Причинная обусловленность изменений интенсивности солнечной активности вариациями гравитационного взаимодействия Солнца с планетами

Размещено на http://www.allbest.ru/

1

Введение

солнечная активность атмосферный зашумленность

В потоке публикаций о возможном влиянии вариаций солнечной активности на атмосферные процессы с той или иной достоверностью делаются выводы о реальности таких связей. Однако до настоящего времени нет сколько-нибудь убедительной теории физического механизма, реализующего солнечно-атмосферные связи. С другой стороны, в геофизике и астрофизике очертился круг достоверных фактов о зависимостях некоторых наблюдаемых, которые не могут быть объяснены с позиций известных локальных взаимодействий на основе не только прямой, но и опосредованной связи. В аспекте нашей работы особое место занимает статистически значимая связь вариациий солнечной активности с неэлектромагнитными процессами в нижней атмосфере, литосфере, а также с некоторыми лабораторными процессами.

Объяснение этих корреляций с позиций известных подходов крайне затруднительно. Ранее было показано, что влияние солнечной активности на неэлектромагнитные процессы в тропосфере носят прямой характер. Физический механизм такой связи может быть выявлен на основе эвристической гипотезы - нелокального взаимодействия диссипативных процессов, синтезирующей в себе черты квантовой нелокальности, абсорбционной электродинамики и причинной механики. Единственный наблюдаемый результат существования опережающей части поля сводится к явлению радиационного затухания, т.е. к диссипативному процессу. В работе М.И. Изакова, из института космических исследований, было показано, что приток радиационной негоэнтропии может служить мерой диссипативных процессов на земле. В свою очередь, указанная мера определяется физическим состоянием уровня солнечной активности, причины вариаций которого до настоящего времени неизвестны.

Примем как гипотезу, что причиной изменения уровня солнечной активности являются вариации гравитационного взаимодействия Солнца с планетами, а для подтверждения этой гипотезы выполним причинный анализ между вариациями результирующей силы гравитационного взаимодействия, скорости движения Солнца вокруг центра масс солнечной системы с одной стороны (причина) и числами Вольфа с другой стороны (следствие) за период с 1749 по 1998 годы.

Методика вычислений

Вариации скорости движения Солнца вокруг центра масс солнечной системы можно рассчитать на основании уравнения движения

где x, y, z - координаты точки С - центра масс m₁ и m₂, r = SC (рис. 1), G - гравита-ционная постоянная.

Ось X направлена в точку весеннего равноденствия, Z - перпендикулярно плоскости небесного экватора и направлена в сторону северного полюса мира, Y - добавляет систему до правой.

Зная элементы орбиты на среднее равноденствие даты: L- средняя долгота планеты; а - большая полуось; e - эксцентриситет; i - наклон орбиты к плоскости эклиптики; w - аргумент перигелия; - долгота восходящего узла, гелиоцентрические эклиптические координаты x^g, y^g, z^g, определятся по формулам [17]

x^g = al₁CosE+bl₂SinE-ael₁ ,

y^g=am₁CosE+bm₂SinE-aem₁

z^g = an₁CosE+bn₂SinE-aen₁ ,

где b= , E-эксцентрическая аномалия, определяемая из уравнения Кеплера в результате выполнения итерационной процедуры, l₁, 1₂, m₁, m₂, n₁, n₂ - направляющие косинусы:

l₁ =Cos Cos w??Sin Sinw Cos i

m₁ =Sin Cos w+ Cos Sinw Cos i

n₁ =Sin Sin i

₂ =??Cos Sin w??Sin Cosw Cos i

m₂ =??Sin Sin w+ Cos Cosw Cos i

n₂ = Cos Sin i

Поскольку для Земли i=0, углы w и не имеют определенного значения и учитывая, что средняя аномалия и эксцентриситет орбиты у Земли такие же, как у Солнца, а средняя долгота и долгота перигелия Земли больше соответствующих величин для Солнца на 180^о, гелио-центрические экваториальные координаты для Земли вычислялись по формулам:

Составляющие скорости движения Солнца V_x, V_y, V_z относительно центра масс m₁ и m₂ определялись интегрированием выражений (1) для каждых суток рассматриваемого периода. Модуль результирующей скорости V= определялся как сумма проекций соответствующих составляющих для всех рассматриваемых планет. Из-за больших возмущений в движении Урана и Нептуна эти планеты не рассматривались. В результате были получены среднегодовая результирующая сила гравитационного взаимодействия Солнца с планетами (F_r) и среднегодовые значения скорости движения Солнца (V_r) вокруг центра масс солнечной системы (без учета Нептуна и Урана) за период с 1749 по 1998 годы.

Анализ результатов

Приведен временной ход отклонений от среднего за рассматриваемый период результирующей силы гравитационного взаимодействия Солнца с планетами (?F_r), скорости движения Солнца вокруг центра масс солнечной системы (?V_r) и чисел Вольфа (?W) [10], нормированные на дисперсию. Приведенный на рисунке временной ход указанных характеристик имеет вид квазигармонических колебаний с параметрами, значение которых в данный момент времени определяется ориентацией планет относительно друг друга и Солнца. Для выявления периода этих колебаний был выполнен спектральный анализ ?F_r , ?V_r, ?W и взаимный спектральный анализ пар ?W??F_r , ?W??V_r.

Собственные спектры приведены ?F_r имеет два ярковыраженных максимума с периодами 11 и 22 года, ?V_r - с периодом 22 года, т.е. совпадают с основными периодами солнечной активности. Взаимные спектры представлены. Анализ взаимных спектров, подверженных сглаживанию с помощью окна Хемминга, показал, что наибольший вклад в общую взаимную ковариацию между рассматриваемыми параметрами при нулевом запаздывании вносят колебания с периодом 11 и 22 года. Значения коспектра, в основном, оказались либо отрицательными, либо близкими к нулю в соответствии с тем, что общая ковариация отрицательна.

Для выяснения вопроса причинной обусловленности вариаций солнечной активности был выполнен причинный анализ для пар ?F_r ?W(а) ,??V_r ??W. Отметим, что причинный анализ отличается от корреляционного универсальностью - применим в равной степени к линейным и любым нелинейным типам зависимостей и возможностью количественной оценки меры причинности (2). Аналогом корреляционной функции в причинном анализе являются функции 1-i (1). Результаты расчета параметров причинности, выполненные для исходных рядов с временным сдвигом в диапазоне от -22 до +22 года с лагом в 1 год приведены в таблице. Сразу отметим, что для рассматриваемых пар параметр причинности достаточно высок, но во всем диапазоне временных сдвигов меньше единицы. Последнее означает наличие нормальной причинной связи между рассматриваемыми парами. Однако эта связь ослабляется наличием интегральной шумовой составляющей с достаточно высоким уровнем, в роли которой могут выступать любые физические процессы в той или иной степени влияющие на исследуемые. Поскольку аппарат причинного анализа равно пригоден для любых типов (линейных и нелинейных) зависимостей и любого распределения вероятностей, приведенные в таблице оценки погрешностей получены не классическим методом, как это выполняется для вероятной ошибки в корреляционном анализе, а определяются, как максимальная ошибка от поочередного зашумления исходных рядов, подвергающихся анализу, 10-50% (по мощности) фликкер-шумом 1/f [12] с спектральной плотностью, увеличивающейся с уменьшением частоты f.

Результаты реакции параметра причинности между рассматриваемыми парами на уровень зашумленности в "причине" и "следствие" приведены, кроме таблицы. Как видно из приведенных графиков реакция параметра причинности на зашумленность ряда, несущего функцию "причины", значимо выше, чем в случае зашумленности ряда, несущего функцию "следствия", т.е. в полном соответствии с формализацией аксиоматики причинной механики [22].

Функция зависимости 1-i для этих пар квазисимметрична относительно нулевого сдвига. При этом зависимость между парами увеличивается в сторону сдвигов , достигая макси-

Таким образом, особенностью сглаженных кривых, приведенных на рис. 6, является приблизительно равная зависимость опережающей и запаздывающей связей. Такая особенность, по-видимому, объясняется периодическими составляющими (11 и 22 года), присутствующими во взаимном спектре исследуемых пар (рис. 4).

Заключение

Гипотеза, выдвинутая в, в связи с обобщением фактических результатов, касающихся возможного макроскопического нелокального взаимодействия, содержит поло-жение, согласно которому энергия взаимодействия прямо связана с производством энтропии. Принимая поток тепла из недр Земли пренебрежимо малым по сравнению с поглощенной планетой потока энергии солнечной радиации Ф_с и излучаемой тепловой радиации Ф_т, основы-ваясь на экспериментальном факте Ф_с Ф_т и учитывая, что радиация обладает не только энергией, но и энтропией и температурой [15], а так же, принимая Солнце и планету абсолютно черными телами, приток радиационной энтропии на Землю можно записать в виде

где T_c - температура солнечной радиации, T_e - равновесная температура Земли. Так как для любой планеты T_e < T_c , то ?S < 0. Приток негоэнтропии ?(-S) расходуется в диссипативных процессах на планете.

Далее, следуя [23], запишем энтропию S и температуру T пучка фотонов частоты в виде

где h -постоянная Планка; k - постоянная Больцмана; I - интенсивность. Дифференцируя (8) по времени t и координате r, получаем в явном виде связь между уравнениями переноса энергии и энтропии:

где - единичный вектор, направленный по лучу, k_п, k_р - коэффициенты поглощения и рассеяния фотонов, B - функция излучения Планка.

Вариации I приводят к изменению потока энтропии и энергии, поступающей на планету.

Таким образом, как установлено в данной работе, вариации гравитационного взаимодействия Солнца с планетами приводят к вариациям уровня солнечной активности, что вызывает изменение потока энтропии, а следовательно, и ее участие в планетарных процессах посредством нелокального взаимодействия макроскопических диссипативных процессов. Тонкости изучения такого взаимодействия в системе Солнце - Земля представляют задачу следующего этапа исследований.

Размещено на Allbest.ru