исследователей. Число гроз и их интенсивность известным образом отражаются и на человеке и его имуществе. Так, из статистических данных, приводимых еще Будэном (Budin), видно, что максимумы смертных случаев от удара молнии падают на годы максимального напряжения в деятельности Солнца, а минимумы их — на годы минимума пятен. В то же время русский лесовод Тюрин отмечает, что, согласно его исследованиям, произведенным на массовом материале, пожары в брянском лесном массиве принимали стихийный характер в 1872, 1860, 1852, 1836, 1810, 1797, 1776 и 1753 гг. В северных лесах также может быть отмечена периодичность, равная в среднем 20 годам, причем даты лесных пожаров на севере во многих случаях совпадают с указанными датами, что показывает на влияние одной и той же причины — засушливые эпохи, некоторые из них падают на годы максимумов солнцедеятельности. Можно отметить, что в суточном ходе грозовой деятельности и в суточном ходе числа пожаров от молнии наблюдается также хорошая зависимость.

10

 Одним из замечательных явлений, развивающимся в атмосфере северных широт и зависящим от Солнца, являются полярные сияния. Этот феномен был известен людям еще в глубокой древности. О нем подробно повествуют греки и римляне, жившие на берегах Среди¬земного моря, где, впрочем, северные сияния бывают видны чрезвычайно редко. Средневековье богато описаниями северных сияний, виденных в Европе. Термин «северное сияние» или «северная заря» был предложен Гассенди (Gassendi, 1592-1655), французским философом. В XVII и в начале XVIII в., когда еще не было наблюдений над полярными сияниями в Южном полушарии, термином «aurora borealis» называли те сияния, которые были видны в северной части небосклона, и термином «aurora australis» — те сияния, которые наблюдались в южной части неба. Только после путешествия Антония де Уллоа в 1745 г. вокруг мыса Горн, когда он установил, что и в Южном полушарии полярные сияния бывают так же часто, как и в Северном, термин «aurora australis» был отнесен к сияниям, имеющим место в Южном полушарии. Впоследствии сияния одного и другого полушария были объединены общим термином «aurora polaris». В мою задачу не входит останавливаться на подробном рассмотрении этого красивейшего явления северного неба, которое с давних времен привлекало внимание человека и над разгадкой причин и природы которого ученые бьются и по сей день. Еще имеется много неясных сторон в физическом анализе полярной Авроры. Но многое, неясное и загадочное прежде, ныне выяснено. На этом мы и остановим наше внимание, ибо здесь нам предстоит опять-таки столкнуться с Солнцем. Различные внешние формы полярных сияний давно уже наводили на мысль о том, что явление это, имея одну и ту же природу, подчиняется местным или временным условиям. Так, Паульсен (Paulsen) делит полярные сияния на два класса. Сияния первого класса совершенно не имеют лучей. Широко простираясь по небу, они проливают спокойный и постоянный свет и не сопровождаются магнитными бурями. В большинстве случаев эти сияния имеют форму дуги или нескольких дуг, вершины которых лежат в направлении магнитного меридиана. Ко второму классу Паульсен причисляет сияния, отличающиеся лучистым строением. Они могут яв¬ляться в виде завесы, короны или ленты. Свет их постоянно колеблется, переливаясь различными оттенками. Эти завесы или ленты спускаются иногда очень низко над Землею и влияют на магнитную стрелку. Когда они проходят через зенит, тогда магнитная стрелка отклоняется в направлении с востока на запад, если полоса движется с севера на юг. На основании этого наблюдения Паульсен заключил, что лучи северного сияния представляют собою поток отрицательных частичек — электронов, катодные лучи. Тот факт, что полярные сияния в частоте своих появлений следуют 11-летней периодичности солнечных пятен, был установлен Фритцом (Fritz) в 1863 г. на основании обработки материала о северных сияниях и подтвержден работами Лумика (Loomic). Однако эта зависимость сохраняет свою силу для стран неполярных. В Исландии и Гренландии, как это показал Тромгольдт, 11-летней периодичности не наблюдается. Для правильного разумения природы полярного сияния обратимся к Солнцу и рассмотрим лучи его короны в эпоху минимума и максимума солнечных пятен. В первом случае нам бросится в глаза то обстоятельство, что силовые линии магнитного поля Солнца выражены достаточно отчетливо. Лучи короны, следующие вдоль этих силовых линий, отклоняются от полюсов в стороны под влиянием магнитных сил. Эти лучи, несущие с собою частицы, заряженные отрицательным электричеством, собираются в экваториальной зоне. Следовательно, необходимо предположить, что начальная скорость этих частиц невелика, и магнитные силы Солнца вполне подчиняют ее себе. Но магнитные силы редеют у экватора, вследствие чего потоки частиц могут отталкиваться давлением лучей по весьма большому кругу вдоль плоскости солнечного экватора. На солнечной короне в годы минимума этот круг представляется в виде двух больших пучков лучей, исходящих из области солнечного экватора. Достигнув Земли, частицы попадают в ее магнитное поле и также делятся на два пучка, расходящихся в виде лучей по направлению к обоим магнитным полюсам Земли, собираясь в два кольца в полюсе максимальной частоты полярных сияний. Так обстоит дело в годы минимума солнцедеятельности. В эпоху максимума лучи солнечной короны расходятся от Солнца почти прямо по всем направлениям. Преобладают лишь те направления, которые лежат как раз над поясом пятен. В местах пятнообразования замечается наиболее интенсивная и мощная радиация этих частиц. Приобретенная частицами скорость, по-видимому, во много раз превышает и притяжение Солнца, и влияние силовых линий солнечного магнитного поля. Та же скорость обус¬ловливает механизм проникновения солнечных частиц в атмосферу Земли. Силы земного магнетизма оказываются недостаточными для полного отклонения потоков частиц вдоль силовых линий, а поэтому эти потоки врываются в атмосферу по прямому направлению, лишь отчасти повинуясь магнитному влиянию, и собираются в тех местах, куда вообще стекается больше всего этих потоков. Этим объясняется то явление, что в годы максимального действия Солнца полярные сияния наблюдаются в местностях, удаленных от своих максимальных поясов. Те же соображения позволяют объяснить и различную высоту полярных сияний, наблюдаемую в различных широтах. Высота подъема северного сияния кажется тем больше, чем ближе к экватору лежит наблюдательный пункт. Данное явление вполне согласуется с небольшим наклоном катодных лучей к поверхности Земли в странах, лежащих дальше от полюса, в то время как на полюсах эти лучи, следуя магнитным силовым линиям, идут почти отвесно вниз. Что касается высоты полярных сияний, то различные авторы дают ей разные определения, от 40 и до 50 километров и выше. Однако о предельных высотах, которых достигают лучи северного сияния, точно мы еще не знаем ничего. Так, недавно Стёрмер опубликовал очень любопытные данные, полученные им из обработ¬ки наблюдений сияния 8 сентября 1926 г., которые происходили близ Осло из двух пунктов, удаленных один от другого на расстояние 26 километров. При обработке фотографических снимков сияния было выяснено, что верхняя зона его достигала до 1000 километров над поверхностью Земли. Затем было выяснено, что это северное сияние находилось в таких слоях атмосферы, которые были еще освещены прямыми лучами Солнца, в то время как на Земле уже была тьма. Наконец, оказалось, что своей наивысшей точки сияние достигло два раза: вечером и утром, а около полуночи поднималось лишь до 400 км. Обсуждая это явление, Стёрмер предполагает, что прямой свет Солнца как бы благоприятствует сиянию достигнуть наибольшего подъема над поверхностью Земли. Создается впечатление, что под влиянием совместного действия лучей Солнца и полярного сияния атмосфера в данном месте как бы выпучивается кверху. Отсюда необходимо прийти к заключению, что полярные сияния — это электрические разряды или электрическое свечение газов, происходящие в верхних слоях атмосферы и являющиеся следствием бомбардировки достаточно разряженного воздуха потоками солнеч¬ных корпускул, заряженных отрицательным электричеством. В данном случае мы имеем дело с явлением электрического разряда в разряженных газах. Если взять стеклянную трубку со впаянными в ее концах алюминиевыми проволочками и включить ее в электрическую цепь, то, пока находящийся в трубке воздух будет иметь атмосферное давление, тока не будет. Оставляя расстояние между электродами постоянным и уменьшая постепенно давление путем выкачивания газа из трубки, мы будем наблюдать следующее: по мере выкачивания воздуха из трубки длина свободного пути ионов увеличивается, они начинают ионизировать воздух толчком, и между электродами возникает тонкий искровой разряд. При дальнейшем выкачивании до o,o1 атмосферы ионизация увеличивается на¬столько, что вместо тонкой искры электрическому току предоставляется уже большая площадь, которая и вырисовывается внутри трубки широким светящимся столбом. Свечение этого столба у анода и у катода оказывается разным, и эта разница с понижением давления все увеличивается. Сияние, выходящее из анода, имеет в воздухе розоватый оттенок (спектр азота), у катода — оно представляется голубоватым. При понижении давления катодное сияние оттесняет собою розоватое сияние анода, которое иногда распадается на отдельные слои. Наконец, при давлении около o,ooooo1 атмосферы анодное сияние совсем отсутствует и остается лишь сияние катода. Биркеленд путем изящного опыта показал, что катодные лучи должны собираться близ полюсов и вызывать свечение воздуха. В большом стеклянном герметически закрытом сосуде он поместил подвешенный электромагнит, имевший форму шара и покрытый слоем фосфоресцирующего вещества, обладающего способностью светиться под действием катодных лучей. В одну из стенок сосуда был введен источник катодных лучей. Воздух из сосуда был выкачан до известной степени разряженности. Пропуская ток через шарообразный электромагнит, названный Биркелендом «тереллой», и создавая тем самым вокруг него магнитное поле, Биркеленд заставил катодные лучи изменять направление и сходиться у обоих полюсов «тереллы», создавая в миниатюре то явление, которое наблюдается в грандиозных размерах при полярных сияниях. Стёрмер вычислил пути частичек между Солнцем и Землей и влияние на эти пути земного магнитного поля. Построение на основании этих вычислений модели траекторий дает чрезвычайно наглядное представление о движении частиц солнечного излучения и о возможном распределении их в магнитном силовом поле земного шара. Помимо ясно выраженного 11 -летнего периода частоты северных сияний есть несколько периодов больших и меньших данного. Так, например, отмечено, что сильно выраженные максимумы сияний пришлись на начало и конец XVIII столетия, последний в 1788 г., между 1800 и 1830 гг. северные сияния были редки; 1849 и 1871 гг. были годами сильных максимумов; в 1916—1918 гг. также наблюдалось большое число северных сияний. Сияния обладают отчетливой годовой периодичностью, объясняемой положением Земли относительно Солнца. Для сияний найдены еще и другие периоды, как, например, в 25,93 дня, который совпадает со временем обращения очень высоко лежащих факелов в экваториальной полосе Солнца и, по-видимому, ими и определяется. Тот же период в 25,93 дня был найден также и в ряде других земных явлений: магнитных бурях, грозах, давлении воздуха и т. д. Отсюда следует допустить, что даже такие образования на Солнце, как факелы, и те играют известную роль в жизни земного шара. За последнее время было обнаружено одно любопытное явление в чередуемости окраски северных сияний. Рассматривая многочисленные описания цвета лучей полярных сияний, имевших место в 1926 г., можно было прийти к заключению, что характерной особенностью является преобладание в них красного, малинового, огненного, розового цветов, причем эти цвета окрашивают не только самые лучи, но и отдельные части сияний, как-то: сгустки, пятна, клубки и т. д. Одновременно с этими теплыми тонами полярных сияний в них иногда были замечены и холодные тона — зеленоватые и беловатые лучи. Сравнивая сияния 1926 г. с сияниями в течении максимума предыдущего периода солнцедеятельности, наблюдатели пришли к заключению, что в 1917—1918 гг. красных сияний было немного и явно преобладали сияния с белой или зеленоватой окраской. 11 Пространство, окружающее Землю, есть магнитное поле, потому что в нем каждый магнит стремится занять определенное направление. Принято считать, что это поле в пространстве, бесконечно малом по отношению к размерам Земли, однородно, т. е. силовые магнитные линии параллельны между собой. Но однородное в данном месте магнитное поле изменяется по силе и по направлению, когда мы переходим из одной точки земного шара в другую. Помимо этого с течением времени это поле изменяется в одном и том же месте. Земной магнетизм характеризуется в данном месте тремя элементами: склонением, наклонением и силою поля. Направление земного магнетизма определяется с помощью двух углов — склонения и наклонения. Вообще говоря, мы считаем, что Земля обладает свойствами магнита, как это стало еще известно со времени появления труда Гильберта (Gilbert, 1544-1603) «О магните, магнитных телах и большом магните — Земле» (i6oo), где он впервые высказал мысль, что для объяснения склонения и наклонения магнитной стрелки необходимо рассматривать Землю как большой магнит. Одно из самых интересных правильных изменений в положении магнитной стрелки — это ее суточное колебание. Так, например, в течение первой часта дня, между восходом Солнца и 13— 14 часами, северный полюс магнитной стрелки на территории США движется к западу; около 22— 23 часов он возвращается к своему среднему положению и в течение ночи остается почти постоянным. Амплитуда этого колебания равняется 15' дуги летом и почти вдвое меньше зимою. Таким образом, очевидно, что в основе тут лежит воздействие Солнца. В 1850 г. Ламон (Lamont) в Мюнхене обратил внимание на то, что средние суточные движения магнитной стрелки представляют период; на основании наблюдений, охватывающих несколько десятилетий, Ламон определил величину периода в 10,3 года. Как только Швабе в 1850 г. объявил о периодичности солнечных пятен, Сэбин в Англии, Готье во Франции и Вольф в Швейцарии независимо один от другого заметили совпадения максимумов пятен и магнитных колебаний. Всесторонняя проверка выводов и дальнейшие наблюдения показали правильность этого заключения. Самым убедительным доказательством существования связи между пятнами и колебаниями магнитной стрелки является точность, с какою магнитная кривая воспроизводит кривую солнечных пятен. Совершенная ясность этого явления неоспорима с тех пор, как мы обладаем непрерывными и повсеместными наблюдениями. Эти наблюдения показывают, что ежедневные изменения положения магнитной стрелки можно вычислить как возрастающие прямо пропорционально числу солнечных пятен. Еще со времени шведского ученого Цельсия (Celsius, 1701 — 1744) и Гиортера (Hiorter, 1741) известно, что северное сияние влияет на положение магнитной стрелки. Того же мнения придерживался и знаменитый астроном Галлей (Halley, 1656—1742). Это наблюдение много позже было подтверждено специальными исследованиями. Оказалось, что частота полярных сияний и магнитных бурь совпадает в своих колебаниях. Магнитные бури, или магнитные возмущения, заставляют магнитную стрелку в течение часа, двух, а иногда и в течение одних-двух суток с перерывами колебаться самым сумасбродным образом, давая отклонения на 5—10 градусов и более. Они начинаются неожиданно и охватывают огромные территории земной поверх¬ности. Чрезвычайно любопытным представляется вопрос о начале, скорости распространения и локализации магнитных бурь. Так, еще Адаме (Adams), сличив записи в Кью, Стонхерсте, Коимбре, Лиссабоне, Вене и Петербурге для 1879 г., нашел, что возмущение 3 марта 1879 г. началось везде одновременно и проходило одина¬ково. Точно так же магнитная буря 11 августа 1880 г. началась одновременно, согласно записям, в Вене, Петербурге, Кью, Лис¬сабоне, Бомбее, Мельбурне, Торонто и др. Кривые обнаружили все-таки разницу во времени, равную пяти минутам. Эллис (Ellis), сличив записи 17 бурь с внезапным началом в восьми обсерватори¬ях, нашел для времени разницу, равную двум минутам. То же было подтверждено исследованиями ван Беммельна (van Bemmelen) и, наконец, Фариса (Faris). Последний разобрал 15 бурь с внезапным началом за период от июля 1906 до сентября 1909 г. и вывел заключение, что начало бурь не приходится на один момент и что для обхода всей Земли требуется 3,5 минуты, как это и было ранее получено Бауэром при изучении бурь 8 мая 1902 и 26 января 1903 г. Позже Бауэр, сведя в одну таблицу результаты исследований 38 бурь за период с 1882 по 1908 г., пришел к такому результату: среднее время для полного обхода всех 38 бурь оказалось 6,76 минуты, скорость — 99 км/с. Из 38 бурь только 10 шли к западу; большая часть (28)—к востоку. Если принять во внимание направление распространения, то среднее время полного обхода Земли для 38 случаев окажется 2,96 минуты, а скорость — 225 км/с. Магнитная буря 8 мая 1902 г. совпала с извержением Мон-Пеле, которое уничтожило до основания город Сен-Пьер. В Сен-Пьере часы остановились в 7 часов 52 минуты утра. По записи Гринвичской обсерватории, магнитное возмущение началось в то же время. Для выяснения связи между землетрясениями и магнитными возмущениями Бауэр запросил все магнитные обсерватории мира и на основании собранного материала сделал обобщающее заключение. Он сопоставил время начала возмущения для 25 обсерваторий и обнаружил, что возмущение начиналось тем позже, чем дальше к востоку лежала обсерватория, и возмущение, начавшись в одном месте, распространялось к востоку со скоростью 7000 миль в минуту. К совершенно аналогичным результатам пришел и Биркеленд, изучавший бурю 26 января 1903 г. Это возмущение шло вокруг Земли со скоростью 6700 миль в минуту. Анализ 17 других бурь, произведенный Эллисом, привел к заключению, что бури обходили зем¬ной шар к востоку в 2,5 минуты и по меридиану в 3 минуты и что большая часть бурь распространяется в восточном направлении и меньшая — в западном. Изучение возмущения 26 января 1909 г. позволило Бауэру приблизиться к пониманию его природы. Если происхождение возмущения искать в атмосферных электрических токах, то эти токи окружают Северный полюс и проходят, если смотреть сверху, по стрелке, т. е. с востока на запад. Если принять, что происходит движение электронов, то они должны двигаться с востока на запад, т. е. в том же направлении, как обыкновенно распространяются возмущения. Если возмущения зависят от электронов, то они должны двигаться со скоростью 6400 миль в минуту. Подобная скорость возможна для катодных лучей, и это заключение хорошо согласуется с опытами Биркеленда, произведенными им с моделью Земли. Сопоставление магнитных бурь с прохождением пятен по диску Солнца привело многих исследователей к мысли, что причиною этих бурь являются возмущения на солнечной поверхности. Между этими явлениями протекает иногда несколько часов, а иногда и двое суток. Так, Маундер наблюдал магнитную бурю и северное сияние, которые следовали за прохождением большого солнечного пятна через центральный солнечный меридиан, а магнитный эффект достиг своего максимума спустя приблизительно 21 час после прохождения солнечного пятна через меридиан. По наблюдениям того же английского астронома, выдающиеся магнитные бури всегда совпадают с большим развитием пятнообразования. Подобным образом Рикко нашел для десяти случаев, в которых точное определение было возможно, среднюю разницу времени между прохождени¬ем солнечного пятна через меридиан и наибольшим магнитным эффектом в 45,5 часа. К аналогичным выводам пришли Эллис и др. Но в анналах астрономии значатся и такие случаи, когда одновременно происходили яркие вспышки и бурные движения в солнечных пятнах и сильнейшие магнитные возмущения на Земле. Эти наблюдения принадлежат: Керрингтону (Carrington) 1 сентября 1859 г., Юнгу 30 июля 1872 г., Трувело (Trouvelot) 16 августа 1885 г., Хэйлу 15 июля 1892 г. и Эвершеду в 1916 г. Керрингтону принадлежит классический случай наблюдения. В указанное выше время Керрингтон делал обычные ежедневные наблюдения над положением, конфигурацией и величиной пятен, получая изображение солнечного диска на экране; в то же время Хедгсон (Hodgson), находившийся на расстоянии многих киломе¬тров от Керрингтона, зарисовывал подробности строения солнечных пятен при помощи солнечного окуляра и темного стекла. Оба ученых одновременно увидели два светящихся предмета на краю пятна, весьма похожих на Луну близ фазы новолуния. Каждый из этих объектов имел около 13 тыс. километров в длину; расстояние, разделявшее их, было около 19 тыс. километров. Они двигались над пятном к востоку по параллельным линиям с огромною скоростью, достигавшей 12 тыс. километров в минуту. Это явление случилось в период ряда замечательных магнитных бурь, имевших место между 28 августа и 4 сентября 1859 г. в эпоху максимума солнцедеятельности. Как предполагают теперь, Керрингтон и Хедгсон наблюдали два факела, появившиеся на краю пятна. Юнг также наблюдал полное совпадение во времени этих явлений 3 августа 1872 г. «Часть хромосферы,— рассказывает Юнг,— подверглась значительному возмущению утром этого дня благодаря появлению пятна. С Солнца извергались лучи светящейся материи напряженного блеска. Спектроскопические наблюдения позволили определить три особенно замечательных пароксизма: в 8 ч 45 мин, 10 ч 30 мин, 11 ч 45 утра по местному времени. В обеденное время фотограф экспедиции, определявший магнитные постоянные станции, заявил, что вынужден был прекратить работу, так как магнитная стрелка совсем вышла из шкалы». Утром 5 августа наблюдения Юнга возобновились и позволили отметить целый ряд замечательных явлений. В спектре ядра пятна ярко блестели линии водорода вместе со многими другими. В то же время в одной точке полутени линия С испускала нечто вроде пламени паяльной трубки. Это пламя было направлено к верхнему концу спектра и указывало на движение вдоль линии зрения со скоростью 190 км/с. Возмущение прекратилось раньше 8 часов и в то утро более не повторялось. При сличении спектроскопических наблюдений за пятнами и маг¬нитографическими данными оказалось полное совпадение во времени одного и другого явления. На этом основании Юнг сделал предположение, что магнитное действие Солнца было мгновенным. Вращение Солнца, вызывая перемещение возмущенных мест на его поверхности, оказывает влияние на периодичность и магнитных бурь. В недавнее время Деляндр обратил внимание на тот факт, что магнитные бури обнаруживают тенденцию повторяться через периоды, равные 27,275 дня, т.е. среднему периоду вращения Солнца. В то же 6 время Тёрнер считает более правильным другой период, вдвое меньший первого, т. е 27,275 . 12 Однако Кельвин (Kelvin) в своей председательской речи, про¬изнесенной в Лондонском Королевском обществе в ноябре 1892 г., высказал несогласие с гипотезою о мгновенном влиянии магнитных сил Солнца на Землю. Как ни заманчивой кажется возможность на основании электромагнитной теории света и теории волнообразного распространения магнитной силы показать, что Солнце есть причина различных явлений земного магнетизма, и особенно магнитных бурь, вычисления говорят обратное. Кельвин вычислил, что энергия, способная вызвать магнитную бурю, составляет 12∙1035 эрг в 1 с, что в 364 раза больше среднего эффекта солнечного излучения. Наконец, недавние работы Хэйла показали, что величина магнитных полей солнечных пятен недостаточна для непосредственного воздействия на Землю. Воздействие магнетизма солнечных пятен на расстоянии Земли не почувствуют даже самые тончайшие приборы, и о нем до сих пор бы не знали, если бы не было действия магнетизма на свет или не начни Фарадей опыты в этом направлении еще в середине прошлого века. Действительно, напряжение магнитного поля в точке, находящейся на продолжении оси магнита и в далеком от него расстоянии, равно удвоенному магнитному моменту магнита и обратно пропорционально кубу расстояния этой точки от центра магнита. Говоря о влиянии прохождения солнечных пятен через центральный меридиан Солнца на возмущения земного магнетизма, нельзя обойти молчанием интересные наблюдения русского магнитолога Гусева. Производя систематическое обследование магнитограмм за вторую половину 1922 г., Гусев обнаружил ряд возмущений земного поля, которые возникли при отсутствии солнечных пятен, в то время как все другие возмущения хорошо совпадали с прохождением пятен через центральный меридиан. Эти возмущения имели место в такие моменты, когда Земля располагалась против областей Солнца, в которых в течение многих месяцев пятен не наблюдалось. Характерной особенностью этих возмущений была их большая ам¬плитуда и длительность по сравнению с возмущениями, зависящими от прохождения групп пятен через центральный меридиан. При сопоставлении двух рядов возмущений, при наличии пятен и без них, Гусев пришел к выводу, что минимальный момент возмущений при отсутствии пятен наступает каждый раз в те моменты, когда известная группа пятен проходит по отвращенной от нас полусфере Солнца и занимает диаметрально противоположное Земле положение. Отсюда следовало сделать заключение, что в течение одного солнечного оборота центры деятельности Солнца дважды оказывают влияние на магнитное поле Земли: первый раз при пересечении данной группой плоскости центрального меридиана Солнца и вто¬рой раз при пересечении той же плоскости на противоположной стороне. Это интересное открытие русского магнитолога подтвер¬ждается работами Луи Бауэра, из которых следует вывести заключение, что магнитная жизнь Земли повышена в обоих случаях: когда пятна располагаются по видимой полусфере и когда пятна отсутствуют, т. е. находятся на противоположной стороне Солнца. Таким образом, в некоторой степени приоткрывается завеса над рядом таких явлений, которые ранее не получали удовлетворительного объяснения. Так, например, 8 марта 1918 г. Калитин наблюдал яркое северное сияние, сопровождавшееся магнитной бурей, и в то же время обращенная к Земле поверхность Солнца была вполне спокойна. Однако через несколько дней на восточном краю солнечного диска появилась большая группа пятен. Вычисления показали, что эта группа в момент развития на Земле магнитной бури и северного сияния занимала приблизительно противоположное Земле положение. В данном случае все же остается невыясненным вопрос, каким путем передается на Землю с противоположной полусферы Солнца возмущающее влияние пятна. Мнения ученых о причинах пертурбаций в земном магнитном поле в связи с прохождением пятен по солнечному диску разделяются. Прежде всего это происходит потому, что еще до сих пор точно не выяснена причина земного магнетизма, как, например, зависит ли магнетизм Земли от того, что металлическое ядро Земли намагничено, или же магнетизм Земли возникает вследствие вращения земного тела вокруг своей оси, как это еще полагали Лебедев, Шустер и не так давно в пользу такого взгляда веские доказательства привел Барнетт в лабораторном опыте. Стремление объяснить явления земного магнетизма токами по¬явилось вскоре после открытия Эрстеда (Oersted, 1820). Это были попытки Деви, Христи и Берлоу. В 1836 г. Берлоу впервые произвел измерения силы земных токов в Корнуолле и показал, что эти токи проходили в земной коре. Затем работы Эри установили, что эти токи сами по себе не могут быть причиною земного магнетизма. Наконец, возник вопрос о зависимости вариации земного магнетизма от токов. Так, Ллойд нашел параллелизм этих двух явлений. В том же направлении следует указать на работы и других ученых: Валькера, Клавье, Вильда, Лемстрёма, Бахметьева, Бателли, Гизе и др. Подробные исследования суточных вариаций земных токов были произведены Вайнштейном. Только после многочисленных исследований была установлена достаточно прочная связь между земными токами и магнитными возмущениями. Здесь прежде всего необходимо отметить исследования Биркеленда, произведенные им в разных странах. Им был обнаружен параллелизм магнитных бурь и земных токов, но вместе с тем он показал, что земными токами не может быть объяснена основная часть возмущающей силы. Явилась мысль, что как магнитные возмущения, так и земные токи зависят от одной и той же причины, а именно от материальных потоков, несущих электрические заряды в атмосфере, которые вызывают в земле явления индукции. В то же время Эри изучил вопрос об одновременности появления токов и магнитных возмущений. Биркеленд из многих записей измерений обнаружил, что лишь в 10 случаях оказалась разница во времени наступления более 10 секунд, во всех остальных она была меньше. Изучение кривых записей того и другого явления, произведенных в разных странах, показало, что ход этих явлений иногда вполне параллелен, иногда дает значительные уклонения в зависимости от разных местных условий. Далее, труды ван Беммельна углубили прежние исследования связи магнитных вариаций и земных токов и позволили вскрыть целый ряд важных соотношений между этими явлениями. Особое внимание ван Беммельн обратил на роль Солнца в магнитных пертурбациях. Эти работы он начал с того, что изучил ход многочисленных возмущений и закончил установление связи возникновения их от положения Солнца, а также и от его деятельности, обусловленной пятнами. Затем тот же ученый исследовал интересный вопрос о магнитных пульсациях и спазмах — мелких колебаниях в напряжении магнитных элементов, причем были выведены некоторые соотношения с явлениями пятнообразования. Основываясь на своих работах, Бауэр в 1910 г. построил следующую теорию земного магнетизма и электричества. Анализ магнитных возмущений позволяет отделить внешние влияния от внутренних. Первыми являются атмосферные электрические токи, которые могут объясняться течением потоков энергии от Солнца. По теории Аррениуса, давление света гонит заряженные корпускулы от Солнца к Земле. По теории Биркеленда и Стёрмера, катодные лучи движутся по тому же пути. Согласно этим двум теориям, электрические токи в верхних слоях зависят от движения отрицательно заряженных частиц. Стёрмер вычислил путь таких частиц между Солнцем и Землею. Вид траектории частиц зависит от угла, под каким скорость электрона направлена по отношению к магнитной силе, а равно и от величины магнитной и электрической сил в поле Земли. На этом основании Бауэр построил ионную теорию магнитных возмущений. Мы видели выше, что при ионизации воздуха увеличивается его проводимость, а при увеличении проводимости немедленно развиваются токи, так как в верхних слоях атмосферы существует электрическое поле. Таким образом, энергия для появления токов уже имеется, и при падении солнечной радиации только увеличивается проводимость, позволяющая возникнуть электрическому току. Солнечный луч как бы приводит в движение лишь спусковой механизм. Действительно, если увеличивается проводимость атмосферы, то развиваются новые токи, направление которых определяется их происхождением, векторами электродвижущей силы и отклоняюще¬го действия земного магнитного поля, а равно и влиянием вращения Земли на носителей электрических зарядов. Поле атмосферного электричества и вращение Земли создают энергию, необходимую для приведения ионов в движение над Землею и для развития магнитных бурь. Можно также заметить, что отклоняющее действие поля земного шара на движение отрицательных зарядов к востоку заставляет их опускаться, причем уменьшается скорость распространения. При движении к западу ионы должны подниматься и действие их на магнитную стрелку уменьшается. Следовательно, отклоняющее действие поля Земли должно способствовать распространению возмущений к востоку главным образом, и потому естественно ждать преобладающего числа бурь именно в этом направлении. Для объяснения происхождения магнетизма Земли Бауэр предполагает, что Земля является электромагнитом. Намагничивающие силы зависят от токов отрицательного электричества, проходящих вне Земли, в направлении ее вращения, т. е. с запада на восток. Этим путем может быть объяснен тот факт, что в короткое время намагничивание Земли может изменяться на 20%, как случается при магнитных бурях. Магнитную проницаемость Земли Бауэр определяет 135 ед. CGS при силе магнитного поля в 0,0024 ед. CGS. Колебание магнитного поля при возмущениях должно находиться в зависимости от изменений тех токов, которые создают магнитное поле Земли. Эти изменения вызываются тем электронным потоком, выбрасываемым Солнцем, который является передаточным фактором возмущений солнечных пятен и их окрестностей. Это излучение, как это находят Стёрмер и Фегард и как мы уже упоминали выше, составляется из бета-лучей радиоактивного распада солнечной материи, иначе говоря, из электронного потока, который и достигает Земли, попадая в ее магнитное поле и следуя его силовым линиям.

12

 Вряд ли можно сомневаться в том, что радиации солнечных пятен могут оказывать известное влияние на химический состав воздуха, вызывая некоторые уклонения от нормы. Прежде всего можно допустить, что потоки солнечной пыли, количество которой возрастает с увеличением числа солнечных пятен, приносят с собою некоторые благородные газы из атмосферы Солнца. Так, в спектре полярного сияния наиболее светлая линия принадлежит криптону, количество которого в земной атмосфере очень невелико. И другие линии спектра северного сияния принад¬лежат азоту, а также аргону и другим благородным газам, мини¬мальная часть которых, как полагают некоторые ученые, имеет солнечное происхождение. То же самое можно сказать и о водороде. Как ранее уже отмечалось, Ливинг и затем Митчелл полагают, что этот газ не производится в атмосфере Земли. Действительно, если бы водород находился в атмосфере, то он, соединяясь с кислородом, должен был бы постоянно переходить в воду. А так как в верхних слоях он всегда имеет место, то Митчелл, а с ним и другие исследователи полагают, что он притекает от Солнца вместе с солнечной пылью. Впрочем, конечно, эти газы, находящиеся в самых верхних слоях атмосферы, не могут оказывать на нижние слои заметного влияния. Несравненно большее влияние на химический состав атмосферы в нижних его слоях имеют те электрические явления, которые развиваются под воздействием пятнообразовательной деятельности. Электронные потоки, достигнув Земли, проносятся в верхних слоях атмосферы и разряжаются через полярные сияния по направлению к Земле. В то же время они возбуждают в атмосфере и земле перемещения электрических токов, что в сложной своей совокупности увеличивает отрицательный заряд Земли. И это увеличение электроотрицательного заряда Земли стоит, по-видимому, в прямом соответствии с возрастанием числа солнечных пятен. Под влиянием этих изменений в атмосферном электричестве происходят различные пертурбации, выражающиеся в тех или иных метеорологических явлениях. Между прочим, под влиянием сильного падения по¬тенциала и связанных с ним тихих разрядов происходят изменения в химическом составе воздуха. Действительно, огромное влияние на химический состав воздуха оказывают именно электрические разряды. Под их воздействием азот воздуха отчасти соединяется с водородом, водяными парами и кислородом, образуя аммиачные соединения, играющие огромную роль в растительной жизни, а равно нитриты и нитраты. В странах с умеренным климатом в деле образования аммиачных соединений играют большую роль эти тихие разряды электричества. В тропической зоне во время гроз образуются в воздухе содержащие кислоту продукты, которые доставляются к Земле осадками и способствуют произрастанию растений. Еще Вертело показал, что под влиянием сильного падения потенциала образуются органические соединения, которые он и собирал на фильтре. Как бы то ни было, Вертело, а после него и многие другие исследователи доказали, что атмосферное электричество оказывает значительное влияние на рост растений и главным образом на образование плодов. Имеются данные предполагать, что такое воздействие происходит при посредстве небольших количеств вновь образующихся химических соединений, происхождение которых обусловливается или благоприятствуется напряжением атмосферного электричества. Нет сомнения также и в том, что эти небольшие количества образующихся при высоком напряжении атмосферного электричества соединений оказывают физиологическое действие не только на растительное, но и на животное царство. Это отчасти помогает выяснению вопроса о том, каким путем пятнообразовательный процесс вызывает в момент своих максимальных напряжений различные явления в мире растений и животных. Были сделаны и другие попытки установить связь между солнечными пятнами и количеством озона и воздуха. Как отмечалось в первой части данной книги, еще Моффа показал, что в годы максимумов солнечных пятен среднее количество атмосферного озона несколько больше, чем в годы их минимумов. Наблюдения Моффа получают подтверждение в том факте, что в годы максимумов пятнообразования число физических явлений в атмосфере, вырабатывающих озон, действительно резко повышается, как, например, повышается ультрафиолетовое излучение Солнца и грозовые разряды и т. д. Со времени первой попытки Моффа прошло около 50 лет, прежде чем вопрос о связи количества озона в воздухе с числом солнечных пятен был снова поднят Добсоном (Dobson), Харрисоном (Harrison) и Лауренсом (Lawrence) в Оксфорде. Измерения количества озона были произведены в течение 1925 и 1926 гг., причем выяснилась достаточно тесная обратная зависимость между количеством озона и числом солнечных пятен, коэффициент корреляции которой равен 0,62 ± 0,09. Этот результат противоречит не только первоначальному мнению Моффа, но и теоретическим соображениям. Впрочем, исследования указанных ученых только что начались и обещают дать в будущем более определенный результат, так как Добсон для наблюдений за количеством озона установил сеть станций, расположенных в различных широтах. Еще в 1922 г. Добсон в Оксфорде заметил, что ультрафиолетовое излучение Солнца претерпевает значительные колебания, а с июня 1924 г. было замечено систематическое увеличение ультрафиолетового излучения. Уже в 1925 г. Петти пришел к выводу, что за полтора предшествовавших года ультрафиолетовое излучение возро¬сло на 80%. Это наблюдение отлично согласовалось с одновременным увеличением солнечной постоянной, обнаруженным Абботом. Тот факт, что ультрафиолетовое излучение Солнца увеличивается с увеличением числа пятен на Солнце, не установлен путем точных наблюдений, произведенных тем же Петти. Из приводимой ниже таблицы видно, что изменения в солнцедеятельности сопровождаются соответствующими колебаниями в количестве ультрафиолетового излучения. Таким образом, связь между рядами этих двух явлений несомненна. Подъем солнечной активности в декабре 1925 г. вызвал увеличение количества ультрафиолетовой радиации. Падение первой в начале 1926 г. сопровождалось уменьшением второй. Петти можно было бы возразить, что колебания ультрафиолетового излучения обусловлены изменением количества атмосферного озона, который, как известно, поглощает ультрафиолетовые лучи. Такое возражение и было сделано Петти, Добсоном и Харрисоном. Предпринятые с этой целью опыты показали, однако, что даже при возрастании атмосферного озона на 100% ультрафиолетовое излучение понизилось бы только на 5%. Если можно было бы освободиться от всего атмосферного озона, то ультрафиолетовое излучение Солнца повысилось бы на 3%. И в этой проверки вытекает одно важное заключение, а именно: колебания в количестве ультрафиолетового излучения в земной атмосфере зависят от колебаний в деятельности Солнца. 14 Давно было замечено, что проявления сейсмических и вулканических сил имеют некоторую периодичность во времени. Довольно отчетливо выделяются годы, когда эти силы пробуждаются с наибольшею напряженностью и в наибольшем числе случаев, и, напротив того, выпадают годы сравнительного затишья и как бы ослабле¬ния этих сил. Вопрос об установлении таких периодов в настоящее время, несмотря на многочисленные попытки к его разрешению, далеко не может считаться удовлетворительно разъясненным. Рассматривая таблицу повторяемости землетрясений и вулканических явлений по годам Маллета (Mallet) на основании им же соста¬вленного каталога этих явлений, изданного Британской ассоциацией в 1858 г., находим следующие годы максимального и минимального числа повторяемости этих явлений. От этих средних величин, как видно, возможны более или менее значительные отклонения в ту или другую сторону. Но если трудно представить себе какую-либо причинную связь между периодичностью солнечных пятен и периодичностью сейсмических и вулканических явлений, то, с другой стороны, в существовании таковой связи, если бы она была когда-либо обнаружена, не было бы ничего невероятного. В самом деле, исследователи давно отметили известную периодичность в сейсмической и вулканической жизни земного шара, как бы связанную с деятельностью Солнца. Однако в этом направлении все исследования отличаются разностью мнений ввиду неясности и неуловимости периодичности в целом для сейсмической и вулканической деятельности всего земного шара. Но для некоторых отдельно изучаемых вулканов периодичность доказана: это тот же основной период солнцедеятельности в 11 лет. Но если вулканы Земли распределить по географическим широтам и подвергнуть сопоставлению напряженность их деятельности, то, как это показал М. А. Боголепов (1875-1933), кривых обнаруживаются волны, по крайней мере трех порядков: 3,7 года, 11 лет и около 30 лет. Особенно ясно выражены эти волны в тропическом поясе с 10° северной широты до 10° южной широты. Та же закономерность, согласно Боголепову, обнаруживается и в тектонических явлениях в земной коре. Действительно, Клуге (Kluge) и де Марки показали, что вулканическая деятельность усиливается в эпохи минимумов пятнообразования сравнительно с эпохами максимумов. Это явление, согласно де Марки, выражается отношением 2:1. Тот же вопрос обсуждается в работе Григулля (Grigull). Впрочем, следует отметить, что данный вопрос еще не получил соответствующего разрешения, и исследователи полагают, что между вулканическими явлениями и солнцедеятельностью нет никакой связи. Некоторые исследователи, как, например, Тамс, придерживаются такого же мнения и насчет сейсмических явлений. Они отрицают связь между ними и солнцедеятельностью. Впрочем, это мнение стоит в противоречии с работами целого ряда исследователей. Так, по Мемери, землетрясения обыкновенно учащаются в то время, когда численность солнечных пятен начинает падать. О соотношении между землетрясениями и солнечными пятнами имеются работы Оддона (Oddone), Маршана (Marchand) и других авторов, наконец, Шостаковича. Последний вычислил периодичность сейсмических явлений и получил несколько периодов, а именно 3,2; 5,8 и 11,2 года, хорошо совпадающих с третью, Головиной и целым периодом солнцедеятельности. 15 В давнопрошедшие времена люди обратили внимание на то, что совокупность явлений погоды, характерная для данного места, которую мы называем климатом данного места, претерпевает из года в год изменения, иногда малозаметные, иногда же очень выразительные. Не останавливаясь на историческом обзоре этого интересного вопроса, мы заметим, что уже с середины прошлого века данная тема привлекла взоры многих исследователей и к настоящему времени разработана достаточно глубоко и подробно, хотя далеко еще не разрешена окончательно. Вариации в многолетнем ходе элементов погоды в свое время вызвали предположение о прогрессирующем изменении климата за историческую эпоху на территориях целых материков в сторону его усыхания или в сторону увлажнения. В работах европейских климатологов 50-90-х годов прошлого века этот вопрос неоднократно подвергался детальному рассмотрению, но каждый раз приводил к противоречиям и взаимно уничтожающим результатам. В настоящее время большинство исследователей этого вопроса придерживаются того мнения, что климат Земли за период 3000 лет не изменился. Это мнение подтверждают доказательства, собранные историческими и геологическими науками. Но в то же время исторические сведения приводят к другому заключению: хотя климат Земли за историческую эпоху не изменился, он периодически претерпевает колебания, иногда очень резкие. В вопросах о колебаниях климата сыграл большую роль труд Брюкнера «Климатические колебания с 1700 года», вышедший в Вене в 1890 г. Основываясь на большом материале, собранном Пильграмом для Западной Европы за семь веков, начиная почти с 1000 г., а также на многочисленных записях метеорологических, фенологических и других наблюдений, почерпнутых им в различных анналах, начиная с XVII в., Брюкнер установил период колебаний климата, равный 35,5 года. В течение этого периода следуют одна за другой две эпохи: первая — сырая и холодная, вторая — сухая и теп¬лая. Каждая из этих эпох длится от 10 до 25 лет, а следовательно, сам брюкнеровский период колеблется в пределах 20—50 лет, и период в 35,5 года является лишь средним выражением подлинного периода. Из работ Брюкнера мы можем вывести одно чрезвычайно важное заключение, а именно: минимум осадков на протяжении 1000 лет повторяется по три раза в столетие и почти в одни и те же десятилетия, а именно между 20-30; 60-70 и 90-99-ми годами каждого столетия. Правда, что касается исторических эпох до XVII в., то вследствие несовершенства наблюдений и отсутствия приборов их нельзя всецело принимать в расчет, но зато, начиная с конца XVII в., имеются уже более или менее точные данные. Сухие периоды, т. е. минимум осадков, наблюдались в следующие годы: Последний минимум влажности в XIX в. сосредоточен во вто¬рой половине 90-х годов. Если минимум осадков на протяжении такого значительного времени повторяется точно три раза в столетие, то отсюда явствует, что продолжительность периода многолетних колебаний климата определяется числом в ЗЗ,ЗЗ года. Но это число является кратным циклу пятнообразовательной деятельности Солнца. Однако Брюкнер, уступая своему предвзятому мнению о солнечных пятнах, о которых во время составления его труда знали немного, категорически заявил, что его «колебания ничего общего с 11-летним периодом солнечных пятен не имеют». Это утверждение Брюкнера пытался опровергнуть несколькими годами позже Локьер (1901), доказывая, что периоды солнечных пятен и периоды Брюкнера хорошо со¬впадают во времени. По-видимому, Брюкнер, отстаивая 35,5-летию продолжительность своего периода, был близок к истине, но прошел мимо нее. Последующие изыскания, произведенные в этом направлении, не подтвердили существование 35,5-летнего периода колебаний климата, установив в то же время явное наличие 33-летних волн в изменчивости климата и связанных с ними движениях человеческих масс (Боголепов), в деятельности Солнца (Шустер), в промышленно-хозяйственной жизни (Мур). Говоря об отношении климатических колебаний к периоду солнцедеятельности, нельзя не упомянуть об учении Хэнтингтона, которое этот американский исследователь развивает уже много лет. Согласно его учению, климат Земли пульсирует на протяжении всех геологических эпох, причем каждое колебание пульса составляется из ряда фаз, во время которых резко изменяется количество осадков. Все исследования Хэнтингтона направлены главным образом на изучение изменчивости количества осадков, каковую изменчивость он постоянно пытается связать с 11-летним периодом в деятельности Солнца, видя в колебаниях солнечных процессов одну из причин, обусловливающих эту изменчивость. На связь между колебаниями климата и солнцедеятельностью указывает Арктовский. Еще в 1911 г. он пришел к выводу, что климат периодически претерпевает резкие уклонения от своего нормального хода, которые, возникнув в каком-либо месте земного шара, компенсируются противоположного характера явлениями в другом месте. Позже Арктовский нашел возможным связать эти периодические нарушения с пятнообразовательным процессом. Совершенно самостоятельно с 1907 г. начал излагать свое климатологическое воззрение на страницах научной русской прессы М. А. Боголепов, учение которого о «периодических возмущениях климата» заслуживает быть отмеченным по многим причинам. Прежде всего в основу умозаключений Боголепова лег собранный им богатый русский летописный материал, который явно обнаружил 33-летнюю периодичность в ходе климатических факторов. Именно трижды в столетие, в определенные годы, Русская равнина поражается в течение ряда лет резкой засухой, которой предшествуют или за ней немедленно следуют чрезмерные осадки. Засухой и чрезмерными осадками характеризуются в эти эпохи летние месяцы. Зимы также резко отличаются от зим всех промежуточных годов ветрами, резкими морозами и сильными оттепелями. Эпоха наибольших колебаний («возмущений».— М. Боголепов) климата повторяется трижды в столетие, падая постоянно на одни и те же годы столетия. Этими возмущениями климата занята большая часть 3-го десятилетия и первая половина 4-го, затем 7-е десятилетие и до половины 8-го, все 90-е годы и начало нового столетия. В эпохи возмущений климата в России и в синхроничные с ними эпохи климатических пертурбаций и в Западной Европе, как это показали дальнейшие сопоставления Боголепова, вследствие засух или недородов, охваты¬вавших большие территории, приходили в волнение и человеческие массы. В России в такие годы летописцы отмечали набеги кочевников: печенегов, половцев, торков, татар, на Западе в то же время имели место массовые психозы на религиозной почве, паломничества к святым местам, поветрия. Затем, выведя 33-летний период из исторического материала, Боголепов сделал попытку расшифровать это явление. Во-первых, основываясь на огромном разностном отличии эпох всеобщих климатических нарушений от эпох промежуточных, Боголепов, если не ошибаюсь, впервые назвал эпохи климатических нарушений эпохами «возмущения климата» и тем самым точно определил свою точку зрения на данные явления, которые, следовательно, отчетливо выясняются при изучении разностей в ходе тех или иных метеорологических элементов и, проявившись, сменяются прежним их состоянием. Во-вторых, он показал, что одновременно «возмущаются» не только термические элементы или осадки, но, по-видимому, большинство метеорологических и геофизических элементов, начиная от северных сияний, магнитных бурь и кончая вулканической и тектонической деятельностью земной коры. По этому поводу Боголепов совершенно правильно замечает: «Только при чтении хроник можно получить полную уверенность в том, что все виды ненормальных, необычных геофизических событий являются членами одной системы: поражения засухой быстро сменяются поражениями от воды, вместе с этими как будто чисто атмосферными явлениями читаешь о давно неслыханных землетрясениях в ряде стран, в Средиземье и других местах извергаются вулканы, но вскоре вы читаете и о полярном сиянии, видимом во всей Европе, и т. д. Проходит ряд лет, и все эти разнообразные события затихают». «Поэтому я взял на себя смелость,— говорит Боголепов,— уже давно смотреть на все эти явления, как на признаки единой жизни всего тела Земли. И часто мне приходилось погружаться в ту или иную область естество¬знания, исследуя в ней универсальные явления — периодические возмущения тела Земли». Какой же фактор вызывает эти возмущения — вопрос, на который Боголепов не дает прямого ответа, но как на одну из главных причин этих возмущений указывает на периодические колебания в солнцедеятельности, причем в своем З3-летнем периоде он обнаруживает и 11-летний и 3,5-2,8-летние периоды, совпадающие с периодами, найденными в солнцедеятельности. Боголепов даже склонен думать, что явление периодических возмущений климата и явление солнечных пятен суть соэффекты одной причины, находящейся «не только вне Земли, но, вероятно, и вне Солнечной системы», а именно «электромагнитной жизни Вселенной». Но как следует понимать это определение, Боголепов не объясняет. 16 Выше мы видели, что все основные метеорологические элементы, из которых составляется вся сложная совокупность погоды (температура, давление, осадки и т. д.), претерпевают в своем многолетнем ходе колебания, теснейшим образом связанные с явлениями пятнообразовательного процесса на Солнце. Поэтому становится понятным, что исследователи, подметившие это соотношение, уже много лет назад пытались связать те или иные солнечные явления, например появление пятен из-за восточного края солнечного диска, с теми или иными явлениями земной погоды в пределах кратких промежутков времени. Еще в 1895 г. мы находим работу Полиса (Polis), в 1899 г.— Ганзалеса (Ganzaliez), в I90I г.— Мак Доуалла, Родригеса. Тем же вопросом были заняты Локьер, Мемери и многие другие. Но все эти попытки особым успехом не увенчались. Предсказания погоды по Солнцу оказались ненадежными, хотя они упорно повторяются и по сие время. Так, в 1924 г. на эту тему писал Луазье (Loisier), в 1925 г.— де Люри (de Lury), в 1928 г.— патер Рикар (Ricard). Причиною этих неудач следует признать тот факт, что еще до сих пор наука не раскрыла в полном объеме тайны воздушного океана, особенно его верхних слоев. Динамика воздушных масс очень сложна. Механизмы, управляющие движением циклонов и антициклонов, еще полностью не выяснены, все пульсации воздушного океана не определены, многие атмосферические явления вовсе не известны, о них можно только догадываться. Не известны еще многие соотношения геофизических элементов с метеорологиче¬скими и т. д. Например, неизвестно, оказывает ли магнитное поле Земли, главным образом его пертурбации, какое-либо влияние на ход метеорологических явлений, как это думал еще Секки, создавший в 70-х годах прошлого века теорию влияния земного магнетиз¬ма на метеорологические явления, и как это предполагают некоторые современные нам исследователи. Таких темных вопросов в метеорологии еще очень много, поэтому и не приходится удивляться тем неудачам, которые постигают ее в области прогноза погоды. Что солнечные пятна влияют на ход элементов погоды, в этом ныне уже не может быть сомнения, но вопросы, как они влияют, какова механика этого влияния и какова механика этих нарушений,— эти вопросы еще совсем плохо разработаны. Но нет сомнения в том, что разработка их в ближайшем будущем прольет свет на многие явления в динамике нашей атмосферы и тем самым принесет огромную пользу практической стороне жизни человека.

Обновлено ( 17.02.2009 13:26 )
 

Вход

Баннер