Енергія Сонця

Сонце, як відомо, є первинним і основним джерелом енергії для нашої планети. Воно гріє всю Землю, приводить в рух річки і повідомляє силу вітру. Під його променями зростає 10²⁴ тонн рослин, що живлять, у свою чергу, 10×10¹² тонн тварин і бактерій. Завдяки тому ж Сонцю на 3емлі накопичені запаси вуглеводнів, тобто нафти, вугілля, торфу і ін., які ми зараз активно спалюємо. Для того, щоб сьогодні людство змогло задовольнити свої потреби в енергоресурсах, потрібно в рік близько 10 мільярдів тонн умовного палива. (Теплота згорання умовного палива – 7 000 ккал/кг).

А тепер увага: якщо енергію, що поставляється на нашу планету Сонцем за рік, перевести в те ж умовне паливо, то ця цифра складе близько 100 трильйонів тонн. Це в десять тисяч разів більше, ніж нам потрібно. Вважається, що на 3емлі запасені 6 трильйонів тонн різних вуглеводнів. Якщо це так, то енергію, що міститься в них, Сонце віддає планеті всього за три тижні. І резерви його настільки великі, що світитися так само яскраво воно зможе ще близько 5 мільярдів років. 3емні зелені рослини і морські водорості утилізували приблизно 34% енергії, що поступає від Сонця. Останнє втрачається майже даремно, витрачаючись на підтримку комфортного для життя мікроклімату в глибинах океану і на поверхні Землі. І якби людина змогла узяти для свого внутрішнього вжитку хоч би один відсоток (тобто 1 трильйон тонн того самого умовного палива в рік), то це б вирішило багато проблем на століття вперед. І теоретично цілком зрозуміло, як саме узяти цей відсоток.

Все почалося з Альберта Ейнштейна. Багато хто пам’ятає, що цей учений був удостоєний в 1921 році Нобелівської премії. Але мало хто знає, що отримав він її не за створення теорії відносності, а за пояснення законів зовнішнього фотоефекту. Ще в 1905 році він опублікував роботу, в якій, спираючись на гіпотезу Планка, описав як саме і в яких кількостях кванти світла «вибивають» з металу електрони. Отримати електричний струм за допомогою фотоефекту вперше удалося радянським фізикам в 30-і роки минулого століття. Сталося це у Фізико-технічному інституті, керував яким знаменитий академік А.Ф. Іоффе. Правда, ККД тодішніх сонячних сірнисто-талієвих елементів ледве дотягував до 1%, тобто в електрику перетворювався лише 1% енергії, що падала на елемент, але заділ був покладений. У 1954 році американці Пірсон, Фуллер і Чапін запатентували перший елемент з прийнятним (порядку 6%) ККД. А з 1958 року кремнієві сонячні батареї стали основними джерелами електрики на радянських і американських космічних апаратах.

До середини 70-х років ККД сонячних елементів наблизився до 10-процентної відмітки і… майже на два десятиліття завмер на цьому рубежі. Для космічних кораблів цього цілком вистачало, а для наземного використання виробництво вельми дорогих сонячних батарей необхідної якості коштував тоді до 100 доларів), що в порівнянні із спалюванням дешевої нафти виглядало недозволеною розкішшю. Як наслідок більшість досліджень по розробці нових технологій в області сонячної енергетики були згорнуті, а фінансування тих, що залишилися сильно скорочено. На початку 90-х років нинішній лауреат Нобелівської премії академік Жорес Алферов на зборах АН СРСР заявив, що якби на розвиток альтернативної енергетики (а сонячна енергетика у нас вважається одним з її видів) було б витрачено хоч би 15% з тих засобів, що ми вклали в енергетику атомну, то АЕС нам би зараз чи взагалі б не потрібні Джерел енергії на Землі існує багато, але, судячи по тому, як нестримно зростають ціни на енергоресурси, їх все одно не вистачає. Багато фахівців вважають, що вже до 2020 року палива буде потрібно в три з половиною рази більше, ніж сьогодні. Де ж брати енергію?

Новітня технологія нанесення металоксидної плівки на скляну підкладку дозволяє створювати крупні тонкоплівкові сонячні модулі. У Америці лише на один проект – будівництво в пустелі Негев (Ізраїль) сонячної електростанції – виділено 100 мільйонів доларів. Судячи по тому, що навіть на тих крихітках, які виділялися «на Сонці», вдалося до середини 90-х підняти ККД сонячних елементів до 15, а на початок нового століття – до 20%, затвердження академіка недалеке від істини.

Як матеріал для виробництва сонячних елементів сьогодні використовується кремній. Другий за поширеністю на Землі, після кисню, елемент. На кремній припадає більше чверті спільної маси земної кори. Мінус в тому, що зустрічається він у вигляді оксиду – SiO₂. Це той самий пісок, яким наповнюють дитячі пісочниці і використовують при замісі цементного розчину. Витягувати з нього чистий кремній вельми складно. Настільки складно, що вартість силіціума (так хіміки називають кремній), в якому не більше 1 грама домішок на 10 кілограмів продукту, порівнянна з вартістю збагаченого урану, використовуваного на атомних електростанціях. 3апаси кремнію перевищують запаси урану майже в 100 000 разів, проте хорошої «сонячної» речовини людство добуває в шість разів менше, ніж хорошого атомного урану.

Відмітимо, що видобувати з породи кілограм урану значно складніше, ніж отримати з кварцового піску кілограм силіціуму. Тому брудний кремній, що добувається способом електродуги і що містить більше 1 % домішок, коштує трохи більше одного долара за 1 кг і продається мегатоннами в рік. Ціна на природний уран на порядок вище. Після збагачення, коли доля потрібного 235-го ізотопу підвищується до 4,4%, вартість урану підскакує до 400 доларів за 1 кг і стає порівнянна з ціною того самого кремнію, з якого роблять мікросхеми і сонячні елементи. Настільки, загалом, невисока вартість ядерного палива обумовлена і тим, що в створення технології його видобутку і збагачення за останніх півстоліття були вкладені величезні засоби. Кремній же й до сьогодні в промисловості видобувають і очищують тими ж способами, що і в кінці 50-х років минулого століття. У наслідок недосконалості технологій – висока вартість продукту, великі енерговитрати, екологічна небезпека і – низький вихід.

З тонни кварцового піску, в якому знаходиться близько 500 кг кремнію при найпоширенішій на сьогоднішній день технології видобування електродуги і хлорсиланові очищенні отримують 50-90 кг сонячного силіціуму. При цьому на здобуття 1 кг витрачається стільки енергії, що «кіловатний» чайник міг би на ній безперервно працювати протягом 250 годин. Все це тим більше дивно через те, що нові, набагато вдаліші технології давно існують. Ще в 1974 році німецька фірма Siemens навчилася отримувати чистий кремній за допомогою карботермічного циклу. Не вдаватимемося до подробиць хімічного процесу, просто скажемо, що в цьому випадку енерговитрати падають на порядок, а вихід продукту збільшується в 10-15 разів. Відповідно, і вартість отримуваного кремнію падає до 5-15 доларів за кілограм.

Для німецької технології простий пісок вже не личить, тут потрібні так звані «особливо чисті кварцити», найкрупніші поклади яких знаходяться в нашій країні. Крім того, на думку тих же фахівців з Siemens, наші кварцити найбільш якісні і їх запасів вистачить на всіх. Спільна потужність всіх земних електростанцій складає приблизно 2 000 Гвт. Один терават/год. – це приблизно 13% від всієї споживаної людством енергії. Для того, щоб отримати цей терават від Сонця, стандартними кремнієвими панелями потрібно «замостити» територію в 40 000 км². Це з урахуванням того, що працювати станція буде лише вдень. Квадрат із стороною 200 км. – приблизно одна двохсота частина пустелі Цукру. Завдання, з яким сучасне людство цілком може впоратися. Проте вирішувати її хід не можна. Бо при цьому виникають відразу дві величезні проблеми.

Перша – це зберігання енергії. Проводити енергію така «гігастанція» зможе лише вдень, а людству вона потрібна цілий день. 3начить, на ніч її денні надлишки потрібно в чомусь запасати. У акумуляторах, в гігантських конденсаторах, в супермаховиках. Такі «енергосховища» коштуватимуть не набагато дешевше, ніж сама СЕС. Друге – зміна клімату. Звичайно, не на всій планеті, а в місці споруди. Якщо раніше сонячна енергія в цих місцях йшла на нагрів ґрунту і повітря, то тепер її частина піде на здобуття електрики. Температура в районі електростанції, а 40 000 км² – це немало, практично Московська область, – дещо знизиться. У її центрі з’явиться те, що кліматологи називають «бароцентром» – область постійного зниженого тиску, в якій зазвичай формуються потужні циклони. Циклони ці окроплюватимуть територію електростанції і прилеглі райони дощами.

Відповідно, і вироблення енергії зменшиться в десятки разів. Обидві ці глобальні проблеми мають одне просте рішення. А саме, треба будувати не одну електростанцію на 40 000 км², а 400 електростанцій по 100 км². І розташовувати їх по земному екватору в найбільш сонячних районах (учені говорять – в районах з найбільш високою соляризацією). І об’єднувати їх в єдину мережу. Тоді у той час, поки одні станції відпочиватимуть на нічній стороні Землі, інші, протилежні, – постачатимуть енергію. Якихось особливих погодних відхилень в п’ятачках 10х10 км. відбуватися не повинно. Але краще всього було б побудувати навіть не 400 крупних електростанцій, а декілька десятків великих і багато – багато дрібних, скажімо, розміром 10х10 м. І ця пропозиція цілком реалізовується. Але про це – трохи пізніше.

Взагалі-то в сонячній енергетиці світло клином на кремнієвих елементах не зійшлося. Способів перетворення енергії Сонця в електричну існує безліч. Використання сонячних батарей (тобто фотоелектричних перетворювачів) – лише один з них. Спосіб цей хороший, по-перше, своєю мобільністю, по-друге, – довговічністю. Сонячну батарею можна встановити на даху автомобіля і крилах літака. Її можна вбудувати в годинник, калькулятор, ноутбук і навіть в ліхтарик. У сонячному елементі відсутні які-небудь рухомі частини, і термін його служби складає приблизно 30 років. За цих 30 років елемент, на виготовлення якого пішло всього 1 кг сонячного кремнію, може дати стільки ж електроенергії, скільки проводиться з 100 тонн нафти на ТЕС або з 1 кг збагаченого урану на АЕС.

Сонячна установка потужністю 1 кВт сьогодні в США коштує приблизно 3 000 доларів. Проте вона поверне свою вартість лише на 14-15-му році роботи, а це, в порівнянні з тими ж тепловими електростанціями, недозволенно довго. Тому для перетворення сонячної енергії в електричну в промислових масштабах зараз в основному використовують спосіб, запропонований, згідно легенді, ще в III столітті до н.е. знаменитим вченим Архімедом Сиракузьким. Правда, сонячне світло він застосовував тоді зовсім не з метою здобуття дешевої енергії, а для оборони рідних Сиракуз, атакованих з моря галерами римського полководця Марцелла. Ось що писав про це в своїй «Історії» візантійський хроніст Цеци: «Коли римські кораблі знаходилися на відстані польоту стріли, Архімед почав діяти шестикутним дзеркалом, складеним з невеликих чотирикутних дзеркал, які можна було рухати за допомогою шарнірів і металевих планок. Він встановив це дзеркало так, щоб воно перетиналося по середині зимової сонячної лінії та літньої, і тому прийняті цим дзеркалом сонячні промені, відбиваючись, створювали жар, який обертав судна римлян в попіл, хоча вони знаходилися на відстані польоту стріли». Саме на цьому принципі заснована робота сучасних геліоелектростанцій. Встановлені на значній, до декількох тисяч квадратних метрів, території дзеркала-геліостати, що повертаються услід за Сонцем, направляють промені сонячного світла на ємність з теплоприймачем, яким зазвичай виступає вода. Далі все відбувається так само, як на звичайних ТЕС: вода нагрівається, закипає, перетворюється на пару, пара крутить турбіну, турбіна передає обертання на ротор генератора, а той виробляє електрику. У США зараз діють декілька гібридних сонячно-теплових електростанцій спільною потужністю більше 600 Мвт. Вдень вони працюють від Сонця, а вночі, щоб вода не охолоджувалась і електрика не закінчувалася, – від газу. Температура пари в установках досягає 370 градусів Цельсія, а тиск – 100 атмосфер. Перша промислова сонячна електростанція була побудована в 1985 році в СРСР в Криму, недалеко від міста Щелкіно. СЕС-5 мала пікову потужність 5 Мвт. Стільки ж, скільки в першого ядерного реактора. За 10 років роботи вона виробила всього 2 мільйони кВт/год. електроенергії, проте вартість її електрики виявилася досить високою, і в середині 90-х її закрили. В цей час роботи активізувалися в Штатах, де компанія Loose lndustries в самому кінці 1989 року запустила 80-мегаваттну сонячно-газову електростанцію. За наступних 5 років та ж компанія, лише в Каліфорнії, побудувала таких СЕС ще на 480 Мвт і довела вартість одного «сонячно-газового» кВт/год. до 7-8 центів. Що зовсім непогано в порівнянні з 15 центами за кВт/год. енергії – в стільки обходиться електрика, вироблювана на АЕС.

Використовувати енергію Сонця в побуті можна і без перетворення її на електрику. Для того, щоб «обігріти» холодну кімнату або нагрівати воду у водопроводі, можна безпосередньо скористатися сонячним теплом. Установки, що збирають, зберігають і передають це тепло, називаються сонячними колекторами. У простому варіанті все виглядає так: на даху будинку або на його південній стіні встановлюється панель, що складається з тоненьких трубочок, по яких в спеціальний бак-акумулятор подається вода. Сонце нагріває трубки, ті нагрівають воду, вода (температура якої в цій системі при використанні дзеркального піддону може доходити до 60-90°С) накопичується в баку і потім використовується для обігріву або гарячого водопостачання. Будинки, обладнані такими системами (які зазвичай доукомплектовувалися і кремнієвими сонячними елементами), називаються «Сонячними будинками». З одного боку, цей будинок коштує дещо дорожче, ніж звичайний, але з іншого – він дозволяє різко скоротити комунальні платежі – на 50-70%.

Проте зустрічаються і серйозніші системи. Одна з таких була споруджена в США в штаті Нью-Мексіко ще в 1978 році і працює Американська сонячна установка NSTTF для теплових випробувань і експериментів в області енергетики. Одним із старих способів отримання сонячної енергії являється СЕС, придумана Бернардом Дюбо. Він пропонував будувати в пустелях обширні скляні навіси з високою трубою.

Національна сонячна установка для теплових випробувань (NSTTF). Належить вона Пентагону і застосовується для перевірки жароміцності корпусів військових і цивільних ракет. Складається NSTTF з 60-метрової башти-мішені і 220 геліостатів, розміром 6х6 метрів кожен. Дзеркала, подібно до архімедівської установки, направляють свої сонячні зайчики в одну півтораметрову плямочку на верхівці установки, де температура в сонячні дні піднімається до 2 000°С. Всього у 2,5 разу менше, ніж на поверхні Сонця, і в 2 рази вище за температуру горіння напалму. Установка має майдан дзеркал 8×500 м² і теплову потужність 5 Мвт.

Будівництво «сонячних будинків» на Заході поступово стає «правилом хорошого торгу»: покупці, що бажають заплатити за будинок зайві 10 000 доларів (1500 - 3000 доларів за сонячні колектори і 7 000 доларів за елементи) отримають будинок з постійною енергією. Та все ж таких покупців небагато – вкладення окуповуються лише через 7-10 років. Саме тому уряди розвинених країн, піклуючись про завтрашній день, розробляють і фінансують програми, що полегшують фінансовий тягар власників «сонячних дахів». Назви цих програм-проектів приблизно однакові. Перший був запущений ще в 1990 році в Германії, країні – лідерові в справі споруди «сонячних будинків». Називався він «1 000 сонячних дахів» (згодом був перейменований в «2 000 сонячних дахів»). Слідом за Німеччиною подібний проект, лише під назвою «100 000 сонячних дахів», був прийнятий для всіх країн – членів ЄС. У Японії сонячна енергетика почала просування з програми «70 000 сонячних дахів». І, нарешті, останній проект народився в США. З властивим американцям гігантизмом він був названий «1 000 000 сонячних дахів».

Приєдналася до цього руху і Монголія з проектом «100 тисяч сонячних юрт»… Власники будинків або офісів, що вирішили витратитися на дообладнання житлових і офісних приміщень сонячними колекторами і батареями, потрапляють в особливі реєстри і користуються певними привілеями. По-перше, держава компенсує їм частину витрачених коштів. По-друге, вони отримують особливі податкові пільги. По-третє, для них відкривається доступ до спеціальних пільгових кредитів і безпроцентних позик. Їх безкоштовно навчають користуванню такою домашньою енергосистемою, а для компаній, що займаються виробництвом, продажем і установкою «сонячної» техніки, проводять безкоштовні маркетингові дослідження, які немало коштують. У США на цю програму планується до кінця нинішнього десятиліття витратити 6 мільярдів доларів (лише на енергозбереження у федеральних будівлях тут витрачають близько 3 мільярдів бюджетних доларів в рік). В результаті Штати свою програму вже перевиконали: тут сонячна технологія вже використовується в 1,5 мільйонах будинків. Всі разом вони економлять близько 1 400 Мвт. А 1 400 заощаджених мегават – це приблизно 5 мільйонів тонн не спаленої за рік нафти.

У Німеччині держава не лише компенсує «сонце поклонникам» до 70% витрат на «соляризацію» будинків, але ще і купує у них електрику за цінами, що сильно перевищують ринкові. Тобто вдень, коли будинок споживає енергії мало, а проводить багато, її надлишки вирушають в міську мережу, а господар отримує по 80 центів за кожен зданий кВт/год. Вночі ж він сам купує в цієї мережі електрику, але вже по 20 центів. Завдяки цій програмі в країні «мостять» сонячними елементами по півмільйона квадратних метрів дахів в рік. Ось це якраз і є прообраз тієї самої системи з величезною кількістю крихітних електростанцій, про яку ми говорили вище. Заради справедливості ради варто сказати, що в Росії теж подекуди є «сонячні будинки». У Краснодарському краю існує ціле «сонячне село» з сорока будинків, дахи яких прикрашені кіловатними сонячними батареями. Декілька будинків, використовуючих сонячні колектори, побудовано в Москві і у Владивостоку.

Якщо не рахувати високої вартості сонячних батарей, головна перешкода для розвитку цієї енергетики – земна атмосфера. То небо зовсім не вчасно затягується хмарами, то дим від сусіднього заводу закриває Сонце. Та і при абсолютно ясному небі світло, проходячи через атмосферу, втрачає деяку частину своєї енергії. Якби людству удалося побудувати електростанцію в космосі, то цілком можна було б обійтися батареєю площею порядку 10 000 км². Але тут знову перед нами постають два питання. По-перше, як туди ці батареї підняти, і, по-друге, як доставити отриману електрику на Землю. Не тягнути ж до них ЛЕП завдовжки 35 786 км. (саме на такій висоті повинна літати електростанція для того, щоб її положення в небі залишалося незмінним). Проблеми ці були теоретично вирішені ще в 1968 році, коли ідея космічної СЕС виникла вперше, а в 1973 році рішення були оформлені відповідним патентом. Доставка елементів в космос по патенту, природно, здійснюється космічними кораблями, іншого способу ми поки не знаємо. А енергію на 3емлю планується переправляти у вигляді особливого електромагнітного випромінювання з довжиною хвилі від одного міліметра до одного метра. Такого своєрідного космічного радара.

На відміну від сонячного світла цей НВЧ-промінь при «пробої» атмосфери втратить не більше 2% енергії. Тоді, на початку 70-х, із-за дорожнечі як самих сонячних елементів, так і космічних польотів, ідея «КОСМОСЕС» була визнана повністю економічно неспроможною. Проте часи міняються, а ціни інколи падають. Недавно космічну задумку воскресив професор Інституту космічних систем (Х’юстон, США) доктор Девід Крісвелл. Правда, в його проектах вона придбала декілька інші межі. Головна відзнака полягає в тому, що Крісвелл запропонував розмістити сонячні електростанції не у відкритому космосі, а на поверхні нашого вірного Супутника – Місяці. При цьому зникає небезпека, що вони коли-небудь впадуть на Землю або відлетять в невідомість, збиті метеоритом. Проводити елементи можна прямо на місці з підручної сировини, побудувавши невеликий завод, – на Місяці кремнію теж більш ніж достатньо.

Доставка енергії на Землю здійснюватиметься вже описаним вище способом. Для її прийому слід побудувати декілька антенних полів, розміром декілька сотень квадратних кілометрів. Сам промінь абсолютно безпечний, і ні хмари не стануть для нього перешкодою. Правда, близько половини отриманої від Сонця енергії все ж загубиться по дорозі і при проміжних перетвореннях. Таких станцій на місячному екваторі потрібно побудувати 5, тоді у будь-який момент дві або три з них знаходитимуться на денній стороні нашого супутника. Цей проект, після реалізації якого жителі Землі забезпечать себе електрикою на найближчі століття, за підрахунками доктора Крісвелла, обійдеться в 60 мільярдів доларів. Це в три рази дорожче, ніж програма «Аполлон», що обійшлася в 19,5 мільярда доларів (правда, в 60-х роках долар коштував в 4,5 разу дорожче). Та зате в чотири рази дешевше за війну в Іраку (240 мільярдів доларів). Адже, напевно, краще будувати станції на Місяці, чим воювати на Землі за нафту. Та і грошей заразом можна немало заощадити.

Маса Сонця

Ма́са Со́нця (або Сонячна маса, M_☉) — позасистемна одиниця виміру маси, що є стандартною в астрономії і застосовується для опису маси інших зір та галактик. Вона дорівнює масі Сонця: тобто близько двох нонільйонів кілограмів або близько 332 950 мас Землі.

кг,

Масу Сонця можна доволі точно обчислити за відомими значеннями: гравітаційної сталої (G), радіусу земної орбіти r (відстань від Землі до Сонця L_AU — 1 а.о. (астрономічна одиниця) або 149,6 млн.км) та швидкості руху землі її орбітою (V ~ 30 км/с) або (точніше) тривалості сидеричного року ( с):

Сонячно - Земні Зв'язки (Фізичний аспект)

Система прямих чи опосередкованих фізичних зв'язків між геліо- і геофізичними процесами.

Земля одержує від Сонця не тільки світло і тепло, що забезпечують необхідний рівень освітленості і середню температуру її поверхні, але і піддається комбінованому впливу ультрафіолетового і рентгенівського випромінювання, сонячного вітру, сонячних космічних променів. Варіації потужності цих факторів при зміні рівня сонячної активності викликають ланцюжок взаємозалежних явищ у міжпланетному просторі, у магнітосфері, іоносфері, нейтральній атмосфері, біосфері, гідросфері і, можливо, літосфері Землі. Вивчення цих явищ і складає суть проблеми Сонячно-Земних зв'язків. Строго кажучи, Земля робить деякий зворотній (принаймні , гравітаційний) вплив на Сонце, однак він мізерно малий, так що звичайно розглядають тільки вплив сонячної активності на Землю. Цей вплив зводиться або до перенесення від Сонця до Землі енергії, що виділяється в нестаціонарних процесах на Сонці (енергетичний аспект Сонячно-Земних зв'язків), або до перерозподілу вже накопиченої енергії в магнітосфері, іоносфері і нейтральній атмосфері Землі (інформаційний аспект). Перерозподіл енергії може відбуватися або плавно (ритмічні коливання геофізичних параметрів), або стрибкоподібно (тригерний механізм).

Представлення про Сонячно-Земні зв'язки складалися поступово, на основі окремих здогадів і відкриттів. Так, наприкінці XІ ст. К.О.Біркелан (Біркеланд; Норвегія) уперше висловив припущення, що Сонце крім хвильового випромінювання випускає також і частки. У 1915 р. А.Л.Чижевський звернув увагу на циклічний зв'язок між розвитком деяких епідемій і плямовиникною діяльністю Сонця. Синхронність багатьох геліо- і геофізичних явищ (а також форма кометних хвостів) наводила на думку, що в міжпланетному просторі мається агент, що передає сонячні збурювання до Землі. Цим агентом виявився сонячний вітер, існування якого експериментально було доведено на початку 1960-х рр. шляхом прямих вимірів за допомогою автоматичних міжпланетних станцій. Відкриття сонячного вітру разом з накопиченими даними про інші прояви сонячної активності послужило основою для дослідження фізики Сонячно-Земних зв'язків.

Послідовність подій у системі Сонце-Земля можна простежити, спостерігаючи ланцюжок явищ, що супроводжують могутній спалах на Сонці - вищий прояв сонячної активності. Наслідки спалаху починають позначатися в навколоземному просторі майже одночасно з подіями на Сонці (час поширення електромагнітних хвиль від Сонця до Землі - ледве більше 8 хвилин). Зокрема, ультрафіолетове і рентгенівське випромінювання викликає додаткову іонізацію верхньої атмосфери, що приведе до погіршення чи навіть повному припинення радіозв'язку (ефект Делінджера) на освітленій стороні Землі.

Звичайно могутній спалах супроводжується випущенням великої кількості прискорених часток - сонячних космічних променів (СКП). Найенергійніші з них починають приходити до Землі через ледве більш 10 хв.. після максимуму спалаху. Підвищений потік СКП у Землі може спостерігатися кілька десятків годин. Вторгнення СКП в іоносферу полярних широт викликає додаткову іонізацію і, відповідно, погіршення радіозв'язку на коротких хвилях. Маються дані про те, що СКП значною мірою сприяють спустошенню озонного шару Землі. Посилені потоки СКП являють собою також одне з головних джерел радіаційної небезпеки для екіпажів і устаткування космічних кораблів.

Спалах генерує могутню ударну хвилю і викидає в міжпланетний простір хмару плазми. Ударна хвиля і хмара плазми за 1,5-2 доби досягають Землі і викликають магнітну бурю, зниження інтенсивності галактичних космічних променів, посилення полярних сяйв, збурювання іоносфери і так далі.

Маються статистичні дані про те, що через 2-4 доби після магнітної бурі відбувається помітна перебудова баричного поля тропосфери. Це приводить до збільшення нестабільності атмосфери, порушенню характеру циркуляції повітря (розвитку циклонів і ін. метеоявищ). Світові магнітні бурі являють собою крайній ступінь обуреності магнітосфери в цілому. Більш слабкі (але більш часті) збурювання, називані суббурями, розвиваються в магнітосфері полярних областей. Ще більш слабкі збурювання виникають поблизу границі магнітосфери із сонячним вітром. Причиною збурювань останніх двох типів є флуктуації потужності сонячного вітру. При цьому в магнітосфері генерується широкий спектр електромагнітних хвиль з частотами 0,001 - 10,0 Гц, що вільно доходять до поверхні Землі.

Під час магнітних бур інтенсивність цього низькочастотного випромінювання зростає в 10-100 разів. Велику роль у геомагнітних збурюваннях грає міжпланетне магнітне поле, особливо його південний компонент, перпендикулярний площині екліптики. Зі зміною знака радіального компонента міжпланетного магнітного поля зв'язана асиметрія потоків СКП, що вторгаються в полярні області, зміна напрямку конвекції магнітосферної плазми і ряд інших явищ.

Статистично встановлений зв'язок між рівнями сонячної і геомагнітної обуреності і ходом ряду процесів у біосфері Землі (динамікою популяції тварин, епідемій, епізоотій, кількістю серцево-судинних кризів і ін.). Найбільш ймовірною причиною такого зв'язку є низькочастотні коливання електромагнітного поля Землі. Це підтверджується лабораторними експериментами по вивченню дії електромагнітних полів природної напруженості і частоти на ссавців.

Хоча не усі ланки ланцюжка Сонячно-Земних зв'язків однаково вивчені, загалом картина Сонячно-Земних зв'язків представляється якісно. Кількісне дослідження цієї складної проблеми з погано відомими (чи взагалі невідомими) початковими і граничними умовами утруднено через незнання конкретних фізичних механізмів, що забезпечують передачу енергії між окремими ланками.

Поряд з пошуками фізичних механізмів ведуться дослідження інформаційного аспекту Сонячно-Земних зв'язків. Зв'язки виявляються подвійно, у залежності від того, плавно чи стрибкоподібно відбувається перерозподіл енергії сонячних збурювань усередині магнітосфери. У першому випадку Сонячно-Земні зв'язки виявляються у формі ритмічних коливань геофізичних параметрів (11-літніх, 27-денних і ін.). Стрибкоподібні зміни зв'язують з так званим тригерним механізмом. У цьому випадку невелика зміна критичного параметра (тиску, сили струму, концентрації часток і т.п.) приводить до якісної зміни ходу даного явища чи викликає нове явище. Для прикладу можна вказати на явище утворення позатропічних циклонів при геомагнітних збурюваннях. Енергія геомагнітного збурювання перетвориться в енергію інфрачервоного випромінювання. Останнє створює невеликий додатковий розігрів тропосфери, у результаті якого і розвивається її вертикальна нестійкість. При цьому енергія розвинутої нестійкості може на два порядки перевищувати енергію первісного збурювання.

Новим методом дослідження Сонячно-Земних зв'язків є активні експерименти в магнітосфері й іоносфері по моделюванню ефектів, викликуваних сонячною активністю. Для діагностики стану магнітосфери й іоносфери використовуються пучки електронів, хмари натрію барію (що випускаються з борта ракети). Для безпосереднього впливу на іоносферу використовуються радіохвилі короткохвильового діапазону. Головна перевага активних експериментів - можливість контролювати деякі початкові умови (параметри пучка електронів, потужність і частоту радіохвиль і т.п.). Це дозволяє більш упевнено судити про фізичні процеси на заданій висоті, а разом зі спостереженнями на інших висотах - про механізм магнітосферно-іоносферної взаємодії, про умови генерації низькочастотних випромінювань, про механізм Сонячно-Земних зв'язків у цілому. Активні експерименти мають також і прикладне значення. Доведено можливість створити штучний радіаційний пояс Землі і викликати полярні сяйва, змінювати властивості іоносфери і генерувати низькочастотне випромінювання над заданим районом.

Вивчення Сонячно-Земних зв'язків є не тільки фундаментальною науковою проблемою, але і має велике прогностичне значення. Прогнози стану магнітосфери й інших оболонок Землі вкрай необхідні для рішення практичних задач в області космонавтики, радіозв'язку, транспорту, метеорології і кліматології, сільського господарства, біології і медицини.