Как магнитные бури влияют на здоровье человека? Солнечная активность и космическая погода

Проблема влияния солнечной активности на здоровье человека представляет значительный интерес и увеличение количества исследований в этой области свидетельствует о весомости постановки такой задачи в настоящем. Физические аспекты этой проблемы представляют заметную часть солнечно-земной физики, ее современные успехи позволяют делать более или менее обоснованные прогнозы геомагнитной обстановки на 3-4 дня. Как известно [1], Солнце излучает энергию практически во всем спектре электромагнитного излучения. Этот спектр составляет приблизительно 20 октав.

Самая большая часть этой энергии сосредоточена в лучах видимого света и тепловых инфракрасных лучах. Энергия этих излучений предоставляет возможность существования всех многочисленных форм жизни на нашей планете. Однако даже небольшая по количеству часть опасной для живых организмов ионизирующей радиации, которая проникает на Землю, способна убить все живое. Поэтому можно сказать, что жизнь на нашей планете возможна в большая степени благодаря нескольким естественным защитным оболочкам. Они входят в структуры атмосферы и окружающее Землю космическое пространство. Первой из них, начиная от границы межпланетной среды является магнитосфера. Она воспринимает поток галактических и солнечных лучей и солнечного ветра.

Последний рождается в верхних прослойках солнечной атмосферы. Температура этих прослоек довольно значительна (около 6000К), поэтому они постоянно испаряются в окружающее космическое пространство. Главной составляющей вещества, которая вследствие такого процесса образовалась и распространяется в объем Солнечной системы, является плазма. Она состоит из ионов водорода и гелия и, конечно, электронов. Этот поток «прихватывает» с собой и частицу магнитного поля Солнца, заполняя в таком составе всю планетную систему и распространяется даже далеко за ее границы. Именно этой поток и должен репрезентовать солнечный ветер. Скорость его разлета составляет сотни километров за секунду даже тогда, когда Солнце спокойно и увеличивается в несколько раз при возмущениях.

Такие данные и возможные границы влияния резких изменений в космической погоде на состояние биологических объектов и, в частности, человека являются достаточно важными для терапии и профилактики целого ряда заболеваний [2]. В этой области ценность, прежде всего имеют безмедикаментозные практики традиционной медицины. Статья организована следующим образом: в первом разделе рассмотренны физические факторы влияния солнечной активности на биосферу; второй раздел посвящен анализу статистических данных о состоянии человека в условиях геомагнитных возмущений; в третьем разделе рассмотрены возможности традиционного восточного метода (иглотерапии) для профилактики негативного влияния и сделан вывод о перспективности такого подхода.

І) Большинство планет Солнечной системы (за исключением Венеры) имеют собственные магнитные поля. Солнечный ветер приносит также поле от Солнца, поэтому в этой системе образовывается так называемое межпланетное магнитное поле. Его состояние существенен для процесса взаимодействия составляющих солнечного ветра с магнитным полем Земли (Рис. 1).

Рис. 1. Взаимодействие солнечного ветра с магнитосферой Земли.

Следующая важная оболочка - ионосфера. Эта прослойка имеет толщину в несколько сотен километров, а его нижняя граница находится на расстоянии 90 км от поверхности Земли. Он имеет значительную плотность газа, заметная часть которого ионизирована. Такое состояние поддерживается за счет поглощения вредных для жизни рентгеновских и ультрафиолетовых лучей. Остальное далекое ультрафиолетовое излучение, которое проходит еще ближе к земной поверхности, поглощает особая прослойка атмосферы - озоновая. Она существует за счет поглощения ультрафиолета с длиной волны, менее 0,3 мкм. Поэтому энергичные изменения в солнечном ветре и коротковолновом излучении, которые обусловлены солнечной активностью, не проникают в биосферу.

Рис.2. Спектр солнечного излучения за пределами земной атмосферы: 1 - максимум солнечной активности, 2 - минимум солнечной активности, 3 - трехбалльная вспышка.

Внизу указаны области солнечной атмосферы, где большей частью формируется наблюдаемое излучение. Заштрихована область спектру а-б, которая воспринимается человеческим глазом. В той же строке отмечены области спектра поглощения и излучения, которое поглощается в атмосфере Земли, или отражается ионосферой.

Как было указано выше, Земля имеет собственное магнитное поле, которое довольно сильно взаимодействует с межпланетным магнитным полем. Энергетика этого процесса практически полностью определяется солнечным ветром. Для упрощенного описания явлений, которые вызваны при этом (так называемые геомагнитные возмущения), можно ввести следующую градацию:

1. спокойный солнечный ветер, то есть постоянно существующий поток солнечной плазмы, которая заполняет все межпланетное пространство;

2. квазистационарные высокоскоростные потоки солнечной плазмы, которые отвечают за более или менее регулярные геомагнитные возмущения;

3. спорадические высокоскоростные потоки, относительно кратковременные, но очень неоднородные, сложные по структуре. Они являются ответственными за сильные возмущения магнитосферы.

Силовые линии межпланетного магнитного поля

Рис. 3. Магнитосфера Земли:

1 - авроральна зона, 2 - плазмовый пласт, 3 - кольцевой пласт, 4 - касп, 5 - магнитопауза, 6 - главная ударная волна, 7 - плазменная мантия, 8 - сечение линии с плоскостью.

Рассмотрим область взаимодействия более внимательно. Магнитосфера Земли (Рис. 3) - это область околоземного космического пространства, которая определяется взаимодействием солнечного ветра с геомагнитным полем, которое подобно полю диполя. Магнитосфера есть сложной открытой системой, в которой происходит дисипация энергии солнечного ветра в следствие коллективных взаимодействий частичек плазмы с возбужденными в ней колебаниями [1]. Так формируется магнитосфера, граница которой (магнитопауза) разделяет области межпланетного и геомагнитного полей и разных плазмовых сред. Можно сказать, что эта граница магнитосферы проходит там, где давление солнечного ветра уравнивается с давлением геомагнитного поля. В подсолнечной точке она находится в среднем на расстоянии около девяти радиусов Земли (55-60 тыс. км) от ее центра.

Полное усилие, которое солнечный ветер передает магнитосфере очень мало, тем не менее, внешние области магнитосферы, заполненные слабым геомагнитным полем, сильно искажаются относительно первоначальной (дипольной) формы. В процессе взаимодействия солнечного ветра с магнитным полем Земли формируется безсоприкосновательная главная ударная волна, а линии геомагнитного поля окажутся вытянутыми в длинный хвост (похожий на хвосты кометы) на расстоянии порядка нескольких сотен земных радиусов в направлении от Солнца. Кроме магнитной границы, существуют плазмовые границы - низкоширотная предельная прослойка и мантия (высокоширотная прослойка). Глубже, в середине магнитосферы, находится плазмосфера, которая оборачивается вместе с Землей. У внутренней магнитосферы есть область захваченных частичек (радиационные пояса и кольцевой ток), которая является накопителем значительных энергий в магнитосфере. Кольцевой ток приводит к глобальному ослаблению магнитного поля на земной поверхности. Второй большой областью накопления энергии в магнитосфере является протяжный геомагнитный хвост.

Переход энергии магнитного поля в другие ее виды также может сопровождаться умеренной геомагнитной активностью, предоставляя принципиальное влияние на состояние атмосферы, гидросферы, биосферы, включая организм человека [3].

В статье уже было отмечено, что вместе с плазмой солнечного ветра выносятся магнитные поля, которые определяют структуру солнечного ветра. Эти поля, взаимодействуя с геомагнитным полем, влияют на экологию Земли [4]. Каждая возмущенность солнечного ветра можно зафиксировать даже на Земле при регистрации изменений составляющих вектора магнитного поля. Сейчас можно считать установленным, что изменения межпланетного магнитного поля вызывают изменения космической погоды в магнитосфере. Наиболее сильные магнитосферные возмущения происходят от взаимодействия с плазмовой тучей, которая выброшена в межпланетное пространство при развитии достаточно сильной солнечной вспышки. Комплекс явлений, которые развиваются при этом имеют название - магнитная буря. Это название возникшее после того, как на Земле были зафиксированы хаотичные вариации напряженности геомагнитного поля - эффект «сумасшедшей» стрелки магнитного компасу.

II) Взаимодействие солнечной активности и биосферы Земли представляет собой значительный интерес и увеличение исследований в этом направлении свидетельствует о наличии проблемы в этой области. Возможность определить допустимые границы такого действия может быть очень важной для медиков. Можно считать доказанным (по крайней мере статистическими исследованиями), что количество людей госпитализированных «скорой помощью» и число обострений сердечно-сосудистых заболеваний существенно увеличивается в разных фазах магнитной бури [5].

Здесь надо заметить, что полная научная картина этих явлений на сегодняшний день отсутствует. Прежде всего это происходит по причине того, что в организме человека до сих пор не найдены типы клеток, которые могли быть достаточно чувствительными приемниками магнитных возмущений. Поэтому сегодня существуют лишь теории этого влияния с помощью других факторов, величина которых контролируется возмущениями геомагнитного поля. Пример такой теории приведен в [6]. Она базируется на значительном увеличении интенсивности инфразвуковых волн в период магнитных бур.

Кроме сложной физической картины упомянутых выше процессов существует проблема количественного описания геомагнитной активности для исследования влияния физических процессов в околоземной среде на биосферу. Наблюдения проведенные геомагнитными обсерваториями и непосредственные измерения с борта специальных спутников позволили выделить наиболее информативный параметр - это вертикальная (касательная к геомагнитному полю на экваторе) компонента межпланетного магнитного поля Вz.

Параллельными медицинскими исследованиями выявлена специфическая динамика недельного ритма и достоверная зависимость числа вызовов «скорой помощи» по поводу инфаркта миокарда и внезапной смерти при определенном уровне Вz. Из свыше 6 млн. медицинских показателей, к числу которых входило 10 заболеваний и травм разного характера, эффекты, которые потенциально можно отнести к следствиям действия геомагнитных факторов, наблюдались практически лишь в группе больных с резкой патологией сердечно-сосудистой системы, преимущественно с инфарктом миокарда [7]. Уровень связи этого заболевания с геомагнитной активностью отличается среди других заболеваний, которые были проанализированы: инсульты головного мозга, гипертонические кризисы, эпилепсия, бронхиальная астма и др. Можно лишь отметить, что новейшие исследования нейрофизиологических аспектов этой проблемы [8] указывают на дополнительные каналы связи между геомагнитной активностью и высшей нервной деятельностью. Надо также отметить, что сравнения проводились на разных географических широтах. Известно (см. первую часть), что интенсивность геомагнитной активности в период магнитных возмущений довольно сильно зависит от широты. Максимум ее достигается в приполярных областях. Достоверно показанное влияние геомагнитной активности на физиологические параметры и здоровье человека не только во время ее повышения, но также во время уменьшения.

Кроме того, введение параметру Вz, который может быть довольно уверенно определен, позволило ввести классификацию геомагнитных возмущений после анализа данных почти за 40-летний период [9]. Также были просчитаны средние количества типов возмущений и приведена оценка их среднегодовой продолжительности.

256 бурь (сильных, очень сильных и гигантских) за 37 лет: в среднем, 7 таких бурь в год; в среднем, 14 суток из 365 (продолжительность бури 2 суток) = 4% всего от продолжительности года.

346 умеренных бурь за 37 лет: в среднем, 9,5 таких бурь в год; в среднем 14 суток из 365 (продолжительность буры 1,5 суток) = 4% всего от продолжительности года.

482 слабых бурь: в среднем, 13 таких бурь в год; в среднем, 14 суток с 365 (продолжительность бури 1 сутки) = 4% всего от продолжительности года.

То есть средняя продолжительность увеличенной активности занимает время, которое представляет около 10% продолжительности года. Кроме того, надо обратить внимание на то обстоятельство, что количество сильных и умеренных бурь составляет большую часть от общего количества возмущений и их общей продолжительности. За подобной классификацией складывается и 3-дневный прогноз геомагнитной обстановки. Его выставляют на свои сайты все ведущие метеослужбы мира [20,21,22].

Конечно, нужно также принимать во внимание влияние солнечных возмущенмй через изменения в его электромагнитном излучении разных диапазонов. Первые регулярные наблюдения радиоизлучения невозмущенного Солнца, начатые в середине прошлого века (сначала в диапазоне 1-10 см, а со временем и соседних областях), и связей между интенсивными радиовсплесками и солнечными вспышками, позволили классифицировать эти возмущенности на основе спектрально-временных характеристик. Оказалось, что основная часть такого излучения (при разных типах возмущений) принадлежит диапазону 300 кГц - 300 МГц. Это означает, что со стороны коротких волн граница этих явлений принадлежит к дециметровому диапазону. Однако известно, что Чижевский еще в конце 30-х годов утверждал: «Агентом влияния солнечной активности является, в частности, и миллиметровое излучение" [10]. Современные радиофизические исследования дают основание считать, что интенсивность микроволнового излучения ионосферы в период средней солнечной вспышки увеличивается на порядок, а в период сильной геомагнитной бури - на два порядка [11].

Академик Кан Кай, Институт восточной медицины, бульвар Дружбы Народов,

32-а, 01103, Киев, Украина, тел/факс +38 (044) 285-92-09.

Кнуренко А.І. Киевский национальный университет имени Тараса Шевченко,

радиофизический факультет