Страница:
Приложение 2 Информация о нашем Солнце
Чтобы иметь представление о Солнце, воспользуемся информацией из энциклопедического словаря под редакцией А.М. Прохорова (1990 г.). Так, в нем мы читаем: «Во время наблюдений звездного неба мы видим, что цвет звезд различен. Это свидетельствует о температуре их ФОТОСФЕРЫ (см. ниже). Доказано, что между максимальной длиной волны излучения и температурой существует определенная зависимость. У разных звезд максимум излучения приходится на разные длины волн. Например, наше Солнце – ЖЕЛТАЯ ЗВЕЗДА– Такого же цвета Капелла, температура которой около 6000 К (К – Кельвин). Звезды, имеющие температуру 3500–4000 К красного цвета (Альдебаран) и т. д.
Выявлено много звезд более горячих, чем Солнце. К ним относятся, например, БЕЛЫЕ ЗВЕЗДЫ (Сириус, Вега и др.). Их температура порядка 104 – 2 х 104 К. Реже встречаются голубовато-белые, температура фотосферы которых 3 х 104 – 5 х 104 К. В недрах звезд температура не менее 107 К.
Спектры большинства звезд, как и спектр Солнца, представляют собой спектры поглощения: на фоне непрерывного спектра видны темные линии.
Сходные между собой спектры звезд, сгруппированы в СЕМЬ ОСНОВНЫХ СПЕКТРАЛЬНЫХ КЛАССОВ. Они обозначаются буквами латинского алфавита: O-B-A-F-G-K-Ми располагаются в такой последовательности, что при переходе слева направо ЦВЕТ звезды меняется от близкого к ГОЛУБОМУ (класс О), БЕЛОМУ (класс А), ЖЕЛТОМУ (класс G), КРАСНОМУ (класс М). Следовательно, в этом же направлении от класса к классу происходит убывание температуры звезд.
Таким образом, последовательность спектральных классов отражает различие цвета и температуры звезд. Внутри каждого класса существует различие еще на 10 подклассов. Например, спектральный класс F имеет такие подклассы: FO – F1 – F2 – F3 – F4 – F5 – F6 – F7 – F8 – F9.
Солнце относится к спектральному классу G 2.
Следовательно, Солнце и созвездия Зодиака – самосветящиеся Небесные тела, а Луна (планета) светит отраженным солнечным светом. Это касается и всех остальных планет (Венеры, Марса, Сатурна, Юпитера и др.) солнечной системы. СОЛНЦЕ – центральное тело Солнечной системы, раскаленный плазменный шар, типичная звезда-карлик; масса М ~ 2 х 1030 кг, радиус R = 696 тыс. км, средняя плотность 1,416 х 103 кг/м3, светимость L = 3,86 х 1023 кВт, эффективная температура поверхности (фотосферы) около 6000 К. Период вращения (синодического) Солнца изменяется от 27 суток на экваторе до 32 суток у полюсов, ускорение свободного падения 274 м/ с2. Химический состав, определенный из анализа солнечного спектра: ВОДОРОД – около 90 %, ГЕЛИЙ (от греческого helios – СОЛНЦЕ) – 10 %, остальные элементы – менее 0,1 % (по числу атомов). ПЛАЗМА – ионизованный газ, в котором концентрации положительных и отрицательных зарядов равны (квазинейтральность).
Солнечная АТМОСФЕРА СОСТОИТ из ФОТОСФЕРЫ, ХРОМОСФЕРЫ и СОЛНЕЧНОЙ КОРОНЫ. ФОТОСФЕРА – нижний слой атмосферы, ее толщина около 200–300 км. При этом температура убывает снизу вверх от 8 до 4,5 тыс. К. Из фотосферы исходит почти все электромагнитное излучение Солнца. ПРОЯВЛЕНИЕ СОЛНЕЧНОЙ АКТИВНОСТИ в ФОТОСФЕРЕ – СОЛНЕЧНЫЕ ПЯТНА и ФАКЕЛЫ. ХРОМОСФЕРА – слой солнечной атмосферы между фотосферой и короной толщиной 7–8 тыс. км. Во время солнечных затмений наблюдается в виде яркого кольца вокруг Солнца, отличается значительной неоднородностью температуры (5-10 тыс. К), плотностью и других физических параметров; элементы структуры – хромосферная сетка и спикулы. Ячейки сетки – динамические образования диаметром 20–50 тыс. км, в которых плазма движется от центра к периферии. Спикулы – отдельные столбы светящейся плазмы, видимые при наблюдении в монохроматическом свете. Спикулы поднимаются из хромосферы в солнечную корону высотой 6-10 тыс. км, их диаметр 200-2000 км, среднее время жизни 5–7 минут. На Солнце одновременно существуют сотни тысяч спикул. СОЛНЕЧНАЯ КОРОНА – внешняя часть солнечной атмосферы, состоит из горячей (1–2 млн К) разреженной высокоионизованной плазмы. Она прослеживается до расстояний в несколько десятков радиусов Солнца и постепенно рассеивается в межпланетном пространстве. При этом из солнечной короны происходит истечение плазмы в межпланетное пространство в виде СОЛНЕЧНОГО ВЕТРА, средняя скорость частиц (протонов и электронов) которого на уровне орбиты Земли около 400 км/с, а число частиц – несколько десятков в 1 кубическом сантиметре.
ИСТОЧНИК СОЛНЕЧНОЙ ЭНЕРГИИ – ядерные превращения водорода в гелий в центральной области Солнца, где температура равна 15 млн К. При этом каждый атом гелия образуется из четырех атомов водорода. Если вспомнить, что атомная масса водорода равна 1,008, можно было бы ожидать, что атомная масса гелия – 4,032, а в действительности – только 4,003. Следовательно, в ходе образования каждого грамм-атома гелия теряется 0,029 г. вещества. Однако в полном соответствии с формулой Эйнштейна Е = тс2 «возникает» эквивалентное количество лучистой энергии. Энергия из недр переносится ИЗЛУЧЕНИЕМ, а затем во внешнем слое – конвекцией. С конвективным движением ПЛАЗМЫ связано существование фотосферной грануляции, солнечных пятен и т. д.
Считают, что источником СОЛНЕЧНОГО МАГНЕТИЗМА (магнитного поля на Солнце) являются сложные движения плазмы в недрах Солнца. При этом магнитное поле светила упорядочивает движение солнечной плазмы, обуславливает солнечные вспышки, существование протуберанцев и т. д. Средняя напряженность магнитного поля в фотосфере равна 1Э (79,6 А/м); локальные магнитные поля, например, в области солнечных пятен, могут достигать нескольких тыс. Э. Наблюдения показывают, что периодические усиления солнечного магнетизма определяют солнечную активность. Она регулярно возникает в атмосфере Солнца в виде характерных образований: СОЛНЕЧНЫХ ПЯТЕН, ФАКЕЛОВ в фотосфере, ФЛОККУЛОВ и ВСПЫШЕК в хромосфере, ПРОТУБЕРАНЦЕВ в короне. Области, где в совокупности наблюдаются эти явления, называются центрами.
СОЛНЕЧНЫЕ ПЯТНА – образования в фотосфере Солнца, развиваются из ПОР, могут достигать 200 тыс. км в поперечнике, существуют в среднем 10–20 суток. Температура в солнечных пятнах ниже температуры фотосферы на 1–2 тыс. К (4500 К и ниже), вследствие чего они в 2–5 раз темнее фотосферы. Для солнечных пятен характерны сильные магнитные поля (до 4 кЭ). Среднее годовое число солнечных пятен изменяется с 11 – летним периодом.
ФАКЕЛЫ ФОТОСФЕРНЫЕ – цепочки ярких гранул, обычно окружающих группу солнечных пятен. Суммарная площадь цепочек (волокон факелов) в несколько раз больше площади пятен, а существуют факелы в среднем дольше, чем пятна. В годы максимума солнечной активности факелы могу занимать до 10 % всей поверхности Солнца.
ФЛОККУЛЫ (от латинского floccus – кусочек) (факелы хромосферные) – волокнистые образования в хромосферном слое центров солнечной активности, имеют большую яркость и плотность, чем окружающие участки хромосферы, ориентированы вдоль силовых линий магнитного поля; являются продолжением факелов фотосферных в хромосферные.
СОЛНЕЧНАЯ ВСПЫШКА – самое мощное проявление солнечной активности, внезапное местное выделение энергии магнитных полей в короне и хромосфере Солнца (до 1025 Дж при наиболее сильных солнечных вспышках). При солнечных вспышках наблюдаются: увеличение яркости хромосферы (8-10 мин.), ускорение электронов, протонов и тяжелых ионов (с частым выбросом их в межпланетное пространство), т. е. бета-излучение и альфа-излучение, а так же рентгеновское и радиоизлучение.
ПРОТУБЕРАНЦЫ – громадные, протяженностью до сотен тыс. км, плазменные образования в солнечной короне, имеющие большую плотность и меньшую температуру, чем окружающая их плазма короны. На диске Солнца наблюдаются в виде темных волокон, а на его краю – в виде светящихся облаков, арок или струй.
Следовательно, из Солнца постоянно выделяются электромагнитное излучение и поток частиц плазмы (солнечный ветер) в межпланетное пространство. В этом случае говорят о СОЛНЕЧНОЙ РАДИАЦИИ.
Что же представляет собой ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЕ ПОЛЕ (ЭМП) Солнца? ЭМП – особая форма материи, представляющая собой электромагнитное излучение, состоящее из ПОТОКА ЭЛЕМЕНТАРНЫХ ЧАСТИЦ – ФОТОНОВ с определенным диапазоном их энергий. Посредством электромагнитного поля осуществляется фундаментальное взаимодействие между заряженными частицами. Оно характеризуется напряженностями (или индукциями) электрического и магнитного полей и распространяется в виде поперечных волн в пространстве с конечной скоростью, зависящей от свойств среды. Энергию электромагнитного поля (излучения) Солнца изучают с помощью СОЛНЕЧНОГО СПЕКТРА, который представляет собой ее распределение в диапазоне длин волн от нескольких долей нм (гамма-излучения) до метровых радиоволн. При этом, кроме гамма-излучений и радиоволн, в его составе выявлены: РЕНТГЕНОВСКОЕ, УЛЬТРАФИОЛЕТОВОЕ, ОПТИЧЕСКОЕ и ИНФРАКРАСНОЕ ИЗЛУЧЕНИЯ. По длине волны (λ) электромагнитного поля различают: радиоволны с λ > 10-2 см; световые волны (инфракрасные с λ 5 × 10-2 – 7,4 × 10-5см, видимый свет с λ 7,4 × 10-5 – 4х 10-5 см, ультрафиолетовые с λ 4 × 10-5 – 10-6см); рентгеновское излучение с λ 10-5-10-12см; гамма-излучение с λ < 10-8 см. При прохождении электромагнитных волн через среду возможны процессы отражения, преломления, дифракции и интерференции, дисперсии и др.
Если доля ультрафиолетового и инфракрасного излучений составляет около 59 % излучения Солнца, то гамма и рентгеновское излучения присутствуют в солнечном спектре в ничтожных количествах. Оставшуюся часть солнечного излучения составляют ВИДИМЫЙ СВЕТ и РАДИОВОЛНЫ.
Следует отметить, что к ПЕРВИЧНО ПОРАЖАЮЩИМ ЭНЕРГИЯМ живые организмы относятся гамма-излучение, рентгеновское и ультрафиолетовое излучение, а энергии видимого света и инфракрасного излучения являются жизненными энергиями земных биосистем, без которых их жизнедеятельность невозможна.
Необходимо добавить, что из глубины Солнца могут исходить специфические биологически активные X и Z излучения.
ПОТОК ЧАСТИЦ (КОРПУСКУЛ) ПЛАЗМЫ СОЛНЦА (солнечный ветер) в основном состоит из протонов и электронов.
СОЛНЕЧНАЯ АКТИВНОСТЬ. Как известно из наблюдений, в пространстве около Земли действуют магнитные силы, свидетельствующие о существовании земного магнитного поля. В соответствии с одной из точек зрения магнитное поле Земли вызывается токами, которые протекают в ядре Земли. Кроме внутренних источников, существуют внешние источники магнитного поля Земли, создающие периферические вариации магнитного поля и магнитные бури. Проводя измерения магнитного поля в каком-нибудь пункте, можно наблюдать, что оно плавно изменяется в течение суток. Суточные изменения, или, как их называют, суточные вариации, могут достигать нескольких десятков гамм. Наиболее интенсивные изменения земного магнитного поля наблюдаются летом в дневное время. Предполагают, что суточные изменения земного магнитного поля наиболее сильно связаны с влиянием Солнца, так как вариации максимальны в период максимальной освещенности Земли. Это объясняется тем, что Солнце тоже имеет магнитное поле, которое на его поверхности составляет в среднем 1–2 Э, что в 2–4 раза выше, чем на поверхности Земли.
При повышенной активности Солнца значительно увеличиваются его электромагнитное и корпускулярное излучения, т. е. СОЛНЕЧНАЯ РАДИАЦИЯ. Считают, что в спокойные годы солнечные пятна вообще не наблюдаются в течение нескольких месяцев, в то время как в годы активности число их быстро возрастает. Поэтому солнечная активность обычно оценивается по числу пятен и выражается в числах Вольфа, которые рассчитываются по формуле:
W= 10g + f,
где W– число Вольфа; g – групп пятен; f – общее число всех пятен, видимых на диске Солнца.
Например, если на Солнце только одно пятно, то W = 10 + 1 = 11 (в данном случае одно пятно соответствует одной группе). Время существования пятен обычно бывает сравнительно велико и составляет в среднем около месяца. Такая относительная стабильность этих образований позволяет по числам Вольфа построить кривые закономерности изменения солнечной активности за продолжительный промежуток времени и выявить периоды ее колебания. Для этого по суточным числам Вольфа определяются их осредненные значения за месяц или год.
Из многолетних наблюдений было установлено, что в среднем циклы солнечной активности составляют 11,1 года, но при этом они могут колебаться от 7,5 до 16 лет.
Каждый цикл состоит из четырех периодов:
1-й – минимум;
2-й – нарастание солнечной активности;
3-й – максимум;
4-й – падение активности.
Принято считать, что нарастание солнечной активности обычно продолжается 4,5 года, падение – 6,6 года. Естественно, при изменении общей продолжительности цикла изменяются и отдельные его составляющие. Солнечная активность сопровождается вспышками, это быстрые во времени проявления, количество которых достигает десятков в сутки, в то время как при спокойном Солнце в течение многих месяцев не бывает ни одной.
Однако 11-летние циклы бывают не всегда однородны по своему характеру. Полагают, что это связано с перемагничиванием полюсов после каждого минимума. В связи с этим правильнее говорить не об 11-летних, а о 22-летних циклах. При этом известны 33-35-летние и 90-летние солнечные циклы».
Выявлено много звезд более горячих, чем Солнце. К ним относятся, например, БЕЛЫЕ ЗВЕЗДЫ (Сириус, Вега и др.). Их температура порядка 104 – 2 х 104 К. Реже встречаются голубовато-белые, температура фотосферы которых 3 х 104 – 5 х 104 К. В недрах звезд температура не менее 107 К.
Спектры большинства звезд, как и спектр Солнца, представляют собой спектры поглощения: на фоне непрерывного спектра видны темные линии.
Сходные между собой спектры звезд, сгруппированы в СЕМЬ ОСНОВНЫХ СПЕКТРАЛЬНЫХ КЛАССОВ. Они обозначаются буквами латинского алфавита: O-B-A-F-G-K-Ми располагаются в такой последовательности, что при переходе слева направо ЦВЕТ звезды меняется от близкого к ГОЛУБОМУ (класс О), БЕЛОМУ (класс А), ЖЕЛТОМУ (класс G), КРАСНОМУ (класс М). Следовательно, в этом же направлении от класса к классу происходит убывание температуры звезд.
Таким образом, последовательность спектральных классов отражает различие цвета и температуры звезд. Внутри каждого класса существует различие еще на 10 подклассов. Например, спектральный класс F имеет такие подклассы: FO – F1 – F2 – F3 – F4 – F5 – F6 – F7 – F8 – F9.
Солнце относится к спектральному классу G 2.
Следовательно, Солнце и созвездия Зодиака – самосветящиеся Небесные тела, а Луна (планета) светит отраженным солнечным светом. Это касается и всех остальных планет (Венеры, Марса, Сатурна, Юпитера и др.) солнечной системы. СОЛНЦЕ – центральное тело Солнечной системы, раскаленный плазменный шар, типичная звезда-карлик; масса М ~ 2 х 1030 кг, радиус R = 696 тыс. км, средняя плотность 1,416 х 103 кг/м3, светимость L = 3,86 х 1023 кВт, эффективная температура поверхности (фотосферы) около 6000 К. Период вращения (синодического) Солнца изменяется от 27 суток на экваторе до 32 суток у полюсов, ускорение свободного падения 274 м/ с2. Химический состав, определенный из анализа солнечного спектра: ВОДОРОД – около 90 %, ГЕЛИЙ (от греческого helios – СОЛНЦЕ) – 10 %, остальные элементы – менее 0,1 % (по числу атомов). ПЛАЗМА – ионизованный газ, в котором концентрации положительных и отрицательных зарядов равны (квазинейтральность).
Солнечная АТМОСФЕРА СОСТОИТ из ФОТОСФЕРЫ, ХРОМОСФЕРЫ и СОЛНЕЧНОЙ КОРОНЫ. ФОТОСФЕРА – нижний слой атмосферы, ее толщина около 200–300 км. При этом температура убывает снизу вверх от 8 до 4,5 тыс. К. Из фотосферы исходит почти все электромагнитное излучение Солнца. ПРОЯВЛЕНИЕ СОЛНЕЧНОЙ АКТИВНОСТИ в ФОТОСФЕРЕ – СОЛНЕЧНЫЕ ПЯТНА и ФАКЕЛЫ. ХРОМОСФЕРА – слой солнечной атмосферы между фотосферой и короной толщиной 7–8 тыс. км. Во время солнечных затмений наблюдается в виде яркого кольца вокруг Солнца, отличается значительной неоднородностью температуры (5-10 тыс. К), плотностью и других физических параметров; элементы структуры – хромосферная сетка и спикулы. Ячейки сетки – динамические образования диаметром 20–50 тыс. км, в которых плазма движется от центра к периферии. Спикулы – отдельные столбы светящейся плазмы, видимые при наблюдении в монохроматическом свете. Спикулы поднимаются из хромосферы в солнечную корону высотой 6-10 тыс. км, их диаметр 200-2000 км, среднее время жизни 5–7 минут. На Солнце одновременно существуют сотни тысяч спикул. СОЛНЕЧНАЯ КОРОНА – внешняя часть солнечной атмосферы, состоит из горячей (1–2 млн К) разреженной высокоионизованной плазмы. Она прослеживается до расстояний в несколько десятков радиусов Солнца и постепенно рассеивается в межпланетном пространстве. При этом из солнечной короны происходит истечение плазмы в межпланетное пространство в виде СОЛНЕЧНОГО ВЕТРА, средняя скорость частиц (протонов и электронов) которого на уровне орбиты Земли около 400 км/с, а число частиц – несколько десятков в 1 кубическом сантиметре.
ИСТОЧНИК СОЛНЕЧНОЙ ЭНЕРГИИ – ядерные превращения водорода в гелий в центральной области Солнца, где температура равна 15 млн К. При этом каждый атом гелия образуется из четырех атомов водорода. Если вспомнить, что атомная масса водорода равна 1,008, можно было бы ожидать, что атомная масса гелия – 4,032, а в действительности – только 4,003. Следовательно, в ходе образования каждого грамм-атома гелия теряется 0,029 г. вещества. Однако в полном соответствии с формулой Эйнштейна Е = тс2 «возникает» эквивалентное количество лучистой энергии. Энергия из недр переносится ИЗЛУЧЕНИЕМ, а затем во внешнем слое – конвекцией. С конвективным движением ПЛАЗМЫ связано существование фотосферной грануляции, солнечных пятен и т. д.
Считают, что источником СОЛНЕЧНОГО МАГНЕТИЗМА (магнитного поля на Солнце) являются сложные движения плазмы в недрах Солнца. При этом магнитное поле светила упорядочивает движение солнечной плазмы, обуславливает солнечные вспышки, существование протуберанцев и т. д. Средняя напряженность магнитного поля в фотосфере равна 1Э (79,6 А/м); локальные магнитные поля, например, в области солнечных пятен, могут достигать нескольких тыс. Э. Наблюдения показывают, что периодические усиления солнечного магнетизма определяют солнечную активность. Она регулярно возникает в атмосфере Солнца в виде характерных образований: СОЛНЕЧНЫХ ПЯТЕН, ФАКЕЛОВ в фотосфере, ФЛОККУЛОВ и ВСПЫШЕК в хромосфере, ПРОТУБЕРАНЦЕВ в короне. Области, где в совокупности наблюдаются эти явления, называются центрами.
СОЛНЕЧНЫЕ ПЯТНА – образования в фотосфере Солнца, развиваются из ПОР, могут достигать 200 тыс. км в поперечнике, существуют в среднем 10–20 суток. Температура в солнечных пятнах ниже температуры фотосферы на 1–2 тыс. К (4500 К и ниже), вследствие чего они в 2–5 раз темнее фотосферы. Для солнечных пятен характерны сильные магнитные поля (до 4 кЭ). Среднее годовое число солнечных пятен изменяется с 11 – летним периодом.
ФАКЕЛЫ ФОТОСФЕРНЫЕ – цепочки ярких гранул, обычно окружающих группу солнечных пятен. Суммарная площадь цепочек (волокон факелов) в несколько раз больше площади пятен, а существуют факелы в среднем дольше, чем пятна. В годы максимума солнечной активности факелы могу занимать до 10 % всей поверхности Солнца.
ФЛОККУЛЫ (от латинского floccus – кусочек) (факелы хромосферные) – волокнистые образования в хромосферном слое центров солнечной активности, имеют большую яркость и плотность, чем окружающие участки хромосферы, ориентированы вдоль силовых линий магнитного поля; являются продолжением факелов фотосферных в хромосферные.
СОЛНЕЧНАЯ ВСПЫШКА – самое мощное проявление солнечной активности, внезапное местное выделение энергии магнитных полей в короне и хромосфере Солнца (до 1025 Дж при наиболее сильных солнечных вспышках). При солнечных вспышках наблюдаются: увеличение яркости хромосферы (8-10 мин.), ускорение электронов, протонов и тяжелых ионов (с частым выбросом их в межпланетное пространство), т. е. бета-излучение и альфа-излучение, а так же рентгеновское и радиоизлучение.
ПРОТУБЕРАНЦЫ – громадные, протяженностью до сотен тыс. км, плазменные образования в солнечной короне, имеющие большую плотность и меньшую температуру, чем окружающая их плазма короны. На диске Солнца наблюдаются в виде темных волокон, а на его краю – в виде светящихся облаков, арок или струй.
Следовательно, из Солнца постоянно выделяются электромагнитное излучение и поток частиц плазмы (солнечный ветер) в межпланетное пространство. В этом случае говорят о СОЛНЕЧНОЙ РАДИАЦИИ.
Что же представляет собой ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЕ ПОЛЕ (ЭМП) Солнца? ЭМП – особая форма материи, представляющая собой электромагнитное излучение, состоящее из ПОТОКА ЭЛЕМЕНТАРНЫХ ЧАСТИЦ – ФОТОНОВ с определенным диапазоном их энергий. Посредством электромагнитного поля осуществляется фундаментальное взаимодействие между заряженными частицами. Оно характеризуется напряженностями (или индукциями) электрического и магнитного полей и распространяется в виде поперечных волн в пространстве с конечной скоростью, зависящей от свойств среды. Энергию электромагнитного поля (излучения) Солнца изучают с помощью СОЛНЕЧНОГО СПЕКТРА, который представляет собой ее распределение в диапазоне длин волн от нескольких долей нм (гамма-излучения) до метровых радиоволн. При этом, кроме гамма-излучений и радиоволн, в его составе выявлены: РЕНТГЕНОВСКОЕ, УЛЬТРАФИОЛЕТОВОЕ, ОПТИЧЕСКОЕ и ИНФРАКРАСНОЕ ИЗЛУЧЕНИЯ. По длине волны (λ) электромагнитного поля различают: радиоволны с λ > 10-2 см; световые волны (инфракрасные с λ 5 × 10-2 – 7,4 × 10-5см, видимый свет с λ 7,4 × 10-5 – 4х 10-5 см, ультрафиолетовые с λ 4 × 10-5 – 10-6см); рентгеновское излучение с λ 10-5-10-12см; гамма-излучение с λ < 10-8 см. При прохождении электромагнитных волн через среду возможны процессы отражения, преломления, дифракции и интерференции, дисперсии и др.
Если доля ультрафиолетового и инфракрасного излучений составляет около 59 % излучения Солнца, то гамма и рентгеновское излучения присутствуют в солнечном спектре в ничтожных количествах. Оставшуюся часть солнечного излучения составляют ВИДИМЫЙ СВЕТ и РАДИОВОЛНЫ.
Следует отметить, что к ПЕРВИЧНО ПОРАЖАЮЩИМ ЭНЕРГИЯМ живые организмы относятся гамма-излучение, рентгеновское и ультрафиолетовое излучение, а энергии видимого света и инфракрасного излучения являются жизненными энергиями земных биосистем, без которых их жизнедеятельность невозможна.
Необходимо добавить, что из глубины Солнца могут исходить специфические биологически активные X и Z излучения.
ПОТОК ЧАСТИЦ (КОРПУСКУЛ) ПЛАЗМЫ СОЛНЦА (солнечный ветер) в основном состоит из протонов и электронов.
СОЛНЕЧНАЯ АКТИВНОСТЬ. Как известно из наблюдений, в пространстве около Земли действуют магнитные силы, свидетельствующие о существовании земного магнитного поля. В соответствии с одной из точек зрения магнитное поле Земли вызывается токами, которые протекают в ядре Земли. Кроме внутренних источников, существуют внешние источники магнитного поля Земли, создающие периферические вариации магнитного поля и магнитные бури. Проводя измерения магнитного поля в каком-нибудь пункте, можно наблюдать, что оно плавно изменяется в течение суток. Суточные изменения, или, как их называют, суточные вариации, могут достигать нескольких десятков гамм. Наиболее интенсивные изменения земного магнитного поля наблюдаются летом в дневное время. Предполагают, что суточные изменения земного магнитного поля наиболее сильно связаны с влиянием Солнца, так как вариации максимальны в период максимальной освещенности Земли. Это объясняется тем, что Солнце тоже имеет магнитное поле, которое на его поверхности составляет в среднем 1–2 Э, что в 2–4 раза выше, чем на поверхности Земли.
При повышенной активности Солнца значительно увеличиваются его электромагнитное и корпускулярное излучения, т. е. СОЛНЕЧНАЯ РАДИАЦИЯ. Считают, что в спокойные годы солнечные пятна вообще не наблюдаются в течение нескольких месяцев, в то время как в годы активности число их быстро возрастает. Поэтому солнечная активность обычно оценивается по числу пятен и выражается в числах Вольфа, которые рассчитываются по формуле:
W= 10g + f,
где W– число Вольфа; g – групп пятен; f – общее число всех пятен, видимых на диске Солнца.
Например, если на Солнце только одно пятно, то W = 10 + 1 = 11 (в данном случае одно пятно соответствует одной группе). Время существования пятен обычно бывает сравнительно велико и составляет в среднем около месяца. Такая относительная стабильность этих образований позволяет по числам Вольфа построить кривые закономерности изменения солнечной активности за продолжительный промежуток времени и выявить периоды ее колебания. Для этого по суточным числам Вольфа определяются их осредненные значения за месяц или год.
Из многолетних наблюдений было установлено, что в среднем циклы солнечной активности составляют 11,1 года, но при этом они могут колебаться от 7,5 до 16 лет.
Каждый цикл состоит из четырех периодов:
1-й – минимум;
2-й – нарастание солнечной активности;
3-й – максимум;
4-й – падение активности.
Принято считать, что нарастание солнечной активности обычно продолжается 4,5 года, падение – 6,6 года. Естественно, при изменении общей продолжительности цикла изменяются и отдельные его составляющие. Солнечная активность сопровождается вспышками, это быстрые во времени проявления, количество которых достигает десятков в сутки, в то время как при спокойном Солнце в течение многих месяцев не бывает ни одной.
Однако 11-летние циклы бывают не всегда однородны по своему характеру. Полагают, что это связано с перемагничиванием полюсов после каждого минимума. В связи с этим правильнее говорить не об 11-летних, а о 22-летних циклах. При этом известны 33-35-летние и 90-летние солнечные циклы».
Приложение 3 Информация о планете Земля
В том же энциклопедическом словаре (см. выше) мы читаем: «Земля – третья от Солнца планета Солнечной системы, обращающаяся вокруг него по эллиптической орбите (близкой к круговой) со средней скоростью 29,765 км/с на среднем расстоянии 149,6 млн. км за период, равный 365,24 средних солнечных суток. Имеет спутник – Луну, обращающуюся вокруг Земли на среднем расстоянии 384 тыс. км. Наклон земной оси к плоскости эклиптики 66°33’22”, период вращения вокруг оси 23 ч. 56 мин. 4,1 с. ВРАЩЕНИЕ ВОКРУГ ОСИ ВЫЗЫВАЕТ СМЕНУ ДНЯ и НОЧИ, НАКЛОН ОСИ и ОБРАЩЕНИЕ ВОКРУГ СОЛНЦА – СМЕНУ ВРЕМЕН ГОДА.
Средний радиус Земли 6371,032 км, экваториальный -6378,160 км, полярный – 6356,777 км. Земля обладает магнитным полем и тесно связанным с ним электрическим полем. Гравитационное поле Земли обусловливает сферическую форму Земли, существование АТМОСФЕРЫ.
По современным космическим представлениям, Земля образовалась около 4,7 млрд лет назад из рассеянного в протосолнечной системе газопылевого вещества. В результате дифференциации вещества Земли, под действием гравитационного поля, в условиях разогрева земных недр возникли и развились различные по химическому составу, агрегатному состоянию и физическим свойствам оболочки – ГЕОСФЕРЫ: ЯДРО (в центре), МАНТИЯ, ЗЕМНАЯ КОРА, ГИДРОСФЕРА, АТМОСФЕРА, МАГНИТОСФЕРА.
ЛИТОСФЕРА – сфера «твердой» Земли, включающая земную кору и часть верхней мантии (субстрат).
В составе Земли преобладают железо (34,6 %), кислород (29,5 %), кремний (15,2 %), магний (12,7 %). Земная кора, мантия и внутренняя часть ядра твердые (внешняя часть ядра считается жидкой).
Большая часть поверхности Земли занята Мировым океаном (361,1 млн. кв. км – 70,8 %); суша составляет 149,1 млн кв. км (29,2 %) и образует шесть материков и островов. Она поднимается над уровнем Мирового океана в среднем на 875 м (наибольшая высота 8848 м – гора Джомолунгма); горы занимают свыше 1/3 поверхности суши. Пустыни покрывают около 20 % поверхности суши, саванны и редколесья – около 20 %, лес – около 30 %, ледники – свыше 10 %. Средняя глубина океана около 3800 м, наибольшая – 11 022 м (Марианский желоб в Тихом океане), объем воды 1370 млн куб. км, средняя соленость 35 г/л.
МАНТИЯ ЗЕМЛИ – оболочка «твердой» Земли, расположенная между земной корой и ядром Земли. Составляет 83 % объема Земли (без атмосферы) и 67 % ее массы. Верхняя граница проходит на глубине от 5-10 до 70 км по Мохоровичича поверхности, нижняя – на глубине 2900 км по границе с ядром Земли.
ЗЕМНАЯ КОРА – верхняя оболочка «твердой» Земли, нижняя граница которой – Махоровичича поверхность. Различают континентальную кору (толщина от 35–45 км под равнинами до 70 км в области гор) и океаническую (5-10 км).
ГИДРОСФЕРА – совокупность всех водных объектов Земного шара: океанов, морей, рек, озер, водохранилищ, болот, подземных вод, ледников и снежного покрова. Часто под гидросферой подразумевают только океаны и моря.
АТМОСФЕРА – воздушная среда вокруг Земли, вращающаяся вместе с нею. Состав ее у поверхности Земли: 78,1 % азота, 21 % кислорода, 0,9 % аргона, в незначительных долях процента углекислый газ, водород, гелий, неон и другие газы. В нижних 20 км содержится водяной пар, количество которого с высотой быстро убывает. На высоте 20–25 км расположен СЛОЙ ОЗОНА, который предохраняет живые организмы на Земле от вредного коротковолнового излучения. Выше 100 км растет доля легких газов, и на очень больших высотах преобладают ГЕЛИЙ и ВОДОРОД; часть молекул разлагается на атомы и ионы, образуя ИОНОСФЕРУ. Давление и плотность воздуха в атмосфере Земли с высотой убывают. В ЗАВИСИМОСТИ от РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ АТМОСФЕРУ ЗЕМЛИ ПОДРАЗДЕЛЯЮТ на ТРОПОСФЕРУ, СТРАТОСФЕРУ, МЕЗОСФЕРУ, ТЕРМОСФЕРУ, ЭКЗОСФЕРУ. Атмосфера Земли обладает электрическим полем. Неравномерность ее нагревания способствует общей циркуляции атмосферы, которая влияет на погоду и климат Земли.
ИОНОСФЕРА – верхний слой атмосферы, начиная от 50–60 км, характеризующийся значительным содержанием АТМОСФЕРНЫХ ИОНОВ и СВОБОДНЫХ ЭЛЕКТРОНОВ. Верхняя граница ионосферы – внешняя часть магнитосферы Земли. Причина повышенной ионизации воздуха в ионосфере – разложение молекул атмосферных газов под действием ультрафиолетовой и рентгеновской солнечной радиации и космического излучения. Ионизация – это превращение атомов и молекул в электрически заряженные частицы, образующиеся в результате потери или присоединения одного или нескольких электронов.
ОЗОН – O3, аллотропная модификация кислорода. Газ синего цвета с резким запахом, сильный окислитель. При больших концентрациях разлагается со взрывом. Образуется из кислорода при электрическом разряде (например, во время грозы) и под действием ультрафиолетового излучения (например, в стратосфере под действием УФ излучения Солнца). Основная масса озона в атмосфере расположена в виде слоя – ОЗОНОСФЕРЫ – на высоте 20–25 км, которая предохраняет все живое на Земле от вредного влияния коротковолновой УФ радиации Солнца. В промышленности озон получают действием на воздух электрического разряда. Его используют для обеззараживания воды и воздуха.
МАГНИТОСФЕРА Земли, область околопланетного пространства, физические свойства которой определяются магнитным полем планеты и его взаимодействием с потоками заряженных частиц космического происхождения (с солнечным ветром). Магнитосфера Земли с дневной стороны простирается до 8-14 R (R – земной радиус), с ночной – вытянута, образуя так называемый магнитный хвост Земли в несколько сотен R. В магнитосфере находятся РАДИАЦИОННЫЕ ПОЯСА – внутренние области магнитосферы Земли, в которых собственное магнитное поле планеты удерживает заряженные частицы (протоны, электроны), обладающие большой кинетической энергией (энергия, зависящая от скорости движения частицы). В радиационных поясах частицы под действием магнитного поля движутся по сложным траекториям из Северного полушария в Южное и обратно. У Земли обычно выделяют внутренний и внешний радиационные пояса. Внутренний радиационный пояс Земли имеет максимальную плотность частиц (преимущественно, протонов) над экватором на высоте 2–4 тыс. км, внешний электронный радиационный пояс – на высоте около 22 тыс. км. Радиационные пояса – источник радиационной опасности при космических полетах. Мощными радиационными полями обладают Юпитер и Сатурн.
Следовательно, МАГНИТОСФЕРА и АТМОСФЕРА (ИОНОСФЕРА и ОЗОНОСФЕРА) НАХОДЯТСЯ в ПОСТОЯННОМ ВЗАИМОДЕЙСТВИИ с первичным космическим потоком частиц и квантов электромагнитного излучения и ВЫПОЛНЯЮТ БИОЛОГИЧЕСКУЮ ФУНКЦИЮ – ЗАЩИТУ ЖИВЫХ ОРГАНИЗМОВ на Земле. При этом особенно ценным и благотворным для жизни биосистем является то, что СУЩЕСТВУЕТ МАГНИТНОЕ ПОЛЕ ЗЕМЛИ, как ЭКОЛОГИЧЕСКИЙ ФАКТОР СТАБИЛЬНОГО СОСТОЯНИЯ ПРИРОДЫ. По данным В. Петрова, геомагнитное поле Земли надежно защищает человека от воздействия солнечного и галактического излучения; действие радиации благодаря этому «протектору» Земли снижается в 300–400 раз.
Уровень диамагнетизма живой системы зависит от содержания в ней элементов и веществ, обладающих парамагнетизмом. Магнетизм – неотъемлемое свойство биосистем. Носителем его является, прежде всего, железо, которое, например, входит в состав молекул эритроцитов крови животных и людей. Поэтому их организмы весьма чувствительны к малейшим изменениям магнитного поля Земли. Однако во время возмущений геомагнитного поля, когда меняется структура магнитосферы и радиационных поясов, интенсивность космического излучения может значительно меняться. Большие изменения интенсивности космических лучей возникают во время солнечной активности. В первую очередь это относится к солнечным вспышкам, но они кратковременны. Ученые предполагают, что колебания энергопродукции Солнца хотя и имеют место, но они не выходят за пределы многовековых средних показателей; аналогично, и средние колебания в атмосфере, гидросфере и биосфере Земли».
Средний радиус Земли 6371,032 км, экваториальный -6378,160 км, полярный – 6356,777 км. Земля обладает магнитным полем и тесно связанным с ним электрическим полем. Гравитационное поле Земли обусловливает сферическую форму Земли, существование АТМОСФЕРЫ.
По современным космическим представлениям, Земля образовалась около 4,7 млрд лет назад из рассеянного в протосолнечной системе газопылевого вещества. В результате дифференциации вещества Земли, под действием гравитационного поля, в условиях разогрева земных недр возникли и развились различные по химическому составу, агрегатному состоянию и физическим свойствам оболочки – ГЕОСФЕРЫ: ЯДРО (в центре), МАНТИЯ, ЗЕМНАЯ КОРА, ГИДРОСФЕРА, АТМОСФЕРА, МАГНИТОСФЕРА.
ЛИТОСФЕРА – сфера «твердой» Земли, включающая земную кору и часть верхней мантии (субстрат).
В составе Земли преобладают железо (34,6 %), кислород (29,5 %), кремний (15,2 %), магний (12,7 %). Земная кора, мантия и внутренняя часть ядра твердые (внешняя часть ядра считается жидкой).
Большая часть поверхности Земли занята Мировым океаном (361,1 млн. кв. км – 70,8 %); суша составляет 149,1 млн кв. км (29,2 %) и образует шесть материков и островов. Она поднимается над уровнем Мирового океана в среднем на 875 м (наибольшая высота 8848 м – гора Джомолунгма); горы занимают свыше 1/3 поверхности суши. Пустыни покрывают около 20 % поверхности суши, саванны и редколесья – около 20 %, лес – около 30 %, ледники – свыше 10 %. Средняя глубина океана около 3800 м, наибольшая – 11 022 м (Марианский желоб в Тихом океане), объем воды 1370 млн куб. км, средняя соленость 35 г/л.
МАНТИЯ ЗЕМЛИ – оболочка «твердой» Земли, расположенная между земной корой и ядром Земли. Составляет 83 % объема Земли (без атмосферы) и 67 % ее массы. Верхняя граница проходит на глубине от 5-10 до 70 км по Мохоровичича поверхности, нижняя – на глубине 2900 км по границе с ядром Земли.
ЗЕМНАЯ КОРА – верхняя оболочка «твердой» Земли, нижняя граница которой – Махоровичича поверхность. Различают континентальную кору (толщина от 35–45 км под равнинами до 70 км в области гор) и океаническую (5-10 км).
ГИДРОСФЕРА – совокупность всех водных объектов Земного шара: океанов, морей, рек, озер, водохранилищ, болот, подземных вод, ледников и снежного покрова. Часто под гидросферой подразумевают только океаны и моря.
АТМОСФЕРА – воздушная среда вокруг Земли, вращающаяся вместе с нею. Состав ее у поверхности Земли: 78,1 % азота, 21 % кислорода, 0,9 % аргона, в незначительных долях процента углекислый газ, водород, гелий, неон и другие газы. В нижних 20 км содержится водяной пар, количество которого с высотой быстро убывает. На высоте 20–25 км расположен СЛОЙ ОЗОНА, который предохраняет живые организмы на Земле от вредного коротковолнового излучения. Выше 100 км растет доля легких газов, и на очень больших высотах преобладают ГЕЛИЙ и ВОДОРОД; часть молекул разлагается на атомы и ионы, образуя ИОНОСФЕРУ. Давление и плотность воздуха в атмосфере Земли с высотой убывают. В ЗАВИСИМОСТИ от РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ АТМОСФЕРУ ЗЕМЛИ ПОДРАЗДЕЛЯЮТ на ТРОПОСФЕРУ, СТРАТОСФЕРУ, МЕЗОСФЕРУ, ТЕРМОСФЕРУ, ЭКЗОСФЕРУ. Атмосфера Земли обладает электрическим полем. Неравномерность ее нагревания способствует общей циркуляции атмосферы, которая влияет на погоду и климат Земли.
ИОНОСФЕРА – верхний слой атмосферы, начиная от 50–60 км, характеризующийся значительным содержанием АТМОСФЕРНЫХ ИОНОВ и СВОБОДНЫХ ЭЛЕКТРОНОВ. Верхняя граница ионосферы – внешняя часть магнитосферы Земли. Причина повышенной ионизации воздуха в ионосфере – разложение молекул атмосферных газов под действием ультрафиолетовой и рентгеновской солнечной радиации и космического излучения. Ионизация – это превращение атомов и молекул в электрически заряженные частицы, образующиеся в результате потери или присоединения одного или нескольких электронов.
ОЗОН – O3, аллотропная модификация кислорода. Газ синего цвета с резким запахом, сильный окислитель. При больших концентрациях разлагается со взрывом. Образуется из кислорода при электрическом разряде (например, во время грозы) и под действием ультрафиолетового излучения (например, в стратосфере под действием УФ излучения Солнца). Основная масса озона в атмосфере расположена в виде слоя – ОЗОНОСФЕРЫ – на высоте 20–25 км, которая предохраняет все живое на Земле от вредного влияния коротковолновой УФ радиации Солнца. В промышленности озон получают действием на воздух электрического разряда. Его используют для обеззараживания воды и воздуха.
МАГНИТОСФЕРА Земли, область околопланетного пространства, физические свойства которой определяются магнитным полем планеты и его взаимодействием с потоками заряженных частиц космического происхождения (с солнечным ветром). Магнитосфера Земли с дневной стороны простирается до 8-14 R (R – земной радиус), с ночной – вытянута, образуя так называемый магнитный хвост Земли в несколько сотен R. В магнитосфере находятся РАДИАЦИОННЫЕ ПОЯСА – внутренние области магнитосферы Земли, в которых собственное магнитное поле планеты удерживает заряженные частицы (протоны, электроны), обладающие большой кинетической энергией (энергия, зависящая от скорости движения частицы). В радиационных поясах частицы под действием магнитного поля движутся по сложным траекториям из Северного полушария в Южное и обратно. У Земли обычно выделяют внутренний и внешний радиационные пояса. Внутренний радиационный пояс Земли имеет максимальную плотность частиц (преимущественно, протонов) над экватором на высоте 2–4 тыс. км, внешний электронный радиационный пояс – на высоте около 22 тыс. км. Радиационные пояса – источник радиационной опасности при космических полетах. Мощными радиационными полями обладают Юпитер и Сатурн.
Следовательно, МАГНИТОСФЕРА и АТМОСФЕРА (ИОНОСФЕРА и ОЗОНОСФЕРА) НАХОДЯТСЯ в ПОСТОЯННОМ ВЗАИМОДЕЙСТВИИ с первичным космическим потоком частиц и квантов электромагнитного излучения и ВЫПОЛНЯЮТ БИОЛОГИЧЕСКУЮ ФУНКЦИЮ – ЗАЩИТУ ЖИВЫХ ОРГАНИЗМОВ на Земле. При этом особенно ценным и благотворным для жизни биосистем является то, что СУЩЕСТВУЕТ МАГНИТНОЕ ПОЛЕ ЗЕМЛИ, как ЭКОЛОГИЧЕСКИЙ ФАКТОР СТАБИЛЬНОГО СОСТОЯНИЯ ПРИРОДЫ. По данным В. Петрова, геомагнитное поле Земли надежно защищает человека от воздействия солнечного и галактического излучения; действие радиации благодаря этому «протектору» Земли снижается в 300–400 раз.
Уровень диамагнетизма живой системы зависит от содержания в ней элементов и веществ, обладающих парамагнетизмом. Магнетизм – неотъемлемое свойство биосистем. Носителем его является, прежде всего, железо, которое, например, входит в состав молекул эритроцитов крови животных и людей. Поэтому их организмы весьма чувствительны к малейшим изменениям магнитного поля Земли. Однако во время возмущений геомагнитного поля, когда меняется структура магнитосферы и радиационных поясов, интенсивность космического излучения может значительно меняться. Большие изменения интенсивности космических лучей возникают во время солнечной активности. В первую очередь это относится к солнечным вспышкам, но они кратковременны. Ученые предполагают, что колебания энергопродукции Солнца хотя и имеют место, но они не выходят за пределы многовековых средних показателей; аналогично, и средние колебания в атмосфере, гидросфере и биосфере Земли».
Приложение 4 Типы фундаментальных взаимодействий между микрочастицами
Так как не существует однозначного метода сравнения интенсивностей различных взаимодействий, то в литературе встречаются разные сравнительные оценки. В связи с этим А.В. Астахов и Ю.М. Широков (1983 г.) так писали об этом: «Все они характеризуют одну и туже качественную картину сильного превосходства по интенсивности сильных взаимодействий над электромагнитными, электромагнитных над слабыми и, наконец, слабых взаимодействий над гравитационными.
…На очень глубоком уровне у первых трех типов взаимодействий обнаруживается сходство. В связи с этим в физике элементарных частиц существует направление, целью которого является объединение сильного, электромагнитного и слабого взаимодействий в единую теорию – теорию великого объединения.
…В сильных взаимодействиях участвуют многие частицы. Силы, связывающие нуклоны (общее название протона и нейтрона, являющихся составными частями атомных ядер) в атомном ядре, – это лишь одно из многих проявлений сильных взаимодействий, в которые вступают также пионы, каоны, гиперионы и некоторые другие частицы. Эти взаимодействия вызывают интенсивное рождение новых частиц при столкновениях частиц с высокими энергиями. Все частицы, подверженные сильным взаимодействиям, называются адронами (крепкий, сильный). К адронам относится подавляющее большинство всех известных микрочастиц. Ограниченность сильных взаимодействий обусловлена тремя причинами. Во-первых, сильным взаимодействиям подвержены не все частицы. Например, в эти взаимодействия не вступают фотон и электрон. Во-вторых, они короткодействующие: если расстояние между частицами становится больше, чем 10-13 см, то сильное взаимодействие частиц прекращается. Поэтому сильные взаимодействия не способны создавать структуры микроскопических размеров. В-третьих, из всех типов фундаментальных взаимодействий сильные взаимодействия обладают самой высокой симметрией, что выражается в подчинении процессов, вызываемых этими взаимодействиями, сравнительно большему числу законов сохранения. Независимо от содержания, всякий закон сохранения является ограничением на процесс, в котором этот закон выполняется. Электромагнитные взаимодействия осуществляются через электромагнитное поле. Несмотря на то, что эти взаимодействия слабее сильных, из-за дальнодействия электромагнитные силы во многих случаях оказываются главными. Например, эти силы вызывают разлет осколков, которые образуются при делении атомных ядер. Однако самую широкую область явлений электромагнитного происхождения составляют процессы, протекающие в структурах с пространственными масштабами от 10-12 до 10-7 см (на меньших расстояниях более важны сильные взаимодействия, а на больших – существуют еще и силы гравитационные). Это собственно электрические и магнитные явления, а также все оптические, тепловые, механические (не связанные с гравитацией) и химические явления.
Проявления электромагнитных сил ограничены следующими свойствами этих сил. Во-первых, из-за существования как положительных, так и отрицательных электрических зарядов имеется большое разнообразие электрически-нейтральных систем (к их числу принадлежат, например, атомы). У сил взаимодействия между такими системами радиус действия конечен, хотя у самих кулоновских сил этот радиус неограниченно велик. Во-вторых, различные частицы с неодинаковой интенсивностью взаимодействуют через электромагнитное поле. Наиболее велики кулоновские силы. Нейтральные частицы со спином (например, нейтроны) взаимодействуют только через магнитное поле, источниками которого являются магнитные моменты частиц. Эти силы гораздо слабее кулоновских. Еще слабее силы электромагнитного взаимодействия между нейтральными и бесспиновыми частицами (например, между нейтральными пионами). Такие частицы взаимодействуют друг с другом электромагнитным образом через виртуальные частицы (в квантовой теории поля это частицы в промежуточных состояниях, существующие короткое время), обладающие электрическими зарядами и магнитными моментами. Наконец, нейтрино практически не участвует в электромагнитных взаимодействиях. В-третьих, процессы, вызываемые электромагнитными взаимодействиями, подчиняются ряду законов сохранения, которые не выполняются ведующих за электромагнитными слабых взаимодействиях.
…На очень глубоком уровне у первых трех типов взаимодействий обнаруживается сходство. В связи с этим в физике элементарных частиц существует направление, целью которого является объединение сильного, электромагнитного и слабого взаимодействий в единую теорию – теорию великого объединения.
…В сильных взаимодействиях участвуют многие частицы. Силы, связывающие нуклоны (общее название протона и нейтрона, являющихся составными частями атомных ядер) в атомном ядре, – это лишь одно из многих проявлений сильных взаимодействий, в которые вступают также пионы, каоны, гиперионы и некоторые другие частицы. Эти взаимодействия вызывают интенсивное рождение новых частиц при столкновениях частиц с высокими энергиями. Все частицы, подверженные сильным взаимодействиям, называются адронами (крепкий, сильный). К адронам относится подавляющее большинство всех известных микрочастиц. Ограниченность сильных взаимодействий обусловлена тремя причинами. Во-первых, сильным взаимодействиям подвержены не все частицы. Например, в эти взаимодействия не вступают фотон и электрон. Во-вторых, они короткодействующие: если расстояние между частицами становится больше, чем 10-13 см, то сильное взаимодействие частиц прекращается. Поэтому сильные взаимодействия не способны создавать структуры микроскопических размеров. В-третьих, из всех типов фундаментальных взаимодействий сильные взаимодействия обладают самой высокой симметрией, что выражается в подчинении процессов, вызываемых этими взаимодействиями, сравнительно большему числу законов сохранения. Независимо от содержания, всякий закон сохранения является ограничением на процесс, в котором этот закон выполняется. Электромагнитные взаимодействия осуществляются через электромагнитное поле. Несмотря на то, что эти взаимодействия слабее сильных, из-за дальнодействия электромагнитные силы во многих случаях оказываются главными. Например, эти силы вызывают разлет осколков, которые образуются при делении атомных ядер. Однако самую широкую область явлений электромагнитного происхождения составляют процессы, протекающие в структурах с пространственными масштабами от 10-12 до 10-7 см (на меньших расстояниях более важны сильные взаимодействия, а на больших – существуют еще и силы гравитационные). Это собственно электрические и магнитные явления, а также все оптические, тепловые, механические (не связанные с гравитацией) и химические явления.
Проявления электромагнитных сил ограничены следующими свойствами этих сил. Во-первых, из-за существования как положительных, так и отрицательных электрических зарядов имеется большое разнообразие электрически-нейтральных систем (к их числу принадлежат, например, атомы). У сил взаимодействия между такими системами радиус действия конечен, хотя у самих кулоновских сил этот радиус неограниченно велик. Во-вторых, различные частицы с неодинаковой интенсивностью взаимодействуют через электромагнитное поле. Наиболее велики кулоновские силы. Нейтральные частицы со спином (например, нейтроны) взаимодействуют только через магнитное поле, источниками которого являются магнитные моменты частиц. Эти силы гораздо слабее кулоновских. Еще слабее силы электромагнитного взаимодействия между нейтральными и бесспиновыми частицами (например, между нейтральными пионами). Такие частицы взаимодействуют друг с другом электромагнитным образом через виртуальные частицы (в квантовой теории поля это частицы в промежуточных состояниях, существующие короткое время), обладающие электрическими зарядами и магнитными моментами. Наконец, нейтрино практически не участвует в электромагнитных взаимодействиях. В-третьих, процессы, вызываемые электромагнитными взаимодействиями, подчиняются ряду законов сохранения, которые не выполняются ведующих за электромагнитными слабых взаимодействиях.