Почему полярные сияния стали видны на широте Сочи? Или что происходит с магнитным полем Земли
В настоящее время на Солнце происходит пик активности. Существует 11-летний цикл с минимумом и максимумом активности нашего светила в виде вспышек. Примерно 4 года выраженной активности и 7 лет относительного затишья. 2024 год – пик этой активности.
Но уже в прошлом году происходили вспышки, которые приводили к появлению полярных сияний на широте, где их никогда не видели. В ясную ночь их можно было увидеть даже на широте Москвы и даже Сочи. Хотя. вспышки нельзя было назвать сверхмощными. Тогда с чем связаны такие явления?
Полярные сияния зависят от плотности магнитного поля Земли. Например, в европейской части России полярные сияния в эти моменты были видны, а в Сибири далеко не везде.
Полярные сияния возникают в следствии ионизации заряженными частицами верхних слоев атмосферы. При этом поток частиц не может проникнуть на экваторе, а движется по силовым магнитным линиям к полюсам и здесь они входят в атмосферу. В приполярных областях как раз и происходят эти сияния в атмосфере.
Получается, что сдвиг широты, где стали наблюдаться полярные сияния, связан не с интенсивностью вспышек, а с изменениями магнитного поля Земли. Что известно про эти изменения?
Известно то, что северный магнитный полюс стремительно движется к берегам Евразии.
Магнитный полюс не связан с географическим одним центром. Почему магнитный полюс дрейфует с такой огромной скоростью, особенно хорошо заметной в последние 100 лет – четкого ответа нет. И, по всей видимости, через пару десятков лет магнитный полюс будет находиться у берегов Евразии. И тогда география наблюдений полярных сияний сместится далеко на юг Евразии.
Кстати, интересный факт на этой карте. Почему полярные сияния не наблюдаются с такой интенсивностью в точке северного магнитного полюса? По логике процесса основной поток заряженных частиц должен входить в центр магнитного полюса, а мы видим, что они входят в атмосферу по окружности от центра. Силовых линий нет на самом магнитном полюсе? Явно это связано с формой магнитного поля Земли.
Магнитное поле земли не однородно. В нем есть слабые места. Например, ученые до сих пор не могут объяснить образование Южно-Атлантической магнитной аномалии, которая еще и расширяется. Магнитное поле здесь ослабло на 8% с 1970 года. А за последние 200 лет по подсчетам ученых уменьшилось в 4 раза. Как-будто что-то экранирует магнитное поле. Много металла с магнитными свойствами в коре Земли? И эта толщина нарастает?
В 1970-х, 1980-х и 1990-х годах в Южно-Атлантической аномалии часто случались отказы спутников.
Интенсивность магнитного поля могла уменьшится в масштабах планеты, тогда мы и смогли видеть полярные сияния на широте Сочи. Либо все факторы вместе: и смещение магнитно полюса и ослабление магнитного поля Земли.
Интересный факт. В 2014г. все станции слежения за уровнем магнитного поля зафиксировали странную картину. Магнитосфера стала напоминать поле, как у катушки переменного тока. Как это можно объяснить с точки зрения современных представлений о генерации магнитного поля Земли внутри расплавленных мантийных слоев – непонятно.
Есть мнение, что подобные изменения магнитного поля Земли приведут к переполюсовке. Но перед этим оно полностью отключится. Если при этом произойдут солнечные вспышки, то это придет к сбоям в электронике во всех областях деятельности человека. Есть даже мнение, что такое отключение приведет к потере памяти у человечества и исчезновению большинства животных и растений из-за проникающей радиации. Действительно ли страшно отключение магнитного поля для биосферы Земли, разбирали в этой статье:
Я бы не исключил версию, что изменения в магнитном поле Земли – это начало процесса по ее скачкообразному расширению, которые происходят регулярно. Глобальные вымирания животных, включая динозавров – как пример.
Аполлон-8 и Аполлон-10 совершили пилотируемые полеты к Луне с ее облетом, а с Аполлона-11 начались высадки на Луну астронавтов – 6 высадок на поверхность. Длительность полетов и время пребывания на Луне можно показать следующем списком:
-
1. Аполлон-8. Облет Луны с 3 астронавтами. Время полета 147 ч (6,1 суток).
-
2. Аполлон-9. Облет Земли с 3 астронавтами. Время полета 241 ч (10 суток).
-
3. Аполлон-10. Облет Луны с 3 астронавтами. Время полета 192 ч 3 мин (8 суток)
-
4. Аполлон-11. Прилунение 2 астронавтов. Время пребывания на Луне 21 ч 36 мин. Длительность выходов на поверхность 2 ч 32 мин. Время полета: 195 ч 18 мин (8,1 суток).
-
5. Аполлон-12. Прилунение 2 астронавтов. Время пребывания на Луне 31 ч 31 мин. Длительность выходов на поверхность 7 ч 45 мин. Время полета: 244 ч 36 мин (10,16 суток).
-
6. Аполлон-14. Прилунение 2 астронавтов. Время пребывания на Луне 33 ч 31 мин. Длительность выходов на поверхность 9 ч 23 мин. Время полета: 216 ч 01 мин (9 суток).
-
7. Аполлон-15. Прилунение 2 астронавтов. Время пребывания на Луне 66 ч 55 мин. Длительность выходов на поверхность 18 ч 35 мин. Время полета: 295 ч 11 мин (12,29 суток).
-
8. Аполлон-16. Прилунение 2 астронавтов. Время пребывания на Луне 71 ч 2 мин. Длительность выходов на поверхность 20 ч 14 мин. Время полета: 265 ч 51 мин (10,08 суток).
-
9. Аполлон-17. Прилунение 2 астронавтов. Время пребывания на Луне 75 ч 0 мин. Длительность выходов на поверхность 22 ч 04 мин. Время полета: 301 ч 51 мин (12,58 суток).
Аполлон-13 хоть и облетел Луну, но в аварийном режиме, астронавты замерзали и штатным полет считать нельзя.
Все это время в полете астронавты должны не только пить, есть, ходить в туалет, но и пребывать в комфортной температурно-влажностной среде с определенным процентом кислорода и углекислого газа. Начнем с дыхания и поддержания температуры в кабинах лунных модулей.
Для начала напомню, что какое-то время астронавты проводили вот в такой тесноте командного модуля:
Двое астронавтов переходили в спускаемый модуль (он же стартовый с Луны модуль) и прилунялись. В нем было по-свободнее.
Инженеры NASA еще с времен запусков «Меркуриев» и «Джемини» решили, что астронавты будут дышать 100% кислородом при давлении 256 мм.рт.ст. Вроде как до 14 суток организм человека способен выдержать такую среду и пагубных последствий испытывать не будет. Объясняется это так:
Выбор среды со 100% кислородом основан на том, что парциальное давление в легких имеет большее значение, чем общее давление. При нормальном давлении 760 мм.рт.ст., парциальное давление кислорода составляет всего 160 мм.рт. Точно такое же парциальное давление кислорода в легких (160 мм.рт.ст.), и при атмосферном давлении 160 мм.рт. ст., но при наличии 100% кислорода. Это представляет своего рода экономию и уменьшает утечку в результате разгерметизации кабины.
Пожар на Аполлон-1 учли, к электропроводке стали относиться с особыми требованиями. В СССР на ранних этапах тоже было возгорание корабля в среде чистого кислорода и наши отказались от среды со 100% кислородом.
Такой же состав и давление из чистого кислорода были и в скафандрах астронавтов. Система жизнеобеспечения (СЖО) поддерживала не только давление в кабинах, но и температуру и влажность. И даже устраняла запахи.
Кислород находился в баллоне и система порционно его подавала в кабину, контролируя давление. Скорее всего, это тепловая машина на базе компрессора с теплообменником (принцип кондиционера). Поэтому, отапливать или охлаждать небольшой объем СЖО была способна. Вкратце она описана в этой статье:
Какой был запас воды и пищи? В посадочной ступени лунного модуля был установлен 1 бак с водой массой 151 кг. Во взлетной ступени два бака по 19,3 кг. Сколько было воды в сервисном модуле на орбите Луны для СЖО не уточняется. А все время полетов на 1 человека был запас еды 36 кг при четырехразовом питании.
СО2, появляющийся в кабине, удалялся скруббером углекислого газа на основе гидроксида лития. Запах удалялся угольными фильтрами. Температурный контроль обеспечивал один активный сублиматор (теплообменник) «вода-лёд». По всей видимости, это оборудование в наше время называют тепловым насосом. Т.е. никаких нагревательных ТЭН. Тепловой насос имеет коэффициент преобразования электричество-тепло или электричество-холод 1:3. ТЭНы – 1:1.
Не менее сложна СЖО лунного скафандра.
Но самый главный вопрос – это источник электроснабжения. В командном модуле электрическая система включала три топливных элемента мощностью 1,4 кВт с 30 В постоянного тока. Суммарно: 4,2 кВт. Не уточняется, эта мощность пиковая или номинальная. Будем считать, что второе.
Топливные элементы вырабатывали электроэнергию при окислении топлива, примерно так же, как в водородных ячейках некоторых современных электромобилей. Будем считать, что для СЖО командного модуля объемом 5,9 м3 электрической мощности 4,2 кВт вполне хватало на все.
В сервисном модуле для командного модуля были и электрические серебряно-цинковые батареи: 3 на 40 А*ч и 2 пиротехнические батареи на 0,75 А*ч.
Почему NASA для резерва не использовали солнечные батареи ни на одном из модулей программы? Резерв никогда не помешает.
Во время аварии на Аполлон-13 топливные элементы не работали, поэтому емкости 120 А*ч явно не хватило бы для работы СЖО и электроники. Как экипаж смог вернуться на Землю – показано в одноименном художественном фильме. Но правда ли это? Как можно слетать до Луны и обратно, используя суммарную емкость автомобильного аккумулятора? В фильме они даже скафандры не надели, чтобы не мерзнуть.
АКБ такой емкости хватает на 3-5 часов для работы газового котла в доме во время отключения электроэнергии. А здесь 120 А*ч хватило на несколько суток для работы далеко не цифровой электроники.
Кто-то из читателей напомнит, что еще были батареи в лунном (в спускаемом) модуле. Две серебряно-цинковые батареи 28-32 В, 296 А·ч. И 4 батареи на взлетном модуле (на Аполлонах 9-14) и 5 (на Аполлонах 15-17) по 415 А·ч. Суммарно 2252 А·ч.
Т.к. астронавты Аполлон-13 мерзли, то явно что-то случилось и с этими батареями.
Так же предлагаю подумать, хватит ли 2252 А·ч для для полетов Аполлон для того, чтобы поддерживать работоспособность электроники, системы СЖО на посадочном модуле? Это 72 кВт*ч электрической мощности на неделю плюс работа на Луне. Лунный модуль прибывал на поверхности от 1 до 3 суток. И там нагрузка на батарею была выше.
В некоторых программах астронавты заходили внутрь модуля, заново наполняли атмосферой кислорода, снимали скафандры, отдыхали, спали, принимали пищу. В последних полетах так делали по несколько раз. В среднем энергию, которое смогут выдать батареи до полного разряда составит 3 кВт*ч.
Вроде реальные цифры, которых хватит для работы СЖО модуля. Например, электроэнергии 3 кВт*ч хватает для отопления дома до 100 м2 тепловым насосом.
Но энергопотребление всей СЖО и электроники неизвестно. И это только оценочные рассуждения.
Аполлон-13 при невозможности использования топливных элементов, только на одних батареях спускаемого модуля замерзал, внутри кабины образовывался конденсат от водяных паров дыхания, неизбежны короткие замыкания и выжить бы корабль не смог.
СЖО Аполлонов – очень сложная по тем временам задача. К тому же, NASA даже не занимались вопросом с туалетом для астронавтов. У них были просто специальные пакетики. Риски отказа в работоспособности СЖО огромные, дублирования системы нет, нет резерва электроснабжения в виде солнечных панелей. И как 10 пилотируемых полетов Аполлонов произошли без единой серьезной поломки – непонятно. Чудеса американской техники.
В лаборатории Кларендон Оксфордского университета в Англии находится простой прибор, электрический звонок, который работает непрерывно с 1840 года без внешнего источника питания.
В герметичной стеклянной колбе находятся два элемента, собранные на основе Замбониева столба. Это элементы питания из набора пластин из разных металлов, разделенные диэлектриком (бумагой), но без электролита. Электролит (кислота) использовался в Вольтовых столбах.
Отличие Замбониевых батарей в том, что в них используются пластины серебра и цинка, а элементы должны быть герметично отделены от внешней атмосферы для предотвращения попадания внутрь паров воды из воздуха. Само электричество у элементов электростатическое, а не силовое (без достаточной силы тока), как в Вольтовых столбах или как в современных батарейках.
Такая батарея была изобретена Джузеппе Замбони в 1812 году. ЭДС серебряно-цинкового элемента ниже, чем у медно-цинковых и составляет от 0,9 до 1,1 В при очень низкой силе тока. Но достоинство его в том, что такой элемент может работать десятками лет без разрушения (без окисления металлов).
Где использовали или используют столбы Замбони? А.Чижевский использовал их в своих опытах по ионизации воздуха. Для ионизации лучше подходит электростатика. До конца 1980-х годов в США их использовали в электронно-оптических преобразователях.
Долговечность и беспрерывность работы элементов Замбони сопоставима с ядерными батарейками на радиоизотопах. Но в настоящее время они полностью забыты.
Вернемся к Оксфордскому звонку. Какой принцип работы у прибора? Кроме элементов Замбони, внутри колбы находятся две полусферы механического звонка и маятник с грузом между ними.
Электростатические силы поочередно притягивают груз и он совершает ударение с частотой 2 Гц. Силы удара (перемещения маятника) спустя 180 лет стали слабыми, но их все еще можно увидеть, например, в этом ролике:
https://www.youtube.com/watch?v=1Dx1-f8xQio
Съемка 12-летней давности
Откуда элементы Замбони берут энергию, если металлы разделены диэлектриком? Вероятно, очень слабый ток протекает и сквозь диэлектрик, т.к. в нем есть какой-то процент влаги. Тогда почему батареи до сих пор работают? Можно предположить, что за счет медленных процессов электрохимических реакций в металлах столь же медленно они и разрушаются. Нет соединений, которые бы серьезно разрушали (окисляли) металлы. Они не вечные, хотя работы хватает на десятилетия.
Может быть Замбониевы столбы – это термобатарея, наподобие элемента Пельтье, где ЭДС возникает из-за разности температуры. На самом деле нет экспериментов, четко говорящие о принципе работы элементов Замбони.
У меня другой вопрос. Почему эти простые и долговечные элементы питания не используют в подсветке чего-либо газоразрядными лампами? Таким лампам как раз нужно напряжение, а не сила тока. Напрасно забытая технология. Складывается впечатление, что нас отвернули от электростатики. Не помогла и попытка Н.Теслы обратить внимание на этот раздел физики про совсем другое электричество.