Солнечно-Земная Физика

Солнечно-Земной Физика трактуется как физика процессов воздействия внешнего Земле окружения на существенные для людей земные явления.

Во-вторых, отметим, что подразумеваемое в определении разделение на земной и внеземной миры можно проводить по-разному. Можно, подчеркивая прикладной характер нашего интереса, под земными явлениями понимать лишь явления в Биосфере - тонком слое живого вещества и продуктов его жизнедеятельности, сосредоточенном на границе Литосферы, Океана и Атмосферы - и противопоставлять ей как все оставшиеся наружи части и оболочки Земли (верхнюю Атмосферу и Магнитосферу), так и собственно внеземной мир.
Мы предпочитаем более свободное разделение на Землю со всеми её оболочками и весь окружающий мир. При этом мы руководствуемся, с одной стороны, тем, при современном довольно низком уровне понимания того, что важно, и что не важно для Биосферы, лучше несколько завысить, чем занизить число исследуемых связей. С другой стороны, за последние полвека происходит все нарастающая экспансия Биосферы: люди и созданная ими техника постепенно "заселяют" Магнитосферу и даже Гелиосферу, а в ближайшие десятилетия космические аппараты с действующими приборами, возможно, выйдут и из этой наружной оболочки Солнца в Галактику. Естественно отнести к Биосфере в широком смысле, кроме её основной или "материковой" части, также и "островки" в виде космических аппаратов (как пилотируемых, так и автоматических), а также станции на Луне и планетах. При этом соответственно расширяется и область нашего интереса.
Ниже мы более аккуратно определим основные внутренние и наружные объекты, связи между которыми будут исследоваться.

В-третьих, в определении требует уточнения понятие "воздействия" внешнего мира на земные явления. Конечно, и планеты, и даже самые далекие звезды и галактики воздействуют на Землю (так как их излучение, поскольку оно регистрируется приборами, несет определенную энергию). Однако нас интересуют лишь воздействия, существенные для земных явлений, т.е. определяющим образом или, по крайней мере, заметно, влияющие на процессы в оболочках Земли. Особенно важно определить внешние воздействия, существенные для условий жизни людей, созданной ими техники, а также среды их обитания и окружающих их животных и растений. Желательно при рассмотрении очередного кандидата на роль важного для Земли внешнего фактора постараться количественно оценить его важность путем сравнения эффекта воздействия с уровнем шума.

При рассмотрении различных каналов воздействия внешнего мира на Землю естественно выделить как в том, так и в другой небольшое число основных объектов. Очевидно, что из наружных объектов самое сильное и всеобъемлющее влияние на Землю оказывает ближайшая к ней звезда, Солнце, (что и оправдывает в какой-то мере название курса - Солнечно-Земная Физика). Очевидно также воздействие по крайней мере на наружные земные оболочки магнитного поля и потоков плазмы и ускоренных частиц в окружающей Землю Гелиосфере - области пространства, занятой Солнечным Ветром (СВ), т.е. ускоренными в наружной оболочке Солнца потоками солнечной плазмы. Для определенности договоримся считать границей между Солнцем и Гелиосферой (или основанием Гелиосферы) замкнутую поверхность, на которой плотность кинетической энергии СВ равна плотности магнитной энергии. Наружной границей Гелиосферы, отделяющей её от Галактики, будем считать опять-таки замкнутую поверхность, отделяющую Гелиосферу от Околосолнечной Межзвездной Среды (ОСМЗС) Галактики, внутри которой плазма сохраняет свою солнечную природу (пока не будем рассматривать этот вопрос подробнее).

Таким образом, состояние Гелиосферы определяется, с одной стороны, Солнцем, активность которого меняется в широком диапазоне характерных времен (от минут до десятков и сотен лет), а с другой - условиями в ОСМЗС, характеристики которой меняются значительно медленнее. Тем не менее, мы включаем Галактику в число основных наружных объектов именно из-за важности для Земли (особенно для её прошлого и будущего, т.е. поведения на большой временной шкале) как характеристик ОСМЗС и её положения в Галактике, так и некоторых удаленных от Солнца объектов (например, сверхновых звезд). На этом список наружных объектов, которые могут оказывать существенное воздействие на Землю с её оболочками, можно завершить, хотя Галактика входит в свою очередь в Местную группу галактик и т.д. Что касается основных внутренних объектов, мы их уже неоднократно упоминали. Это собственно Биосфера, которую мы уже для начала достаточно обсуждали, а также Атмосфера и Магнитосфера. Атмосфера является основной средой обитания людей, от параметров которой мы, естественно, всецело зависим.

С другой стороны, характеристики как нижней части Атмосферы (в первом приближении их можно объединить в понятие климата), так и ее средней (проводимость, озоновый слой) и верхней (например, ионосфера) частей существенно зависят от внешнего мира из-за теплового и ультрафиолетового излучения Солнца, космических лучей и т.д. Магнитосфера, как мы уже упоминали, также постепенно становится для Биосферы окружающей средой и, кроме того, преломляет, аккумулирует и сбрасывает в "материковую" Биосферу (особенно её высокоширотные области) падающую на неё из Гелиосферы энергию солнечного ветра, межпланетных магнитных полей и космических лучей.
Границей между Атмосферой и Магнитосферой можно считать поверхность, внутри которой преобладает плотность тепловой энергия вещества (плазмы или нейтрального газа), а снаружи - плотность магнитной энергии. Наружной границей Магнитосферы, как обычно, полагаем в лобовой и фланговой частях магнитопаузу, отделяющую магнитное поле Земли от возмущенной межпланетной среды, а в антисолнечном направлении - гипотетическую поверхность, до которой все магнитные силовые линии, исходящие из Земли, пересоединились с межпланетным магнитным полем. {В принципе, можно включить в рассмотрение также Океан и Литосферу, но мы плохо осведомлены о фактах существенного влияния наружного мира на эти оболочки Земли.}

Каждому из выделенных наружных и внутренних и основных объектов в учебнике может быть посвящена отдельная глава, в которой будет описана структура и основные характеристики объекта. Сначала будут следовать главы, описывающие объекты, независящие от других (Галактика и Солнце), а затем - зависимые: Гелиосфера, Магнитосфера, Атмосфера и Биосфера, причем для зависимых объектов будут специально рассмотрены вопросы их зависимости от явлений в описанных ранее определяющих объектах.

Заключительная глава будет посвящена общей картине связей между объектами с особым выделением факторов, важных для Биосферы, и механизмов их влияния. Касаясь структуры глав, укажем лишь, что при рассмотрении свойств всех объектов мы старались в поведении каждого выделить квазистационарную (или спокойную, или медленно меняющуюся) и быструю (или собственно активную) составляющие. Кроме того, каждая глава должна завершаться параграфом, содержащим основные выводы, причем сформулированные так, что они могут читаться независимо от остальных параграфов данной главы, и на научно-популярном языке, понятным даже не очень подготовленному читателю.

{Я считаю нецелесообразным детализировать структуру каждого объекта во Введении (и, соответственно, доводить его объем до 10-15 страниц, как предлагается в forum.htm), так как это сильно перегрузит Введение и отвлечет внимание от обсуждения основных вопросов: предмета курса, его макроструктуры и для кого он предназначается. К сожалению, при этом Введение теряет функция СКЕЛЕТА всего курса, т.к. в нем будут отсутствовать ссылки на все базовые файлы учебника. Продолжая аналогию, Введение будет содержать ссылки лишь на основные части тела - Голову, Туловище, Руки и Ноги, оставляя ссылки на отдельные кости и органы главам, посвященным соответствующим частям тела.}
Совершенно очевидно, что детальное изложение материала каждой главы предполагаемого курса "Солнечно-Земная Физика" может (и, наверное, должно) составить отдельный курс (Физика Солнца, Физика Галактики, Физика Гелиосферы, Физика (и химия) Атмосферы, Физика Магнитосферы, Гелиобиология). В обсуждаемом же курсе должно быть собрано лишь изложение основных вопросов по каждому объекту с уделением особого внимания вопросам связи между объектами. Степень детальности зависит от объема курса (количества лекций) и от предполагаемой аудитории.
{Опять сошлюсь на курс лекций, прочитанный нами примерно по изложенному выше плану в 1997-98 на ДНС ФИАН (см. файл mbk.htm). Он был рассчитан на дипломников МФТИ, а также аспирантов и недавних выпускников других технических вузов-университетов и состоял из 21 лекции, прочитанных в течение двух семестров (~ 1 лекция в неделю), и промежуточных зачетов после прохождения материала о каждом из основных объектов. Конечно, в условиях МГУ, где есть глубокие (или узкие!) специалисты по каждому из выделенных объектов, подготовка предполагаемого синтетического курса может существенно отличаться от того, как его формировали мы, из учебников выделяя необходимый минимум знаний по каждому объекту.}