Солнце. Изменчивость солнечного излучения и климат Земли, страница 3

  Другой причиной изменчивости  испускаемого Солнцем излучения считается эволюция его магнитного поля. Генераторами магнитного поля являются конвективные движения солнечного вещества внутри звезды, которые в сочетании с вращением Солнца и приводят к наблюдаемым вариациям магнитного поля. Большинство магнитных силовых линий, выходящих из Солнца замыкается в  петли и возвращается назад в тело звезды. Флуктуации такого типа магнитных петель приводят ко многим наблюдаемым явлениям, например, солнечным пятнам. Вместе с тем, часть магнитных силовых линий вырывается вместе с солнечным ветром в межпланетное пространство, достигает орбиты Земли и взаимодействует с ее магнитным полем.

Флуктуации магнитного  поля и связанной с ним солнечной активности весьма изменчивы во времени. Наиболее ярко эта изменчивость проявляется в виде известного 11-летнего цикла.

Ряды данных, отражающих цикличность солнечных пятен и некоторые другие проявления солнечной активности, естественно сравнить с информацией об изменениях климата на Земле. Наиболее впечатляющее подобное сравнение выполнено Фриис-Кристенсеном и Лассеном (E. Friis-Christensen and K. Lassen)  [47], которые обнаружили потрясающую корреляцию между средними температурами над сушей Северного полушария и длительностью солнечного цикла.  Если такая корреляция не случайна, должны существовать некие физические параметры, связанные с продолжительностью солнечного цикла и способные повлиять на климат Земли. Вероятнее всего такими параметрами являются спектральная яркость и интенсивность магнитного поля Солнца, модулирующего направленный к  Земле поток галактических космических лучей.

Как отмечалось, пятна являются более темными участками солнечной поверхности, потому что выходящее из них сильное магнитное поле подавляет конвекцию, являющуюся основным механизмом доставки горячих солнечных масс из глубин Солнца к поверхности (рис. 3.5, 3.6). В связи с этим можно было бы ожидать уменьшения солнечной постоянной при увеличении числа пятен. Действительно, спутниковой аппаратурой зафиксировано уменьшение испускаемой Солнцем электромагнитной энергии по мере приближения группы пятен к центру солнечного диска. Однако увеличение общего числа пятен приводит к возрастанию испускаемой электромагнитной энергии другими областями светила. Результирующий эффект всегда оказывается положительным.

Спектральное распределение излучения  черного тела описывается кривой Планка

                         ,

где  h=6.6·10^-34 Дж·с  - постоянная Планка,  k=1.38·10^-23 Дж/К – постоянная Больцмана,         с=3·10⁵ км/с – скорость света в вакууме, ch/k=c₂=1.44·10^-2 м·К  - вторая радиационная постоянная.

Максимальная интенсивность в спектре солнечного излучения приходится на длину волны 483 нм (зеленый свет). Приблизительно 50% солнечной энергии приходится на видимый диапазон спектра (400-760 нм), а около 99% энергии сосредоточено в интервале длин волн 170-4 000 нм. Забегая вперед, отметим, что тепловое излучение Земли при средней температуре 17 ^оС имеет максимум на длине волны 10 000 нм, а около 99% энергии излучения сосредоточено в интервале длин волн 4 000-120 000 нм. Такая сильная разница в спектральном составе падающего и уходящего излучения оказывает определяющее влияние на формирование климата планеты.

Проходя через атмосферу Земли, солнечное излучение частично отражается обратно (в космическое пространство в результате рассеяния), частично поглощается атмосферными составляющими (в первую очередь, молекулярным кислородом, озоном, водяным паром, углекислым газом). Поэтому спектр солнечного излучения у поверхности Земли имеет меньшую интенсивность, и в нем проявляются полосы поглощения составляющими атмосферы (рис. 3.7).

На рис. 3.8. показан спектр солнечного излучения в логарифмическом масштабе, где также указаны области Солнца, “ответственные”  за тот или ной диапазон спектра.

Изменчивость солнечного излучения и климат Земли