Исследовательская работа «Исследование влияния солнечной активности на рождаемость и смертность жителей села Безопасного» в номинации "Физика"

XXIII - Ставропольская краевая открытая научная конференция школьников

Секция: физика

Название работы: «Исследование влияния солнечной активности

 на рождаемость и смертность жителей села Безопасного»

Автор работы: Шепелев Олег Геннадиевич

Место выполнения работы: село Безопасное Труновского муниципального района СК,

МБОУ СОШ №3, 8 класс

Научный руководитель: Якшина Елена Федоровна, учитель физики

с.Безопасное, 2012

Оглавление

стр

1.     Актуальность темы                                                                        3

2.     Краткая теория                                                                               6

3.     Методика исследования                                                                 7

4.     Основные результаты                                                                    13

5.     Выводы                                                                                          14

6.     Литература                                                                                     15

Исследование влияния солнечной активности

 на рождаемость и смертность жителей села Безопасного

Актуальность темы

Большой интерес, проявляемый учёными к изучению солнечных вспышек и других активных процессов на Солнце, связан с тем, что они оказывают значительное влияние на биологические земные явления, на физические условия в земной атмосфере и околоземном космическом пространстве.

Солнечные космические лучи в основном задерживаются атмосферой и магнитным полем Земли.  И все же жителям Земли в своей практической деятельности приходится сталкиваться с негативными проявлениями солнечных вспышек, во время которых прерывается коротковолновая радиосвязь,  возникают магнитные бури, резко ухудшается условия навигации кораблей и самолётов.

Мощные протонные вспышки являются важным фактором для планирования полетов на гражданских авиалиниях, особенно проходящих в полярных  широтах, где силовые линии земного магнитного поля направлены перпендикулярно поверхности Земли и поэтому позволяют заряженным частицам достигать нижних слоев атмосферы. Пассажиры в этом случае подвергаются повышенному       радиационному облучению. Еще более сильное воздействие такие явления могут оказывать на экипажи космических аппаратов, особенно тех, которые летают на орбитах, проходящих через полюсы. Наблюдалось также влияние протонных вспышек на функционирование вычислительных систем. Так, в августе 1989 года одно такое событие парализовало работу вычислительного центра фондовой биржи в Торонто. В течение солнечного цикла происходит лишь несколько десятков таких мощных вспышек, и их частота значительно выше в его максимуме, чем в минимуме.

Например, 13 марта 1989 г, сильная магнитная буря, вызванная вспышками,  связанными с одним из крупнейших, когда-либо наблюдавшихся пятен на Солнце, вывела из строя систему электроснабжения всей провинции Квебек. Часть сильных геомагнитных бурь связана со вспышками, происходящими в активных областях Солнца, и поэтому частота таких бурь возрастает с ростом числа солнечных пятен в магнитном цикле. Долгое время предпринимались многочисленные попытки найти связь между солнечной активностью и погодой. Выдающийся английский астроном Уильям Гершель предположил (совершенно правильно!), что Солнце наиболее ярко светит при максимуме солнечных пятен, а повышение температуры  в этот период должно было бы приводить к увеличению урожая пшеницы и соответственно   падению цен на нее. В 1801 г. он заявил, что цена на пшеницу действительно коррелирует с циклом солнечных пятен. Корреляция, однако, оказалась недостоверной, и Гершель стал заниматься другими проблемами. Многие такие кажущиеся связи оказались недолговечными, и все они имели тот недостаток, что были скорее статистическими, чем причинными. Никто еще не предложил разумного механизма, посредством которого столь малые изменения солнечной постоянной могли бы ощутимо влиять на земны процессы.

Однако поиск продолжался. В 1987 г. Карин Лабицке из Свободного университета в Берлине сообщила о наиболее убедительной из всех ранее найденных        связей. Она обнаружила, что в течение последних 40 лет оттепели зимой в США и Западной Европе очень хорошо коррелируют с солнечным циклом, если  принимать во внимание изменение направления стратосферных ветров, происходящее приблизительно каждые два года.  Найденное  соответствие выдержало многочисленные статистические проверки и объяснило очень зиму 1988/89 г. в Англии и Западной Европе.

Установление      физически разумной связи между вариациями солнечной активности и климата явилось бы громадным шагом вперед в понимании взаимосвязи Земли с ее звездой. Это все показывает, что Солнце имеет огромное влияние на Землю. Однако, тем не менее, это совершенно ничтожное влияние, по сравнению с тем, что случится с Солнцем и Землей через несколько миллиардов лет.

В связи с этим, меня заинтересовал вопрос: «Действительно ли солнечная активность может повлиять на рождаемость и смертность жителей родного села Безопасного?»

Исследования А.Л. Чижевского показали, что с увеличением  электромагнитной и радиоактивной деятельности Солнца на Земле увеличивается число массовых феноменов: заболеваний, смертей от разных причин, суицидов, рождений и многое другое. Обнаруживается замечательное соответствие между солнечными и земными феноменами: толщины годичных слоев древесины, промышленного улова рыбы  (трески), времени зацветания каштанов, прилёта перелётных птиц (жаворонков, ласточек), урожая зерновых культур, численности поголовья скота, уровня воды в озёрах и реках.

Цель работы: исследование влияния солнечной активности на рождаемость и смертность населения села Безопасного.

Задачи:

·       Определить среднее число Вольфа для каждого года за последние 20 лет  по данным SIDC (Центра анализа данных по влиянию Солнца, Бельгия);

·       Исследовать связь чисел Вольфа с показателями  рождаемости и смертности населения села Безопасного (по данным Безопасненского загса).

Краткая теория

Еще в глубокой древности было замечено, что выпадают годы, когда ничего не нарушает мирного течения жизни. Но бывают времена, когда и мир природы, и мир человеческий приходят в волнение: стихийные катастрофы, наводнения или засухи, землетрясения или извержения вулканов, массовые налёты вредных насекомых, повальные болезни среди животных и людей. В такие времена пытливому взору наблюдателя представляется несомненным существование связи организмов с окружающей средой.

По-видимому, идея о связи между человеком и внешней природой возникла на заре человеческого существования. На фундаменте этой идеи родилась и пышно расцвела древнейшая из наук – астрология. Возникает вопрос: можем ли мы изучать организм как нечто обособленное от космотеллурической среды?  Несомненно, главной причиной жизни на Земле является излучение Солнца во всём его спектре, начиная от коротких – невидимых, ультрафиолетовых волн и заканчивая длинными красными, а также все его электронные и ионные потоки. Статистически доказано, сто солнечные пертурбации оказывают непосредственное влияние на сердечно-сосудистую, нервную и другие системы.

Чрезвычайно велика роль коротковолновых электромагнитных колебаний. Эти колебания могут порождаться  на поверхности Солнца в области пятен и протуберанцев и достигать поверхности Земли благодаря своей большой проницаемости. Исследования доказали, что действие радиации с короткой волной обладает мощными биологическим и физиологическим действием, а следовательно, оказывается особо сильным агентом внешней среды.

Методика исследования

Со́лнечные пя́тна — тёмные области на Солнце, температура которых понижена примерно на 1500 К по сравнению с окружающими участками фотосферы. Наблюдаются на диске Солнца (с помощью оптических приборов, а в случае крупных пятен — и невооружённым глазом) в виде тёмных пятен. Солнечные пятна являются областями выхода в фотосферу сильных (до нескольких тысяч гауссов) магнитных полей. Потемнение фотосферы в пятнах обусловлено подавлением магнитным полем конвективных движений вещества и, как следствие, снижением потока переноса тепловой энергии в этих областях.

Количество пятен на Солнце (и связанное с ним число Вольфа) — один из главных показателей солнечной магнитной активности.

Пятна — области наибольшей активности на Солнце. В случае, если пятен много, то существует высокая вероятность того, что произойдет пересоединение магнитных линий — линии, проходящие внутри одной группы пятен, рекомбинируют с линиями из другой группы пятен, имеющими противоположную полярность. Видимым результатом этого процесса является солнечная вспышка. Всплеск излучения, достигая Земли, вызывает сильные возмущения ее магнитного поля, нарушает работу спутников и даже оказывает влияние на расположенные на планете объекты. Благодаря нарушениям магнитного поля увеличивается вероятность возникновения северных сияний в низких географических широтах. Ионосфера Земли также подвержена флуктуациям солнечной активности, что проявляется в изменении распространения коротких радиоволн.

Первые сообщения о пятнах на Солнце относятся к наблюдениям 800 года до н. э. в Китае, впервые пятна были зарисованы в 1128 году в хронике Иоанна Вустерского. С 1610 года начинается эпоха инструментального исследования Солнца. Изобретение телескопа и его специальной разновидности для наблюдения за Солнцем — гелиоскопа, позволило Галилею, Томасу Хэрриоту, Кристофу Шейнеру и другим учёным рассмотреть солнечные пятна. Галилей, по-видимому, первым среди исследователей признал пятна частью солнечной структуры, в отличие от Шейнера, посчитавшего их проходящими перед Солнцем планетами. Это предположение позволило Галилею открыть вращение Солнца и вычислить его период. Приоритету открытия пятен и их природе была посвящена более чем десятилетняя полемика между Галилеем и Шейнером, однако, скорее всего, и первое наблюдение и первая публикация не принадлежат ни одному из них. Первоначальные исследования фокусировались на природе пятен и их поведении. Несмотря на то, что физическая природа пятен оставалась неясной вплоть до XX века, наблюдения продолжались. К XIX веку уже имелся достаточно продолжительный ряд наблюдений числа пятен, чтобы определить периодические циклы в активности Солнца. В 1845 г. Д. Генри и С. Александер из Принстонского университета наблюдали Солнце с помощью специального термометра (thermopile) и определили, что пятна излучают меньше радиации по сравнению с окружающими областями Солнца.

Пятна возникают в результате возмущений отдельных участков магнитного поля Солнца. В начале этого процесса пучок магнитных линий «прорывается» сквозь фотосферу в область короны и тормозит конвекционное движение плазмы в грануляционных ячейках, препятствуя в этих местах переносу энергии из внутренних областей наружу. Первым в этом месте возникает факел, чуть позже и западнее — маленькая точка, называемая пора, размером несколько тысяч километров. В течение нескольких часов величина магнитной индукции растет (при начальных значениях 0,1 тесла), и размер и количество пор увеличивается. Они сливаются друг с другом и формируют одно или несколько пятен. В период наибольшей активности пятен величина магнитной индукции может достигать 0,4 тесла.

Срок существования пятен достигает нескольких месяцев, то есть отдельные пятна могут наблюдаться в течение нескольких оборотов Солнца вокруг себя. Именно этот факт (движение наблюдаемых пятен вдоль солнечного диска) послужил основой для доказательства вращения Солнца и позволил провести первые измерения периода обращения Солнца вокруг своей оси.

Пятна обычно формируются группами, однако иногда возникает одиночное пятно, живущее всего несколько дней, или два пятна, с направленными из одного в другое магнитными линиями.

Первое возникшее в такой двойной группе называется P-пятно (англ. preceding) старейшее — F-пятно (англ. following).

Только половина пятен живёт больше двух дней, и всего десятая часть переживает 11-дневный порог.

Группы пятен всегда вытягиваются параллельно солнечному экватору.

Цикличность

Реконструкция солнечной активности за 11000 лет

Солнечный цикл связан с частотой появления пятен, их активностью и сроком жизни. Один цикл охватывает примерно 11 лет. В периоды минимума активности пятен на Солнце очень мало или нет вообще, в то время как в период максимума их может наблюдаться несколько сотен. В конце каждого цикла полярность солнечного магнитного поля меняется на противоположную, поэтому правильнее говорить о 22-летнем солнечном цикле.

Длительность цикла

Хотя в среднем цикл солнечной активности длится около 11 лет, бывают циклы длиной от 9 до 14 лет. Средние значения также меняются на протяжении столетий. Так, в XX веке средняя длина цикла составила 10,2 года.

Форма цикла непостоянна. Швейцарский астроном Макс Вальдмайер утверждал, что переход от минимума к максимуму солнечной активности происходит тем быстрее, чем больше максимальное количество солнечных пятен, зарегистрированное в этом цикле (т. н. «правило Вальдмайера»).

Ученые измеряют солнечный цикл, считая пятна – холодные области на Солнце размером с нашу планету, где мощные магнитные петли пронзают видимую поверхность Солнца.

Счет солнечных пятен не так прост, как кажется. Положим, смотря на Солнце через (оборудованный специальными светофильтрами) слабосильный бинокль, вы можете увидеть два-три крупных пятна. Наблюдатель с мощным телескопом – 10 или 20. Крупная орбитальная обсерватория может обнаружить намного больше, скажем, 50 или 100. Какое число верное? На практике применяются две официальные системы. Первая, Боулдерское число солнечных пятен, рассчитывается Центром изучения космической среды НОАА, используя формулу, предложенную Рудольфом Вольфом в 1848 г.

R=k(10g+s), где:
R – число пятен;
g – количество групп пятен;
s – сумма одиночных пятен в группах;
k – коэффициент масштаба.

Коэффициент k, обычно меньший 1, определяется условиями наблюдений и типом инструмента (бинокль, телескоп, орбитальный телескоп и т.д.). Ученые агрегируют данные от множества наблюдателей, у каждого из которых свой k, чтобы получить дневное значение.

Боулдерское число обычно на 25% выше значений второго официального показателя – «Всемирного числа солнечных пятен», публикуемого ежедневно Центром измерения показателя солнечных пятен в Бельгии. Оба показателя рассчитываются по одной формуле, но используют данные разных обсерваторий.

Рудольф Вольф определил основную формулу для подсчета солнечных пятен в 1848 г. Подсчет чисел Вольфа продолжается и поныне, так долго, как ни один другой показатель активности Солнца. Скрупулезный историк астрономии и непревзойденный эксперт в области практических исследований пятен, Вольф подтвердил наличие солнечного цикла по наблюдениям пятен. Также он достаточно точно вычислил его продолжительность в 11,1 лет, используя ранние записи.

Как правило, если вы разделите официальный показатель на 15, вы получите приблизительное число одиночных пятен, видимых на диске при наблюдении с помощью проекции телескопического изображения на экран.

 На странице “Солнечного Цикла” Космического Центра управления полетами им. Маршала (NASA’s Marshall Space Flight Center) можно посмотреть свежие данные о состоянии активности Солнца за последнее время.
 Наиболее показательными являются:

число вольфа

диаграмма бабочка

    Солнце на 16 дек 2011

Основные результаты

Полученные данные сведены в таблице.

Построен график с использованием программы Excell.

Качественное сравнение графиков зависимости рождаемости и смертности по годам с соответствующими числами Вольфа позволяет сделать вывод о зависимости смертности и рождаемости от солнечной активности.

Выводы

1.     В годы активного Солнца замечено уменьшение рождаемости и повышение смертности, а в годы спокойного Солнца, наоборот, рост рождаемости, уменьшение смертности среди населения.

2.     Рождаемость и смертность в нашем селе связаны с солнечной активностью.

Литература

1.     Астрономия , 11 класс. Автор Б.А. Воронцов – Вельяминов (2005 год).

2.     Астрофизика (учебное пособие для учащихся 8-11 классов). Автор: М.М. Дагаев, 1988 год.

3.     «Земное эхо солнечных бурь». Автор: А.Л. Чижевский. 1976 год.

4.     Материалы их википедии.

5.     Энциклопедический словарь юного астронома. 2006 год

6.     Данные  SIDC (Центра анализа данных по влиянию Солнца, Бельгия). Сайт: http://sidc.oma.de/.