Campo geomagnetico: caratteristiche, struttura, caratteristiche e storia della ricerca. Principali fattori della meteorologia spaziale Campo geomagnetico 2 punti cosa significa
Variazioni giornaliere regolari campo magnetico sono creati principalmente dai cambiamenti nelle correnti nella ionosfera terrestre dovuti ai cambiamenti nell'illuminazione della ionosfera da parte del Sole durante il giorno. Variazioni irregolari nel campo magnetico vengono create a causa dell'influenza del flusso di plasma solare ( vento solare) sulla magnetosfera terrestre, cambiamenti all'interno della magnetosfera e l'interazione tra magnetosfera e ionosfera.
Il vento solare è un flusso di particelle ionizzate che fluisce dalla corona solare ad una velocità di 300–1200 km/s (la velocità del vento solare vicino alla Terra è di circa 400 km/s) nello spazio circostante. Il vento solare deforma le magnetosfere dei pianeti, dando origine alle aurore e alle cinture di radiazione dei pianeti. Il rafforzamento del vento solare si verifica durante i brillamenti solari.
Una potente eruzione solare è accompagnata dall'emissione di un gran numero di particelle accelerate: i raggi cosmici solari. I più energetici (108-109 eV) iniziano ad arrivare sulla Terra 10 minuti dopo il massimo del brillamento.
Un aumento del flusso di raggi cosmici solari vicino alla Terra può essere osservato per diverse decine di ore. L'intrusione dei raggi cosmici solari nella ionosfera delle latitudini polari provoca un'ulteriore ionizzazione e, di conseguenza, il deterioramento delle comunicazioni radio sulle onde corte.
Il flash genera una potente onda d'urto e lancia spazio interplanetario nuvola di plasma. Muovendosi ad una velocità di oltre 100 km/s, l'onda d'urto e la nube di plasma raggiungono la Terra in 1,5-2 giorni, provocando bruschi cambiamenti nel campo magnetico, cioè tempesta magnetica, rafforzamento delle aurore, perturbazioni ionosferiche.
Esistono prove che 2-4 giorni dopo una tempesta magnetica si verifica una notevole ristrutturazione del campo di pressione troposferico. Ciò porta ad una maggiore instabilità dell'atmosfera, all'interruzione della natura della circolazione dell'aria (in particolare, aumenta la ciclonogenesi).
Indici di attività geomagnetica
Gli indici di attività geomagnetica sono progettati per descrivere le variazioni del campo magnetico terrestre causate da cause irregolari.
Indici K
Indice K- indice quasi logaritmico su tre ore. K è la deviazione del campo magnetico terrestre dalla norma su un intervallo di tre ore. L'indice è stato introdotto da J. Bartels nel 1938 e rappresenta valori da 0 a 9 per ogni intervallo di tre ore (0-3, 3-6, 6-9, ecc.) dell'ora mondiale. L'indice K aumenta di uno quando il disturbo raddoppia all'incirca.
Indice Kpè un indice planetario di tre ore introdotto in Germania basato sull'indice K. Kp è calcolato come il valore medio degli indici K determinati presso 16 osservatori geomagnetici situati tra 44 e 60 gradi di latitudine geomagnetica nord e sud. Anche il suo intervallo va da 0 a 9.
E gli indici
Un indice- indice giornaliero dell'attività geomagnetica, ottenuto come media di otto valori di tre ore, misurato in unità di intensità del campo magnetico nT - nanotesla e caratterizza la variabilità del campo magnetico terrestre in un dato punto nello spazio.
IN ultimamente Al posto dell’indice Kp viene spesso utilizzato l’indice Ap. L'indice Ap è misurato in nanotesla.
App- indice planetario ottenuto sulla base dei dati medi sugli indici A ottenuti da stazioni situate in tutto il mondo. Poiché i disturbi magnetici si manifestano in modo diverso in diversi luoghi del globo, ogni osservatorio ha la propria tabella di rapporti e di calcoli degli indici, costruita in modo che diversi osservatori, in media, diano gli stessi indici per un lungo periodo di tempo.
Qualitativamente, lo stato del campo magnetico dipende dall'indice Kp
Kp Kp = 2, 3 - leggermente disturbato;
Kp = 4 - disturbato;
Kp = 5, 6 - tempesta magnetica;
Kp >= 7 - forte tempesta magnetica.
Per l'Osservatorio di Mosca:
| Variazioni del campo magnetico [nT] | 5-10 | 10-20 | 20-40 | 40-70 | 70-120 | 120-200 | 200-330 | 330-500 | >550 | |
| Indice K | 0 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 |
Previsione e monitoraggio delle tempeste magnetiche per un mese
Livello della tempesta geomagnetica
Il grafico sottostante mostra l'indice di disturbo geomagnetico. Questo indice determina il livello tempeste magnetiche.
Più è grande, più forte è l’indignazione. Il programma viene aggiornato automaticamente ogni 15 minuti. L'orario indicato è Mosca
Stato del campo magnetico in funzione dell'indice Kp
Kp< 2 — спокойное;
K p = 2, 3: leggermente disturbato;
K p = 4: perturbato;
K p = 5, 6 - tempesta magnetica;
K p = 7, 8 - forte tempesta magnetica;
K p = 9 è una tempesta geomagnetica molto forte.
Una tempesta magnetica è un disturbo nel campo magnetico del nostro pianeta. Questo fenomeno naturale di solito durano da diverse ore a un giorno o più.
Dove sono visibili le aurore adesso?
Puoi vedere l'aurora online.
Nell'immagine qui sotto potete osservare l'emissione di flussi di radiazioni dal nostro Sole durante i brillamenti. Una previsione unica delle tempeste magnetiche. La terra è indicata da un punto giallo e l'ora e la data sono indicate nell'angolo in alto a sinistra.
Stato dell'atmosfera solare
Di seguito è fornito brevi informazioni sullo stato dell’atmosfera solare, della magnetosfera terrestre, nonché una previsione dell’attività magnetica per tre giorni per Mosca e San Pietroburgo.
La superficie del Sole è stata scattata dal 14 ottobre al 30 ottobre 2014. Il video mostra il gruppo di macchie solari AR 2192, il più grande degli ultimi due cicli solari (22 anni).
L'informatore delle tempeste magnetiche mostra i valori medi previsti dell'indice geomagnetico globale ( Indice Cr) Terra, sulla base di dati geofisici provenienti da dodici osservatori in tutto il mondo.
Indice Cr – caratterizza il campo geomagnetico su scala globale.
In diverse parti della superficie terrestre, l'indice Cr differisce entro 1-2 unità. L'intero intervallo dell'indice Cr va da 1 a 9 unità. Nei diversi continenti, l'indice può differire di una o due unità (+/-), con l'intero intervallo compreso tra zero e nove.
L'informatore prevede tempeste magnetiche per 3 giorni, otto valori al giorno, per ogni 3 ore della giornata.
Il colore verde è un livello sicuro di attività geomagnetica.
Colore rosso – tempesta magnetica (indice Cr > 5).
Più alta è la linea verticale rossa, più forte è la tempesta magnetica.
Il livello al quale sono probabili effetti evidenti sulla salute delle persone sensibili alle condizioni atmosferiche (indice Cr > 6) è contrassegnato con una linea rossa orizzontale.
Sono accettati i seguenti coefficienti dell’indice Cr:
I seguenti indici di campo magnetico sono relativamente favorevoli alla salute: Cr = 0-1 – la situazione geomagnetica è calma; Cr = 1-2 – condizioni geomagnetiche da calme a leggermente disturbate; Cr = 3-4 – da leggermente disturbato a disturbato.
I seguenti indici di campo magnetico sono sfavorevoli alla salute:
Cr = 5-6 – tempesta magnetica;
Cr = 7-8 – grande tempesta magnetica;
Cr = 9 – valore massimo possibile
LA NATURA HA ANCHE IL METEO SPAZIALE
Candidato in scienze fisiche e matematiche A. PETRUKOVICH, Dottore in scienze fisiche e matematiche L. ZELENY
Istituto di ricerca spaziale.
Nel 20 ° secolo, la civiltà terrena ha superato impercettibilmente una tappa molto importante nel suo sviluppo. La tecnosfera, l'area dell'attività umana, si è espansa ben oltre i confini dell'habitat naturale: la biosfera. Questa espansione è sia spaziale - dovuta all'esplorazione dello spazio esterno, sia di natura qualitativa - dovuta all'uso attivo di nuovi tipi di energia e onde elettromagnetiche. Eppure, per gli alieni che ci guardano da una stella lontana, la Terra rimane solo un granello di sabbia nell’oceano di plasma che si riempie sistema solare sia l'intero Universo che il nostro stadio di sviluppo possono essere paragonati più ai primi passi di un bambino che al raggiungimento della maturità. Il nuovo mondo che si è aperto all'umanità non è meno complesso e, come nel caso della Terra, non è sempre amichevole. Mentre lo padroneggiavamo, ci sono state perdite ed errori, ma stiamo gradualmente imparando a riconoscere nuovi pericoli e a superarli. E ci sono molti di questi pericoli. Ciò include la radiazione di fondo nell’alta atmosfera, la perdita di comunicazione con i satelliti, gli aerei e le stazioni terrestri e persino gli incidenti catastrofici sulle linee di comunicazione ed elettriche che si verificano durante potenti tempeste magnetiche.
Il sole è il nostro tutto
Il sole è veramente il centro del nostro mondo. Per miliardi di anni tiene i pianeti vicini a sé e li riscalda. La Terra è profondamente consapevole dei cambiamenti nell’attività solare, che attualmente si manifestano principalmente sotto forma di cicli di 11 anni. Durante le esplosioni di attività che diventano più frequenti ai massimi del ciclo, nella corona solare nascono intensi flussi di radiazione di raggi X e particelle cariche energetiche - raggi cosmici solari - ed enormi masse di plasma e campo magnetico (nuvole magnetiche). vengono espulsi nello spazio interplanetario. Sebbene la magnetosfera e l'atmosfera della Terra proteggano in modo abbastanza affidabile tutti gli esseri viventi dagli effetti diretti delle particelle e delle radiazioni solari, molte creazioni umane, ad esempio l'elettronica radio, la tecnologia aeronautica e spaziale, le linee di comunicazione e elettriche, le condutture, risultano essere molto sensibile alle influenze elettromagnetiche e corpuscolari provenienti dallo spazio vicino alla Terra.
Facciamo ora la conoscenza delle manifestazioni più importanti dal punto di vista pratico dell'attività solare e geomagnetica, spesso chiamate "tempo spaziale".
Pericoloso! Radiazione!
Forse una delle manifestazioni più sorprendenti dell'ostilità dello spazio nei confronti dell'uomo e delle sue creazioni, oltre, ovviamente, al vuoto quasi completo per gli standard terreni, sono le radiazioni: elettroni, protoni e nuclei più pesanti, accelerati a velocità enormi e capaci di distruggere molecole organiche e inorganiche. I danni che le radiazioni provocano agli esseri viventi sono ben noti, ma una dose di radiazioni sufficientemente elevata (cioè la quantità di energia assorbita da una sostanza e utilizzata per la sua distruzione fisica e chimica) può danneggiare anche i sistemi radioelettronici. Anche l'elettronica soffre di "guasti singoli", quando particelle particolarmente ad alta energia, penetrando in profondità all'interno di un microcircuito elettronico, modificano lo stato elettrico dei suoi elementi, distruggendo le celle di memoria e causando falsi positivi. Più il chip è complesso e moderno, minore è la dimensione di ciascun elemento e maggiore è la probabilità di guasti, che possono portare al suo funzionamento errato e persino all'arresto del processore. Questa situazione è simile nelle sue conseguenze a un computer che si blocca improvvisamente nel bel mezzo della digitazione, con l'unica differenza che l'attrezzatura satellitare, in generale, è progettata per funzionare automaticamente. Per correggere l'errore bisogna attendere la prossima sessione di comunicazione con la Terra, a condizione che il satellite sia in grado di comunicare.
Le prime tracce di radiazioni di origine cosmica sulla Terra furono scoperte dall'austriaco Victor Hess nel 1912. Più tardi, nel 1936, per questa scoperta ricevette Premio Nobel. L'atmosfera ci protegge efficacemente dalle radiazioni cosmiche: pochissimi cosiddetti raggi cosmici galattici con energie superiori a diversi gigaelettronvolt generati al di fuori del Sistema Solare raggiungono la superficie terrestre. Pertanto, lo studio delle particelle energetiche al di fuori dell'atmosfera terrestre è diventato immediatamente uno dei principali compiti scientifici dell'era spaziale. Il primo esperimento per misurare la loro energia fu effettuato da un gruppo di ricercatori sovietici Sergei Vernov nel 1957. La realtà ha superato ogni aspettativa: gli strumenti sono andati fuori scala. Un anno dopo, il leader di un simile esperimento americano, James Van Allen, si rese conto che non si trattava di un malfunzionamento del dispositivo, ma di flussi reali e potenti di particelle cariche che non erano correlate ai raggi galattici. L’energia di queste particelle non è abbastanza elevata da permettere loro di raggiungere la superficie della Terra, ma nello spazio questo “svantaggio” è più che compensato dalla loro quantità. La principale fonte di radiazione nelle vicinanze della Terra si è rivelata essere particelle cariche ad alta energia che “vivono” nella magnetosfera interna della Terra, nelle cosiddette cinture di radiazione.
È noto che il campo magnetico quasi dipolare della magnetosfera interna della Terra crea zone speciali di “bottiglie magnetiche” in cui le particelle cariche possono essere “catturate” per lungo tempo, ruotando attorno alle linee di forza. In questo caso, le particelle vengono periodicamente riflesse dalle estremità vicine alla Terra della linea di campo (dove il campo magnetico aumenta) e vanno lentamente alla deriva attorno alla Terra in un cerchio. Nella più potente fascia di radiazione interna sono ben contenuti i protoni con energie fino a centinaia di megaelettronvolt. Le dosi di radiazioni che può ricevere durante il suo volo sono così elevate che solo i satelliti di ricerca rischiano di rimanervi a lungo. I veicoli spaziali con equipaggio sono nascosti in orbite inferiori e la maggior parte dei satelliti per le comunicazioni e i veicoli spaziali per la navigazione si trovano in orbite sopra questa cintura. La cintura interna si avvicina più alla Terra nei punti di riflessione. A causa della presenza di anomalie magnetiche (deviazioni del campo geomagnetico da un dipolo ideale) in quei luoghi dove il campo è indebolito (sopra la cosiddetta anomalia brasiliana), le particelle raggiungono altezze di 200-300 chilometri, e in quelli dove è rafforzato (sopra l'anomalia della Siberia orientale), - 600 chilometri. Sopra l'equatore, la cintura si trova a 1.500 chilometri dalla Terra. La cintura interna stessa è abbastanza stabile, ma durante le tempeste magnetiche, quando il campo geomagnetico si indebolisce, il suo confine convenzionale scende ancora più vicino alla Terra. Pertanto, la posizione della cintura e il grado di attività solare e geomagnetica sono necessariamente presi in considerazione quando si pianificano i voli di cosmonauti e astronauti che lavorano in orbite ad un'altitudine di 300-400 chilometri.
Gli elettroni energetici vengono trattenuti in modo più efficiente nella cintura di radiazione esterna. La “popolazione” di questa cintura è molto instabile e aumenta molte volte durante le tempeste magnetiche a causa dell’iniezione di plasma dalla magnetosfera esterna. Sfortunatamente, è lungo la periferia esterna di questa cintura che passa l'orbita geostazionaria, indispensabile per posizionare i satelliti per le comunicazioni: il satellite su di essa “è sospeso” immobile sopra un punto del globo (la sua altitudine è di circa 42mila chilometri). Poiché la dose di radiazioni creata dagli elettroni non è così grande, emerge il problema dell'elettrificazione dei satelliti. Il fatto è che qualsiasi oggetto immerso nel plasma deve essere in equilibrio elettrico con esso. Assorbe quindi un certo numero di elettroni, acquisendo una carica negativa e un corrispondente potenziale “fluttuante”, approssimativamente uguale alla temperatura degli elettroni, espressa in elettronvolt. Nuvole di elettroni caldi (fino a centinaia di kiloelettronvolt) che compaiono durante le tempeste magnetiche conferiscono ai satelliti una carica negativa aggiuntiva e distribuita in modo non uniforme, a causa della differenza nelle caratteristiche elettriche degli elementi di superficie. Le differenze di potenziale tra parti adiacenti del satellite possono raggiungere decine di kilovolt, provocando scariche elettriche spontanee che danneggiano le apparecchiature elettriche. La conseguenza più famosa di questo fenomeno è stata la rottura del satellite americano TELSTAR durante una delle tempeste magnetiche del 1997, che ha lasciato una parte significativa degli Stati Uniti senza comunicazioni cercapersone. Poiché i satelliti geostazionari sono generalmente progettati per durare 10-15 anni e costano centinaia di milioni di dollari, la ricerca sull’elettrificazione delle superfici nello spazio esterno e i metodi per combatterla sono solitamente un segreto commerciale.
Un'altra fonte importante e più instabile di radiazione cosmica sono i raggi cosmici solari. Protoni e particelle alfa, accelerati a decine o centinaia di megaelettronvolt, riempiono il sistema solare solo brevemente dopo un brillamento solare, ma l’intensità delle particelle li rende una delle principali fonti di rischio di radiazioni nella magnetosfera esterna, dove il campo geomagnetico è ancora troppo forte. debole per proteggere i satelliti. Le particelle solari, sullo sfondo di altre fonti di radiazione più stabili, sono anche “responsabili” del deterioramento a breve termine della situazione delle radiazioni nella magnetosfera interna, anche alle altitudini utilizzate per i voli con equipaggio.
Le particelle energetiche penetrano più profondamente nella magnetosfera nelle regioni subpolari, poiché qui le particelle possono muoversi liberamente per gran parte del percorso lungo linee di forza quasi perpendicolari alla superficie terrestre. Le regioni quasi equatoriali sono più protette: lì il campo geomagnetico, quasi parallelo alla superficie terrestre, trasforma la traiettoria delle particelle in una spirale e le porta di lato. Pertanto, le rotte aeree che passano ad alte latitudini sono molto più pericolose dal punto di vista dei danni da radiazioni rispetto a quelle a basse latitudini. Questa minaccia si applica non solo a veicolo spaziale, ma anche all'aviazione. Ad altitudini di 9-11 chilometri, dove passa la maggior parte delle rotte aeree, il fondo complessivo delle radiazioni cosmiche è già così elevato che la dose annuale ricevuta dagli equipaggi, dalle attrezzature e dai frequent flyer deve essere controllata secondo le regole stabilite per le attività pericolose per le radiazioni. Gli aerei passeggeri supersonici Concorde che volano ad altitudini ancora maggiori hanno contatori di radiazioni a bordo e sono tenuti a volare a sud della rotta settentrionale più breve tra Europa e America se l'attuale livello di radiazioni supera un valore sicuro. Tuttavia, dopo le più potenti eruzioni solari, la dose ricevuta anche durante un volo su un aereo convenzionale può essere maggiore della dose di cento esami fluorografici, il che rende necessario considerare seriamente la questione dell'interruzione completa dei voli in tali momenti. Fortunatamente, esplosioni di attività solare di questo livello vengono registrate meno spesso di una volta ciclo solare- 11 anni.
Ionosfera eccitata
Al piano inferiore del circuito elettrico solare-terrestre si trova la ionosfera, il guscio di plasma più denso della Terra, letteralmente come una spugna che assorbe sia la radiazione solare che la precipitazione di particelle energetiche dalla magnetosfera. Dopo i brillamenti solari, la ionosfera, assorbendo i raggi X solari, si riscalda e si gonfia, così che la densità del plasma e del gas neutro aumenta ad un'altitudine di diverse centinaia di chilometri, creando una significativa resistenza aerodinamica aggiuntiva al movimento dei satelliti e dei veicoli spaziali con equipaggio. Trascurare questo effetto può portare alla frenata “inaspettata” del satellite e alla perdita della sua quota di volo. Forse la cosa più triste caso famoso Un errore del genere fu la caduta della stazione americana Skylab, che venne “mancata” dopo il più grande brillamento solare avvenuto nel 1972. Fortunatamente, durante la discesa della stazione Mir dall'orbita, il Sole era calmo, il che ha facilitato il lavoro dei balistici russi.
Tuttavia, forse l'effetto più importante per la maggior parte degli abitanti della Terra è l'influenza della ionosfera sullo stato delle trasmissioni radiofoniche. Il plasma assorbe in modo più efficace le onde radio solo vicino a una certa frequenza di risonanza, che dipende dalla densità delle particelle cariche ed è pari a circa 5-10 megahertz per la ionosfera. Le onde radio di frequenza inferiore vengono riflesse dai confini della ionosfera e le onde di frequenza più alta la attraversano e il grado di distorsione del segnale radio dipende dalla vicinanza della frequenza dell'onda a quella risonante. La ionosfera silenziosa ha una struttura stratificata stabile, che consente, a causa di molteplici riflessioni, di ricevere un segnale radio a onde corte (con una frequenza inferiore a quella di risonanza) in tutto il mondo. al globo. Le onde radio con frequenze superiori a 10 megahertz viaggiano liberamente attraverso la ionosfera spazio aperto. Pertanto, le stazioni radio VHF e FM possono essere ascoltate solo nelle vicinanze del trasmettitore e comunicano con i veicoli spaziali a frequenze di centinaia e migliaia di megahertz.
Durante i brillamenti solari e le tempeste magnetiche, il numero di particelle cariche nella ionosfera aumenta, e in modo così irregolare che si creano coaguli di plasma e strati “extra”. Ciò si traduce in riflessione, assorbimento, distorsione e rifrazione imprevedibili delle onde radio. Inoltre, la magnetosfera e la ionosfera instabili generano onde radio, riempiendo di rumore un'ampia gamma di frequenze. In pratica, l'entità del fondo radio naturale diventa paragonabile al livello del segnale artificiale, creando notevoli difficoltà nel funzionamento dei sistemi di comunicazione e navigazione terrestre e spaziale. La comunicazione radio anche tra punti vicini può diventare impossibile, ma in cambio è possibile ascoltare accidentalmente qualche stazione radio africana e vedere sullo schermo del localizzatore falsi bersagli (che spesso vengono scambiati per “dischi volanti”). Nelle regioni subpolari e nelle zone ovali aurorali, la ionosfera è associata alle regioni più dinamiche della magnetosfera ed è quindi più sensibile ai disturbi provenienti dal Sole. Le tempeste magnetiche alle alte latitudini possono bloccare quasi completamente le trasmissioni radio per diversi giorni. Allo stesso tempo, naturalmente, vengono congelati anche molti altri settori di attività, come ad esempio i viaggi aerei. Ecco perché tutti i servizi che utilizzano attivamente le comunicazioni radio, a metà del 20 ° secolo, sono diventati uno dei primi veri consumatori di informazioni meteorologiche spaziali.
Getti attuali nello spazio e sulla Terra
Gli appassionati di libri sui viaggiatori polari hanno sentito parlare non solo delle interruzioni delle comunicazioni radio, ma anche dell'effetto “ago pazzo”: durante le tempeste magnetiche, il sensibile ago della bussola inizia a girare come un matto, cercando invano di tenere traccia di tutti i cambiamenti nel direzione del campo geomagnetico. Le variazioni di campo sono create da getti di correnti ionosferiche con una forza di milioni di ampere - elettrogetti, che sorgono alle latitudini polari e aurorali con cambiamenti nel circuito di corrente magnetosferica. A loro volta, le variazioni magnetiche, secondo la nota legge dell'induzione elettromagnetica, generano correnti elettriche secondarie negli strati conduttori della litosfera terrestre, nell'acqua salata e nei vicini conduttori artificiali. La differenza di potenziale indotta è piccola e ammonta a circa pochi volt per chilometro (il valore massimo è stato registrato nel 1940 in Norvegia ed era di circa 50 V/km), ma nei conduttori lunghi con bassa resistenza - linee di comunicazione ed elettriche, condutture, rotaie ferrovie- la forza totale delle correnti indotte può raggiungere decine e centinaia di ampere.
Le linee di comunicazione aeree a bassa tensione sono meno protette da tale influenza. Infatti, sulle prime linee telegrafiche costruite in Europa nella prima metà del XIX secolo si notavano già notevoli interferenze durante le tempeste magnetiche. Le segnalazioni di questi disturbi possono probabilmente essere considerate la prima prova storica della nostra dipendenza dalla meteorologia spaziale. Le linee di comunicazione in fibra ottica attualmente molto diffuse sono insensibili a tale influenza, ma non appariranno nell'entroterra russo per molto tempo. L’attività geomagnetica dovrebbe causare notevoli problemi anche all’automazione ferroviaria, soprattutto nelle regioni polari. E negli oleodotti, che spesso si estendono per molte migliaia di chilometri, le correnti indotte possono accelerare significativamente il processo di corrosione dei metalli.
Nelle linee elettriche funzionanti con corrente alternata con una frequenza di 50-60 Hz, le correnti indotte che variano con una frequenza inferiore a 1 Hz praticamente costituiscono solo una piccola aggiunta costante al segnale principale e dovrebbero avere poco effetto sulla potenza totale. Tuttavia, dopo un incidente verificatosi durante la violenta tempesta magnetica del 1989 nella rete energetica canadese e che lasciò metà del Canada senza elettricità per diverse ore, questo punto di vista dovette essere riconsiderato. La causa dell'incidente si è rivelata essere i trasformatori. Un'attenta ricerca ha dimostrato che anche una piccola aggiunta di corrente continua può distruggere un trasformatore progettato per convertire la corrente alternata. Il fatto è che la componente di corrente costante introduce il trasformatore in una modalità operativa non ottimale con eccessiva saturazione magnetica del nucleo. Ciò porta ad un eccessivo assorbimento di energia, al surriscaldamento degli avvolgimenti e infine al guasto dell'intero sistema. Successiva analisi delle prestazioni di tutte le centrali elettriche America del Nord ha inoltre rivelato una relazione statistica tra il numero di guasti nelle aree ad alto rischio e il livello di attività geomagnetica.
Spazio e uomo
Tutte le manifestazioni della meteorologia spaziale sopra descritte possono essere condizionatamente caratterizzate come tecniche e la base fisica della loro influenza è generalmente nota: si tratta dell'impatto diretto dei flussi di particelle cariche e delle variazioni elettromagnetiche. Tuttavia, è impossibile non menzionare altri aspetti delle connessioni solare-terrestre, la cui essenza fisica non è del tutto chiara, vale a dire l'influenza della variabilità solare sul clima e sulla biosfera.
I cambiamenti nel flusso totale della radiazione solare, anche durante forti brillamenti, ammontano a meno di un millesimo della costante solare, cioè sembrerebbero troppo piccoli per cambiare direttamente l'equilibrio termico dell'atmosfera terrestre. Tuttavia, ce ne sono alcuni prove circostanziali, riportato nei libri di A.L. Chizhevsky e altri ricercatori, a testimonianza della realtà dell'influenza solare sul clima e sul tempo. Ad esempio, è stata notata una ciclicità pronunciata di varie variazioni meteorologiche con periodi vicini a periodi di attività solare di 11 e 22 anni. Questa periodicità si riflette anche negli oggetti della natura vivente: è evidente nel cambiamento dello spessore degli anelli degli alberi.
Attualmente, le previsioni sull’influenza dell’attività geomagnetica sulla salute delle persone sono diventate diffuse (forse anche troppo diffuse). L'opinione che il benessere delle persone dipenda dalle tempeste magnetiche è già saldamente radicata nella coscienza pubblica ed è confermata anche da alcuni studi statistici: ad esempio, il numero delle persone ricoverate in ambulanza e il numero delle riacutizzazioni di malattie cardiovascolari aumentano chiaramente dopo un tempesta magnetica. Tuttavia, dal punto di vista della scienza accademica, non sono state ancora raccolte prove sufficienti. Inoltre, il corpo umano non possiede alcun organo o tipo di cellula che affermi di essere un ricevitore sufficientemente sensibile delle variazioni geomagnetiche. COME meccanismo alternativo l'impatto delle tempeste magnetiche su un organismo vivente è spesso considerato vibrazioni infrasoniche - onde sonore con frequenze inferiori a un hertz, vicine alla frequenza naturale di molti organi interni. Gli infrasuoni, eventualmente emessi dalla ionosfera attiva, possono avere un effetto di risonanza sul sistema cardiovascolare umano. Resta solo da notare che le questioni relative al rapporto tra la meteorologia spaziale e la biosfera attendono ancora il loro attento ricercatore e ad oggi rimangono, probabilmente, la parte più intrigante della scienza delle connessioni solare-terrestre.
In generale, l’influenza della meteorologia spaziale sulle nostre vite può probabilmente essere considerata significativa, ma non catastrofica. La magnetosfera e la ionosfera della Terra ci proteggono bene dalle minacce cosmiche. In questo senso sarebbe interessante analizzare la storia dell’attività solare, cercando di capire cosa potrà aspettarci in futuro. In primo luogo, attualmente si registra una tendenza verso un aumento dell’influenza dell’attività solare, associato all’indebolimento del nostro scudo – il campo magnetico terrestre – di oltre il 10% nell’ultimo mezzo secolo e al simultaneo raddoppio del flusso magnetico solare, che funge da principale intermediario nella trasmissione dell'attività solare.
In secondo luogo, un'analisi dell'attività solare per l'intero periodo di osservazione delle macchie solari (da inizio XVII secoli) mostra che il ciclo solare, della durata media di 11 anni, non è sempre esistito. Nella seconda metà del XVII secolo, durante il cosiddetto minimo di Maunder, per diversi decenni non furono praticamente osservate macchie solari, il che indica indirettamente un minimo di attività geomagnetica. Tuttavia, questo periodo difficilmente può essere definito ideale per la vita: coincide con la cosiddetta piccola era glaciale, anni di clima anormalmente freddo in Europa. Che si tratti di una coincidenza o meno, scienza moderna sconosciuto per certo.
Nella storia precedente furono notati anche periodi di attività solare anormalmente elevata. Così, in alcuni anni del primo millennio d.C., si osservavano costantemente le aurore Europa meridionale, indicando frequenti tempeste magnetiche, e il Sole appariva fioco, probabilmente a causa della presenza di un'enorme macchia solare o buco coronale sulla sua superficie, un altro oggetto che causava un aumento dell'attività geomagnetica. Se un tale periodo di continua attività solare iniziasse oggi, le comunicazioni e i trasporti, e con essi l’intera economia mondiale, si troverebbero in una situazione disastrosa.
* * *
La meteorologia spaziale sta gradualmente prendendo il posto che gli spetta nella nostra coscienza. Come con il tempo normale, vogliamo sapere cosa ci aspetta sia nel lontano futuro che nei prossimi giorni. Per studiare il Sole, la magnetosfera e la ionosfera della Terra, è stata dispiegata una rete di osservatori solari e stazioni geofisiche e un'intera flottiglia di satelliti di ricerca si libra nello spazio vicino alla Terra. Sulla base delle osservazioni fornite, gli scienziati ci mettono in guardia sui brillamenti solari e sulle tempeste magnetiche.
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Basato su materiali della rivista "Scienza e Vita"
Ciascuno degli indici viene calcolato dai risultati delle misurazioni e caratterizza solo una parte del complesso quadro dell'attività solare e geomagnetica.
Gli indici esistenti di attività geomagnetica possono essere divisi in tre gruppi.
Il primo gruppo comprende indici locali calcolati dai dati di un osservatorio e che indicano l'entità del disturbo geomagnetico locale nel territorio: S, K indici.
Il secondo gruppo comprende gli indici che caratterizzano l'attività geomagnetica in tutta la Terra. Questi sono i cosiddetti indici planetari: Kp, ar, Ar, am, Am, aa, Aa .
Il terzo gruppo comprende indici che riflettono l'intensità del disturbo magnetico proveniente da una fonte molto specifica: Dst, AE, RS .
Tutti gli indici di attività geomagnetica sopra elencati sono calcolati e pubblicati utilizzando il tempo universale UT.
Associazione Internazionale di Geomagnetismo e Aeronomia - MAGA ( Associazione Internazionale di Geomagnetismo e Aeronomia – IAGA) riconosce ufficialmente gli indici aa, am, Kp, Dst, PC E A.E. . Informazioni più dettagliate sugli indici MAGA sono disponibili sul sito web dell'International Geomagnetic Indices Service ( Servizio Internazionale Indici Geomagnetici – ISGI).
am, an, come indici
Le tre sono, un, come indici sono ampiezze di disturbo determinate dai valori A 5. Sugiura M. Valori orari della Dst equatoriale per l'IGY, Ann. interno Geofisica. Anno, 35, 9-45, Pergamon Press, Oxford, 1964.6. Sugiura M. e D. J. Poros. Valori orari della Dst equatoriale per gli anni dal 1957 al 1970, Rep. X-645-71-278, Centro di volo spaziale Goddard, Greenbelt, Maryland, 1971.
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10. Troshichev O.A., Andrezen V.G., Vennerstrom S., Friis-Christensen E. Attività magnetica nella calotta polare – Un nuovo indice. Pianeta. Scienza spaziale. 1988.36.1095.
Letteratura utilizzata nella preparazione di questa descrizione degli indici geomagnetici
1. Yanovsky B.M. Magnetismo terrestre. L.: Casa editrice dell'Università di Leningrado, 1978. 592 p.2. Zabolotnaya N.A. Indici di attività geomagnetica. M.: Gidrometeoizdat, 1977. 59 p.
3. Dubov E.E. Indici di attività solare e geomagnetica. Materiali del World Data Center BM: Comitato geofisico interdipartimentale sotto il Presidium dell'Accademia delle scienze dell'URSS, 1982. 35 p.
4. Fisica solare e solare-terrestre. Dizionario dei termini illustrato. Ed. A. Brucek e S. Duran. M.: Mir, 1980. 254 p.
Il campo geomagnetico (GF) è generato da sorgenti situate nella magnetosfera e nella ionosfera. Protegge il pianeta e la vita su di esso dagli influssi dannosi. La sua presenza è stata osservata da tutti coloro che avevano in mano una bussola e hanno visto come un'estremità della freccia punta a sud e l'altra a nord. Grazie alla magnetosfera sono state fatte grandi scoperte in fisica, e la sua presenza è ancora sfruttata per la navigazione marina, subacquea, aeronautica e spaziale.
Caratteristiche generali
Il nostro pianeta è un enorme magnete. Il suo polo nord si trova nella parte “superiore” della Terra, non lontano dal polo geografico, e il suo polo sud si trova vicino al polo geografico corrispondente. Da questi punti, le linee del campo magnetico si estendono per molte migliaia di chilometri nello spazio, costituendo la magnetosfera stessa.
I poli magnetico e geografico sono piuttosto distanti tra loro. Se tracci una linea netta tra i poli magnetici, otterrai un asse magnetico con un angolo di inclinazione di 11,3° rispetto all'asse di rotazione. Questo valore non è costante, e tutto perché i poli magnetici si muovono rispetto alla superficie del pianeta, cambiando posizione ogni anno.
Natura del campo geomagnetico
Viene generato lo scudo magnetico correnti elettriche(cariche in movimento), che nascono nel nucleo liquido esterno, situato all'interno della Terra ad una profondità molto discreta. È un metallo fluido e si muove. Questo processo è chiamato convezione. La materia in movimento del nucleo forma correnti e, di conseguenza, campi magnetici.
Lo scudo magnetico protegge in modo affidabile la Terra dalla sua fonte principale - il vento solare - il movimento delle particelle ionizzate che fluiscono dalla magnetosfera devia questo flusso continuo, reindirizzandolo attorno alla Terra, in modo che le forti radiazioni non abbiano un effetto dannoso su tutti gli esseri viventi sul pianeta blu.
Se la Terra non avesse un campo geomagnetico, il vento solare la priverebbe della sua atmosfera. Secondo un'ipotesi, questo è esattamente quello che è successo su Marte. Il vento solare non è l’unica minaccia, poiché il Sole rilascia anche grandi quantità di materia ed energia sotto forma di espulsioni coronali, accompagnate da un forte flusso di particelle radioattive. Tuttavia, anche in questi casi, il campo magnetico terrestre la protegge deviando queste correnti lontano dal pianeta.
Lo scudo magnetico cambia i suoi poli circa ogni 250.000 anni. Il polo nord magnetico prende il posto di quello nord e viceversa. Gli scienziati non hanno una spiegazione chiara del perché ciò accada.
Storia dello studio
La conoscenza delle persone con le straordinarie proprietà del magnetismo terrestre è avvenuta agli albori della civiltà. Già nei tempi antichi l'umanità era a conoscenza del minerale di ferro magnetico: la magnetite. Tuttavia, non è noto chi e quando abbia scoperto che i magneti naturali sono ugualmente orientati nello spazio rispetto ai poli geografici del pianeta. Secondo una versione, i cinesi conoscevano questo fenomeno già nel 1100, ma iniziarono ad usarlo nella pratica solo due secoli dopo. IN Europa occidentale bussola magnetica iniziò ad essere utilizzato nella navigazione nel 1187.
Struttura e caratteristiche
Il campo magnetico terrestre può essere suddiviso in:
- il campo magnetico principale (95%), le cui sorgenti si trovano nel nucleo esterno elettricamente conduttivo del pianeta;
- creato un campo magnetico anomalo (4%). rocce nello strato superiore della Terra con buona suscettibilità magnetica (una delle più potenti è l'anomalia magnetica di Kursk);
- campo magnetico esterno (detto anche alternato, 1%) associato alle interazioni solare-terrestre.
Variazioni geomagnetiche regolari
I cambiamenti nel campo geomagnetico nel tempo sotto l'influenza di fonti sia interne che esterne (rispetto alla superficie del pianeta) sono chiamati variazioni magnetiche. Sono caratterizzati dalla deviazione delle componenti GP dal valore medio nel sito di osservazione. Le variazioni magnetiche hanno un continuo riarrangiamento nel tempo e tali cambiamenti sono spesso di natura periodica.
Le variazioni regolari che si ripetono quotidianamente sono cambiamenti nel campo magnetico associati ai cambiamenti solari e lunari-diurni nella forza della MS. Le variazioni raggiungono il massimo durante il giorno e in opposizione lunare.
Variazioni geomagnetiche irregolari
Questi cambiamenti derivano dall'influenza del vento solare sulla magnetosfera terrestre, dai cambiamenti all'interno della magnetosfera stessa e dalla sua interazione con lo strato superiore ionizzato dell'atmosfera.
- Esistono variazioni di ventisette giorni come modello di crescita ripetuta del disturbo magnetico ogni 27 giorni, corrispondente al periodo di rotazione del corpo celeste principale rispetto all'osservatore terrestre. Questa tendenza è dovuta all’esistenza di regioni attive a lunga vita sulla nostra stella, osservate durante molte delle sue rivoluzioni. Si manifesta sotto forma di una ripetibilità di 27 giorni di disturbi geomagnetici e
- Le variazioni di undici anni sono associate alla periodicità dell'attività delle macchie solari del Sole. È stato rivelato che durante gli anni di maggiore accumulo di aree scure sul disco solare, anche l'attività magnetica raggiunge il suo massimo, ma la crescita dell'attività geomagnetica ritarda in media di un anno rispetto alla crescita dell'attività solare.
- Le variazioni stagionali hanno due massimi e due minimi, corrispondenti ai periodi degli equinozi e al tempo del solstizio.
- I secolari, a differenza di quanto sopra, sono di origine esterna, si formano a seguito del movimento della materia e dei processi ondulatori nel nucleo liquido elettricamente conduttivo del pianeta e sono la principale fonte di informazioni sulla conduttività elettrica del mantello inferiore e nucleo, sui processi fisici che portano alla convezione della materia, nonché sul meccanismo di generazione del campo geomagnetico terrestre. Queste sono le variazioni più lente, con periodi che vanno da diversi anni a un anno.
L'influenza del campo magnetico sul mondo vivente
Nonostante il fatto che lo schermo magnetico non possa essere visto, gli abitanti del pianeta lo sentono perfettamente. Ad esempio, gli uccelli migratori costruiscono il loro percorso in base ad esso. Gli scienziati avanzano diverse ipotesi riguardo a questo fenomeno. Uno di questi suggerisce che gli uccelli lo percepiscano visivamente. Agli occhi degli uccelli migratori ci sono proteine speciali (criptocromi) che sono in grado di cambiare posizione sotto l'influenza del campo geomagnetico. Gli autori di questa ipotesi sono fiduciosi che i criptocromi possano fungere da bussola. Tuttavia, non solo gli uccelli, ma anche le tartarughe marine utilizzano uno scudo magnetico come navigatore GPS.
Impatto di uno scudo magnetico su una persona
L'influenza del campo geomagnetico su una persona è fondamentalmente diversa da qualsiasi altra, sia essa una radiazione o una corrente pericolosa, poiché influenza completamente il corpo umano.
Gli scienziati ritengono che il campo geomagnetico operi in una gamma di frequenze ultrabasse, per cui risponde ai ritmi fisiologici di base: respiratorio, cardiaco e cerebrale. Una persona potrebbe non sentire nulla, ma il corpo reagisce comunque con cambiamenti funzionali nel sistema nervoso, cardiovascolare e nell'attività cerebrale. Gli psichiatri monitorano da molti anni la relazione tra i picchi di intensità del campo geomagnetico e l’esacerbazione di malattie mentali, che spesso portano al suicidio.
"Indicizzazione" dell'attività geomagnetica
I disturbi del campo magnetico associati ai cambiamenti nel sistema di corrente magnetosferico-ionosferico sono chiamati attività geomagnetica (GA). Per determinarne il livello, vengono utilizzati due indici: A e K. Quest'ultimo mostra il valore di GA. Viene calcolato dalle misurazioni dello scudo magnetico effettuate quotidianamente a intervalli di tre ore, a partire dalle 00:00 UTC (Tempo Coordinato Universale). I valori più alti di disturbo magnetico vengono confrontati con i valori del campo geomagnetico in una giornata tranquilla per una particolare istituzione scientifica e vengono presi in considerazione i valori massimi delle deviazioni osservate.
Sulla base dei dati ottenuti si calcola l'indice K. Poiché è un valore quasi logaritmico (cioè aumenta di uno quando il disturbo aumenta di circa 2 volte), non è possibile mediarlo per ottenere un valore. quadro storico a lungo termine dello stato del campo geomagnetico del pianeta. A questo scopo esiste un indice A, che rappresenta il valore medio giornaliero. È determinato in modo abbastanza semplice: ciascuna dimensione dell'indice K viene convertita in un indice equivalente. Si fa una media dei valori K ottenuti nell'arco della giornata, grazie alla quale è possibile ottenere l'indice A, il cui valore nei giorni ordinari non supera la soglia di 100, e nei periodi di forti tempeste magnetiche può superare 200.
Poiché i disturbi del campo geomagnetico si manifestano in modo diverso nelle diverse parti del pianeta, i valori dell'indice A provenienti da diverse fonti scientifiche possono variare notevolmente. Per evitare tale rincorsa, gli indici A ottenuti dagli osservatori vengono ridotti alla media e appare un indice globale A p. Lo stesso vale per l'indice K p, che è un valore frazionario compreso tra 0 e 9. Il suo valore da 0 a 1 indica che il campo geomagnetico è normale, il che significa che condizioni ottimali per la trasmissione sulle bande a onde corte. Naturalmente, a patto che vi sia un flusso di radiazione solare abbastanza intenso. Un campo geomagnetico di 2 è caratterizzato da un moderato disturbo magnetico, che complica leggermente il passaggio delle onde decimetriche. I valori da 5 a 7 indicano la presenza di tempeste geomagnetiche che creano gravi interferenze con il range indicato, e in caso di forte tempesta (8-9 punti) rendono impossibile il passaggio delle onde corte.
L'influenza delle tempeste magnetiche sulla salute umana
Il 50-70% della popolazione mondiale è esposta agli effetti negativi delle tempeste magnetiche. Allo stesso tempo, l'inizio della reazione allo stress in alcune persone viene notato 1-2 giorni prima del disturbo magnetico, quando si osservano i bagliori del sole. Per altri, al culmine o qualche tempo dopo un’eccessiva attività geomagnetica.
Le persone dipendenti da metanfetamine, così come coloro che soffrono di malattie croniche, devono monitorare le informazioni sul campo geomagnetico per una settimana al fine di eliminare lo stress fisico ed emotivo, nonché qualsiasi azione ed evento che potrebbe portare allo stress, quando possibile si verificano tempeste magnetiche in avvicinamento.
Sindrome da carenza di campo magnetico
L'indebolimento del campo geomagnetico nelle stanze (campo ipogeomagnetico) si verifica a causa delle caratteristiche di progettazione di vari edifici, materiali delle pareti e strutture magnetizzate. Quando si soggiorna in una stanza con un medico di famiglia indebolito, la circolazione sanguigna e l'apporto di ossigeno e sostanze nutritive ai tessuti e agli organi vengono interrotti. L'indebolimento dello scudo magnetico colpisce anche il sistema nervoso, cardiovascolare, endocrino, respiratorio, scheletrico e muscolare.
Il medico giapponese Nakagawa “chiamò” questo fenomeno “sindrome da carenza di campo magnetico umano”. In termini di importanza, questo concetto potrebbe competere con una carenza di vitamine e minerali.
I principali sintomi che indicano la presenza di questa sindrome sono:
- aumento della fatica;
- diminuzione delle prestazioni;
- insonnia;
- mal di testa e dolori articolari;
- ipo e ipertensione;
- interruzioni nel sistema digestivo;
- disturbi nel funzionamento del sistema cardiovascolare.
