О природе векового цикла солнечной активности и его отражении в геодинамических циклах

1. Введение. Из истории вопроса.

Проблема «вековых» циклов неопределённой продолжительности (от 60–70 до 90 и более лет) неоднократно поднималась в трудах зарубежных и советских учёных, специалистов в области земного магнетизма, астрономии и циклической геодинамики. Обзор и анализ этих работ содержится в монографии Ю.Р. Ривина [1], который в итоге сделал вывод, что природа этого цикла остаётся не познанной. К проблеме «вековых» циклов солнечной активности тесно примыкает проблема продолжительных (до 75 лет) минимумов солнечной активности, включающих Малые Ледниковые Периоды с их впечатляющими переменами климата, экономики, экологии, международных отношений, морали и психологии, описанными А.Л. Чижевским [2] на основе анализа предыдущего Минимума солнечной активности 1881–1941 гг. К сожалению, чрезвычайно ценные выводы и предложения учёного оказались не востребованными. Такая же участь постигла и директора Гринвичской астрономической обсерватории Моундера, открывшего Минимум 1642–1715 года, названного его именем. Эта история о пропавших солнечных пятнах описана в статье американского астронома Джона Эдди в 1958 году [3]. Дж. Эдди рассказал историю открытия солнечного минимума 1642–1715гг Моундером, который дважды в своих статьях, в 1893 и в 1926 годах призывал астрономов обратить внимание на этот феномен, весьма проблемный в жизни земной цивилизации. Но «воз и ныне там». И в 2008 году, когда не восстановился 11-ти летний цикл вспышечной активности Солнца и начался мировой экономический кризис, наука всего мира не находила объяснения этому событию, которое продолжается по сей день. Всё это делает проблему раскрытия природы «вековых циклов» весьма актуальной.

2. Почему планеты солнечной системы влияют на Солнце?

Согласно [4] и [5] магнитные силовые линии планетных и звёздных магнитосфер представляют собой реальные «путепроводы», по которым от планет на Солнце поступают потоки плазмы, захваченной магнитосферами планет на их орбитальных трассах. Потоки плазмы представляют собой смеси, состоящие из протонов (р) и электронов (е) галактического и солнечного происхождения. Протоны это гравитирующие частицы, в которых силы гравитационного притяжения превосходят силы электростатического отталкивания, вызывающие сжатие небесных тел при их поступлении на Солнце и планеты. А электроны, создают вихревые электромагнитные поля, вызывают антигравитацию, расширение Солнца и планет. Так бинарность плазмы обуславливает пульсирующий режим небесных тел и флуктуации их физических полей.

3. Что понимать под «Космической погодой» на трассах Земли и планет?

Космическая погода–важный фактор национальной и глобальной безопасности [6].

Космическая погода внутри солнечной магнитосферы представляет собой смеси протонов и электронов галактической и солнечной плазмы и зависит от концентрации этих частиц в потоках плазмы, скорости движения плазменных потоков и скорости орбитального движения планет, их набегания на скоростные плазменные потоки, которая определяет интенсивность поступления частиц плазмы в магнитосферу планеты в единицу времени и возмущения её магнитных полей и геосфер.

Плазма разных структур Галактики различна. Так плазма Центра Галактики (аккреционного диска) – в основном протонного состава (90% протонов и 10% электронов) с энергией от 1016 до 1021 эВ. Плазма спиральных рукавов Галактики, расположенных в токовом слое Галактики – это излучения молодых и зарождающихся звёзд Галактики в основном электронного или нейтрального состава (по аналогии с солнечной плазмой (50% протонов и 50% электронов), с высокими галактическими энергиями. Скорости галактической плазмы от 900 до 2000 км за секунду, а солнечной от 300 до 2000 и более км за секунду. Плазма нашего Солнца нейтральна и энергетически слабее галактической на 5–7 порядков (109 -1011 эВ на частицу).

В магнитных полях магнитосфер плазма сепарирована (см. рис 1) на электроны, образующие токовые слои в плоскости магнитных экваторов, и на потоки , обогащённые протонами. Токовые слои расположенные вдоль магнитных экваторов, совершают тороидальные (широтные) движения. А протонная плазма, заполняющая приполярные пространства магнитосфер, совершает полоидальные (мерилиональные) движения. Диск солнечной системы (см. рис.1,) имеет наклон к токовому слою Галактики (эклиптике), из-за которого солнечная система (её магнитосфера) разделена токовым слоем на четыре сектора.

Рис.1. Крупномасштабное секциони¬ро¬вание космической погоды в солнеч¬ной магнитосфере, сформиро¬-ван¬ное под влиянием плазменных потоков Центра Галактики (фронтальный сектор в верхней части рисунка), излучений спирального рукава Орион (слева), смесей плазменных потоков Центра Галактики и Солнца (в хвосте магнитосферы) и рукава Орион и Солнца–справа.

Секторы AB и CD запитываются галактической плазмой протонного состава, которая в смеси с солнечной формирует антициклоническую космическую погоду. А секторы BC и DA запитываются плазмой звёзд спиральных рукавов и электронами токового слоя Галактики, которая в смеси с солнечной плазмой создаёт внутри солнечной системы области циклонической космической погоды.

Земля и другие планеты солнечной системы во время своих орбитальных циклов пересекают области разной космической погоды и испытывают сжатия и прирост потенциальной энергии гравитации в условиях антициклонической погоды. А переходя в смежный сектор циклонической погоды–расширение и преобразование гравитационной энергии, накопленной в фазе сжатия, в кинетическую энергию индукционных электромагнитных полей. Кроме того плоскость магнитного экватора Галактики делит магнитное поле на два полушария с противоположной полярностью и напряжённостью. Эти переходы планет также сопровождаются пульсационными и динамическими эффектами.

Протяжённость дуг орбитальных трасс секторов циклонической и антициклонической погоды у разных планет разная и равна ¼ их орбитального периода. У Плутона она составляет 62 года, у Нептуна–41 год, у Урана 21 год и т.д.

В секторе АВ –плазма преимущественно галактическая протонного состава (pГ), в секторе ВС галактическая, обогащённая электронами молодых звёзд спирального рукава (eГ, eС, рГС), в секторе СD–(рГ, рС, еС), в секторе DA–плазма Солнца с небольшой примесью галактической (рС, еС, реГ).

Изложенное обуславливает максимальное гравитационное сжатие Солнца и подавление вспышечной солнечной активности при параде тихоходных планет на стороне соединения с Центром Галактики, меньшую депрессию Солнца при параде на стороне оппозиции Центру и электромагнитное расширение Солнца при прохождении планетами секторов циклонической погоды, и рост вспышечной солнечной активности в секторах BC и DA, что и представлено на рис.2 кривыми I и II.

Здесь кривой I по Ю.И.Витинскому с соавторами [7] показаны регулярные вариации солнечной активности с периодами 80–120 лет, что соответствует полупериодам обращения вокруг Солнца планет Нептун (Т=164 года) и Плутон (Т=248 лет).

Рис. 2. Идентификация «вековых циклов», представленных кривой I, орбитальным циклом планеты Нептун, её апсидными и квадратурными позициями и известными Малыми Ледниковыми Периодами. I–кривая вековых циклов солнечной активности, реконструированная до 1640 года с включением минимума Моундера и до 2070 года с включением минимума Абдусаматова [8], Тарасова Оловянного [9]; II–кривая, построенная по средним значениям солнечной активности на серединах восходящей и нисходящей ветвей вековых циклов солнечной активности.

Минимумы солнечной активности практически совпадают с датами прохождения планетой Нептун соединений и противостояний Центру Галактики)– с погрешностью 6%.(см.вековой орбитальный цикл Нептуна на рис 1).. Установление этой закономерности позволяет пунктиром выйти за рамки периода на кривой I Витинского. Так как известен минимум Моундера (с 1642 по 1715 гг.) то можно предположить, что старт ему был задан в 1636 году планетой Плутон во время его оппозиции центру Галактики и поддержан планетой Нептун в 1654 году, когда он проходил соединение с Центром Галактики. Отметились Нептун и Плутон и в текущем «вековом» цикле, проходя соединение с центром Галактики в 1982 году и в 2007 году соответственно и вызвав при этом депрессию Солнца: с начала – снижение солнечной постоянной ниже номинала, а затем – исчезновение регулярного вспышечного процесса на Солнце.

Максимумы солнечной активности находятся в секторе восточной квадратуры орбиты Нептун (1839–1881 г.г.). Плазма поступающая в солнечную систему из токового слоя (см. сектор BC на рис 1) , обогащена электронами токового слоя Галактики и молодых звёзд, зарождающихся в спиральных рукавах Галактики, и вызывает антигравитацию, рост солнечной активности, и диссипацию гравитационной энергии, накопленной в секторе соединения. Очередной минимум наступает в секторе оппозиции планеты Нептун (1881–1921 гг) относительно Центра Галактики. Связи минимумов с апсидными точками позиций пл. Нептун, а максимумов с прохождением Нептуном квадратур своих орбит установлены нами при анализе упомянутых данных Ю.И. Витинского с соавторами

4. Двухфазная структура векового цикла солнечной активности

Для её выявления солнечные циклы, представленные кривой I на рис. 2, разделены нами кривой II, соответствующей средней активности Солнца, на две фазы: нормальной солнцедеятельности (обозначена знаком плюс), когда солнечная постоянная повышена по сравнению со своим средним уровнем и характеризуется визуально наблюдаемой астрономами 11–летней регулярной повторяемостью вспышечной активности, и фазы солнечной депрессии (обозначена знаком минус), когда солнечная постоянная понижена относительно номинала (среднего уровня за 248 лет), и 11–летняя повторяемость вспышечной активности визуально не наблюдается.

Флуктуации состояния Солнца, формируемые планетами под влиянием космической погоды на трассах их орбитального движения, ретранслируются на все планеты солнечной системы и создают на них системные флуктуации в режиме суперпозиции орбитальных планетарных гармоник [5].

5. Продолжительность вековых циклов, как сумма отрицательных и положительных фаз солнечной активности

«Вековые» циклы, их фазы и характеристика их продолжительности:

1. Моундера: – (1640–1715 г.г.); +(1715–1785 г.г.); цикла–145 лет).

2. Дальтона: – (1785–1830 г.г.); +(1830–1880 г.г.): цикла–95 лет).

3. Чижевского: – (1880–1939 г.г.); +(1939–1976 г.г.); цикла–96 лет).

4. Абдусаматова, Тарасова, Оловянного: (–1976–2070; +–2070–2132; цикла–146 лет).

Из приведённых выше данных следует, что продолжительность вековых циклов в среднем составляет 124 года, что соответствует полупериоду планеты Плутон, орбитальный цикл которого совместно с Нептуном представлен на рис. 3. Предоставляем читателю самостоятельно проанализировать экстремальные периоды этого цикла Продолжительность вековых циклов переменна от того что формируется под влиянием различной компоновки тихоходных планет в их параде на стороне апсид.

Рис.3. 248-летний – плутоновский цикл вариаций солнечной постоянной с 1821 по 2069 г.г.; - депрессия; - избыток солнечной постоянной; секторы АВ и CD – принимают жесткий радиальный протонный поток Центра Галактики, в них стартует снижение (1976 г.) солнечной постоянной; в сектора ВС и DA – поступает электронный поток рукава Орион вызывающий восстановление солнечной постоянной.

Круговая диаграмма 248–ми летнего хода солнечной постоянной, обусловленного совместным действием на Солнце энергоинформационных потоков от планет Плутон и Нептун, определенных методом спектрального анализа временного хода солнечной активности, как суперпозиции гармоник орбитальных циклов солнечной системы [9].

Примечательно, что подготовка к депрессии начинается задолго до исчезновения солнечных пятен и протекает в «недрах» текущего периода нормальной 11–летней цикличности пятнообразовательного процесса, то есть существует скрытый период индукции (1976–2007 годы), связанный скорее всего с вековыми флуктуациями солнечной постоянной, определяемыми орбитальным циклом планеты Плутон, который находится на фронте мощной галактической протонной плазмы. Его орбитальный цикл представлен на рис 4, с периодом 247,8 года.

Из рис 3 видно, что максимум солнечной постоянной был в 1960 году, после чего она стала снижаться, и в 1976 году имела среднее значение 248–и летнего номинала. 1976 год–год входа пл. Плутон в сектор АВ с протонной плазмой Центра Галактики, под действием которой солнечная постоянная продолжила снижение уже в режиме депрессии (относительно номинала). В 1982 году, когда Нептун проходил соединение с Центром Галактики произошло существенное снижение солнечной постоянной, ещё более усилившееся в 2007 году, когда соединение с Центром проходил Плутон. Снижение солнечной постоянной продлится до 2038 года, пока Плутон будет находиться в секторе АВ. В секторе электронной плазмы рукава Орион солнечная постоянная начнёт расти и в 2069 году Солнце выйдет из фазы депрессии и начнётся фаза нормальной солнцедеятельности.

6. Вековые циклы сейсмической активности.

Вековой цикл солнечной активности обуславливает вековой цикл сейсмической активности на Земле и его интенсивность (см. рис. 4).

Рис. 4 Прогнозный ход годовых чисел сильных землетрясений в ХIХ, XХ и XXI по методу суперпозиции орбитальных циклов и их аппроксимации к числовому ряду сильных землетрясений 1897– 2010 года. [10].

Максимальное количество землетрясений (до 38–56-ти в год) происходит в квадратурах орбиты, а минимальное (4–6) – в апсидных точках (в оппозиции и в соединении с Центром Галактики). Как видим, коэффициент вариации как отношение максимального количества к минимальному в год в начале цикла может достигать 12–14, как это было в XIX и будет в текущем веке. В прошлом веке он был меньше и составлял порядка 7 единиц.

Поскольку в 1818 году, и в 1982 году (см. рис. 1) апсидная точка пл. Нептун находилась в соединении с Центром Галактики, в сильной плазме, разгрузка Земли от накопленных напряжений сжатия происходит интенсивно и количество землетрясений в год максимума, в 1860 году и в 2031 году, составляет 50 и 56 землетрясений в год. В 1900 году, в начале векового цикла XX столетия Нептун находился в оппозиции Центру Галактики, в «слабой» плазме, которая вызывала меньшее сжатие Солнца и Земли и это обусловило меньший запас энергии для диссипации при расширении планеты при проходе восходящей квадратуры. Поэтому максимальное количество сильных землетрясений составило 38 в год квадратуры, то есть на 13 землетрясений в год меньше.

В XXI веке, согласно графику рис. 4 происходит резкий рост числа сильных землетрясений с 1982 по 2011 год (в 12 раз), подтвердившийся реальными событиями: Японскими, Алтайским, Алжирским и Иранским (36 тыс. погибших) землетрясениями в 2003 году, сильнейшим землетрясением на острове Суматра в Индонезии, вызвавшем гигантское цунами в декабре 2004 года (погибло 270 тыс. человек), Пакистанским землетрясением в октябре 2005 года (погибло 70 тыс. человек), Китайское землетрясение в мае 2008 года, землетрясение на о–ве Гаити в январе 2010 года (разрушена столица, погибло 200 тыс. чел) и сильнейшее землетрясение в Японии 11 марта 2011 года за неделю до суперполнолуния, (происходящего раз в 18,6 года) с сильным цунами и аварией на атомной электростанции Фокусима. И всё это перемежалось с извержениями вулканов на Камчатке, в Зондском архипелаге, в Южной Америке и на о. Исландия. С 2011 по 2019 годы произойдёт временное снижение сейсмической активности с 36 до 20 землетрясений в год Быстро будет расти сейсмоопасность с 2021 (квадратура пл. Нептун) по 2032 годы, оставаясь высокой до 2040 года ( от 56до 40 событий в год). В 2038 году пл. Плутон войдёт в сектор нормальной вспышечной деятельности Солнца и за счёт энергии, накопленной в период солнечной депрессии, поддержит сейсмоопасность на уровне 40–30 землетрясений в год.

7. Техногенная активность рудников и шахт в период солнечной депрессии 1982–2065гг.

124–х летний цикл солнечной активности, проявляет себя неуклонным ростом количества геодинамических событий в частности на рудниках Норильского региона (рис.5). Наблюдается рост количества течей в тоннелях Санкт–Петербургского метрополитена в 14 раз, числа аварий на подземных коммуникациях СПб водоканала в 2 раза, в сетях тепло– и электроснабжения и заболеваемости населения. Особенно впечатляющими являются 6–ти и 7–ми кратные всплески сейсмической активности на рудниках Норильска в годы максимума 23–го солнечного цикла (см. 2000 и 2001 годы) и в год восходящей квадратуры Юпитера (см 2004 год – год Суматринского землетрясения и цунами).

Рис.5 Ход сейсмической активности на рудниках Норильска с 1993 по 2010 год по данным региональной сейсмостанции.

8. Практическое значение знаний о природе вековых циклов солнечной активности.

Вековые циклы и фазы депрессий необходимо учитывать при государственном и региональном управлении энергетическими, продовольственными, финансовыми и др. ресурсами учитывать их нарастающий дефицит в условиях солнечной депрессии и нестабильности рынка;

– при проектировании и эксплуатации объектов подземного пространства, производств ядовитых, взрывчатых и самовозгорающихся веществ, объектов гидро– и ядерной энергетики учитывать многократное увеличение напряжений в массивах горных пород под влиянием роста гравитации в солнечной системе, приводящее к многолетнему (до 80 и более лет) и многократному (в 12–14 раз) росту числа и энергии геодинамических событий;

– при региональном и локальном мониторинге и прогнозе природных, техногенных и общественно-политических процессов в обществе.

Заключение:

– галактическая и солнечная плазма определяет космическую погоду в солнечной системе на орбитах планет и воздействие планет на Солнце:

– парад тихоходных планет (Нептуна и Плутона) на стороне Центра Галактики или в хвосте солнечной магнитосферы определяет вековой цикл солнечной и геодинамической активности со средней продолжительностью 124 года каждый;

– планеты, соединённые с Солнцем силовыми линиями его главного дипольного магнитного поля, взаимодействуя с космической плазмой на трассах своего движения посредством своих магнитосфер, активно формируют состояние Солнца, вызывая его сжатие и депрессию вспышечной активности под действием протонов галактического центра или расширение и рост активности и регулярности вспышечной активности под действием электронных излучений и токовых слоёв космического пространства.

– с определённостью установлена продолжительность «векового цикла», включающего фазу нормальной солнцедеятельности и фазу солнечной депрессии со скрытым и явным периодами, включая Малый Ледниковый период.

Литература

1. Ривин Ю. Р.Циклы Земли и Солнца. М. «Наука», 1989 г., 163 с.

2. Чижевский А.Л. Земное эхо солнечных бурь. Издательство «Мысль», Москва, 349с.

3. Эдди Дж. История об исчезнувших солнечных пятнах // Успехи физических наук. 1978. Т. 125, Вып 2, стр. 315–329.

4. Петров Н.В., Третьяков М.М. Светомбр. Свето–магнито–биологический ритм Вселенной. Санкт–Петербург 2008г, 438с.

5. Тарасов Б.Г. Пульсации Земли и циклы геодинамической активности в потоках космической плазмы. СПб, издание МАНЭБ, 2009 год, 319 с.

6. Кузнецов В.Д., Махутов Н.А. Физика солнечно–земного взаимодействия и проблема безопасности энергетической инфраструктуры Земли. Вестник РАН, февраль 2012 год, с.110–117.

7. Витинский Ю.И., Копецкий М., Куклин Г.В. Статистика пятнообразовательной деятельности Солнца. М. «Наука»,1985 год, 395 с.

8. Абдусаматов Х.И. Солнце определяет климат Земли. Издательство «Логос», 2009 год, 189 с.

9. Тарасов Б.Г., Оловянный А.Г. Прогноз тенденций геосферной активности методом суперпозиции орбитальных циклов Солнца в условиях снижения солнечной постоянной. Вестник Кузбасского Государственного технического университета, №6 2009 год, с. 3–9.

10. Яковлев Д.В., Тарасов Б.Г., Оловянный А.Г. Прогноз сейсмической активности Земли на XXI век методом позиционирования Солнца и планет относительно энергетических потоков Галактики и Солнца. Сборник трудов Восьмых геофизических чтений имени В.В. Фе¬дынского «Геофизика XXI столетия 2006 год», М, с. 307–316