3. Naptevékenység földi hatásai

3.1. Föld mágneses tere
(Cserepes - Petrovay 1993)

A Föld légköre a felszín közelében semleges atomokból és molekulákból áll, azaz elektromosan szigetelő. Nagyobb magasságokban a napsugárzás hatására egyre nagyobb mértékben ionizálódik, s ezzel nő az elektromos vezetőképessége. Az ún. ionoszférában, kb.90 km felett az ionizáció már számottevő, és éjjel-nappal fennmarad, mert a légkör itt már oly ritka, hogy a rekombinációnak egy napnál hosszabb időre volna szüksége a nappal keletkezett ionok és elektronok eltüntetésére. A magasság további növelésével a légkör tovább ritkul, s az ionizált gáz hányada növekszik. Az ionoszféra felett, kb. 2000-3000 km-től kezdve a légkör teljesen ionizáltnak tekinthető, s ritkasága miatt a részecskék ütközései is elhanyagolhatók. A részecskemozgást itt főként a mágneses tér határozza meg, ezért a felső légkörnek ezt a részét magnetoszférának nevezzük. Benne a légkört lényegében protonokból és elektronokból állónak tekinthetjük. Összetételét tekintve a földi légkör folytonosan olvad bele az interplanetáris tér anyagába. Ez utóbbi nem más, mint a Nap légkörének legkülső része, és túlnyomórészt protonokból és elektronokból álló teljesen ionizált gáz (plazma), mely ideálisan jól vezető gáz.

A Föld mágneses tere a felszínen, s felette is néhány földsugárnyi távolságig jó közelítéssel dipólusnak tekinthető. A Föld plazma-környezetében folyó áramok nagyobb távolságokban azonban jelentősen torzítják a mágneses teret. Ez néhány földsugárnyi magasságtól kifelé már nem hasonlít a dipólus térhez, ráadásul erővonalai (magnetoszféra erővonalai) nem nyúlnak a végtelenbe: a magnetoszférának határozott külső határa állapítható meg. A bolygónk dipólterét torzító és lehatároló áramok nagyrészt az interplanetáris tér plazmájának áramlásától (napszél) nyerik eredetüket.

Az alábbiakban a napszél és a földi mágneses tér kölcsönhatásával, a magnetoszféra szerkezetének kialakulásával és belsejének legfontosabb folyamataival fogunk foglakozni.

A Napból érkező részecskeáram és a földi mágneses tér kölcsönhatására először a napkitöréseket (flereket) követő ún. mágneses viharok hívták fel a figyelmet. A kitörést követően kb. egy nap múlva a Föld felszínén mágneses vihar keletkezhet, ami mindenekelőtt a mágneses térerősség ingadozását jelenti. Minthogy a flerek hatásai kb. egynapos késéssel jelentkeznek a Földön, kézenfekvő volt feltenni, hogy e hatásokat korpuszkuláris sugárzás, pontosabban a fler által kidobott plazmacsomag közvetíti. A Nap-Föld távolságból kiszámítható, hogy ez a plazmacsomag 1000-2000 km/s sebességgel mozog az interplanetáris térben.

Képzeljük el, hogy a flerből kidobott plazma a Föld távolságában már csak egy vékony, de szélesen szétterjedő felhőként mozog. Modellszerűen egy elhanyagolható vastagságú és ideálisan jól vezető lemezként is felfoghatjuk, amely - egyébként vákuumban mozogva - megközelíti a Föld dipólusát. Benne a mozgási indukció miatt elektromos áramok keletkeznek, s ezek mágneses tere hozzáadódik a Föld mágneses teréhez. Ezt az indukciós feladatot már Maxwell is megoldotta 1873-ban. Az eredmény az, hogy ha a lemez valóban ideális vezető, az áramok a lemez mögött teljesen leárnyékolják dipólus terét, a lemez előtt pedig egy torzult, összenyomott dipóltér alakul ki. Ez utóbbi nem más, mint az eredeti dipólustól, valamint a lemez mögötti tükörképtől származó dipólterek összege. Az ábrák azt a speciális esetet mutatják, amikor a dipólus merőleges a plazma mozgási irányára.

20. ábra: A Föld mágneses terének modellje (Cserepes - Petrovay 1993)

Könnyen belátható, hogy a mágneses térerősség tangenciális komponense a lemeznek a dipólus felőli oldalán a zavartalan esethez képest megduplázódik, a normális komponense pedig eltűnik. A lemezen kialakul két neutrális pont is, ahol a térerősség zérus. E pontokba egy-egy erővonal fut be a dipólusból, s a lemez áramvonalai is e pontokat veszik körül. Az is látható, hogy az ábrának megfelelő helyzetben a Föld felszínén az egyenlítőnél (ill. kis szélességeken) a mágneses térerősség növekszik, hiszen a tükörkép-dipólus tere itt egyirányú az eredeti mágneses térrel.

A fenti modell sok tekintetben nagyon leegyszerűsíti a valóságot. Mindenek előtt kiderült, hogy a Napból nem csak a flerek idején távozik plazma, hanem állandóan, s ez a folytonos, radiális irányú részecskeáram az egész Naprendszert kitölti. Jelenlétét az üstökösök csóvájának magyarázatára már régebben feltételezték.

A napszél kifelé semleges plazma, lényegében protonokból és elektronokból áll, a Föld távolságában kb. 5 proton/cm3 sűrűséggel. Áramlási sebessége a Föld pályánál 200 és 700 km/s között változik, nyugodt naptevékenységi időszakban átlagosan 320 km/s. Ez 530 eV proton, ill. 0.3 eV elektron energiának felel meg. A részecskék rendezett egyirányú mozgására rendezetlen termikus mozgás is szuperponálódik, mely átlagosan 10 eV, azaz kb. 105 K körül van. Ez a proton esetében v=(2Ekin/mp)1/2, azaz 40 km/s sebességet jelent. A napszelet alkotó részecskék spirális pályákon érkeznek a Napból a Földre. A Földet elérő anyag bolygónkról nézve nem a Nap látszólagos irányából jönnek, hanem nyugatabbról. A spirálist a Nap általános mágneses tere határozza meg, ami együtt forog csillagunkkal.

A Napszél állandó plazmaáramának és a Föld mágneses terének "találkozásakor" kicsit más lesz a helyzet, mint a modellünknél. A Föld mágneses erővonalai most nem egy merev síkkal határolt féltérben, hanem egy hosszan elnyúló, csóvaszerű "üregbe", a magnetoszféra-üregbe szorulnak Ezt az üreget a napszél körülfolyja, nem hatol belé. Az üreg határát a magnetopauza egy vékony határréteg, a magnetoszféra méreteihez képest felületnek tekinthető (vastagsága 100 km körüli). Ebben a határrétegben folynak a plazma és a földi mágneses tér kölcsönhatásaképpen keletkező áramok, amelyek tere a földi mágneses térhez hozzá adódik, s így ezt végül is egy üregbe korlátozza. Hasonlóan a modellhez most is megvannak a neutrális pontok, amelyekben egy-egy erővonal fut be a Föld Nap felőli oldalán északon és délen valahol a 78o-os szélességi kör környékén. E neutrális pontoknál egy-egy mélyedés tapasztalható a magnetopauzán. A határrétegben folyó áramok a két neutrális pontot éppen olyan két örvényben ölelik körül, mint a modellben. Ezek az áramok a Nap felőli oldalon az egyenlítői síkban keleti irányban folynak, s a magnetopauza "tetején" és "alján" záródnak.

Magnetopauza a Nap irányába nyugodt időszakban kb. 10 földsugárnyi geocentrikus távolságban (» 64000 km) húzódik. A Nappal ellentett oldalon azonban a magnetoszféra-üreg több száz földsugárnyi messzeségbe nyúlik ki, s itt már nincs éles határa az interplanetáris tér felé.

A magnetoszféra belsejében, a Földhöz közel a mágnes tér közelítőleg dipólus, kevéssé torzult, erővonalai zártak. A Nap irányában is csak olyan erővonalak találhatók, amelyek a Földben záródnak. A zárt erővonalak zónája egy kicsit torzult tórusz formájában körülöleli a Földet. A Föld felszínén az Északi- és a Déli-sark környékén egy-egy ovális alakú határvonal húzható, amelyek az ún. sarki sapkákat zárják körül.

A sarki sapkákon kívül metszik a Földet a tórusz zárt erővonalai. A két sarki sapkából induló széles erővonal kötegek azonban a Nappal ellentett oldalon messzire nyúlnak az ún. uszályba, ahol az erővonalak lényegében az ekliptikával párhuzamosan futnak. Ha a térerősség irányát is figyelembe vesszük, a déli sarki területből az erővonalak kifelé futnak, az északi pólus környezetéből viszont befelé. A két erővonalköteget az uszályban egy vékony határréteg (neutrális sík) választja szét, benne a magnetopauza áramaihoz csatlakozó nyugati irányú áram folyik. Az uszály mágneses tere tehát két, egymásra helyezett szolenoid teréhez hasonlít.

21. ábra: A föld mágneses terének szerkezete
(a) A nagy nyilak a magnetopauzának és a magnetoszféra belsejének áramait jelölik.
(b) Éjfél-déli meridionális metszet. Az egyszerűség kedvéért a földi dipólus tengelyét a napszél irányára merőlegesnek vesszük. N: neutrális pontok. (Cserepes - Petrovay 1993)

A magnetoszféra a napszél számára áthatolhatatlan akadály. Amint a napszél szuperszónikus áramlása a magnetoszférába ütközik, egy lökéshullámfront alakul ki a magnetoszféra előtt 2-3 földsugárnyi távolságban, és a Napból érkező plazma áram eltérül.

3.2. Fizikai hatások
(Foukal 1990, Kissné 1986, Korda és Tolnai 2000)

A magnetoszférában lezajló rövid idejű változásokat mágneses viharoknak nevezzük. A napszél átlagos sebessége a Föld környezetében 4-500 km/s körüli. Ha a napszél sebessége 6-700 km/s-ra nő, akkor számíthatunk geomágneses viharra. Ilyen növekedés kapcsolódhat egyrészt napkitöréshez, másrész pedig a Nap sarki területeiről kiinduló, mindig nagyobb sebességű, ill. energiájú napszélhez is.

A mágneses viharokat általában megelőzi egy fler-effektusnak nevezett jelenség. A flerkitörés során felszabadult rövid hullámú sugárzások megnövelik az ionoszféra vezető képességét. Ezért a Föld nappali oldalán megváltozik az ionoszféra áram. Ez a folyamat a mágneses térre is kihat, s rendszerint a geomágneses tér H összetevőjében jól elkülöníthető térerősség-csökkenés figyelhető meg.

Ez a jelenség noha nem tartozik a mágneses viharokhoz, ám azoknak bizonyos előfutára. Az effektustól a mágneses vihar kezdetéig körülbelül 24-48 óra telik el, hiszen a vihart kiváltó részecskék a Földre az elektromágneses sugarakhoz képest ekkora késéssel érkeznek.

A mágneses viharok gyakran a Földön mérhető mágneses térerősség gyors megnövekedésével kezdődnek. Ez azzal magyarázható, hogy a mágneses viharok kialakulásáért felelős fler több és gyorsabb részecskét bocsát ki, mint általában a Nap. Ez törvényszerűen vonja maga után azt, hogy bolygónk amúgy is üstökös formát öltő magnetoszférája még jobban összenyomódik. Tehát az erővonalak közelebb kerülnek egymáshoz, amely végső soron térerősség-növekedéshez vezet. Ezt nevezzük viharszerű hirtelen kezdetnek.

22. ábra: Egy mágneses vihar időbeli lefolyása (Cserepes-Petrovay, 1993)

Mialatt eme jelenség lezajlik, a csóvában a mágneses erővonalakon fokozatosan halmozódnak fel a részecskék, melyek később felszabadulnak, és kiegészülnek az ionoszférából érkező részecskékkel. A felszabaduló részecskék egy része bekerül a gyűrű áramba. Ezek a részecskék ideiglenesen zárt mágneses erővonalak mentén stabilizálódnak, minek következtében köráramot hoznak létre, amely a Föld belsejéhez hasonlóan dipól mágneses teret generál. Ez a tér azonban a Föld mágneses terével ellentétes irányú. A gyűrűáram tehát összességében csökkenti a földi mágneses tér erősségét. Ha a mágneses vihar ebbe a fázisba jutott, akkor főfázisról beszélünk. A Föld mágneses térerőssége ilyenkor intenzíven csökken. A vihar idején a Napból záporozó részecskék a gyűrűáramot sem kímélik, tehát azt a mágneses erővonalat is, melyen a gyűrűáram kialakul, közelebb nyomják a Földhöz. A bolygónkhoz közelebb került gyűrűáram így képes vegyülni a plazmaszféra sokkal kisebb energiájú plazmájával, aminek hatására a gyűrűáramból a részecskék fokozatosan kiszóródnak. A mágneses vihar ezen fázisa már az elmúláshoz tartozik. A kiszóródott részecskékkel fokozatosan gyengül a gyűrűáram erőssége, aminek következménye a földi mágneses térerősség lassú növekedése lesz. Öt-tíz nappal a vihar kezdete után az állapot normalizálódik, a mágneses térerősség újra a megszokott értéket veszi föl.

Meg kell említeni, hogy ilyen szabályos lefolyású mágneses viharok általában minimumok idején fordulnak elő, mivel a maximumok idején (a nagymértékű flertevékenység miatt) a mágneses viharok nem egymás után következnek, hanem egymásra rárakódva jelentkeznek (ezért a hirtelen kezdet gyakran elmarad).

A naptevékenységnek talán az egyik leglátványosabb földi hatása a sarki fény, melyet a két pólus közében figyelhetünk meg. A jelenséget az elektronok által gerjesztett oxigénatomok rekombinálódása okozza 90-130 km-es magasság tartományban. Erre utal az, hogy sarki fény az oxigén és a nitrogén két fő hullámhosszán sugároz: a 630.0 nm-en (vörös) és az 557.7 nm-en (zöld). Az oxigén vörös, a nitrogén zöld fényt bocsát ki. A zöld sarki fény sokkal gyakoribb, mert a levegőben és így az ionoszférában sokkal több a nitrogén. Maga a jelenség egy pólus középpontú ovális mentén keletkezik. Átlagos távolsága a mágneses pólusoktól 4000 km. A sarki fényes éjszakák száma a 67. fok környékén a legnagyobb, itt a sarki fényes éjszakák száma eléri a 300-at, míg Magyarországon ez a szám 1 és 5 közé esik, és intenzitása is sokkal kisebb.

23. ábra: Zöld és vörös sarki fény (Internet)

A sarki fény erőssége erősen korrelál a naptevékenységgel. Ezt támasztják alá azok a beszámolók is, amelyek a korábban tárgyalt Maunder-minimum alatt születtek, ekkor ugyanis egyáltalán nem vagy csak nagyon gyenge sarki fényt figyeltek meg. Ez érthető is, mert a jelenség, akkor jön létre, amikor egy fler hatására a magnetoszféra csóvájában az erővonalak záródnak és az ott felhalmozódott töltött részecskék a magnetoszféra alsó részébe kerülnek. A részecskék egy része pedig bekerül a sarki fény -örvényszerű mágneses térrel rendelkező- zónájába, és ionizálják a levegőt.

A Föld felső légkörében az ún. ionoszférában a naptevékenységgel párhuzamosan változások mutatkoznak. Ez nem is csoda, mert ezekhez az igen ritka, elektromosan töltött gázból álló rétegeknek a létrehozásában a Nap ibolyántúli és röntgensugárzása játszik döntő szerepet, amely a kromoszférából és a koronából származik. A rövidhullámú sugárzás ionizálja a felső-légkört, amelynek különböző rétegeit D, E, F1, F2 betűkkel jelölik.

A D-réteg 50-90 km magasságban található, s mivel ez még a légkör sűrűbb része, nemcsak visszaveri a rádióhullámokat, hanem erősen el is nyeli. A D-réteg keletkezéséért a hidrogén 121.6 nm hullámhosszú Lymana vonala, az ibolyántúli színképtartomány legerősebb, fényes színképvonala a felelős.

Feljebb helyezkedik el az E-réteg, amely 85-140 km közötti magasságú, és a 0,8-10,4 nm közti röntgensugárzásnak köszönheti létezését. A legfelső, F1 és F2 rétegek 140-230, illetve 200-600 km magasságban képződnek a 30-91 nm hullámhosszú sugárzás hatására. Ez a réteg olyan ritka gázokból áll, hogy gyakorlatilag légüres térnek tekinthető. Az E-, F1-, és F2- réteg ionsűrűsége a naptevékenység menetével másfél- kétszeresére, illetve 3-4 szeresére nőhet. Ennek fontos gyakorlati jelentősége van a rövidhullámú rádiózás szempontjából, ugyanis nagyon jelentős a rádióhullámok visszaverődése az ionoszféráról. Ezért kell mindig úgy megválasztani a hullámhosszakat, hogy a visszaverődés megfelelő legyen, de az elnyelés ne legyen túl nagy.

A flerek az ibolyántúli részen többszörös, a röntgentartományban pedig már több nagyságrendnyi sugárzásnövekedést okoznak. Erre az ionoszféra érzékenyen reagál. A röntgensugárzás hatására megnő a D-réteg ionizációja, ami erőteljes elnyeléshez vezet a rövidhullámok tartományában (fading). Ugyanakkor a megnövekedett ionizáció miatt az ionoszféra olyan ultrarövid hullámokat is visszaver, amelyeket egyébként átengedne. Hasonló következmény, hogy a közepes szélességeken megnövekszik a nagyon nagy (kb.10 km) hullámhosszúságú légköri rádiózaj erőssége. Ezt a zajt az állandó trópusi zivatarok villámai keltik, s az ionoszféra D-rétegéről visszaverődve jutnak el hozzánk. A fenti zavarokat a flerek elektromágneses sugárzása okozza, amely minden, a Nap felénk forduló félgömbjén látható flerekből elér a Földre, és a fénysugárzással egyidejűleg érkezik.

Megfigyelték, hogy már kis geomágneses aktivitás hatására elektromos áram indukálódik a vezetékben.

Az ilyen jellegű megfigyelések már a múlt században kezdődtek, mikor kiépültek a telegráfvezetékek. 1859-ben megfigyelték, hogy sarki fény idején, azaz mágneses viharban hiába kapcsolták le a hálózatot a feszültségforrásról, a hálózat a lekapcsolásra fittyet hányva működik tovább. Fölfigyeltek arra is, hogy a vezetékben indukált áram ingadozásai összefüggésben állnak a sarki fény intenzitásának ingadozásával. A nagyobb napkitörések által kiváltott geomágneses viharok néha egészen megdöbbentő hatásokat hoznak létre ezekben a vezetékekben. Az 1978. január 10-11. között lejátszódó geomágneses vihar például az USA-t Skóciával összekötő Transzatlanti vezetékben 2700 V-os feszültséget indukált. Ennek hatására több városban szinte teljesen összeomlott a telekommunikációs hálózat. Észak-Amerikában szintén jó példákat találunk az erős geomágneses viharok hatására, a magas feszültségű hálózatok furcsa viselkedésére. 1958-ban Torontóban geomágnesesvihar következtében megsemmisült az áramelosztó rendszer, aminek hosszabb áramkimaradás lett a következménye. Hasonló eset történt 1972 szeptemberében az USA-ban, amikor a nagy napaktivitás hatására a túlterhelődött transzformátorok felmondták a szolgálatot. A legutolsó nagy geomágneses aktivitás 1989-ben volt, melynek hatására némely kanadai telefonhálózat vezetékében 80-150 A erősségű indukált áramot mértek.

A gáz- és kőolajvezetékekre is jelentős hatással van egy nagyobb napkitörés, geomágneses háborgás. Ezeket a vezetékeket úgy védik a korrózió ellen, hogy a vezetéken áramot vezetnek keresztül. A védőáramot szolgáltató és ellenőrző berendezések a geomágneses háborgások alatt túlterhelésnek lehetnek kitéve. Jó példa erre az Alaszkában található, 1300 km-es kőolajvezeték, amelyben 1978. augusztus 5-én 85A nagyságú indukált áramot és 130000 V/km nagyságú térerősséget regisztráltak.

A naptevékenység hatással van a földi időjárásra is (lásd Maunder-minimum). Több esetben sikerült kimutatni időjárási elemek, (mint például a csapadékmennyiség vagy a hőmérséklet) 11, ill. 22 éves periodikus változását. Ilyen pl. az USA délkeleti és Mexikó északi része között elterülő sivatag területe, amely kb. 22 éves időközönként felváltva nő és csökken, ami ciklikus aszályokat okoz a Mississippi folyótól nyugatra eső vidékeken.

J. M. Mitcheelnek és C. W. Stocktonnak sikerült a sivatag időszakos klimatikus viselkedését egyetlen kvantitatív paraméterrel jellemezni: kb. i.e. 1700-ig visszamenőleg 40 különböző, a klímaváltozásokra érzékeny (a területről származó) fa évgyűrűi alapján számítottak évi indexeket. A kapott adatok matematikai analízise során jó közelítéssel 22 éves periódusokat nyertek, 95-99%-os szignifikációval.

A grönlandi, perui és kínai jégrétegeken végzett oxigén izotóparány vizsgálatok (amelyek a csapadék hőmérsékletét jellemzik) nagyjából 11 éves ciklusokat mutattak ki.

Ezeket a ciklikus jelenségeket természetesen más is okozhatja, így a felfedezett periodicitás még nem teljes értékű bizonyíték.

3.3. Biológiai hatások

3.3.1. Kapcsolat a napfolt ciklussal
(Székely 1989)

Népszerű tudományos művekből közismert, hogy a naptevékenység jelentős szerepet játszik egyes biológiai folyamatokban. Gyakran említik példaként egyes fafajták évgyűrűinek vastagságát, amelyek sokszor jobban követik a napfoltok számának változását, mint a csapadék mennyiségét vagy egyéb időjárási tényezőkét (24. ábra). Említenek sokszor különböző fertőző betegségeket is, amelyekben a megbetegedettek száma erősen korrelál például a Wolf-féle relatívszámmal. Ugyanekkor sok kutató ezeket a tényeket csak elszigetelt jelentőségűnek tartja, és úgy véli, hogy még ha ez a korábbi időszakokban kimutatható is volt, mára a mesterséges tényezők növekvő hatása (pl. védőoltások, mesterséges mágneses terek, stb.) ezeket kimutathatatlanná tette.

24. ábra: A vörösfenyő (Larix gmelinii) növekedésének függése a geomágneses és naptevékenységtől.
A vízszintes tengelyen a napfoltciklus száma, a függőlegesen a vörösfenyő növekedése %-ban,
a többi paraméter relatív skálán. (1. vörösfenyő növekedése, 2. Cp index, 3. napfolt-relatívszám,
4. umbraterületek nagysága, 5. penumbra-területek nagysága, 6. fáklyamezők kiterjedése, 7. Kp index )
(Székely, 1989)

Valószínű, hogy a reális válasz e két meggondolás között lehet valahol félúton. Annak megállapítására, hogy az egyes nap- vagy mágnesestér-hatások mennyire dominánsak más környezeti paraméterekhez képest, először megpróbáljuk osztályozni az egyes paraméterek hatáskomplexumait. Előrebocsátom, hogy mivel az egyes tényezők, fizikai effektusok egymással kölcsönhatásban vannak, ez a - bizonyos értelemben emberközpontú - felosztás nem lehet hibáktól mentes.

Az emberi szervezetben végbemenő, környezet okozta biológiai változásokat hatáskomplexumoknak nevezzük. Minden fizikai, kémiai stb. folyamathoz tartozhat egy-egy hatáskomplexum. A kiváltó folyamatok, jelenségek pedig az ún. biotróp faktorok. A környezet objektumai (levegő, víz, talaj, stb.) biotróp faktoraik révén fejtik ki élettani hatásukat. A faktorok voltaképpen a környezettől származó ingereknek, hatáskomplexumaik pedig a létrejövő reakcióknak tekinthetők.

A különböző fizikai, kémiai stb. folyamatoknak megfelelően csoportosíthatjuk a hatáskomplexumokat, és a hozzájuk tartozó biotróp faktorokat.

hatáskomplexum | biotróp faktorok
optikai | vizuális, infravörös és ultraibolya (UVA, UVB, UVC) tartományok intenzitása
levegőkémiai | légnyomás, oxigén parciális nyomása, aeroszolrészecskék nagyságspektruma, morfológiája, vegyi összetétele, a levegő szennyezettsége (összetétel és koncentráció)
termikus | a szervezet hőáramegyenlegét befolyásoló tényezők: hőmérséklet, szélsebesség, elnyelt hősugárzás, páratartalom, stb.
meteorológiai | mérsékeltövi ciklonok, anticiklonok, frontális zónák biotróp faktoregyüttese (légelektromos tér, nyomásváltozások, stb.)
rádioaktív és elektromos | a levegő és a környezet radioaktivitása és az általa keltett ionok (nagyság és koncentráció)
elektromágneses | áramló töltésmennyiség (csúcskisülés) rádióhullámok, a mágneses tér háborgásai
extraterresztikus | Nap- és kozmikus eredetű korpuszkuláris sugárzás (energia és összetétel)

3. táblázat: Hatáskomplexumok csoportosítása

A csoportosításnál a lehetséges hatások dominanciája szerinti csökkenő sorrendben lett felállítva. Az első három csoport biotróp faktorként való feltüntetése egyértelmű. Ezek olyan erős hatásokat okoznak, hogy lokálisan vagy időnként elnyomhatják a többi tényező - így a vizsgálatunk tárgyát képezők - hatását is.

Talán meglepő, hogy az elektromos hatáskomplexumot a radioaktívval együtt soroltam fel. Ennek oka, hogy a radioaktív sugárzás biotróp faktorként inkább abban játszik szerepet, hogy (a galaktikus kozmikus sugárzással és a Napból jövő - már említett - nagy energiájú részecskékkel együtt) ionizáló hatású, s így a levegőben különböző magasságokban különböző, de állandóan termelődő ionok is jelen vannak. A levegő ionkoncentrációja sok lokális tényezőnek is függvénye, de függ a Napból érkező részecskék sűrűségétől és energiájától is. Mivel például bizonyos típusú ionok jelenléte a levegőben javítja a szervezet oxigénellátását, az ionkoncentráció is biotróp paraméterré lép elő, s a mondottak miatt összefüggésben állhat a naptevékenységgel is.

Részben ezekhez a folyamatokhoz kapcsolódnak az elektromágneses hatáskomplexum jelenségei. A fenti kölcsönhatások révén keletkező ionok - amelyek közben reakcióba léphetnek a levegőben lebegő aeroszol részecskékkel, s ily módon stabilizálódhatnak - a globális zivatartevékenység keltette elektromos térbe kerülve kis áramsűrűségű áramot indítanak meg (kb. 10-12 A/m2). Ezen légelektromos tér szintén sok helyi tényező függvénye, már csak azért is, mert hatással van rá például a csúcs vagy koronakisülés is, amelyet a környezet geometriája is befolyásol (pl. a növények - különösen a tűlevelűek - nemcsak a levegő oxigén-ellátását biztosítják, hanem megfelelő polaritású térerősség esetén csúcskisülés útján a légzés szempontjából kedvező negatívion-koncentráció növeléséhez is hozzájárulnak).

A rádióhullámok élettani hatása igen vitatott, ezért itt bővebben nem foglalkozom vele, elég annyit megemlíteni, hogy a biológiai anyag dielektromos állandója erősen függ az azt átjáró elektromágneses hullámok frekvenciájától (olykor erős irányfüggés is tapasztalható, pl. az izomrostok esetében) .

Szintén vitatott kérdés a mágneses tér biológiai hatásmechanizmusa. Általában még a hatás sem bizonyított kellőképpen, bár bizonyos állatfajok mágneses térre való érzékenysége kísérletekkel igazolt tény. (pl. az ún. magnetotaktikus baktériumokra igaz ez, amelyek a magnetoszómáikban lévő egydoménes magnetitkristályok segítségével keresik az oxigénszegény vizeket.).

A 3. táblázat utolsó sorában helyeztem el az extraterresztikus hatásokat. Tulajdonképpen - a bevezetőben említett energiaforrás kérdése miatt - nem jogos, hiszen ily módon az egész bioszféra extraterresztikus hatástól, tudniillik a Nap sugárzásától függ. Természetesen itt most más értelemben került az utolsó helyre: kifejezetten a naptevékenység, illetve a kozmikus sugárzás hatásai szempontjából. Tulajdonképpen még ebben az értelemben sem kellene az utolsó helyre kerülnie, hiszen, mint ahogy már az előző részben tárgyaltuk, a naptevékenység az egész magnetoszférában és az egész légkörben fejthet ki hatásokat, s így az előtte felsorolt hatáskomplexumokban mint járulékos tényező szerepet játszik. Ez viszont azt jelenti, hogy ha ezeket a részhatásokat összegezzük, akkor ezen integrálódott összhatás jelentékennyé válhat. Éppen ez tehát az az indok, amellyel esetlegesen magyarázhatóak a szakirodalomban ismertetett biológiai jelenség-naptevékenység összefüggések.

A földmágneses tér vagy a napjelenségek földi hatásait adatrendszereken végzett statisztikai vizsgálatokkal elemzik. Az elemzés általánosan használt módszereihez két adatsortípusra van szükségünk: az egyik a vizsgálandó humánbiológiai adatsor (ez általában valamilyen betegség, patologikus eset vagy baleset előfordulási arányainak, esetszámának időbeli változása), a másik pedig a földmágneses térre vagy a naptevékenységre jellemző mért vagy származtatott érték (pl. karakterszám) ugyanezen időszakra vagy azt részben megelőző időszakra vonatkozó értékeinek sorozata. Ezt a két adatsort vetjük össze az általunk választott módszerrel. Figyelembe kell vennünk azonban mindkét adatsor-típus jellegzetességeit. Ez a jellegzetesség általában valamilyen speciális domináns frekvencia megjelenésében nyilvánul meg. A Nap-adatokban például a kb. 11 éves periódusidővel jellemzett frekvencia ilyen.

A fertőző betegségek vizsgálatánál célszerű olyan adatokat keresni, amelyekben az emberi-társadalmi 'zaj' a lehető legkisebb, ezek pedig nyílván a régebbi idők adatsorai lesznek. (Például egy-egy védőoltás bevezetése a hatást teljesen átalakíthatja.) Ha viszont régebbi időket vizsgálunk, akkor referenciaként célszerű az elég homogén és viszonylag hosszú időre rendelkezésre álló napfoltszámokkal összevetni. Ilyen típusú vizsgálatok már elég régóta vannak, néhány eredményt mutat be a 25. ábra.

25. ábra: Néhány fertőző betegség összefüggése a naptevékenységgel. (Székely, 1989)

(a) ábra: Tífuszos megbetegedések száma Oroszország európai területén (1883-1917) -- szaggatott vonal, a görbe egy évvel balra eltolva, és a Wolf-féle relatívszám (folytonos vonal) relatív skálán. A két adatsor korrelációs együtthatója 0, 88±0,03. A relatívszámhoz a baloldali skála tartozik.
(b) ábra: A kolerában elhunytak száma Oroszországban 1823-1923 között (1) és a Wolf-relatívszám (2). Az ábra a szuperponált epochák módszerével készült: az x=0 pontban a napfoltmaximumok éve található, a vízszintes tengely években skálázva.
(c) ábra: Skarlátos megbetegedések számának függése a földrajzi szélességtől. A függőleges tengelyen a 10 ezer lakosra jutó betegek száma, a vízszintes tengelyen a földrajzi szélesség.
(d) ábra: Skarlátos megbetegedések száma Leningrádban (1), és a naptevékenység alakulása (2). (függőleges skálán a tízezer főre jutó megbetegedések száma és a Wolf-relatívszám)
(e) ábra: A 10000 főre eső skarlátos megbetegedések száma az OSzSzK-ban (1), és a napfoltszám (2). 21 éves futóátlagolás eredménye
(f) ábra: Fertőző májgyulladásos esetek száma az USA-ban (1000 fő) (1) és a napfoltszám (2).

Érdemes felfigyelni két jelenségre, amit az ábrák világosan mutatnak. Az egyik a hosszú idejű átlagokból kapott görbék tendenciáinak jó egyezése (pl. 25.(e) ábra). Ebben az esetben a 21 éves mozgóátlagolás erős felülvágó szűrőként működik: csak az alacsony frekvenciák maradnak meg az összegzés után. Ebből a tényből arra gyanakodhatunk, hogy a viszonylag gyorsan változó fizikai hatás pillanatról pillanatra vagy esetleg fáziseltolódással történő nyomon követése helyett akkumulációs folyamatokról van szó. Ezt a jelenséget több szerző is említi. Azaz a napfoltszámok szempontjából a hosszú periódusidejű komponenseket kell figyelembe venni az összehasonlításkor. Ugyanezt erősíti meg az ún. szuperponált epochák módszerével készült ábra (25.(b) ábra).

A másik jelenség, amire felhívnám a figyelmet, az a fáziskésés. Néhány ábrán (pl 25.(a)) 1-3 évvel eltolódva jelentkeznek a csúcsok az orvosi adatokon (ezért a két adatsort már eleve így tüntették fel az ábrán). Ez szintén akkumulációs természetű jelenségekre utal.

Így érthetjük meg azt is, hogy a napfoltszámokból képzett átlagok (bár mint láttuk, a napfoltok a Földre gyakorolt hatása elhanyagolható) miért mutatnak viszonylag jó egyezést az esetszámokkal. A napfoltszám változása viszonylag lassú, általában ritkák a hirtelen változások, szemben pl. a földmágneses karakterszámokkal (gondoljunk csak a flerekre). A napfoltszám eme tulajdonsága definíciójában rejlik, hiszen a gyorsan változó komponensekből kevesebbet tartalmaz a spektruma, mint pl. a földmágneses indexeké, hiszen az egyes napfoltok, napfoltcsoportok élettartama, és a központi csillag forgási periódusa is viszonylag hosszú.

A különböző átlagolási eljárások az orvosi adatokban lévő gyors (véletlen) komponenseket kiejtik, az eredményt összevetve a napfoltszámmal jó eredmény is adódhat.

Ha most már a földmágneses indexek (Ap, Kp, EKp) változásaival hasonlítjuk össze az egyes megbetegedések számát (26. ábra), már nem kapunk olymértékben együtthaladó görbéket (annak ellenére, hogy e hatásoknak sokkal "emberközelibbek").

26. ábra: Néhány fertőző betegség összefüggése a földi mágneses térrel. (Székely, 1989)

(a) ábra: A gyermekbénulásos esetek száma Japánban (1000 fő) (1), és a Kp-index alakulása (2).
(b) ábra: A vérhas-megbetegedések száma a világon (1000 fő) (1), és a Kp-index (2).
(c) ábra: Tetanuszfertőzés okozta halálesetek száma Ausztráliában (1), és a Kp-index (2).

A probléma sajnos nemcsak biológiai oldalról összetett, hanem például statisztikai szempontból is. Nehezebb tipizálási kategóriákat felállítani (mint pl. a fertőző betegségeknél): az egyes betegség- (vagy inkább tünet-) kategóriák sokszor nem kiforrottak. Éppen emiatt a kategóriába sorolás magán viseli a kategorizáló alapelgondolásait. Ebből adódik, hogy általában elég kevés az igazán homogén adatsor.

További gondot okoz az alábbi dilemma: ha egy konkrét, jól meghatározott betegséget vizsgálok, kicsi lesz az esetszám, ha kiterjesztem a vizsgálatot egy nagyobb betegségcsoportra, akkor bejöhetnek olyan irányú hatások is, amelyek megzavarhatják az eredmények értelmezését.

Strestik és Prigancová (1986) vizsgálatsorozatukban (27. ábra) balesetekkel foglalkoztak. Itt szerepet játszik a figyelmetlenség, szétszórtság, idegesség, stb., amelynek hátterében a környezeti paraméterek állnak.

Valószínű, hogy a földi mágneses tér és a naptevékenység csak másodrendű szerepet tölt be ezekben a folyamatokban, viszont az is eléggé biztosnak látszik, hogy egyfajta katalizálóként hatnak: bizonyos folyamatok lezajlását gyorsíthatják például a legfontosabb fiziológiai paraméterek módosításán keresztül.

Barkóczy (1987) talált is korrelációt a Kp-index és vérnyomásadatok között.

27. ábra: A közlekedési balesetek számának függése a különböző biotróp faktoroktól
(Strestík és Prigancová, 1986)

Az (a) ábrán a pozsonyi közlekedési balesetek (függőleges tengely) számának és a prágai légnyomás összefüggése látható. A szaggatott vonal az előző napi, a folytonos az aznapi légnyomásértékekhez tartozó balesetszámot tünteti fel. A vízszintes tengely Hgmm-ben van skálázva.

A (b) ábrán ugyancsak a fenti balesetszámokat vethetjük össze a levegő relatív nedvességtartalmának átlagtól való eltérésével (vízszintes tengely, %-ban megadva). A szaggatott és folytonos vonalak értelmezése az előző ábráénak megfelel.

A (c) ábra a Niemegk Obszervatóriumban mért S K értékek függvényében ábrázolja az említett balesetszámokat. A folytonos vonal az összes adatra, a szaggatott vonal a meteorológiailag kedvező, a pontozott vonal a meteorológiailag kedvezőtlen napok adataira vonatkozik.

A (d) ábra szintén a S K-balesetszám függést mutatja, azonban itt a folytonos vonal mellett (összes adat) az elektromos tér nagy potenciálgradiensével jellemzett napok adatai (pontozott vonal) és a kis potenciálgradiensű napok adatai (szaggatott vonal) is fel vannak tüntetve.

Végül egy példát hoznék arra is, hogy nem minden 10-11 éves periódust mutató jelenség hozható összefüggésbe a naptevékenységgel. Közismert pl. a ragadozó-áldozat differenciálegyenlet megoldásának periodikus viselkedése: ha sok a nyúl, elszaporodnak a hiúzok a bőséges táplálékon, végül annyira a kipusztítják a nyulakat, hogy a hiúzok is kezdenek éhenhalni. Ez továbbiakban csökkenti a hiúzok számát, ami a nyulak újabb elszaporodásához vezet, és kezdődik elölről az egész folyamat. Matematikailag leírva az egészet, mind a nyulak, mind a hiúzok száma szabályos szinuszhullám, amelyek fázisa kissé eltér, a periódus pedig az állatok szaporaságától, növekedési idejétől stb. függ. Megfelelő időszakot kiragadva találhatunk összefüggést a napciklus és a prémes állatok szaporasága között.

28. ábra: Nyúl és hiúzprémek száma és napfolt-relatívszám (Marik, 1989)

Egy 1937-ben megjelent könyvből való az az ábra, amely azt állítja, hogy ha a naptevékenységi maximumhoz képest átlagoljuk az 1850-1900 közötti években Kanadában a Hudson Bay Company által feldolgozott nyúlprémek számát, a napmaximumhoz a nyulak számának minimuma tartozik. Ha azonban a tényleges időbeli változás grafikonját vesszük szemügyre, amely a hiúzprémek számát is feltünteti, látható, hogy itt inkább a ragadozó-áldozat ciklusról van szó. A naptevékenység görbéjéhez ugyanis az időszak első felében pontosan fordított a fázis, mint a végén. Ahhoz, hogy valamely jelenség összefüggését bebizonyítsuk, legalább 100 éves egynemű adatsorra van szükség. Ha a két jelenség fázisa végig azonos marad, tehát maximum mindig maximummal (vagy minimummal) esik egybe, akkor már valószínű az összefüggés, de bizonyítottnak csak akkor vehető, ha fizikai, kémiai, biológiai jelenségeket is sikerül meghatározni, amelyek a hatás jelentkezéséhez vezetnek.

3.3.2. Kapcsolat az aktuális naptevékenységgel, előrejelzés.

Hosszútávú megfigyelések alapján arra a következtetésre juthatunk, hogy bizonyos összefüggés figyelhető meg a napfoltszám változása és több földi jelenség között. Ezek a megfigyelések egyben előre vetítik annak szükségességét is, hogy rövidtávú (impulzusszerű) jelenségek (flerek) hatását is vizsgájuk, és megfigyelésekkel próbáljuk előre jelezni az esetleges várható negatív hatásokat, hogy kellő időben fel tudjunk rá készülni. Ez nem könnyű feladat, s a jelenlegi szinten messze elmarad az időjárás előrejelzés pontosságától. A problémát az okozza, hogy nehéz megjósolni melyik napkitörésből származó részecskeáram találja el a Földre, valamint a Nap felőlünk nem látható oldalán kialakuló flerek is hatást gyakorolhatnak a Földre (Bár újabb napszeizmológiai vizsgálatokkal már következtetni tudunk az átellenes oldal foltjaira és így az esetleges flerekre lásd, 1.2.3 fejezet). További nehézséget jelent még az, hogy a vizsgálat tárgyát képező eseményre a naptevékenységen kívül több külső hatás is jelentős befolyással bír és ezek a külső tényezők gyakran elnyomják a naptevékenység hatását.

A következő részben röviden azzal a kutatással foglalkozok, amelyet a Solaris Napfizikai és Orvosbiógiai Alapítvány végez Kiskunhalason Balogh István a csillagvizsgáló vezetője és dr. Viszmeg Sándor főorvos szakmai irányításával. A megfigyeléseket az alapítvány dolgozói csillagászati és orvosi szempontból végzik, a naptevékenység rövidtávú hatásainak vizsgálatára helyezve a fő hangsúlyt. A mért adatok eredményét hasonlítják össze az orvosok által ugyanezen időszakban regisztrált katasztrófahelyzetek kialakulásának gyakoriságával. A szükséges orvosi adatokat a kiskunhalasi Semmelweis Kórház osztályainak beteganyaga szolgáltatja. A vizsgálati program kiterjed a különböző alapbetegségekben szenvedő betegekre is. A munka jelen időszakban még csak a kutatás fázisában van. A későbbiekben a felismert összefüggések birtokában előrejelzést kívánnak adni az egészségügy minden területére, hogy a veszélyeztetett betegeknél változtatni lehessen a kezelésen annak érdekében, hogy a betegek ne jussanak válsághelyzetbe.

Továbbiakban olyan havi grafikonokat mutatok be, amik tartalmazzák a napfolt- és flerszámokat, különböző orvosi esetek betegszámát. Habár előfordulnak eltérések (a fejezet elején említett okok miatt), mégis több esetben észre vehető, hogy nagymértékű naptevékenységet követően (kb. második napon) a betegszám is növekszik.

29. ábra: A napfoltszám és a nagyobb flerek száma 1999. novemberében

30. ábra: Tüdő- és légcsőgyulladásos esetek száma 1999. novemberében

31. ábra: Agyi történések száma 1999. novemberében

32. ábra: Idegrendszeri zavarok számának alakulása 1999. novemberében

3.3.3. Kiskunhalasi Csillagászati Obszervatórium

Kiskunhalas (Balogh István által tervezett és vezetett) csillagvizsgálója 1983 vége óta működik. A bemutatásokon, ismeretterjesztésen kívül jelentős rendezvényeket is szervez, mint például az évente megrendezésre kerülő Csillagászati Napok vagy az Országos Amatőrcsillagász Találkozó. A Solaris Alapítvánnyal együttműködve a Nappal kapcsolatos kutatásokat is végez.

Az obszervatórium műszerei:

- A Csillagvizsgáló legelső távcsöve, a 300/1450 Newton reflektor
- Egy műholdkövető kamera: az AFU-75
- Nemrégiben készült el a 200/3000-es napteleszkóp
- Könnyen hordozható 150/700 lencsés távcső
- Az idén felállított rádiótávcső még tesztelések alatt

33. ábra: A kiskunhalasi csillagvizsgáló