Сергей Язев - Лекции о Солнце

В первые годы космических исследований, бывало, выходила из строя бортовая аппаратура на спутниках, не рассчитанная на экстремальные воздействия со стороны Солнца. Исследования показали, что в фазе максимума цикла солнечной активности атмосфера Земли «распухает», ее плотность на больших высотах несколько увеличивается. Примеров такого рода можно привести огромное количество. На сегодняшний день влияние солнечной активности на магнитосферу и ионосферу Земли можно признать очевидным. Связь мощных солнечных вспышек с последними изучена достаточно хорошо. Здесь, в отличие от многих других феноменов, построены физические модели воздействия потоков солнечных частиц и излучений на магнитосферу и ионосферу Земли, и в этом смысле исследования уже давно перешли на уровень конкретных физических задач с известными начальными условиями. Но оказалось, что следы солнечных воздействий обнаруживаются и во многих других земных явлениях!

Исследования солнечно-земных связей неизменно (и справедливо) связываются с именем Александра Леонидовича Чижевского (1897–1964), выполнившего цикл пионерных исследований в этой области.

Основная идея заключалась в следующем. Как известно, около 99 % массы Солнечной системы приходится на Солнце. Солнце находится достаточно близко к Земле (всего 109 земных диаметров). Планета погружена в непрерывный, переменный по многим параметрам, поток электромагнитного и корпускулярного излучений Солнца, которые предположительно определяют многие процессы на Земле. Циклические (квазипериодические) и импульсные вариации потоков этих излучений должны оказывать влияние на земные оболочки, и поэтому можно ожидать, что многие параметры, описывающие состояние земных природных систем, могут модулироваться циклами солнечной активности.

Первые намеки на такую связь появились еще 200 лет назад. Уильям Гершель в 1801 году обнаружил, что цены на пшеницу повышаются, когда Солнце свободно от пятен. Другими словами, рост количества пятен на Солнце и обилие корма на Земле наступали одновременно. Естественно, возникала мысль о поисках связи между пятнами на Солнце и погодными условиями на Земле. Но здесь ясная связь не просматривалась…

Разумеется, идея о влиянии солнечной активности на земные процессы принадлежала не одному Чижевскому. Здесь можно упомянуть петербургского врача М. В. Соколова, шведского исследователя Сванте Аррениуса, французского аббата и астронома Т. Морэ, профессора МГУ М. А. Боголепова и многих других. Но, пожалуй, именно Чижевский занимался разработкой этой концепции наиболее серьезно, глубоко и системно.

Основным инструментом Чижевского было сопоставление длинных временных рядов чисел Вольфа и параметров, описывающих земные процессы. Обычно для этой цели применяется вычисление так называемого коэффициента корреляции, отражающего связь двух изменяющихся величин в среднем. Другими словами, если по различным значениям одной величины можно определить средние значения другой величины, то математики говорят о наличии корреляционной связи. Крайний случай – когда таким образом можно определить не средние значения величины, а непосредственно саму величину. Тогда связь из корреляционной превращается в функциональную, привычную нам по школьной математике (коэффициент корреляции при этом будет равен единице). Если величины меняются абсолютно независимо друг от друга, и нет закономерности, по которой можно было бы найти средние значения одной величины в зависимости от изменений другой, коэффициент корреляции равен нулю. Если коэффициент корреляции оказывается «высоким» – близким к единице (0,7–0,9), говорят о тесной корреляционной связи. В целом, коэффициент корреляции отражает меру уклонения корреляционной связи от линейной функциональной связи.

А. Л. Чижевский собрал и обработал гигантский материал по смертности от различных эпидемий в Европе и России начиная со Средневековья. Ученый применил, помимо сравнивания внешнего вида графиков и вычисления коэффициентов корреляции, новые для того времени методы: сглаживание кривых, сопоставление коэффициентов корреляции при взаимном сдвиге рядов данных, а также эффективный метод наложения эпох, предложенный в 1913 году Кри. Впервые ему удалось обнаружить поразительный эффект: выяснилось, что эпидемии регулярно повторяются, причем период близок к продолжительности цикла солнечной активности – 11 лет!

Это не всегда означало, что максимумы рядов совпадали (максимальное число заболевших не обязательно совпадало по времени с максимумом цикла солнечных пятен), но цикличность явно присутствовала. Любопытно, что по мере введения в действие все более совершенных медицинских средств (все ближе к современности) корреляция становилась все менее ярко выраженной – под влиянием усилий медицины связь эпидемий с солнечной активностью ослабевала.