Земля – космос – Луна

СЛУЖБЫ СОЛНЦА И ЗЕМЛИ НА ЛУННЫХ БАЗАХ

Рассмотрим некоторые прикладные вопросы, связанные с возможностью наблюдений солнечных и земных явлений с поверхности Луны и с ее спутников-лабораторий.

Рис. 9. Скорость распространения солнечного ветра в пространстве в зависимости от температуры короны (дана в градусах шкалы Кельвина над каждой кривой) и расстояния от Солнца

Общеизвестна роль Солнца для жизни на нашей планете: Солнце является источником заряженных частиц и колоссального количества энергии во всем диапазоне электромагнитного излучения (включая свет и тепло); кроме того, оно своим могучим притяжением удерживает небесные тела своей системы на определенных орбитах.

По современным данным, на протяжении истекшего миллиарда лет интенсивность солнечного лучистого потока заметно не изменялась. Однако известно некоторое непостоянство его излучения: одиннадцатилетний период изменения его активности в небольших пределах, непериодические вспышки различного масштаба и вариации корпускулярных потоков солнечной короны. Эти потоки представляют собой ионизированный газ (плазму), состоящий в основном из протонов (наблюдается до 8 процентов альфа-частиц).

Область распространения солнечной плазмы простирается до внешних границ нашей планетной системы, образуя так называемый солнечный ветер, распространяющийся с большой скоростью (рис. 9).

Действие солнечного излучения сказывается в какой-то мере как на физико-химических процессах в атмосфере, так и на физических и биологических явлениях на поверхности Земли. Не все стороны этого воздействия – хотя бы в малой степени – известны в настоящее время, только сейчас ими начинают заниматься более или менее серьезно. Относительно больше изучено влияние тепловой и световой части солнечного излучения; однако понимание комплексного воздействия различных факторов в нашей атмосфере и возникающих при этом сложных процессов – еще далеко от желаемого.

Выявлена вполне определенная зависимость некоторых заболеваний и эпидемий от одиннадцатилетнего периода солнечной активности и непериодических ее изменений. Отмечен усиленный рост деревьев при максимальной солнечной активности (годовые кольца примерно вдвое шире через каждые 11 лет). Обнаружено некоторое влияние на организм человека магнитных полей и ряда других физических параметров. Даже землетрясения и движение полюсов Земли связаны с солнечной активностью.

В качестве одного из примеров солнечно-земных связей на рис. 10 приведен совмещенный график солнечной активности и частоты появления полярных сияний.

Предстоит выяснить степень участия солнечного излучения во всех упомянутых процессах и понять, результатом чего они являются: непосредственного воздействия электромагнитного и корпускулярного излучений или вторичных явлений – например, ионизации воздуха, изменения погоды, магнитных полей и т. д.

Чрезвычайно интересные данные по солнечному радиоизлучению были получены с помощью искусственного спутника Луны – «Луна-12». Дважды удалось замерить радиоизлучение источника, возникшего на Солнце и удалившегося от него в одном случае на 32 радиуса Солнца и в другом – на расстояние около 200 солнечных радиусов, т. е. почти к орбите Земли. При этом использовался эффект отличия во времени захода спутника в оптическую тень (нет прямой видимости Солнца) и радиозахода – когда прекращалась регистрация радиоизлучения.

Точная регистрация интенсивности компонент солнечного излучения, подходящего/ к радиационным поясам Земли и высшим слоям ее атмосферы, может быть произведена лишь с лунных обсерваторий службы деятельности Солнца и с искусственных спутников нашей планеты, что наряду с материалами наземных наблюдений поможет решить проблему взаимосвязи излучений нашего дневного светила и физико-биологических явлений на Земле. В частности, тепловой поток, идущий от Солнца к Земле (так называемая «солнечная постоянная»), сможет быть измерен на Луне с точностью ±0,2 процента аппаратурой, уже имеющейся в настоящее время.

Рис. 10. Связь между солнечной активностью и частотой полярных сияний (пунктир) на Земле

Особый интерес представляют солнечные вспышки, которые пока что мы, к сожалению, далеко не все фиксируем и недостаточно отчетливо связываем с определенными процессами на Солнце; систематические исследования с поверхности Луны дадут соответствующие уточненные данные и в значительной мере восполнят этот существенный пробел.

Солнечные вспышки возникают в очень ограниченном участке хромосферы Солнца, сопровождаются быстрыми изменениями магнитного поля и локальным повышением температуры до нескольких миллионов градусов; длительность вспышек составляет обычно несколько минут, но в отдельных случаях может доходить до нескольких часов. При этом интенсивность опасной для человека радиации может возрасти (вне атмосферы) в сотни раз. Энергия, выделяемая при солнечных вспышках в форме излучений и корпускулярных потоков, равна эквивалентной энергии нескольких тысяч водородных бомб.

В связи с тем, что многие крупные солнечные вспышки (происходящие несколько раз в год) представляют опасность для здоровья и жизни космонавтов при полете в космическом пространстве без специальной весьма сложной радиационной защиты, необходимо уметь прогнозировать появление вспышек на достаточно длительный период (в пределах от нескольких дней до нескольких недель).

К сожалению, в настоящее время известны лишь некоторые признаки, говорящие о возможности скорою появления опасных солнечных вспышек, – повышенный уровень радиоизлучения Солнца, большие группы солнечных пятен с многополюсным магнитным полем и большие градиенты магнитного поля в солнечных пятнах. Уверенное предсказание интенсивности и времени появления солнечных вспышек – дело науки ближайшего будущего.

Нет сомнения в том, что непрерывная служба Солнца, организованная астрономами на Земле, будет в будущем подкреплена эффективным дополнением – филиалом на Луне.

Громадная роль, которую играет Солнце в нашей жизни, вполне оправдывает наши дополнительные усилия, направленные на исследование Солнца и солнечно-земных связей.

Служба Земли – это термин, используемый нами по аналогии с термином «служба Солнца» и включающий в себя понятие систематических наблюдений за нашей планетой «со стороны». Началом таких наблюдений являются измерения различных параметров земной поверхности и атмосферы, а также фотографирование, проводимое искусственными спутниками Земли.

Однако преимущество лунной аппаратуры перед спутниковой заключается в том, что она «видит» сразу половину поверхности Земли, ее атмосферы, облачного покрова и радиационных поясов и может в течение полусуток непрерывно наблюдать один и тот же участок нашей планеты.

Яркий образец «моментальной фотографии» распределения облачности над половиной земной поверхности представлен, например, снимком Земли, выполненным аппаратом «Зонд-5» на дальности в одну четвертую расстояния до Луны (рис. 11). Но с лунных обсерваторий можно будет фотографировать нашу планету и с существенно большими подробностями, применяя более совершенные инструменты. {

Основными в службе Земли явятся, очевидно, непрерывные геофизические и метеорологические наблюдения, их обработка и оперативная передача полученных материалов в соответствующие координирующие организации, а также углубленное изучение воздействия солнечной деятельности на породообразующие, климатологические и физико-биологические факторы.

Формирование погоды определяется процессом выравнивания неравномерного распределения энергии (излучаемой Землей и поступающей от Солнца) в атмосфере, в котором участвуют самые

различные определяющие параметры: пространственное распределение в атмосфере (над всей земной поверхностью) температуры, давления, ветра, облачности, водяного пара, а также слагаемых лучистых потоков тепла; все эти параметры имеют сложную зависимость от приходящего солнечного излучения. Раскрытие механизма погодообразования позволит не только более достоверно прогнозировать погоду, но даже и управлять ею. Излишне говорить, насколько это важно для сельского хозяйства, транспорта, безопасности сооружений и т. д.

Рис. 11. Снимок Земли, выполненный с помощью аппарата «Зонд-5» с расстояния 90 тысяч километров

Применение лунных научных баз, безусловно, существенно ускорит решение указанных проблем, над которыми упорно работают метеорологи. В частности, на Луне можно обеспечить измерение некоторых параметров отдельных участков земной атмосферы с помощью зондирующих лазеров.

Комплексное использование служб Солнца и Земли даст возможность более успешно решить целый ряд прикладных задач (связанных, например, с магнитными бурями, радиопомехами и т. д.), которые определятся по мере выявления эффективности и экономичности внеземных методов наблюдения и исследований.