Полярные сияния и их воздействие на самочувствие людей Проект по географии
advertisement
НОУ средняя общеобразовательная школа «Интеграция» _____________________________________________________________________________ Полярные сияния и их воздействие на самочувствие людей Проект по географии Выполнил: Ревенко Никита, 8 класс Руководитель: уч. географии, к.г.н., Семенов В.А. Москва 2010 2 Оглавление Введение……………………………………………………………………3 Глава 1. Что такое полярное сияние? …………………………………….4-8 Глава 2. Высотное и широтное распространение полярных сияний……9-11 Глава 3. Формы полярных сияний…………………………………………12 Глава 4. Искусственные полярные сияния………………………………13-14 Глава 5. Активность полярных сияний……………………………………15-16 Исследовательская часть……………………………………………………17-19 Заключение…………………………………………………………………..20-21 Список использованных информационных источников………………….22 3 Введение На заполярных просторах, занимающих около ¼ территории РФ, можно встретить необыкновенно красивое явление разноцветного свечения тропосферы – полярное сияние. Наряду с пестротой красок, полярные сияния способны вызывать существенное нарушение здоровья людей, населяющих и без того суровый и тяжёлый для освоения край. В этой связи представляется важным изучить проблему негативного воздействия сияний на состояние душевного и физического здоровья людей, проживающих в Заполярье или приезжающих туда для туризма и отдыха. Это предопределяет интерес к избранной теме. Цель работы – изучить информацию о полярных сияниях и их воздействии на самочувствие человека. Для достижения данной цели решался следующий круг задач: проанализировать имеющиеся источники данных о полярных сияниях; изучить теории их происхождения, высотное и широтное распространение; сравнить формы полярных сияний в разных районах России и мира; рассмотреть роль антропогенного фактора в возникновении полярных сияний; оценить активность полярных сияний и их роль в состоянии здоровья человека; обобщить полученные результаты. Объект исследования – полярные сияния. Предмет изучения – феномен полярных сияний и его влияние на самочувствие людей. Главная гипотеза состоит в том, что полярные сияния могут оказывать существенное отрицательное влияние на состояние здоровья человека. Основные методы исследования – работа с информационными ресурсами, изучение источников сети Интернет, актуальной литературы, архивных документов; проведение медицинских технических измерений некоторых показателей состояния здоровья людей во время полярных сияний. Печатная часть работы включает обобщенную актуальную информацию о полярных сияниях. Практическая часть работы включает личные наблюдения автора за состоянием здоровья людей во время полярных сияний в Финляндии в зимние периоды 2009-2010 гг. Наблюдая за полярным сиянием, мы даже не подозреваем, какую важную роль оно играет в нашей жизни. За красивой оболочкой скрывается мощный инструмент по изменению погоды, искажению магнитного поля земли и даже изменению климата. Как действует этот инструмент и что им управляет – я попытался выяснить это в моём проекте. 4 Глава 1. Что такое полярное сияние? Полярные сияния — одно из самых красивых световых явлений в природе, поэтому они привлекали внимание человека на протяжении всей его истории. Упоминания о полярных сияниях можно найти в трудах Аристотеля, Плиния, Сенеки и других древних философов. Долгое время полярные сияния рассматривали как предвестники катастроф — эпидемий, голода и войн. Например, это явление связали с падением Иерусалима и смертью Юлия Цезаря. Во всяком случае, в этом видели проявление гнева богов или других сверхъестественных сил. Люди, проживающие в местах, где полярное сияние не редкость, старались объяснить его появление естественным путём. Например, высказывались предположения о том, что это отражение солнечного света от морской поверхности или излучение солнечных лучей, накопленных за день в толще льда. На русском Севере полярные сияния называли «пазорями» или сполохами. Первое из этих слов указывает на сходство рассматриваемого явления с зорями, а второе происходит от слова «полошить», то есть тревожить, беспокоить, поднимать тревогу. Действительно, во время полярных сияний небо может стать красным, как на пожаре. Известны случаи, когда полярное сияние красного цвета принимали за зарево пожара и пожарные команды выезжали к огромному зареву в северной части горизонта. Видели полярные сияния и в южном полушарии. Английский мореплаватель Джеймс Кук (1728–1779 гг.) был одним из первых, кто не только дал их описание в южном полушарии, но и обратил внимание на то, что полярные сияния появляются в высоких широтах обоих полушарий одновременно (см. фото 1). Фото 1. Полярное сияние над Антарктидой [16]. 5 Научное объяснение этому явлению первым дал Михаил Ломоносов. Проведя бесчисленное количество опытов, он высказал предположение об электрической природе этого явления [2; 3, с. 92]. Идея о связи полярных сияний с солнечной деятельностью была выдвинута Ойгеном Гольдштайном в 1881 г. и получила подтверждение в результате лабораторных экспериментов, впервые проведенных Кристианом Биркеланном. Он поместил внутрь катодной трубки железный шар, названный им «терреллой», который является моделью Земли и представляет собой электромагнит, покрытый оболочкой, фосфоресцирующей под действием катодных лучей. Когда Биркеланн подвергал шар действию катодных лучей, испускаемых непосредственно в камере, они падали на поверхность шара вокруг магнитных полюсов, образуя пояса свечения, подобные поясам полярных сияний. Позднее математическая разработка этой проблемы была реализована Карлом Фредериком Стёрмером. Она получила известность как теория Биркеланна – Стёрмера, однако содержала в своей основе допущение, что от Солнца исходит поток частиц с одинаковыми электрическими зарядами. Правомерность этого допущения весьма спорна, так как такой поток частиц не мог бы приблизиться к Земле из-за электростатического отталкивания между одноименно заряженными частицами [3, с. 124]. Некоторыми исследователями была выдвинута гипотеза, согласно которой облако солнечного газа (плазмы), которое, вероятно, состоит из электронов и протонов, может приближаться к нашей планете на расстояние около 38 000 км от центра Земли. При воздействии плазмы на магнитное поле Земли возникают магнитогидродинамические волны. Эти волны и ускоренные заряженные частицы, движущиеся вдоль геомагнитных силовых линий, вызывают магнитные бури. Ускоренные частицы проникают до высоты около 95 км в зоны полярных сияний, где взаимодействуют с основными компонентами верхних слоев атмосферы – кислородом и водородом [1, с. 20-89]. Рассмотрим современную теорию о происхождении полярных сияний. Землю можно рассматривать как большой магнит, южный полюс которого располагается вблизи северного географического полюса, а северный — вблизи южного. Силовые линии магнитного полюса Земли (так называемые геомагнитные линии) выходят из области северного магнитного полюса Земли, охватывают нашу планету и входят в неё в области южного магнитного полюса Земли. Форма магнитных силовых линий не является симметричной относительно Земли. Это связано с так называемым солнечным ветром — потоком высокоэнергичных электронов и протонов, постоянно излучаемых Солнцем, резко увеличивающимся по интенсивности во время вспышек на Солнце. Налетая на магнитную оболочку Земли, 6 потоки заряженных частиц приводят к сжатию магнитных силовых линий со стороны Солнца и их оттягиванию в противоположном направлении, образуя у Земли магнитный хвост. Электроны и протоны, попавшие из солнечного ветра в магнитное поле Земли, стекают в область полюсов, где достигают плотных слоёв атмосферы и производят ионизацию и возбуждение атомов и молекул газов. Для этого они имеют достаточно энергии. Действительно, в солнечном ветре протоны обладают энергией 100–200 эВ (1 эВ = 1,6·10-19 Дж), а электроны — энергией 10–20 кэВ. Пороги ионизации составляют 13,6 эВ для атомов водорода и кислорода и 14,5 эВ для атома азота. Пороги возбуждения этих частиц ещё меньше. Возбуждённые атомы испускают энергию в виде света. Нечто подобное наблюдается в газовом разряде при пропускании через газ электрического тока. Ионизация заряженными частицами происходит наиболее эффективно в конце пути заряженной частицы, когда её энергия уже невелика. Нейтральные частицы распределены в атмосфере по барометрическому закону (естественно, частиц больше на низких высотах), что также увеличивает скорость ионизации вблизи поверхности Земли. С этим и связаны резкая нижняя и размытая верхняя границы полярных сияний. Особого внимания заслуживает вопрос об аналогии между полярными сияниями и газовым разрядом, с многочисленными проявлениями которого мы встречаемся на каждом шагу (молния, лампы дневного света, неоновые огни реклам, яркая вспышка света при дуговой сварке и т. д.). Традиционно считалось, что такая аналогия ограничивается только элементарными актами ионизации и возбуждения атомов энергичными частицами, которые происходят и в газовом разряде, и в полярных сияниях. Хорошо известно, что в газовом разряде ионизующие электроны нагреваются во внешнем электрическом поле. В случае с полярными сияниями раньше считалось, что ионизующие заряженные частицы — это сверхгорячие электроны и протоны солнечного ветра, которые охлаждаются в столкновениях с атомами и молекулами атмосферы. Однако современные исследования показали, что в последнем случае ситуация более сложная. Заряженные частицы солнечного ветра (по крайней мере, электроны) могут осуществлять ионизацию другим образом. Дело в том, что ионосферная плазма, в которую вторгается высокоэнергичный пучок заряженных частиц, неустойчива. В такой системе за счёт энергии пучка раскачиваются колебания, сопровождаемые переменным электрическим полем. Электроны ионосферы, по прямой аналогии с лабораторным газовым разрядом, нагреваются в этом электрическом поле до энергий, при которых начинается ионизация в столкновениях с атомами и молекулами. Получающийся таким образом разряд носит название пучковоплазменного разряда и не только известен специалистам по газовому разряду, но и 7 используется в некоторых технических приложениях. Таким образом, аналогия между полярными сияниями и газовым разрядом оказалась более глубокой, чем предполагалось вначале. Анализ спектров излучения в полярных сияниях показывает, что зелёное и красное свечение испускается возбуждёнными атомами кислорода, а инфракрасное и фиолетовое — ионизованными молекулами азота. Часть линий испускания кислорода и азота образуется на высоте 110 км, а красное свечение кислорода — на высоте 200–400. Слабое излучение испускается также атомами водорода, которые образуются в верхних слоях атмосферы из протонов солнечного ветра при захвате электронов от нейтральных частиц атмосферы. Захватив электрон, такой протон превращается в возбуждённый атом водорода, который и излучает красный свет (см. фото 2). Интересно, что энергичные протоны, вторгаясь в верхнюю атмосферу и вызывая протонные сияния, часть своего пути движутся как нейтральные атомы водорода. В этом случае они свободны от действия магнитного поля Земли и, имея большие (протонные) скорости, могут проникать в области, недоступные заряженным частицам. Вследствие этого области, где наблюдаются протонные полярные сияния, отличаются большой протяжённостью. Вспышки северного сияния обычно наблюдаются через день-два после вспышек на Солнце. Это служит непосредственным доказательством взаимосвязи между упомянутыми явлениями [4, 5, 13]. Фото 2. Красный цвет полярных сияний, вызванный превращением протона в возбуждённый атом водорода [16]. Поверхность Земли не самое лучшее место для наблюдения за полярными сияниями: во-первых, почти всегда их надо наблюдать ночью, когда не мешает солнце; во- 8 вторых, наблюдениям могут помешать облака. Этих трудностей можно избежать, если следить за полярными сияниями из Космоса, где к тому же нет искажающего влияния нижних плотных слоёв атмосферы. Наблюдения с пилотируемых космических кораблей и орбитальных станций дали богатый материал о пространственном расположении сияний, их изменении во времени и о многих особенностях этого явления (см. фото 3). Более того, космические аппараты позволили выполнять измерения внутри полярного сияния. При этом одинаково удобно исследовать сияния и в северном, и в южном полушариях. Таким способом можно наблюдать сияния и на дневной стороне Земли. Фото 3. Полярное сияние (Jupiter Aurora), вид из космоса [2]. 9 Глава 2. Высотное и широтное распространение полярных сияний Расчеты, выполненные на основе множества фотонаблюдений на Аляске, в Канаде и, особенно, в Норвегии, показывают, что около 94% полярных сияний приурочено к высотам от 90 до 130 км над земной поверхностью, хотя для разных форм полярных сияний характерно свое собственное высотное положение. Максимальная до сих пор зарегистрированная высота появления полярного сияния – около 1130 км, минимальная – 60 км. Герман Фриц и Гарри Вестайн на основе большого числа наблюдений в Арктике установили географические закономерности встречаемости полярных сияний, охарактеризовали их относительную частоту в каждой конкретной точке как среднее за год количество суток их появления. Линии равной частоты возникновения полярных сияний (изохазмы) имеют форму несколько деформированных окружностей с центром, примерно совпадающим с Северным магнитным полюсом Земли, находящимся в районе Туле в северной Гренландии. Изохазма (линия максимальной частоты повторения сияния) проходит через Аляску, Большое Медвежье озеро, пересекает Гудзонов залив, южную часть Гренландии и Исландию, север Норвегии и Сибири. Аналогичная изохазма максимальных частот полярных сияний для Антарктического региона была выявлена во время исследований, проводившихся в рамках Международного геофизического года (МГГ, июль 1957 – декабрь 1958 гг.). Эти пояса максимальной частоты полярных сияний, представляющие собой почти правильные кольца, называются северной и южной зонами полярных сияний [10, с. 134]. Наблюдения во время МГГ подтвердили, что полярные сияния появляются почти одновременно в обеих зонах. Некоторые исследователи высказывали предположение о существовании спиралевидной или двойной кольцевой зоны полярных сияний, не получившее, однако, подтверждения. Полярные сияния могут проявляться и вне упомянутых зон. Исторические материалы свидетельствуют о том, что полярные сияния иногда отмечались даже на весьма низких широтах, например, на п-ове Индостан. Чтобы понять, почему сияния наблюдаются чаще всего именно в полярных областях Земли, надо вспомнить, как движутся заряженные частицы в магнитном поле. Рассмотрим возможные варианты [13, с. 45]. 1. Заряженная частица движется вдоль магнитного поля. В этом случае поле никак не влияет на её движение. В высоких широтах Земли силовые линии магнитного поля 10 почти вертикальны, что создаёт благоприятные условия для проникновения частиц в атмосферу Земли. 2. Заряженная частица движется поперёк магнитного поля. При этом на частицу действует сила Лоренца, которая закручивает её вокруг силовой линии магнитного поля. В результате при отсутствии столкновений с другими частицами рассматриваемые частицы будут просто вращаться вокруг силовых линий. Столкновения могут приводить к перескоку частиц с одних круговых орбит на другие. Но скорость такого движения существенно меньше, чем скорость направленного движения потока частиц при отсутствии магнитного поля. В низких широтах силовые линии почти параллельны поверхности Земли. Поэтому, чтобы частицы, вызывающие полярное сияние, могли здесь проникнуть в атмосферу, они должны прорваться поперёк силовых линий Земли, а это для них практически невозможно. 3. Частица движется под определённым углом к направлению магнитного поля. Такое движение можно разложить на две составляющие: поперёк магнитного поля и одновременно вдоль него. Оба эти случая рассмотрены выше. Из сказанного следует, что траектория частицы в этом случае будет спиралью, накручивающейся на силовую линию магнитного поля. Шаг спирали зависит от величины продольной скорости, а радиус — от поперечной скорости. Таким образом, заряженная частица, попадая в магнитное поле Земли, может достигнуть её атмосферы только в полярных областях независимо от того, где она оказалась вначале. 4. Частица движется в неоднородном магнитном поле, то есть магнитное поле изменяется в пространстве. Если частица движется по спирали вокруг силовой линии магнитного поля, которое увеличивается по мере продвижения частицы вперёд (то есть силовые линии сгущаются), то с ростом напряжённости поля частица замедляет своё движение вдоль силовой линии и в конце концов отразится и будет двигаться в обратном направлении. Силовые линии магнитного поля Земли сходятся около её поверхности в высоких широтах, поэтому заряженные частицы, вращаясь вокруг этих линий и подходя к местам их сгущений, отражаются и движутся в другое полушарие. Там повторяется аналогичное отражение, и частицы оказываются в первом полушарии. Это повторяется до тех пор, пока частица не потеряет энергию при соударении с нейтральными частицами в плотной атмосфере вблизи поверхности Земли. Силовые линии магнитного поля Земли меняются не только в радиальном направлении, но они к тому же и изогнуты. Это также влияет на движение заряженных частиц. В результате электроны и протоны начинают дрейфовать в противоположных направлениях (на восток или запад). 11 Но полярные сияния можно наблюдать не только на нашей планете. При этом магнитные поля планет-гигантов Солнечной системы значительно сильнее магнитного поля Земли, что обуславливает больший масштаб полярных сияний этих планет по сравнению с полярными сияниями Земли. Особенностью наблюдений с Земли (и вообще из внутренних областей Солнечной системы) планет-гигантов является то, что они обращены наблюдателю освещённой Солнцем стороной и в видимом диапазоне их полярные сияния теряются в отражённом солнечном свете. Фото 4. Вертикальное распространение силовых линий магнитного поля создаёт благоприятные условия для проникновения частиц в атмосферу Земли в приполярных широтах [2]. 12 Глава 3. Формы полярных сияний Полярные сияния имеют весьма разнообразные формы, включая проблески, пятна, однородные дуги и полосы, пульсирующие дуги и поверхности, всполохи, лучи, лучистые дуги, драпри и короны. Свечение, как правило, начинается в виде сплошной дуги, которая является одной из самых обычных форм и не имеет лучистой структуры. Яркость может быть довольно постоянной во времени или же пульсировать с периодом менее минуты. Если яркость сияния увеличивается, однородная форма часто распадается на лучи, лучистые дуги, драпри или короны, в которых лучи как бы сходятся к вершине. Всполохи в форме быстро движущиеся вверх волн света часто венчаются короной. Фото 5. Типичные формы полярных сияний в зависимости от их высоты. Наиболее часто полярные сияния имеют вид лент или пятен, напоминающих облака. На фото 5 показаны типичные формы полярных сияний. Более интенсивное сияние приобретает форму лент, которые при уменьшении интенсивности превращаются в пятна. Ленты могут также исчезать, не разбиваясь на пятна. Ленты обычно простираются с востока на запад на тысячи километров, напоминая гигантский занавес. Высота этого занавеса достигает нескольких сот километров, а толщина всего лишь несколько сот метров. Поэтому такой занавес прозрачен, и сквозь него можно различать звёзды. Нижний край занавеса обычно резко очерчен и чаще подкрашен в красный или розовый цвет, а верхний, размытый постепенно исчезает с 13 высотой. Иногда возникают интенсивные сияния, которые охватывают большую часть полярного района и характеризуются беловато-зеленоватым свечением (см. фото 6). Они называются шквалами и характерны для периодов повышенной солнечной активности. Фото 6. Полярное сияние беловато-зеленого цвета (шквал), характерное для периодов повышенной солярной активности [из личного фотоархива автора]. 14 Глава 4. Искусственные полярные сияния Наиболее убедительным доводом в пользу того, что мы понимаем какое-нибудь физическое явление, является его повторение в лаборатории. Это удалось сделать и для полярного сияния — создать его искусственно в лаборатории с масштабами нашей планеты. Этот эксперимент, получивший название «Аракс», начат в 1985 году совместно российскими и французскими исследователями. В качестве лабораторий были выбраны две магнитосопряжённые точки на поверхности Земли (то есть две точки на одной и той же силовой линии магнитного поля). Ими были в южном полушарии французский остров Кергелен в Индийском океане и в северном полушарии поселок Согра в Архангельской области. С острова Кергелен стартовала геофизическая ракета с небольшим ускорителем частиц, который на определённой высоте создал поток электронов. При движении вдоль магнитной силовой линии от Земли, которая над экватором была уже на расстоянии 20 000 км, эти электроны проникли в северное полушарие и вызвали искусственное полярное сияние над Согрой. К сожалению, облака не позволили визуально наблюдать это сияние с поверхности Земли. Однако радарные установки чётко зарегистрировали его возникновение. Название «Аракс» составлено из первых букв французских слов Artificiel polaire aurore — Kergelen–Sogra, которые в переводе означают «искусственное полярное сияние — Кергелен–Согра». Эксперименты описанного типа не просто позволяют понять причины и механизм возникновения полярного сияния. Они дают уникальную возможность изучать структуру магнитного поля Земли, процессы в её ионосфере и влияние этих процессов на погоду вблизи земной поверхности. Особенно удобно выполнять такие эксперименты не с электронами, а с ионами бария. Оказавшись в ионосфере, эти ионы возбуждаются солнечным светом и начинают испускать излучение малинового цвета. Свечения, подобные полярным сияниям, возникали и в результате ядерных взрывов в высоких слоях атмосферы, проводившихся министерством обороны США во время МГГ. Эти эксперименты были важны для изучения радиационного пояса Ван Аллена и природы естественных полярных сияний. Такого рода сияния наблюдались в районе островов Мауи (Гавайские о-ва) и Апиа (о-ва Самоа) вскоре после ядерных взрывов «Тик» и «Ориндж», которые проводились на высотах ок. 70 и 40 км над атоллом Джонстон в центральной части Тихого океана 1 и 12 августа 1958 г.. Свечение, видимое над Апиа 1 августа, состояло из дуги малинового цвета и лучей, которые сначала были фиолетовыми, затем красными и постепенно переходили в зеленые. Другие искусственно вызванные сияния, 15 связанные со взрывами «Аргус I, II и III», проведенными на высоте ок. 480 км 27 и 30 августа и 6 сентября 1958 г., наблюдались в районе взрывов в южной части Атлантического океана. Цвет их был красным с примесью желтовато-зеленого. Во время взрыва «Аргус III» красное искусственное сияние наблюдалось также около Азорских островов, на противоположном от места взрыва конце соответствующих силовых линий магнитного поля Земли (т.е. на территории, геомагнитно сопряженной с данной). Эти наблюдения ясно показывают, что искусственные сияния в районе взрыва и на геомагнитно сопряженной с ним территории были вызваны такими высокоэнергетическими частицами, как электроны, образовавшиеся в результате b-распада при ядерном взрыве (см. фото 7). Иными словами, частицы с высокой энергией, образовавшиеся в результате взрыва, двигались вдоль силовых линий геомагнитного поля, формируя искусственные радиационные пояса Ван Аллена, и привели к образованию «полярных сияний» на обоих концах силовых линий. Судя по высоте появления и цветовой гамме этих сияний, можно предположить, что причиной их возникновения является возбуждение атмосферного кислорода и азота в результате соударений с заряженными частицами, обладающими высокой энергией, что имеет большое сходство с механизмом образования естественных полярных сияний. С упомянутыми взрывами в высоких слоях атмосферы, особенно с экспериментами «Тик» и «Ориндж», были связаны также существенные возмущения магнитного поля Земли и ионосферы. Существует еще один антропогенный феномен свечения высоких слоев атмосферы, обусловленный выбросами ракетами газообразного натрия или калия. Это явление можно назвать искусственным свечением в отличие от искусственного полярного сияния, так как его причины близки к тем, которые вызывают естественное свечение воздуха. Фото 7. Свечение атмосферы после опытных ядерных взрывов в Мурманской области в 1990-х гг. [фото из семейного архива автора]. 16 Глава 5. Активность полярных сияний Полярные сияния исследуются с помощью радиолокаторов. Радиоволны с частотами от 10 до 100 МГц при определенных условиях отражаются областями ионизации, которые возникают в высоких слоях атмосферы под воздействием полярных сияний. При использовании высокочастотных радиосигналов и антенн дальнего действия можно получать отраженные волны на частотах до 800 МГц. Радиолокационным методом ионизация обнаруживается даже днем при солнечном освещении, а также фиксируются очень быстрые перемещения полярных сияний. Результаты фото- и радиолокационных наблюдений свидетельствуют, что активность полярных сияний подвержена как суточным, так и сезонным изменениям. Максимальная активность в течение суток отмечается около 23 ч, сезонный же пик активности приходится на дни равноденствия и близкие к ним временные интервалы (март – апрель и сентябрь – октябрь). Эти пики активности полярных сияний повторяются через относительно правильные промежутки, а продолжительность основных циклов составляет примерно 27 дней и около 11 лет. Все эти цифры показывают, что существует корреляция между полярными сияниями и изменениями магнитного поля Земли, поскольку пики их активности совпадают, т.е. полярные сияния обычно возникают в периоды высокой активности магнитного поля, которые называются «возмущениями» и «магнитными бурями». Именно во время сильных магнитных бурь полярные сияния прослеживаются в более низких, чем обычно, широтах. Пульсирующие полярные сияния обычно сопровождаются пульсациями магнитного поля и очень редко – слабыми свистящими звуками. Они, по-видимому, также генерируют радиоволны с частотой 3000 МГц. Наблюдения, проводимые при помощи геофизических ракет, указывают, что при интенсивных полярных сияниях температура верхних слоев атмосферы возрастает. Интенсивность свечения полярных сияний обычно оценивается визуально и выражается в баллах по принятой международной шкале. Слабые полярные сияния, по интенсивности свечения приблизительно соответствующие Млечному Пути, оцениваются в I балл. Полярные сияния с интенсивностью, аналогичной лунной освещенности тонких перистых облаков – в II балла, а кучевых облаков – в III балла, свету полной Луны – в IV балла. Так, например, интенсивность в III балла, исходящая от дуги полярного сияния, соответствует свету нескольких микросвечей на 1 кв. см. Объективным методом определения интенсивности свечения полярного сияния является измерение суммарной освещенности с помощью фотоэлементов. Установлено, что соотношение интенсивности 17 самых ярких к самым слабым полярным сияниям составляет 1000:1. Полярные сияния в северном полушарии обычно движутся на запад со скоростью примерно 1 км / с. Верхние слои атмосферы в области сияний заметно нагреваются, что приводит к появлению восходящих потоков газа. В результате на больших высотах увеличивается плотность газовой среды. Последнее вызывает дополнительное торможение искусственных спутников Земли в этой области. Сияния также сопровождаются сильными вихревыми токами в огромных областях пространства. В результате индуцируются сильные магнитные поля и развиваются так называемые магнитные бури. Яркие вспышки сияния могут сопровождаться звуками, похожими на треск. Сильные изменения в ионосфере сказываются на качестве радиосвязи. В большинстве случаев она ухудшается. 18 Исследовательская часть В декабре 2009-январе 2010 гг. в Финляндии, в городе Рованиеми нами изучалось самочувствие друзей с целью выявить влияние полярных сияний на человека. Определялись следующие показатели: артериальное давление, температура тела, общее самочувствие. При лабораторных измерениях использовались приборы: электронный высокоточный переносной измеритель артериального давления Omron M2 Compact (см. фото 8); стандартный бытовой термометр для измерения температуры тела Thermometer Normalglas с точностью до 0,1 ˚C. Фото 8. Измеритель артериального давления Omron M2 Compact, использованный при определении давления испытуемых до, во время и после полярного сияния. За день до полярного сияния: Испытуемый, возраст Давление t˚ тела Самочувствие Александр Бирюков, 32 (здоровый) Нормальное 36.6 Отличное Святослав Новиков, 38 (артериальная гипотензия) Нормальное 36.7 Слабость Павел Голубцов, 46 (гипертоническая болезнь) Нормальное 36.6 Нормальное Евгений Ведомцев, 27 (простуда) Нормальное 36.4 Слабость Виктор Кравчук, 35 (депрессия) Нормальное 36.6 Отличное 19 Во время полярного сияния: Испытуемый, возраст Давление t˚ тела Самочувствие Александр Бирюков, 32 (здоровый) Нормальное 36.7 Отличное Святослав Новиков, 38 (артериальная гипотензия) Пониженное 36.5 Небольшая слабость Павел Голубцов, 46 (гипертоническая болезнь) Повышенное 36.6 Плохое Евгений Ведомцев, 27 (Простуда) Пониженное 36.2 Небольшая слабость Виктор Кравчук, 35 (депрессия) Нормальное 36.6 Хорошее На следующий день после полярного сияния: Испытуемый, возраст Давление t˚ тела Самочувствие Александр Бирюков, 32 (здоровый) Нормальное 36.7 Хорошее Святослав Новиков, 38 (артериальная гипотензия) Павел Голубцов, 46 (гипертоническая болезнь) Евгений Ведомцев, 27 (Простуда) Пониженное 36.5 Нормальное Повышенное 36.6 Нормальное Пониженное 36.3 Небольшая слабость Виктор Кравчук, 35 (депрессия) Нормальное 36.6 Хорошее Рассмотрим результаты исследования: Ухудшение состояния не совсем здоровых людей максимально проявляется за день до начала полярного сияния. Это объясняется связью солнечных вспышек и полярных сияний. Спустя 8 минут от начала солнечной вспышки солнечный свет (а также рентгеновское излучение) достигают атмосферы Земли и вызывают там процессы, которые влияют на функционирование организма. Полярные сияния же происходят на следующий день после солнечных вспышек [11, с. 143]. Во время полярных сияний проявлялись симптомы ухудшения состояния пожилых и не вполне здоровых людей, учащались случаи повышения артериального давления. 20 Наблюдения за больным гипертонической болезнью Павлом показали, что его состояние ухудшилось за сутки до полярного сияния. Святослав, у которого артериальная гипотензия, почувствовал ухудшение самочувствия во время полярного сияния. Только на следующий день после полярного сияния давление у обоих испытуемых стабилизировалось. У Виктора, страдающего депрессией, за день до полярного сияния и несколько дней наблюдалось ухудшение здоровья и самочувствия. Интересна реакция здорового и больного организмов на полярное сияние (Александра и Евгения соответственно). Александр оказался в состоянии перестроить свои внутренние процессы в соответствии с изменившимися условиями внешней среды. Активизировалась иммунная система, увеличилась работоспособность. Александр воспринял это как улучшение самочувствия, подъём настроения. У Евгения же ухудшились показатели энергетики, иммунологической защиты, появилось психическое напряжение (как он сам нам об этом сказал). В результате проведённых исследований нами приобретены навыки определения давления и температуры тела человека. Мы пришли к выводу о том, что полярные сияния воздействуют негативно на пожилых и не совсем здоровых людей. Взрослые здоровые люди неприятных симптомов не испытывали. 21 Заключение Можно с уверенностью сказать, что исследования последних десятилетий, включая изучение явления с искусственных спутников Земли и ракет и создание искусственных сияний, существенно обогатили наши знания о полярных сияниях. Ясно, что не просто загадка полярных сияний разгадана, но и накоплен большой фактический материал об окружающем нашу планету пространстве, состоянии межпланетной среды и солнечном излучении, включая потоки заряженных частиц. И, тем не менее, проблема полярных сияний ещё далека от своего решения. Действительно, мы знаем, что полярное сияние – это свечение верхней атмосферы в высоких широтах северного и южного полушарий Земли, вызванное энергичными заряженными частицами, вторгающимися в земную магнитосферу на своём пути от Солнца. Известны и основные закономерности проявления полярных сияний: их зависимость от высоты, географического положения, солнечной активности, возмущений магнитного поля Земли и т. д. И всё же в настоящее время мы ещё не можем не только описать количественно это явление, но даже предсказать заранее многие закономерности предстоящего полярного сияния. Проблема полярных сияний оказывается слишком сложной и многоплановой. Например, до сих пор неясна связь полярных сияний с погодой. Северяне хорошо знают, что полярные сияния чаще наблюдаются в морозные ночи. Объяснения этому пока нет. В то же время возникают неожиданные взаимосвязи, ждущие своих будущих исследователей, в достаточно необычных вопросах. В начале моего проекта речь шла о том, что в свое время появление полярных сияний связывалось с трагическими явлениями в природе и обществе. Только ли страх перед непонятными впечатляющими явлениями природы лежит в основе этих суеверий? Сейчас хорошо известно, что солнечные ритмы с различными периодами (27 суток, 11 лет и т. д.) влияют на самые разные стороны жизни на Земле. Солнечные и магнитные бури (и связанные с ними полярные сияния) могут вызывать рост различных заболеваний, в том числе заболеваний сердечно-сосудистой системы человека. С солнечными циклами связаны изменения климата на Земле, появление засух и наводнений, землетрясения и т. д. Всё это заставляет ещё раз серьезно задуматься над связью между полярными сияниями и земными катаклизмами и бедами. Может быть, не так и глупы старые представления о такой связи? На основе проведённых нами инструментальных медицинских наблюдений за состоянием людей до, во время и после полярного сияния, мы можем сделать вывод о 22 существенной роли северного сияния в самочувствии людей. Пожилые и люди с различными нарушениями здоровья ощущают негативное воздействие полярного сияния, у них изменяется температура тела, «скачет» давление, возникает слабость, иногда головная боль. Здоровые взрослые люди не ощущают воздействия сияний на самочувствие, иногда даже возникают ощущения улучшения самочувствия и увеличения бодрости духа. Таким образом, гипотеза о том, что полярные сияния могут оказывать существенное отрицательное влияние на состояние здоровья человека, в целом, подтверждена. Цель нашей работы – изучить информацию о полярных сияниях и их воздействии на самочувствие человека – мы считаем достигнутой. Мы проанализировали имеющиеся источники данных о полярных сияниях, изучили теории их происхождения, высотное и широтное распространение, сравнили формы полярных сияний в разных районах России и мира, рассмотрели роль антропогенного фактора в возникновении полярных сияний, оценили активность полярных сияний и их роль в состоянии здоровья человека. При этом мы приобрели полезные жизненные умения измерения температуры тела, артериального давления, субъективной оценки самочувствия человека. Полученные материалы и выводы могут быть использованы в учебном процессе, при преподавании географии, физики, астрономии. Также на основе наших наблюдений могут быть выработаны рекомендации пожилым и молодым (и не вполне здоровым) путешественникам по зимнему Заполярью, с целью ограничить негативное воздействие полярных сияний на их самочувствие. 23 Список использованных информационных источников 1. Акасофу С. И. Полярные и магнитосферные суббури. 1971. 2. Александров Н. Л. МФТИ "Соросовский образовательный журнал", т.7, N 5, 2001 http://www.astronet.ru/db/msg/1173555 3. Булат В. Л. Оптические явления в природе. 1974. 4. Воронцов-Вельяминов Б. А. Очерки о вселенной. 1980. 5. Данлогг С. Азбука звездного неба. 1990. 6. Журнал «Техника – Молодёжи!». № 4, 1977. с.21-22 7. Зверева С. В. В мире солнечного света. 1988. 8. Исаев С. И., Пудовкин М. И. Полярные сияния и процессы в магнитосфере-Земли. 1972. 9. Исаев С. И. Полярные сияния. 1980. 10. Красовский В. И. Некоторые результаты исследований полярных сияний и излучения ночного неба во время МГГ и МГС, «Успехи физических наук», 1961, т. 75, в. 3 11. Мизун Ю. Г. Полярные сияния. 1983. 12. Мирошниченко Л. И. Солнечная активность и земля. 1981. 13. Мишин Е. В., Ружин Ю. Я., Телегин В. А. Взаимодействие электронных потоков с ионосферной плазмой. 1989. 14. Омхольт А. Полярные сияния. 1974. 15. Чемберлен Дж. Физика полярных сияний и излучения атмосферы, пер. с англ.1963 16. Энциклопедия “Кругосвет” http://www.krugosvet.ru/enc/nauka_i_tehnika/fizika/POLYARNOE_SIYANIE.html