ФИЗИКА СОЛНЦА СОЛНЕЧНО- ЗЕМНЫЕ СВЯЗИ

Солнце находится на расстоянии около световых лет от центра Млечного Пути и вращается вокруг него, делая один оборот более чем за 200 млн лет. Орбитальная скорость Солнца равна 217 км/с: оно проходит один световой год за 1400 земных лет, а одну астрономическую единицу за 8 земных суток. В настоящее время Солнце находится во внутреннем крае рукава Ориона нашей Галактики, между рукавом Персея и рукавом Стрельца

в так называемом «Местном межзвёздном облаке» области повышенной плотности, расположенной, в свою очередь, в имеющем меньшую плотность «Местном пузыре» зоне рассеянного высоко- температурного межзвёздного газа.

Во время процесса горения водорода и образования гелия ядерные реакции производят элементарные частицы, называемые нейтрино. Эти эфемерные частицы проходят сквозь все слои Солнца и межпланетное пространство и могут быть зарегистрированы на Земле. Число нейтрино, которые регистрируются таким способом, оказывается меньше, чем число, которое можно ожидать из теоретических представлений. Проблема недостатка солнечных нейтрино - одна из самых больших загадок физики Солнца.

Лучистая зона (или зона лучистого переноса) - зона, которая простирается от внешней границы солнечного ядра до тонкого пограничного слоя (тахоклина) на нижней границе конвективной зоны и занимает пространство примерно от 0,25 до 0,70 долей солнечного радиуса. Свое название эта зона получила от способа, которым осуществляется здесь перенос энергии Солнца от ядра к поверхности - через излучение. Тахоклин - тонкий пограничный слой, находящийся между лучистой зоной и конвективной зоной и, по-видимому, играющий чрезвычайно важную роль в формировании солнечного магнитного поля. Конвективная зона это самый внешний из слоев, составляющих внутреннее строение Солнца. Он начинается на глубине около км и простирается вплоть до солнечной поверхности. Температура плазмы в основании конвективной зоны около ° C. Поглощая излучение, вещество внизу конвективной зоны нагревается, и начинается процесс его "кипения" (или конвекции). Эти конвективные движения плазмы очень быстро переносят тепло из глубины Солнца к его поверхности. При этом поднимающееся вещество расширяется и охлаждается. При приближении к видимой поверхности Солнца температура плазмы падает до 5700° С, а ее плотность становится равна только г/см³ (около одной десятитысячной от плотности воздуха на уровне моря).

Атмосфера Солнца Фотосфера Хромосфера Корона Атмосфера – слои, откуда хотя бы часть излучения может беспрепятственно, не поглощаясь вышележащими слоями, уйти в окружающее пространство.

Фотосфера - это видимая поверхность Солнца, которая знакома нам лучше всего. Она представляет собой чрезвычайно тонкий слой толщиной всего около 100 км, что очень мало по сравнению с радиусом Солнца, составляющем почти км. Фотосфера полностью поглощает излучение, идущее из солнечного ядра и по этой причине не позволяет нам заглянуть внутрь Солнца. Температура по мере приближения к внешнему краю фотосферы уменьшается с 6600 К до 4400 К. Фотосфера образует видимую поверхность Солнца, по которой определяются размеры Солнца, расстояние от Солнца и т. д. Даже в самый обычный телескоп на фотосфере можно увидеть множество интересных деталей. Это солнечные пятна, яркие фотосферные факелы и гранулы. В фотосфере были обнаружены гигантские турбулентные движения плазмы, названные супергрануляцией, а также зарегистрированы осцилляции солнечной поверхности.

Типичный диаметр гранул - около 1000 км. Измерения скорости движения вещества в гранулах показывают, что скорость плазмы в центре гранулы составляет около 400 м/с и по мере движения к краям уменьшается до 200 м/с. Гранулы являются динамическими образованиями, постоянно возникающими, меняющимися и исчезающими. Время их существования от 8 до 20 минут.

Хромосфера - это неоднородный по структуре слой солнечной атмосферы, расположенный непосредственно над фотосферой. Температура хромосферы растет с высотой от 6000° C до примерно 20000° C (область температур больше ° С мала). Плотность хромосферы Солнца невелика, поэтому яркость её недостаточна, чтобы наблюдать её в обычных условиях. Но при полном солнечном затмении, когда Луна закрывает яркую фотосферу, расположенная над ней хромосфера становится видимой. Возможно, именно это дало название хромосфере, которое можно перевести как "цветная сфера". нижняя хромосфера простирается примерно до 1500 км, состоит из нейтрального водорода; верхняя хромосфера сформирована из отдельных спикул, выбрасываемых из нижней хромосферы на высоту до км и разделённых более разреженным газом. Температура её выше, чем у нижней хромосферы, водород находится преимущественно в ионизованном состоянии, в спектре видны линии водорода, гелия и кальция. Верхняя граница хромосферы не имеет выраженной гладкой поверхности.

Спикулы это небольшие, похожие на выбросы, образования. Эти тонкие, в масштабах Солнца, (диаметром около 500 до 1200 км) столбики светящейся плазмы выбрасываются из нижней хромосферы со скоростью около 20 км/с на км вверх. Спикула живёт 5-10 мин, её максимальная длина от до км. Количество спикул, существующих на Солнце одновременно, составляет около миллиона, они покрывают 1 % площади диска Солнца. Практически все спикулы находятся на границах супергранул, таким образом, хромосферная сетка состоит именно из них. Хромосферная сетка - это яркая структура, состоящая из множества ячеек, которые наиболее хорошо видны в красной линии водорода и ультрафиолетовой линии ионизованного кальция. Границы хромосферных ячеек примерно совпадают с границей фотосферных супергранул. Ячейки образуются из множества узлов сильного магнитного поля, которое сгребается к краям супергранул конвективными течениями плазмы.

Волокна это темные вытянутые структуры, хорошо видимые в солнечной хромосфере в красной линии водорода. Это конденсации из плотной и более холодной, чем окружающее вещество плазмы, приподнятые и удерживаемые над солнечной поверхностью петлями магнитного поля. Кроме темных волокон в хромосфере часто наблюдаются и области повышенной яркости, флоккулы, обычно располагающиеся в окрестностях солнечных пятен. Флоккулы - места повышенной концентрации магнитного поля и являются частью крупномасштабной хромосферной сетки. Количество флоккул на диске Солнца меняется с солнечной активностью: в период максимума солнечного цикла флоккулы могут покрывать до одной десятой площади диска Солнца.

Протуберанцы это плотные конденсации холодного вещества, поднятые над поверхностью линиями магнитного поля. Таким образом, протуберанцы и волокна представляют собой, фактически, одно и то же. Протуберанцы наблюдаются на краю солнечного диска над его поверхностью, а волокна видны в проекции на диск. Протуберанцы отличаются волокнистой и клочковатой структурой постоянно движущихся нитей и сгустков плазмы и многообразием форм. По виду протуберанца, по скорости и особенностям движения вещества в нём его можно отнести к одному из следующих классов: 1.Спокойные движения вещества и изменение формы в них медленные; время существования недели и даже месяцы; наблюдаются во всех гелиографических широтах. Они возникают либо вдали от групп солнечных пятен, либо вблизи них на поздних стадиях их развития. Т 15000°. 2.Активные в них происходят довольно быстрые движения потоков вещества от протуберанца к фотосфере, от одного протуберанца к другому. Многие спокойные протуберанцы также переживают активную стадию, длящуюся от десятков минут до нескольких суток, заканчивающуюся либо полным исчезновением, либо превращением его в эруптивный протуберанец. Т 25000°. 3.Эруптивные, или изверженные по виду напоминают громадные фонтаны, достигающие высот до 1,7 млн км над поверхностью Солнца. Движения сгустков вещества в них происходят быстро; извергаются со скоростями в сотни км/сек и довольно быстро изменяют свои очертания. При увеличении высоты протуберанец слабеет и рассеивается. В некоторых протуберанцах наблюдались резкие изменения скорости движения отдельных сгустков. Эруптивные протуберанцы непродолжительны. 4.Корональные, или петлеобразные возникают над хромосферой в виде небольших облачков, сливающихся затем в одно облако, из которого отдельными струями вниз к хромосфере спускаются потоки светящегося вещества. Все явление длится несколько часов. Большие протуберанцы и энергичные корональные выбросы достаточно редки, они случаются значительно чаще вблизи максимума 11-летнего солнечного цикла активности, когда наблюдается много пятен и других активных явлений.

Классификация протуберанцев, учитывающая характер движения материи в них и форму протуберанцев, выработанная в КрАО: I тип (встречается редко) имеет форму облака или струи дыма. Развитие начинается от основания, вещество поднимается по спирали на большие высоты. Скорость движения вещества достигает 700 км/сек. На высоте около 100 тыс. км от протуберанца отделяются куски, падающие затем обратно по траекториям, напоминающим силовые линии магнитного поля. II тип имеет форму искривлённых струй, начинающихся и кончающихся на поверхности Солнца. Узлы и струи движутся как бы по магнитным силовым линиям. Скорости движения сгустков от нескольких десятков до 100 км/сек. На высотах в несколько сотен тысяч км струи и сгустки угасают. III тип имеет форму кустарника или дерева; достигает очень больших размеров. Движения сгустков (до десятков км/сек) неупорядочены.

Корона в основном состоит из протуберанцев и энергетических извержений, извергающихся на несколько сотен и даже более миллиона километров в пространство, образуя солнечный ветер. Средняя корональная Т от до К, а максимальная, в отдельных участках, от до К. Видна невооружённым глазом только во время полного солнечного затмения, так как плотность вещества в короне мала, а потому невелика и её яркость. Необычайно интенсивный нагрев этого слоя вызван эффектом магнитного пересоединения и воздействием ударных волн. Форма короны меняется в зависимости от фазы цикла солнечной активности: в периоды максимальной активности она имеет округлую форму, а в минимуме вытянута вдоль солнечного экватора. Поскольку температура короны очень велика, она интенсивно излучает в ультрафиолетовом и рентгеновском диапазонах. Излучение в разных областях короны происходит неравномерно. Существуют горячие активные и спокойные области, а также корональные дыры с относительно невысокой Т К, из которых в пространство выходят магнитные силовые линии. Такая магнитная конфигурация позволяет частицам беспрепятственно покидать Солнце, поэтому солнечный ветер испускается в основном из корональных дыр.

Корональные дыры области в солнечной короне, где понижены плотность и температура плазмы. Как правило, плотность в таких районах примерно в сто раз меньше, чем в остальных областях короны. Появление корональных дыр фиксируется с помощью изображений, полученных в рентгеновском диапазоне со спутников. Появление корональных дыр связывают с периодом ремиссии временем минимальной солнечной активности. Корональные дыры являются важным элементом солнечно-земной физики, приводя к различным эффектам космической погоды, в частности к геомагнитной активности. Зачастую корональные дыры являются основным фактором, влияющим на ионосферу и магнитное поле Земли. Расположены они обычно в полярных районах Солнца, однако в период максимума могут наблюдаться на всех широтах.

Корональные петли состоят из замкнутых линий магнитного поля, которые соединяют "источники" поля на поверхности Солнца. По этой причине корональные петли часто окружают солнечные пятна и активные области. Времена жизни отдельных петель сильно различаются. Некоторые из них существуют в короне по нескольку дней и даже недель, хотя большинство меняется более быстро. Существуют также петли, связанные с солнечными вспышками (так называемые вспышечные петли) с характерными временами жизни всего несколько десятков минут. Корональные и вспышечные петли содержат более плотное и горячее вещество, чем окружающая корона и по этой причине выглядят как объекты повышенной яркости. Корональные стримеры - вытянутые яркие шлемообразные структуры с открытой вершиной, которые часто формируются над пятнами и областями повышенной активности в атмосфере Солнца. Стримеры образуются из крупномасштабных петель магнитного поля и могут удерживать над поверхностью Солнца протуберанцы и волокна. По этой причине эти объекты часто наблюдаются в основаниях стримеров. Плотность вещества внутри стримеров обычно повышена, и они выглядят более яркими, чем окружающая корона. Вытянутые вершины стримеров образуются из-за действия солнечного ветра, который течет от поверхности Солнца и растягивает линии магнитного поля. Полярные перья это очень тонкие стримеры, которые формируются над северным и южным полюсами Солнца. Фактически, они представляют собой открытые линии магнитного поля, выходящие из магнитных полюсов. Форма полярных перьев определяется действием солнечного ветра, точно так же как и форма обычных шлемообразных стримеров.

Из внешней части солнечной короны истекает солнечный ветер поток ионизированных частиц (в основном протонов, электронов и α- частиц), распространяющийся с постепенным уменьшением своей плотности. Медленный солнечный ветер имеет скорость около 400 км/с и температуру 1,41,6·10 6 К и по составу близко соответствует короне. Медленный солнечный ветер вдвое более плотный и менее постоянный, чем быстрый. Медленный солнечный ветер имеет более сложную структуру с регионами турбулентности. Быстрый солнечный ветер имеет скорость около 750 км/с, температуру 8·10 5 К, и по составу похож на вещество фотосферы. В среднем Солнце излучает с ветром около 1,3·10 36 частиц в секунду. Следовательно, полная потеря массы Солнцем (на данный вид излучения) составляет за год 23·10 14 солнечных масс. Это эквивалентно потере массы, равной земной, за 150 млн лет. Первые прямые измерения характеристик солнечного ветра были проведены в январе 1959 года советской станцией «Луна-1». Три года спустя такие же измерения были проведены американскими учёными с помощью станции «Маринер-2». В конце 1990-х с помощью Ультрафиолетового коронального спектрометра на борту спутника SOHO были проведены наблюдения областей возникновения быстрого солнечного ветра на солнечных полюсах.

В солнечной плазме могут возникать электрические токи и, как следствие, магнитные поля. Делятся на два типа, в соответствии с их масштабом. Крупномасштабное (общее или глобальное) магнитное поле с характерными размерами, сравнимыми с размерами Солнца, имеет среднюю напряжённость на уровне фотосферы порядка нескольких гаусс. В минимуме цикла солнечной активности оно имеет приблизительно дипольную структуру, при этом напряжённость поля на полюсах Солнца максимальна. Затем, по мере приближения к максимуму цикла солнечной активности, напряжённости поля на полюсах постепенно уменьшаются и через один-два года после максимума цикла становятся равными нулю («переполюсовка солнечного магнитного поля»). На этой фазе общее магнитное поле Солнца не исчезает полностью, но его структура носит не дипольный, а квадрупольный характер. После этого напряжённость солнечного диполя снова возрастает, но при этом он имеет уже другую полярность. закон Хейла: полный цикл изменения общего магнитного поля Солнца, с учётом перемены знака, равен удвоенной продолжительности 11-летнего цикла солнечной активности примерно 22 года. Средне- и мелкомасштабные (локальные) поля Солнца отличаются значительно бо́льшими напряжённостями полей и меньшей регулярностью. Самые мощные магнитные поля (до нескольких тысяч гаусс) наблюдаются в группах солнечных пятен в максимуме солнечного цикла. Часто магнитное поле пятен в западной («головной») части группы, в том числе самого крупного пятна (т. н. «лидера группы») совпадает с полярностью общего магнитного поля на соответствующем полюсе Солнца, а в восточной («хвостовой») части противоположна ему. Это биполярная или мультиполярная структура. Магнитное поле Солнца генерируется в конвективной зоне, а затем всплывает в фотосферу под воздействием магнитной плавучести. Существуют также некоторые указания на наличие первичного (то есть возникшего вместе с Солнцем) или, по крайней мере, очень долгоживущего магнитного поля ниже дна конвективной зоны в лучистой зоне и ядре Солнца.

Можно ли понюхать Солнце? А послушать?

Элементы солнечной поверхности осциллируют, то есть периодически движутся вверх и вниз с характерным временем около 5 минут. Природа и источник этих пятиминутных осцилляций оставались загадкой долгие годы с момента их открытия в 1962 году. Загадочный источник пятиминутных колебаний был сначала установлен путем теоретических рассуждений в 1970 году, а затем подтвержден наблюдательно в 1975 году. Осцилляции, которые мы видим на поверхности Солнца, вызываются звуковыми волнами, которые генерируются и удерживаются внутри Солнца. Эти звуковые волны производятся в турбулентной конвективной зоне Солнца в результате флуктуаций газового давления. При распространении волн наружу они отражаются от поверхности Солнца (то есть от фотосферы), где плотность газа и его давление быстро уменьшаются. Отраженные волны движутся обратно внутрь Солнца и могут преломляться и возвращаться к поверхности, где снова отражаются. В результате часть звуковых волн, возбуждаемых в конвективной зоне, оказывается заперта в некотором слое под солнечной поверхностью и начинает раскачивать эту поверхность, вызывая ее колебания. Так как формирование звуковых волн связано с изменением газового давления в турбулентном слое, то данный режим колебаний называется P-модой колебаний солнечной поверхности. Звуковые волны, возбуждаемые в турбулентном слое, и колебания поверхности, которые они производят, могут быть использованы для тестирования внутреннего строения Солнца. Этот способ аналогичен способу исследования внутреннего строения Земли путем регистрации сейсмических звуковых волн, возникающих во время землетрясений. Свойства солнечных звуковых волн используются для определения температуры, плотности и состава внутренних слоев Солнца, а также для исследования их движений.

СОЛНЕЧНО-ЗЕМНЫЕ СВЯЗИ Индексы солнечной активности Магнитосфера Земли, радиационные пояса Проявления солнечной активности

Громадное число всякого рода наблюдений и измерений, проводимых в физике Солнца и геофизике, - это гигантские массивы накопленных данных, которые трудно обозримы и относятся, как правило, только к последним 5-6 циклам активности. При рассмотрении больших интервалов времени и для сравнения разнородных наблюдений удобно пользоваться некоторыми упрощенными оценками тех или иных процессов. Таковы различные гелиогеофизические индексы. Именно эти индексы и являются индексами космической погоды. Среди индексов солнечной активности наиболее употребительны числа Вольфа Число Вольфа было предложено в 1849 г. швейцарским астрономом Рудольфом Вольфом (Rudolph Wolf, ) и названо в его честь. Этот индекс относительного числа пятен начинает свой ряд с 1749 года. где f - количество наблюдаемых на диске Солнца пятен, g - количество образованных ими групп, k - нормировочный коэффициент, выводимый для каждого наблюдателя и телескопа, чтобы иметь возможность совместно использовать найденные ими относительные числа Вольфа. При подсчете f каждое ядро ("тень"), отделенное от соседнего ядра полутенью, а также каждая пора (маленькое пятно без полутени) считаются за пятна. При подсчете g отдельное пятно и даже отдельная пора считаются за группу.

Магнитосфе́ра область пространства вокруг небесного тела, в которой поведение окружающей тело плазмы определяется магнитным полем этого тела. Форма и размеры магнитосферы определяются силой внутреннего магнитного поля этого небесного тела и давлением окружающей плазмы. Все планеты, имеющие собственное магнитное поле, обладают магнитосферой. Ионосферы слабо намагниченных планет, как например Венера, частично отклоняют поток солнечного ветра, но они не имеют магнитосферы как таковой. Со стороны, обращенной к Солнцу, расстояние до границы магнитосферы варьируется в зависимости от интенсивности солнечного ветра и составляет около км: радиусов Земли. Граница магнитосферы, или магнитопауза, со стороны Солнца по форме напоминает снаряд и по приблизительным оценкам находится на расстоянии около 15 радиусов Земли. С ночной стороны магнитосфера Земли вытягивается длинным цилиндрическим хвостом (магнитный хвост), радиус которого составляет около радиусов Земли. Хвост вытягивается на значительное расстояние намного большее, чем 200 радиусов Земли. Существуют внутренний и внешний радиационные пояса. Частицы населения внешнего пояса разнообразны, содержат электроны и различные ионы. Большинство ионов это энергичные протоны, но определенный процент это альфа частицы и ионы кислорода, похожие на те, что в ионосфере, но гораздо более энергичные. Внутренний пояс содержит высокую концентрацию энергичных протонов и электронов, вмороженных в сильное магнитное поле в этой области.

Иногда пояса Ван Аллена становятся перегруженными радиацией, и частицы каскадом спускаются вниз в верхнюю атмосферу Земли. При таких высоких скоростях заряженные частицы сталкиваются с газами в атмосфере, заставляя их светиться (т.е. излучать свет). Результатом является красивый, мерцающий экран света в небе, который называют северным сиянием или южным сиянием. Спектры полярных сияний зависят от состава атмосфер планет. Поскольку ионизация заряженными частицами происходит наиболее эффективно в конце пути частицы и плотность атмосферы падает с высотой, то высота появлений полярных сияний достаточно сильно зависит от параметров атмосферы планеты. Для Земли с её сложным составом атмосферы красное свечение кислорода наблюдается на высотах км, а совместное свечение азота и кислорода на высоте ~110 км. Кроме того, эти факторы обусловливают и форму полярных сияний размытая верхняя и достаточно резкая нижняя границы.

Полярные сияния наблюдаются преимущественно в высоких широтах обоих полушарий в овальных зонах-поясах, окружающих магнитные полюса Земли авроральных овалах. Диаметр авроральных овалов составляет ~ 3000 км во время спокойного Солнца, на дневной стороне граница зоны отстоит от магнитного полюса на 1016°, на ночной 2023°. Поскольку магнитные полюса Земли отстоят от географических на ~12°, полярные сияния наблюдаются в широтах 6770°, однако во времена солнечной активности авроральный овал расширяется и полярные сияния могут наблюдаться в более низких широтах на 2025° южнее или севернее границ их обычного проявления. Полярные сияния весной и осенью возникают заметно чаще, чем зимой и летом. Пик частотности приходится на периоды, ближайшие к весеннему и осеннему равноденствиям. При наблюдении с поверхности Земли полярное сияние проявляется в виде общего быстро меняющегося свечения неба или движущихся лучей, полос, корон, «занавесей». Длительность полярных сияний составляет от десятков минут до нескольких суток.

Радиация потоки элементарных частиц, ядер и электромагнитных квантов в широком диапазоне энергий, взаимодействие которых с веществом вызывает разрушение атомной и молекулярной структуры вещества. Радиация приводит к негативным последствиям как в различных технических устройствах, так и в биологических объектах. Основные практически важные источники космической радиации это галактические космические лучи, солнечные космические лучи, электроны и ионы радиационных поясов Земли, а также солнечные кванты рентгеновского и гамма излучений.

Существование многих видов радиоволн и их применение для радиосвязи становятся возможными только благодаря наличию ионосферы. Различные возмущения ионосферы оказывают существенное влияние на распространение радиоволн вплоть до их полного поглощения или отражения, в результате чего радиосвязь между отдельными регионами на Земле может иметь заметные помехи или вовсе отсутствовать в некоторых частотных диапазонах длительное время. Изменение состояния ионосферы при активных процессах на Солнце происходит за счет возрастания потока ионизирующего излучения от Солнца, как электромагнитного в основном рентгеновского, гамма и ультрафиолетового излучения (достигает Земли за 8 минут), так и корпускулярного солнечные космические лучи (достигают Земли за время от нескольких десятков минут до суток), а также за счет возрастания геомагнитной активности. Изменения орбит спутников происходит в результате нагрева верхней атмосферы, увеличения её размеров, возрастания концентрации и силы трения на отдельных участках траектории спутника. Это приводит к торможению спутника, изменению его орбиты и даже возможному падению.

Магнитосферные и ионосферные электрические токи создают на поверхности Земли изменения геомагнитного и геоэлектрического поля, вызывающие так называемые геоиндуцированные (паразитные) токи (ГИТ) в длинных (многокилометровых) проводящих системах. Если в спокойное время эти вариации незначительны, то в активные периоды ГИТ могут достигать десятки и даже сотни ампер, влияя на работу систем энергоснабжения, а также целого ряда других наземных технических систем, в которых длинные проводящие линии являются необходимым компонентом (трубопроводы, линии связи, железные дороги). Наиболее известной в этом смысле стала авария, вызванная магнитной бурей 13 марта 1989 г., в ходе которой 6 миллионов человек и большая часть промышленности канадской провинции Квебек на 9 часов остались без электричества.

Погодные условия, связанные как с космической, так и с земной погодой, представляют собой многофакторное воздействие на биологические объекты и организм человека, при этом реакция организма зависит от его магнито- и метеочувствительности, которые имеют различные индивидуальные пороги на протяжении жизни. Характерными мишенями геомагнитных и метеовоздействий являются кровеносная система, сердечно- сосудистая система, вегетативная нервная система, легкие, а основные группы риска: I больные с патологией сердечно-сосудистой системы, в особенности, перенесшие инфаркт миокарда; II здоровые люди с функциональным перенапряжением адаптационной системы (космонавты, летчики трансконтинентальных перелетов, операторы и диспетчеры энергетических станций, аэропортов и т. д.); III дети в период бурного развития с несформировавшейся адаптационной системой. В своей книге «Земное эхо солнечных бурь» Александр Леонидович Чижевский проанализировал большой исторический материал и обнаружил корреляцию максимумов солнечной активности и массовых катаклизмов на Земле. Отсюда сделан вывод о влиянии 11-летнего цикла солнечной активности (периодического увеличения и уменьшения количества пятен на Солнце) на климатические и социальные процессы на Земле. Чижевский установил, что в период повышенной солнечной активности на Земле происходят войны, революции, стихийные бедствия, катастрофы, эпидемии, увеличивается интенсивность роста бактерий («эффект Чижевского Вельховера»).

Система Солнце-Земля-Луна Солнце и Луна единственные небесные тела, которые оказывают прямое влияние на условия окружающей среды. 70% поверхности Земли покрыто водой, которая в большей степени подвержена воздействию гравитационной силы Луны. Это приводит к тому, что поверхность океанов поднимается по направлению к Луне. Поскольку вращение Луны происходит над водой, а вращение Земли под водой, приливная волна всегда следует по земле за Луной. Причиной второго горба является центробежная сила. Поскольку Земля вращается, каждая точка на ее поверхности движется. Благодаря гравитации нас не выбрасывает в открытый космос, а инженеры используют этот эффект, выбирая места, расположенные близко к экватору, для запуска космических кораблей и ракет. Там, где гравитация наиболее слабая (на противоположной стороне Земли), центробежная сила обладает достаточной энергией для того, чтобы создать прилив. Это объясняет то, почему приливные волны образуются с двух сторон земли: более высокая находится под гравитационным влиянием Луны, а более низкая на противоположной стороне подчиняется динамике центробежной силы Земли.

Третий фактор образования приливов: масса воды, которая всегда обращена к Солнцу во время движения Земли вокруг своей оси и вокруг Солнца. В дополнение к этому такая же, но более низкая приливная волна образуется на прямо противоположной стороне Земли, поскольку там центробежная сила позволяет воде удаляться от оси вращения Земли. Поскольку Солнце находится на очень далеком расстоянии от Земли по сравнению с Луной, его гравитационное воздействие на океаны составляет всего лишь около 45% от гравитационного воздействия Луны, в результате чего приливная волна намного ниже. Если Солнце, Луна и Земля находятся на одной линии, и при этом Солнце и Луна находятся на одной стороне, их гравитационные силы усиливают друг друга и приводят к максимальному уровню прилива, так называемому «сизигийному приливу». В целом то же самое происходит на другой стороне Земли, когда Солнце и Луна располагаются на одной линии, но при этом сизигийный прилив является не таким высоким. Если Луна расположена под углом 90 градусов от Солнца, ее сила гравитации компенсирует силу гравитации Солнца, что приводит к практически равномерному распределению воды на поверхности Земли, так называемому «квадратурному приливу».

Луна стабилизирует положение земной оси и своим приливным влиянием тормозит суточное вращение Земли. Но и Земля не остается в долгу: ее момент импульса за счет того же приливного эффекта передается Луне и понемногу увеличивает радиус ее орбиты. Сейчас Луна удаляется от Земли со скоростью около 4см/год. Через 5 млрд. лет радиус ее орбиты достигнет максимального значения – 463 тыс. км, а продолжительность земных суток составит 870 часов, или 36 современных суток. Земля – геоид Луна - селеноид Но расчеты показывают, что при современном расстоянии до Луны приливный эффект Земли на порядок меньше необходимого! Но ведь мы знаем, что Луна отдаляется от нас, значит, в прошлом она была ближе к нам, и приливный эффект был сильнее современного. Если бы Луна была ближе в 2,7 раза, то приливным влиянием можно было бы объяснить наблюдаемую вытянутость селеноида в сторону Земли. Зная современную скорость удаления Луны, легко оценить, что это было несколько миллиардов лет назад. Значит, уже тогда вращение Луны и ее обращение вокруг Земли были синхронны!

Луна – спутник? Или?... Максимальный размер системы спутников определяется областью гравитационного контроля планеты. Хотя она и не совсем сферическая, ее принято называть сферой Хилла. На границе этой области, очевидно, должно наступать равенство двух сил: силы притяжения спутника к планете и силы, действующей со стороны Солнца, и старающейся оторвать спутник от планеты. Чтобы оценить уровень самостоятельности спутника, надо сравнить ускорение спутника в сторону планеты и в сторону Солнца. Если это отношение заметно меньше единицы, значит, спутник в плену у своей планеты. Если же оно больше единицы, то спутник движется в основном под влиянием Солнца, как нормальная планета Солнечной системы, а роль планеты-хозяина состоит лишь в том, чтобы синхронизировать движение самой планеты и ее спутника по близким околосолнечным орбитам. Такое движение – не плен, а скорее совместная прогулка. Из всех известных на сегодняшний день спутников, только у Луны это отношение больше 1! Оно равно 2,2! Луна находится вне сферы тяготения Земли, она вдвое сильнее притягивается к Солнцу, чем к Земле! С этой точки зрения Луна - планета, а не спутник. Если внезапно остановить Землю, то Луна бросит ее и продолжит свой обычный путь вокруг Солнца.