Магнитная буря: солнечная активность и её влияние¶
Магнитная буря — это возмущение магнитного поля Земли, вызванное солнечной активностью, при котором интенсивность и направление геомагнитного поля нарушается на протяжении от нескольких часов до нескольких суток. Магнитные бури относятся к явлениям космической погоды и представляют собой одно из наиболее заметных проявлений взаимодействия солнечного ветра с магнитосферой планеты.
¶Причины возникновения
Магнитные бури вызываются выбросами плазмы из солнечной атмосферы — корональными выбросами массы (CME), а также потоками заряженных частиц, связанными с солнечными вспышками и протонными событиями. Основные источники возмущений:
- Корональные выбросы массы — выбросы магнитизированной плазмы из солнечной короны, достигающие Земли за 1–4 дня.
- Солнечные вспышки — взрывы в солнечной атмосфере, сопровождающиеся излучением в широком диапазоне и ускорением частиц.
- Корональные дыры — области с пониженной плотностью и открытыми магнитными линиями, из которых исходит быстрый солнечный ветер.
При столкновении потока заряженных частиц с магнитосферой Земли происходит перераспределение энергии и токов в ионосфере, что и проявляется как магнитная буря.
¶Классификация
Магнитные бури классифицируют по интенсивности возмущения горизонтальной компоненты магнитного поля. Принята планетарная шкала Kp, а также шкала G (NOAA):
| Уровень (G) | Kp | Характеристика |
|---|---|---|
| G1 — слабая | 5 | Возмущения магнитного поля, возможны небольшие помехи в энергосистемах |
| G2 — умеренная | 6 | Северные сияния видны в средних широтах, возможны сбои в работе спутников |
| G3 — сильная | 7 | Серьёзные помехи в радиосвязи, коррекция орбит спутников |
| G4 — очень сильная | 8 | Широкомасштабные помехи в энергосистемах и навигации |
| G5 — экстремальная | 9 | Критические сбои в энергосистемах, потеря спутников |
По продолжительности различают одиночные бури (несколько часов), повторяющиеся (несколько циклов с интервалом в сутки) и длительные (несколько суток).
¶Структура магнитной бури
Классическая магнитная буря состоит из трёх фаз:
- Фаза начального возмущения — внезапное изменение магнитного поля при ударе солнечного ветра по магнитосфере, длится от нескольких минут до часа.
- Фаза главного возмущения — развитие токов в магнитосфере и ионосфере, интенсивное возмущение поля, продолжается от нескольких часов до суток.
- Фаза восстановления — постепенное возвращение магнитного поля к нормальному состоянию, может длиться от нескольких часов до нескольких дней.
¶Влияние на Землю и человека
¶На технику и инфраструктуру
Магнитные бури вызывают наведённые токи в длинных наземных линиях электропередачи, что может приводить к перегрузке трансформаторов и отключениям. Известны случаи масштабных блэкаутов, связанных с сильными бурями, — например, отключение энергосистемы Квебека в марте 1989 года. Возмущения затрагивают ионосферу, что ухудшает условия радиосвязи и точность спутниковой навигации, а также создаёт дополнительную нагрузку на спутники за счёт атмосферного сопротивления и электростатических разрядов.
¶На живые организмы
Солнечные бури сопровождаются потоками заряженных частиц, которые могут представлять радиационную опасность для людей в космосе и на высотных авиарейсах. Влияние магнитных бурь на здоровье людей изучается, но научный консенсус отсутствует: часть исследований указывает на возможную связь между сильными бурями и обострением сердечно-сосудистых заболеваний, головными болями, изменением артериального давления, другие — не подтверждают статистически значимой корреляции. В России и ряде других стран метеорологические службы и медицинские организации рекомендуют людям с хроническими заболеваниями в дни сильных бурь ограничивать физические нагрузки, однако эти рекомендации носят профилактический характер.
¶Северные сияния
Одним из визуальных проявлений магнитных бурь являются северные сияния (полярные сияния). При сильных бурях зона их наблюдения смещается к экватору, и сияния становятся видны в средних широтах, включая центральные районы России.
¶Прогнозирование
Прогноз магнитных бурь осуществляется службами космической погоды — в России это Институт земного магнетизма, ионосферы и распространения радиоволн (ИЗМИРАН) РАН и Центр прогнозирования солнечной активности. На международном уровне прогнозированием занимаются NOAA (США), Европейское космическое агентство и другие организации. Основные методы основаны на наблюдении солнечной активности, отслеживании корональных выбросов солнечными обсерваториями и моделировании распространения солнечного ветра.
¶Исторические наблюдения
Первые систематические записи о магнитных бурях начались в XIX веке с появлением магнитных обсерваторий. Наиболее известное событие — Кэррингтонское событие 1859 года — сильнейшая зарегистрированная магнитная буря, вызвавшая северные сияния в низких широтах и повреждение телеграфных систем. Сильные бури также отмечались в 1921, 1989 и 2003 годах.
¶Источники
- «Космическая погода» / под ред. Р. М. Боннера. — М.: Наука.
- Институт земного магнетизма, ионосферы и распространения радиоволн РАН — материалы по геомагнитной обстановке.
- NOAA Space Weather Prediction Center — данные о магнитных бурях и шкале G.
- «Солнечная активность и магнитные бури» / И. А. Ямпольский. — Киев: Наукова думка.