1.1. Изменения интенсивности солнечного излучения

Солнце является неравновесной системой, которая, по-видимому, находится в устойчивом состоянии. Однако эта система совершает колебания с периодами 5 мин, 27 сут, 22 года (вероятно, возможны и более длительные периоды колебаний [ 3 , 4]). Допустим, что один из них соизмерим примерно санечным диском в связи с возможными изменениями диаметра Солнца [6]. Значение $\mathrm{\Delta }{D}_{\odot }=0$ соответствует $D_{\odot }=1918,{66}^{\prime \prime }(1^{\prime \prime }\simeq 700$ км); $\mathbf{\Delta }$ майское прохождение; — ноябрьское прохождение; $\odot$ анализ Ньюкомба; вертикальные линии соответствуют I1 стандартному отклонению; — линия, аппроксимнрующая данные о прохождении Меркурия; -…- линия соответствует данным Эдди, полученным на основании наблюденнй Солнца,
100000 -летним периодом смены ледниковых эпох. Тогда изменения интенсивности солнечного излучения могли бы влиять на ритм ледниковых периодов при условии, что амплитуда колебания солнечного излучения окажется «достаточно большой».

Солнце таит в себе много загадок и удивительных явлений [4]. Одним из «сюрпризов» Солнца является его предполагаемое сжатие [5]. Анализ наблюдений, проведенных за последние 140 лет, и других, более ранних данных указывает на то, что Солнце сжимается примерно на $0,1\mathrm{\%}$ в столетие и что такое сжатие происходило по крайней мере в течение последних 400 лет. Сжатие Солнца свидетельствует о том, что часть солнечного излучения обусловлена гравитационным уплотнением ${}^1$ ).

Анализ прохождения планеты Меркурий перед солнечным диском в период 1736-1973 гг. показал [6а], что скорость
1) Не ясно, как подобное уплотнение можно связать с неудачной попыткой наблюдения [7] потока солнечных нейтрино, предсказанного стандартной моделью Солнца. Кроме того, не ясна возможность обратимости сжатия и наличия 100000 -летних периодов соответствующих флуктуаций.

сжатия составляла менее $0,3^{\prime \prime }$ в столетие с доверительным интервалом $90\mathrm{\%}$ (рис. 16.1). Предварительные результаты обработки данных о прохождении солнечного диска [6b] дают скорость сжатия менее чем $0,6^{\prime \prime }$ в столетие. Изучение более полных данных [6с] свидетельствует об изменении на $-0,14\pm$ $\pm 0,{08}^{\prime \prime }$ в столетие. До сих пср нет единого мнения [6d] относительно того, сжимается Солнце или нет, и если да, то какова скорость этого сжатия.
«Солнце нам настойчиво напоминает, что, если мы и сможем иметь в распоряжении основные дифференциальные уравнения в частных производных классической и квантовой физики, богатое разнообразие решений.. простирается далеко за пределы современных знаний и представлений. Таким образом, Солнце — это наш неведомый гид, который ведет нас от одного круга взаимосвязанных явлений к другому по мере того, как мы все более пристально всматриваемся в ад» [4]. О Солнце известно сравнительно мало, поэтому пока невозможно определить, существуют ли такие колебания солнечного излучения соответствующих частоты фазы и амплитуды, которые могли бы влиять на наступление ледниковых периодов.
1.2. Космическая пыль

Солнечная система, двигаясь по своей орбите в нашей Галактике, может проходить через области космической пыли, в результате чего может уменьшиться солнечная радиация, достигающая Земли [9-11]. Если в будущем удастся составить карту плотности космической пыли в Галактике вблизи нашей планеты, то, по-видимому, появится возможность исследования связи между чередованием ледниковых периодов и изменениями плотности облака пыли, через которое прошла солнечная система. Однако в настоящее время подобная задача не может быть решена из-за отсутствия необходимой информации,
1.3. Вулканическая деятельность

При крупных извержениях вулканов (например, Кракатау в 1883 г.) в атмосферу выбрасывается огромное количество пепла. С увеличением содержания пыли в атмосфере уменьшается количество солнечного света, достигающего земной поверхности, что в свою очередь приводит к похолоданию, увеличению облачности и отражения солнечного света и выпадению большого количества осадков [12]. Наши сведения о механизмах, которые могут влиять на периодичность вулканической активности Земли, в настоящее время очень скудны; их недостаточно даже для выявления какой-либо связи между вулканической деятельностью и периодическим наступлением ледниковых эпох,

1.4. Смена направления магнитного поля

За время существования Земли ее магнитное поле меняло свое направление несколько раз (рис. 16.2) [13]. Можно полагать, что исчезновение магнитного поля Земли даже на короткий период существенным образом сказывается на химическом составе верхних слоев атмосферы, а также на частоте мутаций и скорости вымирания живых организмов на поверхности Земли. Хотя данные о смене направления магнитного поля хорошо документированы, тем не менее не существует теории, способной адекватно объяснить ориентацию магнитного поля Земли в прошлом или предсказать ее в будущем. Это означает, что пока все попытки найти связь между наступлением ледниковых периодов и сменой направления магнитного поля не увенчались успехом [14].
1.5. Резкие изменения климата

Вопрос о возможности записать систему уравнений, адекватно отражающих изменение климата Земли, остается открытым. Ясно, однако, что эти уравнения должны быть сложными (т. е. нелинейными). Известно, что поведение решений даже простых нелинейных уравнений может носить сложный и неожиданный характер. Основываясь на анализе уравнений, нелинейных по времени, Лоренц [15] выдвинул гипотезу, согласно которой колебательный режим изменения климата Земли есть проявление природы системы нелинейных уравнений, определяющих климат, даже когда они не содержат зависящих от времени функций вынуждающих колебаний. Однако эта теория оказалась неприемлемой для «объяснения» предшествовавших ледниковых периодов по двум причинам. Во-первых, нам неизвестна система уравнений (если она вообще существует), которые описывают наш климат. Во-вторых, даже если бы такая система была известна, еe решение оказалось бы весьма чувствительным (вплоть до расходимости) как к начальным условиям, так и к значениям входящих в нее параметров. Таким образом, сколь угодно высокая точность наблюдений была бы недостаточной для определения последующей эволюции системы.
1.6. Изменения геометрии орбиты Земли

Гипотеза о возможном влиянии изменения геометрии земной орбиты на колебания климата Земли не является чем-то новым [3]. В той или иной форме она выдвигалась Адгемером (1824 г.), Кроллом (1876г.), Коппеном и Вегенером (1924г.).

Рис. 16.2.
a-магнитное поле Земли в течение последних 1,9 млн. лет по данным изучения керна со дна северной части Тихого океана; б-магнитное поле Земли многократно меняло. свое направление в течение последних 160 млн. лет [13].

[16]. Однако на математической основе эта гипотеза впервые была разработана Миланковичем $[17,18]$. Предложенная им теория позволяет экстраполировать корреляцию между историей развития земного климата и изменением орбиты Земли. Если такая корреляция оказывается приемлемой для прошлого, теория может давать прогнозы на будущее.

В пяти из шести рассмотренных выше типов теорий имеющихся знаний недостаточно для получения сколько-нибудь осмысленных корреляций между изменениями климата и другими явлениями. Эта ситуация может измениться по мере расширения наших знаний о Солнце, об окружении нашей Галактики, о внутреннем строении Земли и изменении ее магнитного поля, а также по мере развития возможностей решения нелинейных дифференциальных уравнений. Поскольку на данный момент сведений о свойстве земной орбиты оказывается вполне достаточно для проверки теории Миланковича, мы вынуждены ограничиться изучением именно этой теории и возможностей ее практического применения.