О магнитных бурях в текстах и картинках

В последнее время часто говорят о супермощных магнитных бурях, происходящих на Земле. В поисках причин этих явлений мы нашли материалы, которые представляем вашему вниманию.
Текст «Что такое магнитные бури?» написан доктором физико-математических наук, директором Института земного магнетизма, ионосферы и распространения радиоволн РАН, действительным членом Международной академии астронавтики — Владимиром Кузнецовым. Коротко и ясно он объясняет многие аспекты этого непростого явления. Полностью статью можно прочитать на сайте ПостНаука. 
Другой материал о влиянии солнечных бурь на Землю — в картинках. В исходном тексте магнитные бури разбираются на примере двух мощнейших магнитных бурь 28 августа 1859 г. и 20 октября 1989г. Подробнее можно прочитать на сайте GalSpace, а мы рассмотрим только схемы, показывающие воздействие удара корональных выбросов Солнца на Землю.

Что такое магнитные бури?

Владимир Кузнецов

Земля имеет магнитное поле, которое защищает ее от радиации Солнца и дальнего космоса. Это поле называют магнитным щитом. Щит обеспечивает существование биосферы и жизни на Земле. Время от времени на Солнце происходят активные явления: выбросы массы, вспышки, ударные волны. Эти явления приводят к возникновению энергетических частиц, которые разлетаются от Солнца во все стороны, в том числе в направлении Земли, и попадают в магнитосферу. Когда ударная волна, которая возникает перед выбросом массы, сталкивается с магнитосферой, магнитное поле Земли начинает возмущаться, колебаться, дрожать. Этот процесс и называется магнитной бурей.

Магнитные бури носят планетарный характер и оказывают глобальное воздействие на Землю и околоземное пространство. Во время бури возмущается все магнитное поле Земли, которые приводят к разным явлениям всех слои земной атмосферы, ионосферы, плазмосферы, магнитосферы, возникают потоки энергичных частиц и токи.

Индукционный эффект магнитной бури

Индукционный эффект магнитной бури отражается и на поверхности Земли, затрагивает протяженные проводящие системы: линии электропередач, трубопроводы и прочее. Это может приводить к катастрофам. Одна из таких катастроф произошла в марте 1989 года, когда в канадской провинции Квебек, включая столицу Оттаву, из-за наведенных магнитной бурей электрических токов в энергосистеме провинции перегорели трансформаторы. Атмосфера Земли нагрелась, разбухла, поднялась вверх. Низколетящие спутники изменили орбиты, некоторые из них были потеряны. Впоследствии их пришлось искать и восстанавливать группировку. Магнитная буря обычно длится от нескольких часов до суток. 

Полярные сияния

Самое известное явление, возникающие из-за магнитных бурь, — это полярные сияния. На полюсах магнитное поле входит в Землю в виде открытых силовых линий. Магнитный щит Земли не пропускает энергетические частицы и защищает Землю, запрещая частицам перемещаться поперек поля. Но энергетические частицы могут проникать на магнитных полюсах. Вторгаясь в атмосферу, они взаимодействуют с атомами атмосферы и создают красочное свечение.

Цикличность жизни Солнца

Активность Солнца испытывает 11-летний цикл. Это значит, что от минимума до минимума, от максимума до максимума активности проходит примерно 11 лет. Максимумы активности бывают низкими и высокими. Если максимум цикла высокий, то на Солнце происходят вспышки и выбросы массы.

В конце ноября 2003 года на Солнце возникла мощная активная область, которая проходила по диску Солнца в течение двух недель. Она дала серию вспышек и выбросов массы, которые привели к мощным магнитным бурям на Земле и повышенной геомагнитной активности в течение целой недели. Такие экстремальные события случаются редко, примерно раз в 50 лет, и они могут приводить к катастрофам, подобным той, что возникла в Квебеке.

Бури и техносфера Земли

Значение магнитных бурь увеличивается с годами из-за разрастания техносферы Земли. Практически все современные технологии — GPS, ГЛОНАСС и прочие — являются спутниковыми, а спутники сильно подвержены воздействию активности Солнца. Электроника может выходить из строя за счет воздействия энергичных частиц. И чем больше мы внедряем спутниковые технологии и чем протяжённее мы делаем линии электропередач, тем более ощутим для Земли индукционный эффект бури, который зависит от размера этих систем.

Влияние на атмосферу и человека

Другой аспект влияния магнитных бурь связан с тем, что во время бури изменяется среда, нагревается атмосфера, и это может приводить к изменению давления в атмосфере Земли. Эти изменения, как считают медики, могут влиять на состояние здоровья людей.

Сами возмущения магнитного поля, которые происходят на Земле, ничтожны относительно самого поля. Чаще всего они составляют примерно 1/300–1/1000 часть от самого поля. Но эффект носит планетарный характер. В мозге человека есть резонансы, которые совпадают с резонансами ионосферы, — примерно 10 Гц. В человеческом сердце также есть резонансы, совпадающие с резонансами магнитосферы, — примерно 1 Гц. Если резонансные области ионосферы и магнитосферы возбуждены и в них повышается плотность электромагнитного излучения, то это может оказывать влияние на самочувствие людей. Эти взаимосвязи сейчас активно исследуются медиками и биофизиками.

Прогноз космической погоды

На современном этапе астрономы изучают возможности прогнозирования космической погоды и всей совокупности явлений, которые происходят в системе Солнце — Земля.

Для прогнозирования погоды надо иметь информацию о Солнце, его активных областях, их магнитной конфигурации и возможности возникновения вспышек и выбросов. Если выброс уже произошел, то он летит до Земли от двух до трех суток в зависимости от скорости. За это время можно понять, какой это выброс, в какой части Солнца он произошел, и предсказать его эффект. Как правило, наиболее геоэффективной является правая часть Солнца.

Магнитная ось Земли наклонена по отношению к оси вращения. Во многом эффект магнитных бурь зависит от мощности и скорости выброса массы, а также от ориентации этой оси по отношению к направлению выброса в момент столкновения Земли с плазменным облаком. Магнитная ось наклонена к оси вращения примерно на 11 градусов. Она может быть обращена к Солнцу или в противоположную сторону от Солнца при столкновении плазменного облака с магнитосферой Земли. Космические явления не бывают одинаковыми, выбросы массы из Солнца происходят случайно, у них разная амплитуда и скорость. Поэтому явления космической погоды редко совпадают, их трудно предсказать с большой вероятностью. Тем не менее некоторые прогнозы вполне осуществимы. Ими сейчас активно пользуются при запусках космических аппаратов и управлении космическими полетами.

Влияние солнечных бурь на Землю

Авторы материала: Джеймс Грин и Стэн Оденуолд

Удар корональных выбросов массы

Обычные условия

Магнитное поле Земли обычно отклоняет солнечные заряженные частицы, формируя магнитосферу, область пространства, напоминающее формой каплю (на илл.). Со стороны Солнца граница этой области — магнитопауза — находится на расстоянии около 60 тыс. км от нашей планеты.

Первые стадии удара

Когда после вспышки происходит выброс вещества из солнечной короны, т.н. корональные выбросы массы, эти облака плазмы сильно искажают магнитосферу. В крайнем случае при очень сильной солнечной буре возможно даже проникновение магнитопаузы в радиационные пояса Земли и их уничтожение.

Разрыв и перестройка линий магнитного поля

Солнечная плазма обладает собственным магнитным полем и, распространяясь к нашей планете, порождает возмущения в магнитном поле Земли. Если поле плазмы направлено в противоположную сторону от магнитного поля Земли, то они могут соединиться, или может произойти разрыв, высвобождающий магнитную энергию, которая ускоряет заряженные частицы, порождая таким образом яркое полярное сияние и сильные электрические токи.