Несколько геомагнитных бурь обрушились на Землю на этой неделе
Начиная с понедельника 14 марта, после нескольких дней умеренного солнечного сияния, на Землю обрушилась серия легких солнечных бурь. Национальное управление океанических и атмосферных исследований США (NOAA) и Центр прогнозирования космической погоды при Метеорологическом управлении Великобритании выпустили предупреждения о смягчении последствий геомагнитных бурь: согласно прогнозам NOAA, существует 80% вероятность того, что Земля подвергнется «прямому воздействию» одной из этих бурь в течение двух недель. Однако вероятность причинения вреда невелика, за исключением возможных помех в радиопередачах. Однако при использовании спутниковых компьютерных схем результаты могут быть более драматичными.
Содержание статьи:
Корона Солнца, самая внешняя область атмосферы, раскаляется и выбрасывает в космос плазму и магнитные поля. Примерно за десять минут высвобождается не менее миллиарда тонн солнечного вещества. Если излучение направлено в сторону Земли, то столкновение с магнитным полем Земли может привести к геомагнитным бурям, также известным как солнечные бури.
Во-первых, солнечные вспышки, известные как корональные выбросы массы, возникают, когда линии магнитного поля в атмосфере Солнца нарушаются и разрушаются. Эти выбросы распространяются по Солнечной системе в солнечном ветре. Они происходят из более холодных, менее плотных областей плазмы в атмосфере Солнца с более открытыми магнитными полями. В этих регионах генерируется солнечный ветер, и электромагнитное излучение уходит в космос с очень высокой скоростью. Если область направлена к земле, эти ветры могут дуть на нас. Когда они проходят непосредственно над Землей, они сжимают магнитный щит Земли и вызывают геомагнитные бури.
Именно в магнитосфере Солнце впервые падает и приближается к земле. Эта область вокруг земной атмосферы заполнена плазмой, состоящей из электронов и ионов. На планете повсеместно действует мощное магнитное поле. Когда солнечный ветер входит в магнитосферу, он передает этому слою массу, энергию и импульс (в механической физике масса и скорость работают). Магнитосфера может поглощать большую часть энергии, передаваемой суточным солнечным ветром. Однако во время сильных бурь она становится перегруженной и передает избыточную энергию в верхние слои атмосферы Земли на полюсах, вызывая появление авроралов. Эти переносы энергии также вызывают изменения в верхних слоях атмосферы, которые могут повлиять на космические аппараты: по данным Space Weather от 14 и 15 марта, согласно 10-уровневому индексу геомагнитной активности, максимальные уровни составляют 6 и 5 соответственно.
По данным NOAA, в середине января на Солнце практически ежедневно происходят выбросы корональной массы. В настоящее время мы находимся в самой интенсивной части 11-летнего цикла солнечной активности — цикла солнечного максимума. Это самый активный период для солнечного света и выбросов. Следующий солнечный максимум, вероятно, будет достигнут примерно в июле 2025 года, когда солнечная активность будет неуклонно расти.
Читайте также: Более 10 000 лет назад на нашу Землю обрушился огненный шторм
С момента создания и зарождения жизни планета Земля пережила множество катаклизмов. Например, около 13 000 лет назад огненная буря захватила почти..
В этом случае есть основания полагать, что мы можем вступить в самый сильный цикл за всю историю наблюдений, но трудно предсказать, насколько активным будет этот цикл. И наоборот, когда магнитное поле Солнца находится в самом слабом состоянии, наступает солнечный минимум, когда магнитные полюса Солнца смещаются. Последний солнечный минимум наблюдался в декабре 2019 года.
Таким образом, в зависимости от того, в какой точке 11-летнего солнечного цикла находится Солнце, солнечные явления происходят с разной частотой. В нижних фазах солнечного цикла солнечные явления варьируются от одной вспышки в неделю до нескольких ежедневных явлений в период максимума.
Их интенсивность находится в одном и том же диапазоне. Например, электромагнитная буря 1859 года — крупнейшее событие, известное как событие Каррингтона. Он вызвал Аврору в Карибском бассейне, перегрузив телеграфные линии до предела. Если бы такая буря произошла сегодня, ущерб, нанесенный спутникам Земли и системам связи, оценивается в триллионы долларов, а на его устранение потребовались бы месяцы или годы.Менее мощная буря в марте 1989 года расплавила электрический трансформатор в Нью-Джерси. В течение нескольких секунд она вывела из строя энергетическую систему Квебека, оставив шесть миллионов человек в темноте на девять часов, пока оборудование системы не было проверено и последовательно перезапущено.
Последствия для спутников и наземной инфраструктуры
Токи, индуцированные геомагнитными бурями, насыщают магнитные цепи силовых трансформаторов, вызывая увеличение напряжения и тока в катушках, что приводит к перегрузкам.
Структура и плотность ионосферы Земли меняется в солнечные дни. Ионосфера — это верхний слой земной атмосферы, ионизированный ультрафиолетовым излучением Солнца, простирающийся от 80 км до более 1000 км от поверхности Земли. Ионосфера и магнитосфера связаны между собой магнитными линиями. Они являются почти идеальными проводниками электричества. Поэтому изменения в ионосфере просто блокируют высокочастотные и ультрачастотные радиопередачи со спутников; навигационные системы GPS также могут погибнуть во время таких событий.
Д-р Оденвальд из Центра космических полетов имени Годдарда НАСА утверждает, что ежегодный доход отрасли составляет 9-23 миллиарда долларов США».
Компания Space X испытала это на себе 4 февраля 2022 года, когда запустила 49 спутников в рамках интернет-проекта StarLink. Большинство из них сгорели в атмосфере через несколько дней, потеряв более 50 миллионов долларов США. Спутники StarLink обычно выводятся на низкую орбиту на ракете Falcon 9 на высоте 100-200 км над поверхностью Земли. Затем, с помощью бортовых двигателей, спутник медленно преодолевает силы сопротивления и поднимается на конечную высоту около 550 км. Однако последний из спутников столкнулся с геомагнитной бурей. Их двигатели не смогли преодолеть значительное увеличение сопротивления. После этого они начали медленно падать на землю и в конце концов сгорели в атмосфере.
Но можно ли избежать этих последствий?
Используя самые современные компьютеры, обучающие системы и схемы статистического анализа, исследователи из Мичиганского университета разработали улучшенную версию геопространственной модели (в настоящее время используется NOAA), которая предсказывает приход солнечного ветра, поражающего Землю. Это позволяет астрономам и операторам энергосистем получать предупреждение за 30 минут до того, как солнечный ветер достигнет Земли. Этого времени достаточно, чтобы перевести критически важные электрические системы в режим ожидания или смягчить последствия урагана.
В настоящее время НАСА работает над двумя миссиями, Multislit Solar Explorer (MUSE) и HelioSwarm, чтобы лучше понять связь между Солнцем и Землей, и в своем заявлении Томас Зурбухен, заместитель администратора НАСА по науке, сказал: «Это уникальная перспектива и новый подход к исследованию. это уникальная перспектива и новый подход к пониманию тайн нашей планеты».
Солнечные бури также вызывают авроры. Как объяснялось ранее, ионосфера и магнитосфера взаимосвязаны. Поэтому электромагнитная энергия, имеющаяся в магнитосфере (например, избыток от солнечного ветра), передается в ионосферу посредством токов вдоль геомагнитных силовых линий, называемых токами Биркеланда. Авроры являются наиболее ярким проявлением этого переноса энергии.
Другими словами, когда заряженные частицы от Солнца попадают в атмосферу Земли, они направляются к полюсам вдоль линий магнитного поля Земли, где «падают» в верхние слои атмосферы и взаимодействуют с содержащимися в них молекулами. Таким образом, солнечная плазма ионизирует окружающие молекулы кислорода и азота, заставляя их светиться. Это и есть аврора бореалис.
Защита объектов в космосе и на земле от магнитных бурь является важной областью исследований, поскольку спутники имеют решающее значение для многих функций в современном мире. Поэтому, поскольку телекоммуникационные технологии продолжают развиваться, постоянные исследования, направленные на лучшее понимание нашего положения в Солнечной системе, имеют важное значение. И независимо от того, насколько стабильна наша система, повторение событий 1859 года представляется невозможным. Это связано с тем, что современный мир сильно взаимосвязан во всех областях.
