WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!


ФИЗИКА ЕСТЕСТВЕННЫЕ АРХИВЫ СОЛНЕЧНОЙ АКТИВНОСТИ И ТЕРМОЯДЕРНОЙ ИСТОРИИ СОЛНЦА ЗА ПОСЛЕДНИЕ МИЛЛИОНЫ ЛЕТ Г. Е. КОЧАРОВ Санкт-Петербургский государственный технический университет Проблема будущего Солнца и Солнечной системы обсуждается в последние годы с нарастающей активноNATURAL ARCHIVES OF SOLAR ACTIVITY стью. Для построения конкретной теоретической моAND THERMONUCLEAR HISTORY дели настоящего и будущего Солнца требуется знание OF THE SUN DURING динамики процессов в солнечном веществе за большой интервал времени, миллионы и даже миллиарды лет.

THE LAST MILLIONS YEARS Единственным источником такой информации являG. E. KOCHAROV ются те природные архивы, которые способны фиксировать время поступления солнечного сигнала, его тип и амплитуду.

A discussion is given of the possibility of the natural detectors for investigations of history ЕСТЕСТВЕННЫЕ АРХИВЫ of thermonuclear fuel in the solar interior by АСТРОФИЗИЧЕСКИХ ЯВЛЕНИЙ measuring of an abundance of technetium and Земная кора является перманентным детектором косlead isotopes in the Earth’s Crust. The results of мических частиц и излучений. Только она создает high-precision measurements of radiocarbon принципиальную возможность установить динамику генерации термоядерной энергии в глубоких недрах content in tree rings and tree rings growth for Солнца за последние десятки миллионов лет. Эта возthe last 8 kyr have been discussed. It is shown можность связана с прецизионными измерениями соthat there are correlations between deep minima держания изотопов свинца и технеция в веществе земof solar activity and tree rings depression.

ной коры [1, 2].

Годичные кольца деревьев уже стали традиционРассмотрены возможности естественных ным источником количественных данных о временных детекторов для изучения истории термо- вариациях интенсивности галактических космических лучей на шкале времени от современности до 10 тыс.

ядерного горючего в недрах Солнца путем лет назад. Ширина годичных колец и их изотопный соизмерения содержания изотопов технеция став содержат информацию о солнечной активности и и свинца в земной коре. Результаты высоклиматических эффектах на большой шкале времени в коточных измерений содержания радиоуг- прошлом. Недавно было установлено, что по ширине годичных колец можно даже восстановить динамику лерода в кольцах деревьев и прироста госолнечной активности на огромной шкале времени дичных колец за последние 8 тыс. лет вывплоть до 25 млн лет назад.

явили корреляцию между глубокими миниПолярный лед также является важным источником мумами солнечной активности и депрессиинформации о вспышечной активности Солнца, взрыями годичных колец.

вов сверхновых звезд и климатических эффектов. Частота и амплитуда солнечно-вспышечных протонов определяются по концентрации нитратов в датированных КОЧАРОВ Г.Е. ЕСТЕСТВЕННЫЕ АРХИВЫ СОЛНЕЧНОЙ АКТИВНОСТИ И ТЕРМОЯДЕРНОЙ ИСТОРИИ СОЛНЦА Кочаров Г.Е., © ФИЗИКА 98 слоях полярного льда. Амплитудно-временные харакМo + Тс + е-, е теристики взрывов сверхновых звезд устанавливаются 97 Мo + Тс + е-, е путем измерения временного хода концентрации кос98 Мo + Тс + n + eе могенных изотопов 14С, 10Ве и 36Сl в датированных независимо образцах полярного льда. Эти изотопы обра- чувствительны к нейтрино высокой энергии (8В-нейтрино). Поскольку поток 8В-нейтрино очень сильно зазуются в ядерных реакциях в атмосфере Земли под действием галактических космических лучей, источ- висит от центральной температуры Солнца, результаты таких экспериментов в сочетании с данными совреником которых считаются взрывы сверхновых звезд.

Эти же изотопы генерируются и под действием гамма- менных исследований позволят ответить на вопрос функвантов космической природы. Согласно современно- даментальной важности о динамике физических услому представлению, при взрыве сверхновых звезд обра- вий в ядре Солнца.

зуются как высокоэнергичные протоны, так и жесткие Установлено, что для таллиевого эксперимента гамма-кванты. Полярный лед является уникальным наилучшими являются лорендиты в Югославии. Руда детектором амплитудно-временных характеристик ко- из Колорадо удовлетворяет необходимым требованиям смического гамма-излучения и высокоэнергичных с молибденовым детектором. Выделение из огромной протонов. Шкала времени получения астрофизической массы детекторов небольшого количества атомов информации с использованием полярного льда в насто- свинца и молибдена и их счет – задача чрезвычайного ящее время охватывает сотни тысяч лет. масштаба и трудности. Эксперименты по нейтринной палеоастрофизике являются крупномасштабными, доТаким образом, обнаруженные и разработанные уже архивы позволяют исследовать природу физичес- рогостоящими и требуют сотрудничества многих стран. Учитывая фундаментальную важность проблеких процессов по всему объему Солнца на огромной шкале времени в прошлом. Совместный анализ резуль- мы, можно надеяться, что в новом столетии эксперитатов современных прецизионных измерений солнеч- ментальная нейтринная палеоастрофизика будет одных излучений и частиц с данными расшифровки при- ной из центральных областей науки.

родных архивов может позволить получить уникальную ГОДИЧНЫЕ КОЛЬЦА ДЕРЕВЬЕВ О ГЛУБОКИХ информацию о солнечно-земных связях в далеком МИНИМУМАХ СОЛНЕЧНОЙ АКТИВНОСТИ прошлом. Такая информация необходима не только для восстановления истории Солнца, но и для предскаПрофессор Новороссийского университета Федор Низания будущего Солнечной системы.



кифорович Шведов был первым, кто понял уникальные возможности годичных колец деревьев для изучеСОЛНЕЧНЫЕ НЕЙТРИНО ния окружающей среды. Его статья “Дерево как О ТЕРМОЯДЕРНОЙ ИСТОРИИ СОЛНЦА летопись засух” была опубликована в 1892 году в журнале “Метеорологический вестник”. В настоящее время Нейтринная палеоастрофизика – относительно новая исследования по дендрохронологии, дендроклиматообласть науки, экспериментально еще не реализована.

Здесь мы лишь кратко рассмотрим основные возмож- логии и изотопному составу годичных колец деревьев ведутся во многих странах. Есть все основания считать ности этой области науки по термоядерной истории основоположником этой комплексной области науки Солнца. Идея базируется на генерации в земной коре характерных изотопов под действием солнечных нейт- нашего соотечественника Ф.Н. Шведова.

рино различной энергии. В 1965 году Б.П. Константинов и автор настоящих 205 строк сформулировали комплексную проблему “АстРеакция Tl + Pb + е- чувствительна к e рофизические явления и радиоуглерод”, основанную нейтрино малых энергий из-за низкого порога реакции на высокоточном измерении содержания радиоугле(43 кэВ) и большого потока рр-нейтрино. Источником этой группы нейтрино является первая реакция протон- рода в годичных кольцах деревьев [3]. За прошедшие 30 лет выполнен большой цикл дендроклиматохронопротонного цикла р + р 2D + e+ +. Поскольку эта е реакция наиболее медленная в протон-протонном цик- логических и радиоуглеродных исследований учеными ле, она является прямым индикатором мощности горе- России, Литвы, Украины, Грузии под руководством автора данной статьи. Ниже будут рассмотрены наиболее ния водорода в недрах Солнца. Сравнение результатов Tl–Pb эксперимента с данными современных исследо- яркие результаты в контексте обсуждаемой в работе проблемы.

ваний с галлиевым детектором позволит ответить на вопросы, является ли водород единственным горючим Основное внимание в исследованиях было уделено и меняется ли мощность горения водорода во времени. проблеме долговременных вариаций интенсивности гаОба вопроса являются принципиально важными. Экс- лактических космических лучей путем высокоточных перименты на основе реакций измерений содержания радиоуглерода в годичных кольСОРОСОВСКИЙ ОБРАЗОВАТЕЛЬНЫЙ ЖУРНАЛ, ТОМ 6, №1, ФИЗИКА цах деревьев. Напомним, что радиоуглерод 14С генери- маундеровскому минимуму (1645–1715 годы). Теория руется в атмосфере Земли в ядерных реакциях, иници- таких минимумов еще не разработана.

ируемых космическими лучами. Затем радиоуглерод Уникальные очевидцы прошлого – кольца деревьсовместно со стабильными изотопами 12С и 13С попаев не только помнят погодичный ход содержания радает в годичные кольца деревьев. Внесенная в кольца диоуглерода в земной атмосфере, но и концентрации информация сохраняется сотни и тысячи лет. Поэтому, стабильных изотопов 13С и дейтерия, которые являются определяя содержание радиоуглерода в точно датироиндикаторами палеотемпературы. Кроме того, ширина ванных кольцах деревьев, можно восстановить временгодичных колец деревьев содержит не только инфорной ход галактических космических лучей на большой мацию о солнечной активности, но и о локальных усшкале времени в прошлом. Известно, что с ростом ловиях (температура, осадки и т.д.). Проведенный наэнергии поток космических лучей падает. Однако чем ми анализ [5] закономерностей приростов сосны больше энергия частиц, тем легче преодолеть магнит- остистой в засушливых горных районах США позволил ный экран Солнца и достичь атмосферы Земли. В ре- выявить глубокие депрессии в приростах годичных козультате компромисса эффективной оказывается об- лец (рис. 2), синхронных с максимумами интенсивносласть энергии космических лучей от 200 до 50 000 МэВ. ти галактических космических лучей (см. рис. 1). Ясно, Эффект динамики магнитного экрана хорошо прояв- что основным дирижером восьмитысячелетнего глобального земного представления является Солнце. Обляется в эпохи глубоких и протяженных минимумов ращает на себя внимание, что характерный масштаб солнечной активности.

регулярного уменьшения амплитуды депрессии прироНа рис. 1 приведены экспериментальные данные ста составляет 5000 лет. Возможно, здесь проявляется по временному ходу интенсивности галактических космодулирующее действие автоколебаний климатичесмических лучей за последние 8 тыс. лет, восстановленкой системы атмосфера – глубинный океан – ледники.

ные по данным высокоточных измерений содержания В течение последних двух тысячелетий наблюдалось радиоуглерода в датированных кольцах деревьев [4].

понижение среднего уровня приростов, на фоне котоВидно, что в жизнедеятельности Солнца были регуляр- рого тем не менее отчетливо проявляются минимумы, ные и длительные минимумы активности, подобные синхронные с минимумами солнечной активности.

I --I2,7 15 1110 12 3 1,0,864 3 2 1 7 Годы в прошлое, тыс. лет назад Рис. 1. Временной ход концентрации радиоуглерода в годичных кольцах деревьев за последние 8 тыс. лет Ширина годичного кольца, мм 0,0,0,15 14 13 12 11 10–0,Годы в прошлое, тыс. лет назад Рис. 2. Прирост годичных колец деревьев на шкале времени последние 8 тыс. лет КОЧАРОВ Г.Е. ЕСТЕСТВЕННЫЕ АРХИВЫ СОЛНЕЧНОЙ АКТИВНОСТИ И ТЕРМОЯДЕРНОЙ ИСТОРИИ СОЛНЦА ФИЗИКА Наиболее подробно по косвенным данным изучена Концентрация нитратов, отн. ед.





эволюция Солнца за последнее тысячелетие. Как в ва- 1859 год риациях содержания радиоуглерода в кольцах деревьев, так и по содержанию 10Ве в кернах антарктических и гренландских льдов надежно установлены три экстремальных периода деятельности Солнца: маундеровский, шпереровский и Вольфа. Анализ пяти хронологий хвойных пород деревьев в горных и северных районах Восточной Европы и Западной Сибири позволяет заключить, что наблюдается не только повсеместное синхронное снижение приростов в указанные пе3000 3100 3200 Номер образца риоды, но и совпадение характерных деталей вариаций как по ширине колец, так и по содержанию радиоуглеРис. 3. Нитратный след мощной вспышки 1859 года рода в них.

Таким образом, можно заключить, что периоды ти1. Максимумы концентрации нитратов за период с па минимума Маундера являются характерными для 1715 года до настоящего времени коррелируют с фазаэволюции Солнца, приводя к глобальным изменениям ми роста и спада солнечной активности. Этот вывод на Земле, четко фиксируемым кольцами деревьев.

полностью согласуется с данными прямых регистраций солнечных протонов за последние 40 лет. Такое соПОГОДИЧНЫЕ ВАРИАЦИИ КОНЦЕНТРАЦИИ гласие и значительное расширение диапазона времени НИТРАТОВ В ПОЛЯРНОМ ЛЬДУ от четырех до 25 солнечных циклов свидетельствуют в ЗА ПОСЛЕДНИЕ 415 ЛЕТ, СОЛНЕЧНЫЕ пользу фундаментальности явления.

ВСПЫШКИ И КЛИМАТИЧЕСКИЕ ЭФФЕКТЫ Десять лет назад Г.А. Дрешхофф, Е.Дж. Зеллер и Г.Е. Кочаров подробно обсудили проблему глубоких минимумов Солнца и пришли к выводу о необходимости комплексного подхода с использованием методов космогенных изотопов (ФТИ РАН) и нитратного (Канзасский университет, США).

В 1992 году была организована специальная экспедиция в Гренландию, которая позволила получить уни- 1600 1700 1800 1900 9,кальные данные по концентрации нитратов за интер9,вал времени с 1576 до 1991 года (415 лет).

Космогенный радиоуглерод позволяет установить 9,временные вариации галактических космических лу9,чей солнечной активностью. Концентрация же нитратов в полярном льду является индикатором времени и 8,мощности солнечной вспышки. Специалистам в области 1600 1700 1800 1900 0,солнечных вспышек хорошо известна вспышка 1859 года (каррингтоновская вспышка). В оптическом диапазоне 0,она была очень мощной. Нитратный архив позволил 0,определить интенсивность и временную структуру потоков ускоренных протонов от этой вспышки (рис. 3).

0,Протонный сигнал также оказался очень большим.

0,В рамках научного сотрудничества между ФТИ 1500 1600 1700 1800 1900 РАН и Университетом штата Канзас (США) проведена Годы статистическая обработка уникальных данных с использованием некоторых методов анализа: спектральРис. 4. Сравнительный анализ временного хода ный, спектрально-временной, когерентно-временной. концентрации нитратов в полярном льду и вариации температуры по различным индикаторам: темпераОсновные выводы выполненных исследований тура центральной Англии, ширина годичных колец следующие. сосны в Калифорнии СОРОСОВСКИЙ ОБРАЗОВАТЕЛЬНЫЙ ЖУРНАЛ, ТОМ 6, №1, отн. ед.

Ширина кольца дерева, мм Температура, ° С Содержание нитратов, ФИЗИКА 2. Во время маундеровского минимума солнечной миллионов лет. Этой проблеме автор надеется посвяактивности в нитратном сигнале нет 5,5-летней гармо- тить специальную статью.

ники, что можно рассматривать как свидетельство отсутствия в период глубокого минимума значительных ЛИТЕРАТУРА протонных вспышек.

1. Кочаров Г.Е. // Изв. РАН. Сер. физ. 1996. Т. 60, № 8. С. 112.

На рис. 4 представлены имеющиеся данные по раз2. Кочаров Г.Е., Огурцов М.Г. // Современные проблемы солличным температурным индикаторам в сравнении с нечной цикличности. Санкт-Петербург: Гл. астрон. обсерватория, 1997. С. 130.

погодичным ходом концентрации нитратов в централь3. Константинов А.Н., Кочаров Г.Е. // Докл. АН СССР. 1965.

ной Гренландии. Несмотря на неполноту приведенных Т. 165, № 1. С. 63.

данных, можно предположить, что долговременный 4. Кочаров Г.Е., Васильев В.А., Дергачев В.А., Остряков В.М.

тренд концентрации нитратов имеет климатическую // Письма в “Астрон. журн.”. 1983. Т. 4. С. 206–210.

природу.

5. Кочаров Г.Е., Константинов А.Н., Остряков В.М., СтупнеВ заключение отметим, что имеются и другие при- ва А.И. // Солнеч. данные. 1986. № 4. C. 84–89.

родные детекторы частиц и излучений. Очень перспективным объектом является лунный грунт. Он содержит Рецензент статьи А.М. Черепащук уникальную информацию о количественной истории генерации солнечных космических лучей. Хранителем * * * такой информации являются изотопы, генерированные Грант Егорович Кочаров, доктор физико-математичев лунном грунте солнечными космическими лучами.

ских наук, профессор, зав. кафедрой космических исСама солнечная атмосфера также содержит информаследований Санкт-Петербургского государственного цию о генерации в ней различных изотопов солнечнытехнического университета, член-корреспондент РАЕН.

ми космическими лучами. Прецизионные измерения Область научных интересов – нейтринная астрофиизотопного состава солнечного ветра, гамма-линии зика, физика Солнца, астрофизика космических луспокойного Солнца и концентрации характерных изочей. Основатель новой области науки “Палеоастротопов в лунном грунте позволят установить интимные физика”. Автор более 400 публикаций, в том числе особенности жизнедеятельности Солнца за десятки пяти монографий.











© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.