Геомагнітний стан до індексу. Прогноз магнітних бур на сонці.
На професійному сленгу магнітними бурями називають один з різновидів геомагнітних проявів. Природа цього явища тісно пов'язана з активною взаємодією магнітної сфери Землі з потоками сонячного вітру. Згідно зі статистикою, близько 68% населення нашої планети відчувають на собі вплив зазначених потоків, що іноді надходять на Землю. Саме тому фахівці рекомендують людям, які особливо чутливі до змін в атмосфері, заздалегідь дізнаватися, коли передбачаються магнітні бурі, прогноз на місяць можна завжди побачити на нашому сайті.
Магнітні бурі: що це?
Якщо говорити простою мовою, це реакція земної кулі на спалахи, що виникають на поверхні Сонця. Внаслідок цього відбуваються коливання, після чого Сонцем в атмосферу викидаються мільярди заряджених частинок. Їх підхоплює сонячний вітер, забираючи на величезній швидкості. До поверхні Землі ці частинки можуть долетіти лише за кілька діб. Наша планета має унікальне електромагнітне поле, яке виконує захисну функцію. Однак мікрочастинки, які в момент наближення до Землі розташовані перпендикулярно до її поверхні, здатні проникати навіть у глибокі шари земної кулі. Внаслідок цього процесу відбувається реакція земного магнітного поля, яке за короткий період багато разів змінює свої характеристики. Це і прийнято називати магнітної бурею.
Що таке метеозалежність? Якщо ви без видимих причин відчули нездужання, не поспішайте до лікарів, почекайте годину-другу. Можливо, ви стали заручником магнітної бурі, яка обумовлена різкою зміною в погоді. Щоб упевнитися в цьому, вивчіть прогноз магнітних бур на 3 дні. До погодних змін можна віднести перепад атмосферного тиску, температури та ступеня вологості повітря, а також фон геомагнітного випромінювання. Щодо атмосферного тиску, воно виступає основним фактором розвитку метеозалежності. Тих, хто особливо не реагує на зміни у погоді, називають метеостабільними. Це означає, що серйозних збоїв у роботі внутрішніх органів та систем у цих «щасливчиків» немає. Їх організм перебуває у відмінній формі, легко пристосовуючись до різких атмосферних перепадів. Таким чином, залежністю від метеорологічних показників є певні болючі реакції організму.
Увага!Ви маєте можливість з'ясувати, чи передбачаються магнітні бурі сьогодні онлайн. Для цього скористайтеся графіком, який дозволяє здійснювати онлайн-моніторинг погодних показників, що свідчать про швидкий наступ геомагнітної бурі.
Магнітні бурі прогноз на сьогодні та завтра: онлайн моніторинг
- 0 - 1 бал- Магнітної бурі немає.
- 2 -3 бали- слабка магнітна буря, що не впливає на самопочуття.
- 4 - 5 балів- Середня магнітна буря, можливе легке нездужання.
- 6 -7 балів- сильна магнітна буря, метеозалежним людям варто подбати про своє здоров'я.
- 8 - 9 балів -Дуже сильна магнітна буря: можливі головний біль, нудота, збільшений артеріальний тиск.
- 10 балів -екстремальна магнітна буря: найкраще провести день удома, сідати за кермо небезпечно.
Вплив магнітних бур на самопочуття
Найбільш типовими реакціями на зміну погоди є головний біль і почастішання пульсу. Дані прояви можуть супроводжуватися такими симптомами, як:
- підвищення артеріального тиску;
- запаморочення;
- слабкість у всьому тілі;
- тремор кінцівок;
- безсоння;
- зниження активності;
- підвищена втома.
Відчути наближення геомагнітного шторму люди можуть за кілька діб. Поява нездужання, крім перерахованої симптоматики, пояснюється і тим, що під час бурі відбувається згущення крові. Це перешкоджає нормальному кисневому обміну в організмі. Звідси занепад сил, дзвін у вухах та запаморочення.
Чому для метеозалежних людей важливо відслідковувати прогноз магнітних бур?Людям, які належать до метеочутливих, медики наполегливо радять вивчати розклад магнітних бур на завтра. Звичайно, ідеальним варіантом стане відстеження прогнозу на кілька тижнів уперед, оскільки різкі зміни метеорологічних параметрів мають прямий вплив на функціональні можливості організму. Стрибки артеріального тискуу бік підвищення вважаються найнебезпечнішою реакцією на магнітні бурі. Адже такий стан може спричинити крововилив у мозок. Тим, хто не страждає на серйозні хвороби, переживати не варто. До групи ризику потрапляють люди з патологіями серця, судин та органів дихальної системи.
Як запобігти настанню «погодного» нездужання?Профілактика виникнення нездужання внаслідок впливу магнітних штормів дуже важлива. Напередодні метеорологічних «сюрпризів», щоб уникнути проявів метечутливості або хоча б послабити їх, потрібно прийняти відповідні медикаменти.
Які послабити вплив магнітних бур на організм?На ці питання повинен відповісти ваш лікар, знайомий з особливостями вашого організму. Важливо! При призначенні лікарського засобуфахівець зобов'язаний врахувати та клінічну картинуа також динаміку ваших хронічних захворювань. Не приймайте будь-які препарати, які можуть призвести до значних змін у роботі організму, без приписів профільного лікаря.
Прогноз та моніторинг магнітних бур на місяць
Рівень геомагнітних бур
На графіку нижче представлений індекс геомагнітної збуреності. Цей індекс визначає рівень магнітних бур.
Чим він більший, тим обурення сильніше. Графік автоматично оновлюється раз на 15 хвилин. Час вказано Московський
Стан магнітного поля залежно від Кp індексу
K p< 2 — спокойное;
K p = 2, 3 - слабообурене;
K p = 4 - обурене;
K p = 5, 6 - магнітна буря;
K p = 7, 8 - сильна магнітна буря;
K p = 9 – дуже сильний геомагнітний шторм.
Магнітна буря – це обурення магнітного поля нашої планети. Це природне явищезазвичай продовжуються від кількох годин до доби і більше.
Де зараз видно полярне сяйво?
Подивитися на полярне сяйво онлайн можна.
На зображенні нижче ви можете спостерігати викид потоків радіації нашим Сонцем при спалахах. Своєрідний прогноз магнітних бур. Земля позначена жовтою точкою, а час і дата вказано у верхньому лівому кутку.
Стан Сонячної атмосфери
Нижче надана коротка інформаціястаном Сонячної атмосфери, магнітосфери Землі, і навіть прогноз магнітної активності три дні для Москви і Санкт-Петербурга.
Поверхня Сонця знята у період з 14 по 30 жовтня 2014 року. На відео показана група сонячних плям AR 2192, найбільших за останні два сонячні цикли (22 роки).
Ви напевно звертали увагу на всілякі банери та цілі сторінки на сайтах радіоаматорської тематики, що містять різноманітні індекси та показники поточної сонячної та геомагнітної активності. Ось вони нам і потрібні для оцінки умов проходження радіохвиль на найближчий час. Незважаючи на все різноманіття джерел даних, одним із найпопулярніших є банери, які надає Paul Herrman (N0NBH), причому абсолютно безкоштовно.
На його сайті можна вибрати будь-який із 21 доступних банерів для розміщення у зручному для вас місці, або скористатися ресурсами, на яких ці банери вже встановлені. Загалом вони можуть відображати до 24 параметрів залежно від форм-фактора банера. Нижче наведено короткі відомості щодо кожного з параметрів банера. На різних банерах позначення одних і тих параметрів можуть відрізнятися, тому в деяких випадках наводиться кілька варіантів.
Параметри сонячної активності
Індекси сонячної активності відображають рівень електромагнітного випромінювання та інтенсивність потоку частинок, джерелом яких є Сонце.
Інтенсивність потоку сонячного випромінювання (SFI)
SFI - це показник інтенсивності випромінювання на частоті 2800 МГц, що генерується Сонцем. Ця величина не має прямого впливу на проходження радіохвиль, але її значення набагато легше виміряти, а вона добре корелює з рівнями сонячного ультрафіолетового та рентгенівського випромінювання.
Число сонячних плям (SN)
SN – це не просто кількість плям на Сонці. Значення цієї величини залежить від кількості та розміру плям, а також від характеру їх розташування на поверхні Сонця. Діапазон значень SN - від 0 до 250. Чим вище значення SN, тим вище інтенсивність ультрафіолетового та рентгенівського випромінювання, яке підвищує іонізацію Земна атмосфераі призводить до формування в ній шарів D, E і F. C зростанням рівня іонізації іоносфери підвищується і максимально застосовна частота (MUF). Таким чином, збільшення значень SFI та SN свідчить про збільшення ступеня іонізації у шарах E та F, що у свою чергу надає позитивний впливна умови проходження радіохвиль.
Інтенсивність рентгенівського випромінювання (X-Ray)
Розмір цього показника залежить від інтенсивності рентгенівського випромінювання, що досягає Землі. Значення параметра складається з двох частин - літери, що відображає клас активності випромінювання, і числа, що показує потужність випромінювання в одиницях Вт/м2. Від інтенсивності рентгенівського випромінювання залежить рівень іонізації шару D іоносфери. Зазвичай вдень шар D поглинає радіосигнали на низькочастотних КВ діапазонах (1.8 - 5 МГц) і значно послаблює сигнали в діапазоні частот 7-10 МГц. Зі зростанням інтенсивності рентгенівського випромінювання шар D розширюється і в екстремальних ситуаціях може поглинати радіосигнали практично у всьому КВ-діапазоні, ускладнюючи радіозв'язок і іноді призводячи до практично повного радіомовчання, яке може тривати кілька годин.
Це значення відображає відносну інтенсивність всього сонячного випромінювання в ультрафіолетовому діапазоні (довжина хвилі 304 ангстрем). Ультрафіолетове випромінювання значно впливає на рівень іонізації іоносферного шару F. Значення 304A корелює зі значенням SFI, тому його збільшення призводить до поліпшення умов проходження радіохвиль відбиттям від шару F.
Міжпланетне магнітне поле (Bz)
Індекс Bz відображає силу та напрямок міжпланетного магнітного поля. Позитивне значенняцього параметра означає, що напрямок міжпланетного магнітного поля збігається з напрямком магнітного поля Землі, а негативне значення свідчить про послаблення магнітного поля Землі та зниження його екрануючих ефектів, що у свою чергу посилює вплив заряджених частинок на земну атмосферу.
Сонячний вітер (Solar Wind/SW)
SW - це швидкість заряджених частинок (км/год), що досягли поверхні Землі. Значення індексу може лежати в інтервалі від 0 до 2000. Типове значення — близько 400. Чим вище швидкість частинок, тим більший тиск зазнає іоносфери. При значеннях SW, що перевищують 500 км/год, сонячний вітер може викликати обурення магнітного поля Землі, що призведе до руйнації іоносферного шару F, зниження рівня іонізації іоносфери і погіршення умов проходження на КВ-діапазонах.
Потік протонів (Ptn Flx/PF)
PF – це щільність протонів усередині магнітного поля Землі. Звичайне значення вбирається у 10. Протони, вступили у взаємодію Космосу з магнітним полем Землі, переміщаються з його лініях у бік полюсів, змінюючи у цих зонах щільність іоносфери. При значеннях щільності протонів понад 10000 збільшується згасання радіосигналів, що проходять через полярні зони Землі, а при значеннях понад 100000 можлива повна відсутність радіозв'язку.
Потік електронів (Elc Flx/EF)
Цей параметр відбиває інтенсивність потоку електронів усередині магнітного поля Землі. Іоносферний ефект від взаємодії електронів з магнітним полем аналогічний потоку протонів на авроральних трасах при значеннях EF, що перевищують 1000.
Рівень шуму (Sig Noise Lvl)
Це значення одиницях шкали S-метра показує рівень шумового сигналу, що виникає внаслідок взаємодії сонячного вітру з магнітним полем Землі.
Параметри геомагнітної активності
Є два аспекти, за якими інформація про геомагнітну обстановку важлива для оцінки проходження радіохвиль. З одного боку, зі зростанням обурення магнітного поля Землі руйнується іоносферний шар F, що негативно позначається на проходженні коротких хвиль. З іншого боку, виникають умови для аврорального проходження на УКХ.
Індекси A та К (A-Ind/K-Ind)
Стан магнітного поля Землі характеризується індексами A і K. Збільшення значення індексу K свідчить про наростаючу його нестабільність. Значення K, що перевищують 4, означають наявність магнітної бурі. Як базова величина визначення динаміки зміни значень індексу K використовується індекс A.
Аврора (Aurora/Aur Act)
Значення цього параметра є похідною величиною рівня потужності сонячної енергії, що вимірюється в гігаватах, яка досягає полярних областей Землі. Параметр може приймати значення в інтервалі від 1 до 10. Чим більший рівень сонячної енергії, тим сильніша іонізація шару F іоносфери. Чим більше значення цього параметра, тим меншу широту має межа авроральної шапки і тим більша ймовірність виникнення полярних сяйв. При високих значеннях параметра з'являється можливість проведення далеких радіозв'язків на УКХ, але при цьому полярні траси на частотах КВ можуть бути частково або повністю заблоковані.
Широта (Aur Lat)
Максимальна широта, де можливе авроральне проходження.
Максимально застосовна частота (MUF)
Значення максимально застосовної частоти, виміряне у зазначеній метеорологічній обсерваторії (або обсерваторіях, залежно від виду банера) на наведений момент часу (UTC).
Згасання на трасі Земля-Луна-Земла (EME Deg)
Цей параметр характеризує величину загасання в децибелах радіосигналу, відбитого від місячної поверхні на трасі Земля-Луна-Земля, і може набувати таких значень: Very Poor (> 5.5 дБ), Poor (> 4 дБ), Fair (> 2.5 дБ), Good (> 1.5 дБ), Excellent (
Геомагнітний стан (Geomag Field)
Цей параметр характеризує поточну геомагнітну обстановку на основі значення індексу K. Його шкала умовно поділена на 9 рівнів від Inactive до Extreme Storm. При значеннях Major, Severe та Extreme Storm проходження на КВ діапазонах погіршується до повного їх закриття, а ймовірність виникнення аврорального проходження збільшується.
За відсутності програми непоганий оціночний прогноз можна зробити самостійно. Очевидно, що великі значення індексу сонячного потоку- це добре. Взагалі кажучи, чим інтенсивнішим є потік, тим краще будуть умови проходження на високочастотних КВ діапазонах, включаючи діапазон 6 м. Однак, слід мати на увазі так само і значення потоку за попередні дні. Збереження великих значень протягом кількох днів забезпечить більш високий рівень іонізації шару F2 іоносфери. Зазвичай значення, що перевищують 150, гарантують хороше проходження КВ. Високі рівні геомагнітної активності мають так само і несприятливий побічним ефектом, що значно знижує МПЛ. Чим вищий рівень геомагнітної активності згідно з індексами Ap і Kp, тим нижчий МПЛ. Фактичні значення МПЧ залежать не тільки від сили магнітної бурі, але також від її тривалості.
Інформер магнітних бур показує середні прогнозовані значення глобального геомагнітного індексу ( Cr-index) Землі, виходячи з геофізичних даних дванадцяти обсерваторій світу.
Cr-index – характеризує геомагнітне поле масштабах всієї Землі.
На різних ділянках земної поверхні Cr-index відрізняється не більше 1-2 одиниць. Весь діапазон Cr-index становить від 1 до 9 одиниць. На різних континентах індекс може відрізнятися на одну або дві одиниці (+/-), при всьому діапазоні від нуля до дев'яти.
Інформер прогнозує магнітні бурі на 3 дні по вісім значень на день, кожні 3 години доби.
Зелений – безпечний рівень геомагнітної активності.
Червоний колір – магнітна буря (Cr-index > 5).
Чим вища червона вертикальна лінія, тим сильніша магнітна буря.
Рівень, з якого можливі помітні впливи на здоров'я метеочутливих людей (Cr-index > 6), відзначений горизонтальною лінією червоного кольору.
Прийнято такі коефіцієнти Cr-index:
Наступні індекси магнітного поля відносно сприятливі для здоров'я: Cr = 0-1 - геомагнітна обстановка спокійна; Cr = 1-2 – геомагнітна обстановка від спокійної до слабкозмущеної; Cr = 3-4 - від слабовозмущеної до обуреної.Наступні індекси магнітного поля – несприятливі здоров'ю: Cr = 5-6 - магнітна буря; Cr = 7-8 – велика магнітна буря; Cr = 9 - максимально можлива величина
За матеріалами www.meteofox.ru
ВПЛИВ КОСМОФІЗИЧНИХ ЧИННИКІВ НА БІОСФЕРУ.
Проведено аналіз фактів, що підтверджують вплив Сонця, а також електромагнітних полів природного та штучного походження на живі організми. Висунуто припущення про джерела та механізм реакції людини на магнітні бурі, природу “біоефективних частотних вікон”, чутливість до електромагнітним полямрізного генези. Обговорюється соціально-історичний аспект впливу космічної погоди на людей.
Повний текст статті знаходиться за цією адресою
У ПРИРОДИ Є І КОСМІЧНА ПОГОДА
Кандидат фізико-математичних наук О. ПЕТРУКОВИЧ, доктор фізико-математичних наук Л. ЗЕЛЕНИЙ
Інститут космічних досліджень.
У XX столітті земна цивілізація непомітно переступила у розвитку дуже важливий рубіж. Техносфера - область людської активності - розширилася далеко межі меж природного довкілля - біосфери. Ця експансія носить як просторовий – за рахунок освоєння космічного простору, так і якісний характер – за рахунок активного використання нових видів енергії та електромагнітних хвиль. Але все одно для інопланетян, що дивляться на нас з далекої зірки, Земля залишається лише піщинкою в океані плазми, що заповнює Сонячну системуі весь Всесвіт і нашу стадію розвитку можна порівняти швидше з першими кроками дитини, ніж з досягненням зрілості. Новий світ, відкрився людству, щонайменше складний і, як, втім, і Землі, які завжди дружній. При його освоєнні не обійшлося без втрат та помилок, але ми поступово вчимося розпізнавати нові небезпеки та долати їх. А небезпек цих чимало. Це і радіаційний фон у верхніх шарах атмосфери, і втрата зв'язку із супутниками, літаками та наземними станціями, і навіть катастрофічні аварії на лініях зв'язку та електропередач, що відбуваються під час потужних магнітних бур.
Сонце – це наше все
Сонце є центром нашого світу. Мільярди років воно утримує планети біля себе та обігріває їх. Земля гостро відчуває зміни сонячної активності, які в даний час проявляються головним чином у вигляді 11-річних циклів. Під час сплесків активності, що частішають у максимумах циклу, в короні Сонця народжуються інтенсивні потоки рентгенівського випромінювання та енергійних заряджених частинок - сонячних космічних променів, а також відбуваються викиди величезних мас плазми та магнітного поля (магнітних хмар) у міжпланет. Хоча магнітосфера і атмосфера Землі досить надійно захищають все живе від прямого впливу сонячних частинок і випромінювань, багато створення рук людських, наприклад, радіоелектроніка, авіаційна і космічна техніка, лінії зв'язку та електропередач, трубопроводи виявляються дуже чутливими до електромагнітного і корпускулярного впливу, що приходить з навколоземний космічний простір.
Познайомимося тепер із найбільш практично важливими проявами сонячної та геомагнітної активності, які часто називають "космічна погода".
Небезпечно! Радіація!
Мабуть, одним із найяскравіших проявів ворожості космічного простору до людини та її творів, крім, звичайно, майже повного за земними мірками вакууму, є радіація - електрони, протони та важчі ядра, розігнані до величезних швидкостей і здатні руйнувати органічні та неорганічні молекули. Про шкоду, яку радіація завдає живим істотам, добре відомо, але досить велика доза опромінення (тобто кількість енергії, поглинутої речовиною, яка пішла на її фізичну та хімічну руйнацію) може виводити з ладу і радіоелектронні системи. Електроніка страждає також і від "поодиноких збоїв", коли частки особливо високої енергії, проникаючи глибоко всередину електронної мікросхеми, змінюють електричний стан її елементів, збиваючи осередки пам'яті та викликаючи фальшиві спрацьовування. Чим складніша і сучасніша мікросхема, тим менші розміри кожного елемента і тим більша ймовірність збоїв, які можуть призвести до її неправильної роботи і навіть до зупинки процесора. Ця ситуація за своїми наслідками схожа на раптове зависання комп'ютера в розпал набору тексту, з тією різницею, що апаратура супутників, взагалі кажучи, призначена для автоматичної роботи. Для виправлення помилки доводиться чекати на наступний сеанс зв'язку із Землею за умови, що супутник буде здатний вийти на зв'язок.
Перші сліди радіації космічного походження Землі було виявлено австрійцем Віктором Гессом ще 1912 року. Пізніше, у 1936 році, за це відкриття він отримав Нобелівську премію. Атмосфера ефективно захищає нас від космічного випромінювання: поверхні Землі досягає небагато про галактичних космічних променів з енергіями вище кількох гігаелектронвольт, народжених поза Сонячної системи. Тому вивчення енергійних частинок поза атмосфери Землі відразу стало однією з основних наукових завдань космічної ери. Перший експеримент із виміру їхньої енергії був поставлений групою радянського дослідника Сергія Вернова в 1957 році. Насправді перевершила всі очікування - прилади зашкалило. Через рік керівник аналогічного американського експерименту Джеймс Ван Аллен зрозумів, що це не збій у роботі приладу, а потужні потоки заряджених частинок, що реально існують, не відносяться до галактичних променів. Енергія цих частинок недостатньо велика, щоб вони могли досягати поверхні Землі, але в космосі цей "недолік" з лишком компенсується їх кількістю. Основним джерелом радіації на околицях Землі виявилися високоенергійні заряджені частинки, що "живуть" у внутрішній магнітосфері Землі, в так званих радіаційних поясах.
Відомо, що майже дипольне магнітне поле внутрішньої магнітосфери Землі створює особливі зони "магнітних пляшок", у яких заряджені частинки можуть "захоплюватися" на тривалий час, обертаючись навколо силових ліній. При цьому частки періодично відбиваються від навколоземних кінців силової лінії (де магнітне поле збільшується) і повільно дрейфують навколо Землі по колу. У найбільш потужному внутрішньому радіаційному поясі добре утримуються протони з енергіями до сотень мегаелектронвольт. Дози опромінення, які можна отримати під час його прольоту, настільки великі, що довго в ньому ризикують тримати лише науково-дослідні супутники. Пілотовані кораблі ховаються на нижчих орбітах, а більшість супутників зв'язку та навігаційних космічних апаратів знаходяться на орбітах вище за цей пояс. Найбільш близько до Землі внутрішній пояс підходить у відбиткових точках. Через наявність магнітних аномалій (відхилень геомагнітного поля від ідеального диполя) у тих місцях, де поле ослаблене (над так званою бразильською аномалією), частки досягають висот 200-300 кілометрів, а в тих, де воно посилено (над східно-сибірською аномалією) ), - 600 кілометрів. Над екватором пояс віддалений від Землі на 1500 кілометрів. Сам собою внутрішній пояс досить стабільний, але під час магнітних бур, коли геомагнітне поле слабшає, його умовна межа спускається ще ближче до Землі. Тому положення поясу та ступінь сонячної та геомагнітної активності обов'язково враховуються при плануванні польотів космонавтів та астронавтів, які працюють на орбітах заввишки 300-400 кілометрів.
У зовнішньому радіаційному поясі найбільше ефективно утримуються енергійні електрони. "Населення" цього поясу дуже нестабільне і багаторазово зростає під час магнітних бур за рахунок вкидання плазми із зовнішньої магнітосфери. На жаль, саме зовнішньою периферією цього поясу проходить геостаціонарна орбіта, незамінна для розміщення супутників зв'язку: супутник на ній нерухомо "висить" над однією точкою земної кулі (її висота близько 42 тисяч кілометрів). Оскільки радіаційна доза, створювана електронами, менш велика, то першому плані виходить проблема електризації супутників. Справа в тому, що будь-який об'єкт, занурений у плазму, повинен перебувати з нею в електричній рівновазі. Тому він поглинає деяку кількість електронів, набуваючи негативного заряду і відповідного "плаваючого" потенціалу, приблизно дорівнює температурі електронів, вираженої в електронвольтах. Хмари гарячих (до сотень кілоелектрон вольт) електронів, що з'являються під час магнітних бур, надають супутникам додатковий і нерівномірно розподілений, через відмінність електричних характеристик елементів поверхні, негативний заряд. Різниці потенціалів між сусідніми деталями супутників можуть досягати десятків кіловольт, провокуючи спонтанні електричні розряди, що виводять електрообладнання. Найбільш відомим наслідком такого явища стала поломка під час однієї з магнітних бур 1997 американського супутника TELSTAR, що залишила значну частину території США без пейджерного зв'язку. Оскільки геостаціонарні супутники зазвичай розраховані на 10-15 років роботи та коштують сотні мільйонів доларів, то дослідження електризації поверхонь у космічному просторі та методи боротьби з нею зазвичай становлять комерційну таємницю.
Ще одне важливе і нестабільне джерело космічної радіації - це сонячні космічні промені. Протони та альфа-частинки, прискорені до десятків і сотень мегаелектронвольт, заповнюють Сонячну систему лише на короткий час після сонячного спалаху, але інтенсивність частинок робить їх головним джерелом радіаційної небезпеки у зовнішній магнітосфері, де геомагнітне поле ще дуже слабке, щоб захистити супутники. Сонячні частки на тлі інших, більш стабільних джерел радіації "відповідають" і за короткочасні погіршення радіаційної обстановки у внутрішній магнітосфері, у тому числі і на висотах, що використовуються для пілотованих польотів.
Найбільш глибоко в магнітосферу енергійні частинки проникають у приполярних районах, так як частинки тут можуть більшу частину шляху вільно рухатися вздовж силових ліній майже перпендикулярних до поверхні Землі. Приекваторіальні райони більш захищені: там геомагнітне поле, майже паралельне земній поверхні, змінює траєкторію руху частинок на спіральну і відводить їх убік. Тому траси польотів, що проходять у високих широтах, значно небезпечніші з погляду радіаційного ураження, ніж низькоширотні. Ця загроза відноситься не тільки до космічних апаратів, а й до авіації. На висотах 9-11 кілометрів, де проходить більшість авіаційних маршрутів, загальне тло космічної радіації вже настільки велике, що річна доза, яку отримують екіпажі, обладнання та пасажири, що часто літають, повинна контролюватись за правилами, встановленими для радіаційно небезпечних видів діяльності. Надзвукові пасажирські літаки "Конкорд", що піднімаються на ще більші висоти, мають на борту лічильники радіації та зобов'язані летіти, відхиляючись на південь від найкоротшої північної траси перельоту між Європою та Америкою, якщо поточний рівень радіації перевищує безпечну величину. Однак після найбільш потужних сонячних спалахів доза, отримана навіть протягом одного польоту на звичайному літаку, може бути більшою, ніж доза ста флюорографічних обстежень, що змушує всерйоз розглядати питання про повне припинення польотів у такий час. На щастя, сплески сонячної активності подібного рівня реєструються рідше ніж один раз за сонячний цикл - 11 років.
Схвильована іоносфера
На нижньому поверсі електричного сонячно-земного ланцюга розташована іоносфера - найщільніша плазмова оболонка Землі, буквально як губка, що вбирає в себе і сонячне випромінювання, і висипання енергійних частинок з магнітосфери. Після сонячних спалахів іоносфера, поглинаючи сонячне рентгенівське випромінювання, нагрівається і роздмухується, так що щільність плазми та нейтрального газу на висоті кількох сотень кілометрів збільшується, створюючи значний додатковий аеродинамічний опір руху супутників та пілотованих кораблів. Нехтування цим ефектом може призвести до "несподіваного" гальмування супутника і втрати висоти польоту. Мабуть, найсумніше відомим випадком такої помилки стало падіння американської станції "Скайлеб", яку "впустили" після найбільшого сонячного спалаху, що стався в 1972 році. На щастя, під час спуску з орбіти станції "Мир" Сонце було спокійним, що полегшило роботу російських балістиків.
Однак, можливо, найбільш важливим для більшості жителів Землі ефектом є вплив іоносфери на стан радіоефіру. Плазма найбільш ефективно поглинає радіохвилі тільки поблизу певної резонансної частоти, яка залежить від щільності заряджених частинок і рівної для іоносфери приблизно 5-10 мегагерців. Радіохвилі нижчої частоти відбиваються від меж іоносфери, а хвилі вищої - проходять крізь неї, причому ступінь спотворення радіосигналу залежить від близькості частоти хвилі до резонансної. Спокійна іоносфера має стабільну шарувату структуру, дозволяючи за рахунок багаторазових відображень приймати радіосигнал діапазону коротких хвиль (з частотою нижче резонансної) по всій земній кулі. Радіохвилі з частотами вище 10 мегагерц вільно йдуть через іоносферу у відкритий космос. Тому радіостанції УКХ- і FM-діапазонів можна чути тільки в околицях передавача, а на частотах у сотні та тисячі мегагерц зв'язуються з космічними апаратами.
Під час сонячних спалахів та магнітних бур кількість заряджених частинок в іоносфері збільшується, причому так нерівномірно, що створюються плазмові згустки та "зайві" шари. Це призводить до непередбачуваного відображення, поглинання, спотворення та заломлення радіохвиль. Крім того, нестабільні магнітосфера та іоносфера і самі генерують радіохвилі, заповнюючи шумом широкий діапазон частот. Практично величина природного радіофона стає порівнянною з рівнем штучного сигналу, створюючи значні труднощі у роботі систем наземного та космічного зв'язку та навігації. Радіозв'язок навіть між сусідніми пунктами може стати неможливим, але натомість можна випадково почути якусь африканську радіостанцію, а на екрані локатора побачити хибні цілі (які нерідко вважають "літаючі тарілки"). У приполярних районах і зонах аврорального овалу іоносфера пов'язана з найбільш динамічними областями магнітосфери і тому найбільш чутлива до обурень, що приходять від Сонця. Магнітні бурі у високих широтах можуть повністю блокувати радіоефір на кілька діб. При цьому, природно, завмирають і багато інших сфер діяльності, наприклад, авіасполучення. Саме тому всі служби, які активно використовують радіозв'язок, ще в середині XX століття стали одними з перших реальних споживачів інформації про космічну погоду.
Токові струмені в космосі та на Землі
Любителі книг про полярних мандрівників чули не лише про перебої радіозв'язку, а й про ефект "божевільної стрілки": під час магнітних бур чутлива стрілка компаса починає крутитися як пригоріла, безуспішно намагаючись встежити за всіма змінами напряму геомагнітного поля. Варіації поля створюються струменями іоносферних струмів силою в мільйони ампер - електроджетів, що виникають у полярних та авроральних широтах при змінах у магнітосферному струмовому ланцюзі. У свою чергу магнітні варіації, згідно з усім відомим законом електромагнітної індукції, генерують вторинні електричні струми в провідних шарах літосфери Землі, в солоній воді і в штучних провідниках, що опинилися поблизу. Різниця потенціалів, що наводиться, невелика і становить приблизно кілька вольт на кілометр (максимальне значення було зареєстровано в 1940 році в Норвегії і склало близько 50 В/км), але в протяжних провідниках з низьким опором - лініях зв'язку та електропередач, трубопроводах, рейках залізниць- Повна сила індукованих струмів може досягати десятків та сотень ампер.
Найменш захищені від такого впливу повітряні низьковольтні лінії зв'язку. І справді, значні перешкоди, що виникали під час магнітних бур, були відзначені вже перших телеграфних лініях, побудованих у Європі першій половині ХІХ століття. Повідомлення про ці перешкоди можна, мабуть, вважати першими історичними свідченнями нашої залежності від космічної погоди. волоконно-оптичні лінії зв'язку, що отримали поширення в даний час, до такого впливу нечутливі, але в російській глибинці вони з'являться ще нескоро. Значні негаразди геомагнітна активність повинна завдавати і залізничної автоматики, особливо у приполярних районах. А в трубах нафтопроводів, які часто тягнуться на багато тисяч кілометрів, індуковані струми можуть значно прискорювати процес корозії металу.
У лініях електропередач, що працюють на змінному струмі частотою 50-60 Гц, індуковані струми, що змінюються з частотою менше 1 Гц, практично вносять лише невелику постійну добавку до основного сигналу і мали б слабко впливати на сумарну потужність. Однак після аварії, що сталася під час найсильнішої магнітної бурі 1989 року в канадській енергетичній мережі, яка залишила на кілька годин половину Канади без електрики, таку точку зору довелося переглянути. Причиною аварії виявилися трансформатори. Ретельні дослідження показали, що навіть невелика добавка постійного струмуможе вивести з ладу трансформатор, призначений перетворення змінного струму. Справа в тому, що постійна складова струму вводить трансформатор у неоптимальний режим роботи з надлишковим магнітним насиченням осердя. Це призводить до надмірного поглинання енергії, перегріву обмоток і, зрештою, до аварії всієї системи. Послідовний аналіз працездатності всіх енергетичних установок Північної Америки виявив і статистичну залежність між кількістю збоїв у зонах підвищеного ризику та рівнем геомагнітної активності.
Космос та людина
Усі описані вище прояви космічної погоди можна умовно характеризувати як технічні, а фізичні основи їхнього впливу загалом відомі - це пряма дія потоків заряджених частинок та електромагнітних варіацій. Однак неможливо не згадати і про інші аспекти сонячно-земних зв'язків, фізична сутність яких не цілком зрозуміла, а саме про вплив сонячної змінності на клімат та біосферу.
Перепади повного потоку випромінювання Сонця навіть під час сильних спалахів становлять менш ніж одну тисячну сонячну постійну, тобто, здавалося б, вони занадто малі, щоб безпосередньо змінювати тепловий баланс атмосфери Землі. Тим не менш, існує ряд непрямих доказів, наведених у книгах А. Л. Чижевського та інших дослідників, що свідчать про реальність сонячного впливу на клімат і погоду. Відзначалася, наприклад, виражена циклічність різних погодних варіацій із періодами, близькими до 11- та 22-річних періодів сонячної активності. Ця періодичність відбивається і на об'єктах живої природи - вона помітна щодо зміни товщини деревних кілець.
В даний час широке (можливо, навіть надмірно широке) поширення набули прогнози впливу геомагнітної активності на стан здоров'я людей. Думка про залежність самопочуття людей від магнітних бур вже твердо встояла у суспільній свідомості і навіть підтверджується деякими статистичними дослідженнями: наприклад, кількість людей, госпіталізованих "швидкою допомогою", та кількість загострень серцево-судинних захворюваньявно зростає після магнітної бурі. Проте з погляду академічної науки доказів зібрано недостатньо. Крім того, в людському організмі відсутній будь-який орган або тип клітин, які претендують на роль досить чутливого приймача геомагнітних варіацій. Як альтернативний механізм впливу магнітних бур на живий організм часто розглядають інфразвукові коливання - звукові хвилі з частотами менше одного герца, близькими до власної частоти багатьох внутрішніх органів. Інфразвук, можливо, що випромінюється активною іоносферою, може резонансним чином впливати на серцево-судинну систему людини. Залишається лише помітити, що питання залежності космічної погоди та біосфери ще чекають на свого уважного дослідника і до теперішнього часу залишаються, напевно, найінтригуючішою частиною науки про сонячно-земні зв'язки.
Загалом вплив космічної погоди на наше життя можна, ймовірно, визнати суттєвим, але не катастрофічним. Магнітосфера та іоносфера Землі непогано захищають нас від космічних загроз. У цьому сенсі цікаво було б проаналізувати історію сонячної активності, намагаючись усвідомити, що може чекати на нас у майбутньому. По-перше, в даний час відзначається тенденція до збільшення впливу сонячної активності, пов'язана з ослабленням нашого щита - магнітного поля Землі - більш ніж на 10 відсотків за останні півстоліття та одночасним подвоєнням магнітного потоку Сонця, що є основним посередником під час передачі сонячної активності.
По-друге, аналіз сонячної активності весь час спостережень сонячних плям (з початку XVII століття) показує, що сонячний цикл, у середньому рівний 11 років, існував який завжди. У другій половині XVII століття, під час так званого мінімуму Маундера, сонячних плям практично не спостерігалося протягом кількох десятиліть, що опосередковано свідчить і про мінімум геомагнітної активності. Однак ідеальним для життя цей період назвати важко: він співпав із так званим малим льодовиковим періодом – роками аномально холодної погоди у Європі. Випадково це збіг чи ні, сучасній науці достеменно невідомо.
У ранній історії відзначалися і періоди аномально високої сонячної активності. Так, у деякі роки першого тисячоліття нашої ери полярні сяйва постійно спостерігалися в Південній Європі, свідчуючи про часті магнітні бурі, а Сонце виглядало помутнілим, можливо, через наявність на його поверхні величезної сонячної плями або корональної діри - ще одного об'єкта, що викликає підвищену геомагнітну активність Почнися такий період безперервної сонячної активності сьогодні, зв'язок і транспорт, а з ними вся світова економіка опинилися б у тяжкому становищі.
* * *
Космічна погода поступово займає належне їй місце у нашій свідомості. Як і у випадку зі звичайною погодою, ми хочемо знати, що на нас чекає і у віддаленому майбутньому, і найближчими днями. Для досліджень Сонця, магнітосфери та іоносфери Землі розгорнуто мережу сонячних обсерваторій та геофізичних станцій, а в навколоземному космосі ширяє ціла флотилія науково-дослідних супутників. Грунтуючись на наведених ними спостереженнях, вчені попереджають нас про сонячні спалахи і магнітні бурі.
Література Кіппенхан Р. 100 мільярдів Сонць: Народження, життя та смерть зірок. – М., 1990. Куликов К. А., Сидоренко Н. С. Планета Земля. - М., 1972. Мірошниченко Л. І. Сонце та космічні промені. - М., 1970. Паркер Є. Н. Сонячний вітер / / Астрономія невидимого. - М., 1967.
За матеріалами журналу "Наука та життя"
Регулярні добові варіації магнітного поля створюються переважно змінами струмів в іоносфері Землі через зміну освітленості іоносфери Сонцем протягом доби. Нерегулярні варіації магнітного поля створюються внаслідок впливу потоку сонячної плазми (сонячного вітру) на магнітосферу Землі, змінами всередині магнітосфери та взаємодії магнітосфери та іоносфери.
Сонячний вітер - потік іонізованих частинок, що витікає із сонячної корони зі швидкістю 300-1200 км/с (швидкість сонячного вітру біля Землі близько 400 км/c) в навколишній космічний простір. Сонячний вітер деформує магнітосфери планет, породжує полярні сяйва та радіаційні пояси планет. Посилення сонячного вітру відбувається під час спалахів на Сонці.
Потужний сонячний спалах супроводжується випромінюванням великої кількостіприскорених частинок – сонячних космічних променів. Найенергійніші з них (108-109 еВ) починають приходити до Землі через 10 хвилин після максимуму спалаху.
Підвищений потік сонячного проміння у Землі може спостерігатися кілька десятків годин. Вторгнення сонячних космічних променів в іоносферу полярних широт викликають додаткову її іонізацію і погіршення радіозв'язку на коротких хвилях.
Спалах генерує потужну ударну хвилю і викидає у міжпланетний простір хмару плазми. Рухаючись зі швидкістю понад 100 км/с, ударна хвиля і хмара плазми за 1,5-2 добу досягають Землі, викликаючи у своїй різкі зміни магнітного поля, тобто. магнітну бурю, посилення полярних сяйв, обурення іоносфери.
Є дані про те, що через 2-4 доби після магнітної бурі відбувається помітна перебудова баричного поля тропосфери. Це призводить до збільшення нестійкості атмосфери, порушення характеру циркуляції повітря (зокрема посилюється циклоногенез).
Індекси геомагнітної активності
Індекси геомагнітної активності призначені для опису варіацій магнітного поля Землі, спричинених нерегулярними причинами.
K індекси
K індекс- Тригодинний квазілогарифмічний індекс. K – це відхилення магнітного поля Землі від норми протягом тригодинного інтервалу. Індекс було введено Дж. Бартельсом в 1938 р. і є значенням від 0 до 9 для кожного тригодинного інтервалу (0-3, 3-6, 6-9 і т.д.) світового часу. K-індекс збільшується на одиницю зі збільшенням обурення приблизно удвічі.
Kp індекс- це тригодинний планетарний індекс, введений у Німеччині, заснований на K індексі. Kp обчислюється як середнє значення індексів, визначених на 16 геомагнітних обсерваторіях, розташованих між 44 і 60 градусами північної і південної геомагнітних широт. Його діапазон також від 0 до 9.
А індекси
A індекс- Щоденний індекс геомагнітної активності, отриманої як середнє число з восьми тригодинних значень, вимірюється в одиницях напруженості магнітного поля нТл - нанотеслах та характеризує варіабельність магнітного поля Землі в даній точці простору.
Останнім часом замість Kp індексу найчастіше використовується Ap індекс. Ap індекс вимірюється на нотеслах.
Ap- планетарний індекс, що отримується на підставі усереднених даних за A індексами, що отримуються зі станцій, розташованих по всьому світу. Оскільки магнітні обурення виявляються по-різному в різних місцях на Земній кулі, то для кожної обсерваторії існує своя таблиця відносин та розрахунків індексів, побудована так, щоб різні обсерваторії в середньому за великий інтервал часу давали однакові індекси.
Якісний стан магнітного поля в залежності від Кp індексу
Kp Kp = 2, 3 - слабообурене;
Kp = 4 – обурене;
Kp = 5, 6 – магнітна буря;
Kp = 7 - сильна магнітна буря.
Для обсерваторії Москви:
| Варіації магнітного поля [нТ] | 5-10 | 10-20 | 20-40 | 40-70 | 70-120 | 120-200 | 200-330 | 330-500 | >550 | |
| K-індекс | 0 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 |
