Научно - исследовательская работа "Земное эхо солнечных бурь"

«Земное эхо солнечных бурь»

НАУЧНО - ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКАЯ РАБОТА

УЧАЩЕЙСЯ 11 КЛАССА

КАЗИХАНОВОЙ ЕЛИЗАВЕТЫ

Чижевский Александр Леонидович

1897 - 1964

Александр Леонидович Чижевский принадлежит к плеяде выдающихся ученых-космистов ХХ столетия.

Он является основоположником ряда направлений в науке – аэроионификации, гелиобиологии, электрогемотологии. За заслуги перед мировой наукой

I Международный конгресс по биологической физике и биологической космологии, проходивший в Нью-Йорке в сентябре 1939 года, избрал его своим почетным президентом.

Дом по ул. Московская, 62 (бывш. ул.Ивановская) был приобретен отцом ученого полковником артиллерии Л.В.Чижевским в 1913 году.

В этом доме А.Л.Чижевский жил и работал с 1913 по 1925 гг. Здесь началась его научная деятельность. Оборудовав в самой большой комнате дома лабораторию, Чижевский провел в ней 3 серии экспериментальных исследований по влиянию ионизированного воздуха на животных. Это позволило молодому исследователю сделать важный вывод, что отрицательно заряженные ионы воздуха оказывают благотворное влияние на организм и совершенно противоположное действие оказывают положительные ионы воздуха.

В этом доме открыто им еще одно новое направление в науке – гелиобиология. Летом 1926 года в Калуге совместно с К.Э.Циолковским им проведены первые в мире экспериментальные исследования в области космической биологии.

В результате дискуссий с Циолковским Чижевский начинает исследовать проблемы солнечно-земных связей. Уже в 1915 году он выступает с докладом “Периодическое влияние Солнца на биосферу Земли” на заседании калужского общества по изучению природы.

В 1915-18 гг. Чижевский учится в Калужском отделении Московского археологического института, а в 1918 году защищает в МГУ докторскую диссертацию на тему: “Исследование периодичности всемирно-исторического процесса”. Уже будучи доктором истории и преподавателем археологического института, Чижевский учится на естественно-математическом и медицинском факультетах Московского университета (1918-22 гг.).

Совершенно новые взгляды на проблемы, находящиеся на стыке естественных и гуманитарных наук, позднее обобщены им в монографиях “Физические факторы исторического процесса” (Калуга, 1924 г.) и “Эпидемиологические катастрофы и периодическая деятельность Солнца” (Москва, 1930 г.).

Начиная с 1918 года Чижевский занимается экспериментальными исследованиями физиологического воздействия атмосферного электричества, которые проводит в собственной домашней лаборатории в Калуге.

В 1919 году он читает в Калуге перед членами научного общества доклад о положительном влиянии на живые организмы отрицательных ионов воздуха. В 1923 году Чижевский активно вступился за приоритет К.Э.Циолковского в области ракетоплавания, переиздал в Калуге его пионерскую статью 1903 года и разослал ее 250 ведущим ученым мира.

С 1924 года Чижевский работает в Москве в лаборатории зоопсихологии, где изучает влияние аэроинизации на физиологические функции живых организмов и их оздоровление. В 1931 году он организует в Москве лабораторию ионификации, активно разрабатывающую это перспективное научно-техническое направление. В 1935 году Чижевский открыл эффект предварительной реакции бактерий на возмущение солнечно-земных связей (эффект Чижевского- Вельховера).

Нестандартные научные взгляды Чижевского вызывали противодействие многих влиятельных ученых, что приводило к его отстранению от работы. В 1942 году ученый был репрессирован и отбывал наказание в лагере на Урале и в Казахстане (1942-50 гг.), где работал в клинических лабораториях над проблемами практической гематологии и гидродинамики крови. После освобождения Чижевский находился в ссылке в Караганде (1950-58 гг.),где занимался биофизическими исследованиями крови и проблемами аэроионизации. В 1959 году выходит его монография “Структурный анализ движущейся крови”, посвященная открытой им структурной упорядоченности элементов крови. В последние годы жизни Чижевский живет в Москве, работает в лаборатории ионификации (1958-64 гг.). В 1960 году он публикует монографию “Аэроионификация в народном хозяйстве”. В 1962 году Чижевский был реабилитирован. Умер А.Л.Чижевский 20 декабря 1964 года. Уже после смерти ученого издаются его монографии: “В ритме Солнца” (1969 г.), “Электрические и магнитные свойства эритроцитов” (1973 г.), “Земное эхо солнечных бурь” (1976 г.), “Теория гелиотараксии” (1980 г.).

Научная деятельность профессора Чижевского получила широкое признание. Первый международный конгресс по биофизике и биологической космологии в Нью-Йорке избрал его своим почетным президентом (1939). Чижевский был почетным членом более 30 академий и научных обществ всего мира, он выдвигался на присуждение Нобелевской премии. Профессор Чижевский одним из первых рассмотрел природу живого организма во взаимосвязи с физикой микромира, биофизикой, космическим естествознанием.Ученый и изобретатель, поэт, художник и философ, он еще при жизни заслуженно именовался “Леонардо да Винчи ХХ века”.

Солнечная система. Солнце. Солнечная активность.

Важной особенностью короны является ее лучистая структура. Корональные лучи имеют самую разнообразную форму. С одиннадцатилетним циклом Солнца меняется общий вид солнечной короны. В эпоху минимума корона имеет округлую форму, она как бы «причесана».

В эпоху максимума корональные лучи раскинуты во все стороны. Часто, особенно когда на Солнце имеются большие группы пятен, в хромосфере возникают вспышки. Они похожи на огромные взрывы, длящиеся всего лишь несколько минут. За несколько минут в маленькой области высвобождается энергия порядка 100 000 миллиардов кВт/час: столько же тепла поступает от Солнца на Землю в год! Причины вспышек пока еще плохо изучены; по-видимому, они вызываются резким изменением магнитного поля в хромосфере.

Энергия вспышки выделяется в вершине корональной петли, затем распространяется в сторону фотосферы, вызывая нагрев и испарение более холодных слоев. При этом излучение резко возрастает не только в видимой области спектра, но и

в ультрафиолете, и в рентгеновской области спектра, увеличивается поток космических лучей. Вспышки вызывают изменения в магнитном поле Земли и могут даже повредить системы электроснабжения. Другим проявлением солнечной активности является появление плазменных образований в магнитном поле солнечной атмосферы – волокон. Если эти волокна видны на краю Солнца, то они наблюдаются как протуберанцы.

Протуберанцами называются огромные образования в короне Солнца. П лотность и температура протуберанцев такая же, как и вещества хромосферы, но на фоне горячей короны ротуберанцы – холодные и плотные образования. Температура ротуберанцев около 20 000 К.

Некоторые из них существуют в короне несколько месяцев, другие, появляющиеся рядом с пятнами, быстро движутся со скоростями около 100 км/с и существуют несколько недель. Отдельные протуберанцы движутся с еще большими скоростями и внезапно взрываются; они называются эруптивными. Размеры протуберанцев могут быть разными. Типичный протуберанец имеет высоту около 40 000 км и ширину около 200 000 км. Дугообразные протуберанцы достигают размеров 800 000 км. Зарегистрированы и рекордсмены среди протуберанцев, их размеры превышали 3 000 000 км.

Корональные петли и арки высотой в сотни тысяч километров состоят из отдельных тонких петелек, скрученных друг с другом, как нити в веревке. Выбросы плазмы из глубинных слоев Солнца, согласно последним исследованиям, являются основной причиной разогрева солнечной короны.

Корональные арки. Впервые пятна на Солнце в телескоп наблюдал Галилей в 1610 году. Но и до него астрономы уже наблюдали невооруженным глазом наиболее крупные группы пятен. Так, в Никоновской летописи в 1365 и 1371 годах наблюдались «бысть знамение в Солнце, места черны по Солнцу аки гвозди…» Пятна на Солнце – очевидный признак его активности. Это более холодные области фотосферы. Температура пятен около 3500 К, поэтому на ярком фоне фотосферы (с температурой около 6000 К) они кажутся темнее. Образование пятен связано с магнитным полем Солнца. Небольшие пятна имеют в поперечнике несколько тысяч километров. Размеры крупных пятен достигают 100 000 км; такие пятна существуют около месяца.

Размеры солнечных пятен часто превышают размеры Земли. Солнечные пятна имеют внутреннюю структуру: более темную центральную часть – ядро – и окружающую ее полутень. Солнечные пятна часто образуют группы, которые могут занимать значительную площадь на солнечном диске.

Так, 18 сентября 2000 года была зарегистрирована группа пятен, общая площадь которой равнялась 6,5 миллиардам км2. На этой территории поверхность земного шара поместится целых 13 раз. Установлено, что пятна – места выхода в атмосферу сильных магнитных полей. Поля уменьшают поток энергии, исходящий из ядра, поэтому в месте их выхода на поверхность температура падает. Пятна обычно возникают группами.

Пятна на Солнце часто окружены факельными полями. Пятна на Солнце часто бывают окружены светлыми зонами, называемыми факелами. Они горячее атмосферы примерно на 2000 К и имеют ячеистую структуру (величина каждой ячейки – около 30 тысяч километров). Часто встречаются факельные поля, внутри которых пятен нет. Факелы образуются в результате конвекции из глубоких слоев Солнца. Они существуют недели и месяцы. В некоторых факельных полях между гранулами появляется черная точка, она начинает быстро расти и на следующий день превращается в пятно с резкой границей. Через 3–4 дня вокруг пятна образуется полутень. К десятому дню площадь пятна достигает максимума, после этого оно начинает уменьшаться и, наконец, исчезает. В группе пятен сначала исчезают самые мелкие пятна. Недалеко от пятен протягиваются темные нити длиной вплоть до сотен тысяч километров. Они представляют собой зоны нулевого магнитного поля и отделяют регионы с противоположной полярностью.

Как смотреть на солнечные пятна? Солнечные пятна можно увидеть с помощью небольшого телескопа, приспособив его для получения проекция изображения Солнца. Телескоп направляется на Солнце, после чего, например, на листе бумаги, расположенном на расстоянии 10–20 см от окуляра, можно увидеть четкое изображение солнечного диска. Остерегайтесь смотреть непосредственно в окуляр! После семнадцатилетних наблюдений Генрих Швабе установил, что количество пятен на Солнце с течением времени меняется. В годы минимума пятен на поверхности Солнца может не быть совсем, в годы максимума их число измеряется десятками. Максимумы и минимумы чередуются в среднем каждые 11 лет (от 7 до 17 лет), последний максимум солнечной активности был в 2000 году. Основной характеристикой солнечной активности является число Вольфа, равное сумме общего количества пятен f и удесятеренного количества групп пятен (одиночное пятно также считается группой) g: W = f + 10g. Возможно, существуют и более длительные циклы солнечной активности.

В период минимума солнечной активности пятна появляются в средних широтах, в периоды максимума – около экватора. Около полюсов пятна практически не наблюдаются. В начале одиннадцатилетнего цикла солнечной активности большая часть пятен расположена на широтах от 20° до 30° (закон Шперера). Если зависимость широты пятен от времени изобразить на диаграмме, то зоны активности образуют на ней «бабочку Маундера». В начале ХХ века Д. Хейл обнаружил, что магнитные полярности первых, ведущих, пятен и хвостовых пятен в северном и южном полушариях Солнца противоположны и меняются полюсами в каждом новом цикле. Поэтому полный цикл солнечной активности происходит в течение 22 лет. Цикл активности солнечных пятен имеет прямое отношение к земному климату. У некоторых деревьев толщина колец имеет одиннадцатилетний цикл. В конце XVII – начале XVIII века, когда пятен практически не было, в Европе стояла очень холодная погода.

В начале XX века Александр Чижевский после многолетних статистических исследований доказал зависимость количества событий в общественной жизни на Земле от активности Солнца.

Выяснилось, что в годы максимумов солнечной активности на Земле увеличивается количество революций и войн, усиливается политическая активность населения. Максимумы солнечной активности также провоцируют развитие многих болезней: в частности, усиливается вероятность эпидемий. Результаты своей работы он обобщил в книге «Физические факторы исторического процесса».

Одиннадцатилетний солнечный цикл. Солнце является источником постоянного потока частиц. Нейтрино, электроны, протоны, альфа-частицы, а также более тяжелые атомные ядра все вместе составляют корпускулярное излучение Солнца. Значительная часть этого излучения

представляет собой более или менее непрерывное истечение плазмы, так называемый солнечный ветер, являющийся продолжением внешних слоев солнечной атмосферы – солнечной короны. Вблизи Земли его скорость составляет обычно 400–500 км/с. Поток заряженных частиц выбрасывается из Солнца через корональные дыры – области в атмосфере Солнца с открытым в межпланетное пространство магнитным полем. Первые измерения солнечного ветра произведены в 1959 году на АМС «Луна-9».

В 1962 году «Маринер-2», направлявшийся к Венере, произвел наблюдения солнечного ветра и получил следующие результаты: скорость солнечного ветра изменялась в границах от 350 м/с до 800 м/с, средняя концентрация солнечного ветра 5,4 иона на 1 см3, ионная температура 160 000 К. Средняя напряженность магнитного поля 6•10–5 эрстед. Много нового о солнечном ветре выяснила международная космическая станция SOHO. Оказалось, что он переносит такие элементы, как никель, железо, кремний, сера, кальций, хром. Солнце вращается с периодом 27 суток. Траектории движения частиц солнечного ветра, движущихся вдоль линий индукции магнитного поля, имеют спиральную структуру, обусловленную вращением Солнца. В результате вращения Солнца геометрической формой потока солнечного ветра будет архимедова спираль, напоминающая форму струи воды из садового шланга, вращающегося вокруг оси.

В дни солнечных бурь солнечный ветер резко усиливается. Он вызывает полярные сияния и магнитные бури на Земле, а космонавтам не следует в это время выходить в открытый космос. Под воздействием солнечного ветра хвосты комет всегда направлены в сторону от Солнца. Космический аппарат «Вояджер» обнаружил солнечный ветер даже за орбитой Плутона. Фактически, мы живем в образованной солнечным ветром гигантской гелиосфере, хоть и защищены от нее магнитным полем Земли.

Магнитосфера Земли деформируется под действием солнечного ветра. Солнце – мощный источник радиоизлучения. В межпланетное пространство проникают сантиметровые радиоволны, которые излучает хромосфера, и более длинные волны, излучаемые короной. Если в видимых лучах Солнце излучает сравнительно стабильно (изменения происходят на доли процента), то в радиодиапазоне излучение может изменяться в сотни и даже тысячи раз. Радиоизлучение Солнца имеет две составляющие – постоянную и переменную.

Постоянная составляющая характеризует радиоизлучение спокойного Солнца. Солнечная корона излучает радиоволны как абсолютно черное тело с температурой Т = 106 К. Переменная составляющая радиоизлучения Солнца проявляется в виде всплесков, шумовых бурь. Шумовые бури длятся от нескольких часов до нескольких дней. Через 10 минут после сильной солнечной вспышки радиоизлучение Солнца возрастает в тысячи и даже миллионы раз по сравнению с радиоизлучением спокойного Солнца и длится от нескольких минут до нескольких часов. Это радиоизлучение имеет нетепловую природу.

Пик солнечной активности

Каждые 11 лет солнечная деятельность достигает максимальной активности. Самое большое количество пятен наблюдалось в середине 2000 г. и в конце 2001 г. Самая мощная вспышка произошла 14 июля 2000 г. Затем наблюдался спад. И вот к 2002 г. опять активность усиливается. Подобное явление наблюдалось и 11 лет назад. Так первый пришелся на середину 1989 г., а второй произошел в начале 1991 г. Двойные пики имеют интервал времени около 18 месяцев. Кроме 11-летнего цикла астрономы говорят о более коротких. Так, например 27-дневный.

То есть произошедшая вспышка, направленная на Землю изменяет свою интенсивность за время 1 оборота Солнца вокруг своей оси. Однако наблюдаются и 155-дневные циклы, природа которых до сих пор не понятна.

Особенности влияния

периодической активности Солнца

на организм человека

Мы рассмотрим факты вероятного влияния солнечной активности на поведение организма. Хронограмма гипертонических кризов выявляла тенденцию обратной зависимости между солнечной активностью и вероятностью развития ГК в зонах с 3 - и 8 -дневным смещением. Посмотрим на хронограммы измерений АД.

На хронограмме АД у К.И.И. действительно все так: акрофазе с 3 -дневным смещением соответствует одно из низких значений СА, а самому низкому значению АД в зоне с 9 -дневным смещением соответствует одно из высоких значений СА.

Измерения АД у К.О.М. за период с X.1997 по XII.1997 также подтверждают эту тенденцию : акрофазе с 9 -дневным смещением соответствует одно из низких значений в профиле солнечной активности.

Не нарушают эту тенденцию и измерения АД у К.О.М. за период с I.1998 по III.1998. Акрофазе с 3 -дневным смещением соответствует одно из минимальных значений СА. Сохраняется эта закономерность и в зоне с 9 -дневным смещением. И только в области с 0 -м смещением высокому среднему значению АД соответствует высокое среднее значение солнечной активности.

Рассмотренные выше временные ряды измерений АД относятся к периоду восходящей ветви СА. Следующий эпизод измерений АД относится к периоду нисходящей ветви СА : измерения АД у К.Ю.К. (мужчина, 58 лет) за период с I.2004 по IХ.2004. Акрофаза САД с 3 -дневным смещением также формируется на фоне низких значений СА. (Фрагмент протокола измерений АД от 20.02.04: в 9:15 - 121/60, в 9:22 - 130/63, в 9:36 - 153/71 , в 9:50 - 124/64, Число Вольфа (W) = 34 ).

Пример более редкого типа отклика регуляторных механизмов на особенности состояния внешней среды представляют утренние измерения  АД у Б.А.В. (мужчина, 53 года). В профилях САД и ДАД хорошо выраженная тенденция к росту АД в зоне с 4 -дневным смещением, которая может быть реакцией организма на всплески значений Ap индекса (планетарный индекс магнитной возмущенности), пришедшихся на эти же дни. (Б.А.В., возможно, принадлежит к типу людей с лабильной к магнитным возмущениям конституцией). Акрофаза в области с 10 -дневным смещением формируется либо факторами эндогенной природы (и тогда этот феномен представляет медицинский интерес), либо случайными событиями.

Анализ измерений АД у различных людей дает повод предположить, что тонкая настройка функциональной активности систем организма, осуществляемая механизмом регуляции артериального давления, чаще реализуется при относительно низких значениях СА в областях с 3 - и/или 9 -дневным (реже с 4 - и/или 8 -дневным) фазовым смещением.

Многократные исследования уровня холестерина и триглицеридов у К.Ю.К в клинической лаборатории РНЦХ (n = 12) с короткими интервалами между исследованиями дополняют и уточняют картину особенностей функционирования «биохимической машины» человека:  а) в определенные периоды динамика уровней холестерина и триглицеридов может развиваться в противоположных направлениях; б) в областях с различным фазовым смещением векторы динамики концентрации холестерина и триглицеридов в венозной крови могут принимать противоположные направления в зависимости от особенностей динамики формирования СА.

В хронограмме тиреоглобулина (ТГ) у К.Ю.К. акрофазы в областях с 3 - и 9 -дневным смещением. Возможно, на динамике активности ТГ сказывается давление СА: экстремальные значения СА совпадают с экстремальными значениями ТГ.

Аналогичная картина и с продуктом жизнедеятельности поджелудочной железы у К.Ю.К. - инсулином . Хронограмма его исследований также указывает на возможную его прямую зависимость от СА. И только в области с 4 -дневным смещением инсулин и СА в противофазах.

Показатель секреции эндогенного инсулина фермент С-пептид у К.Ю.К. имеет отличную от инсулина динамику в области с 4 -дневным смещением. Инсулин в этой области имеет тенденцию к росту концентрации в крови, С-пептид - к снижению .

Рассмотрим некоторые ряды биохимических исследований крови.

Пациент З.О.И. (мужчина, 55 лет, практически здоров). Хронограмма общего билирубина у З.О.И.  указывает на возможную его обратную зависимость от солнечной активности.

Более сложную картину отклика регуляторных механизмов на вариации физического состояния среды показывает хронограмма протромбинового индекса у З.О.И.

Не менее яркую картину зависимости биохимических процессов у З.О.И. от физики внешней среды демонстрирует и хронограмма антитромбина III .

Для сравнения представляем классическую диаграмму значений антитромбина-III. Очевидность его зависимости от солнечной активности просматривается в схожести их многолетних трендов. (Примечание: 4-е и 5-е исследование пришлось на 2001 год - год высокой СА).

Еще один ряд многолетних исследований крови. Пациент М.Н.О. (мужчина, 55 лет, практически здоров). В хронограмме общего холестерина у М.Н.О. заметна тенденция к прямой зависимости его уровня от СА. И только в области с 4- дневным смещением «беспричинная» яркая батифаза : на фоне ср. значений выше 6 ммоль/л   16.09.03 - 4.0 ммоль/л ! (W = 89 , днем раньше W = 68 ).

Диаграмма исследований холестерина и триглицеридов также обнаруживает прямую их связь с СА. Но здесь эта связь подчеркивается общим ходом кривой 11-летнего цикла СА.

Количество инфекционных заболеваний и сердечно – сосудистой системы по с. Верхнерусскому

Из графиков видна зависимость количества сердечно-сосудистых и инфекционных заболеваний от пика солнечной активности

Заключение

НЕСТАНДАРТНЫЕ НАУЧНЫЕ ВЗГЛЯДЫ ЧИЖЕВСКОГО ВЫЗЫВАЛИ ПРОТИВОДЕЙСТВИЕ МНОГИХ ВЛИЯТЕЛЬНЫХ УЧЕНЫХ, ЧТО ПРИВОДИЛО К ЕГО ОТСТРАНЕНИЮ ОТ РАБОТЫ. УЧЕНЫЙ БЫЛ РЕПРЕССИРОВАН И ОТБЫВАЛ НАКАЗАНИЕ В ЛАГЕРЕ НА УРАЛЕ И В КАЗАХСТАНЕ, ГДЕ ПРОДОЛЖАЛ СВОИ ИССЛЕДОВАНИЯ.

ПОЭТОМУ СЕГОДНЯ НЕЛЬЗЯ ПРЕДСТАВИТЬ СОВРЕМЕННЫЕ ШКОЛЫ, ДЕТСКИЕ САДЫ, БОЛЬНИЦЫ, ОФИСЫ БЕЗ ИОНИЗАТОРА ВОЗДУХА ЛАМПЫ ЧИЖЕВСКОГО. КАЖДЫЙ ВЫПУСК НОВОСТЕЙ СОПРОВОЖДАЕТСЯ НЕ ТОЛЬКО ПРОГНОЗОМ ПОГОДЫ НА БЛИЖАЙШИЕ ДНИ, НО И СОСТОЯНИЕМ СОЛНЕЧНОЙ АКТИВНОСТИ, ЧТО ПОЗВОЛЯЕТ ОСОБЕННО МЕТЕОЧУВСТВИТЕЛЬНЫМ ЛЮДЯМ ПРИНЯТЬ ПРОФИЛАКТИЧЕСКИЕ МЕРЫ. ПРОШЛО БОЛЕЕ 50 ЛЕТ ПОСЛЕ ЕГО СМЕРТИ, НО ЕГО ИССЛЕДОВАНИЯ И ДОСТИЖЕНИЯ В БИОФИЗИКЕ, АСТРОНОМИИ АКТУАЛЬНЫ В СОВРЕМЕННОМ ОБЩЕСТВЕ .