Магнитные бури

Еще в средние века мореплаватели обратили внимание, что бывают дни, когда стрелка компаса вдруг начинает беспорядочно колебаться в продолжение нескольких часов и даже нескольких суток, делая компас совершенно непригодным для навигационных расчетов. Это явление моряки и окрестили магнитной бурей. Но только в XVIII в. французский астроном Лемонт заметил, что интенсивность и частота магнитных бурь тем больше, чем больше на Солнце пятен. Это стало первым открытием связи земных явлений с солнечной активностью.

Магнитное поле Земли захватывает из космического пространства заряженные частицы (протоны и электроны), которые движутся вдоль силовых линий магнитного поля и образуют так называемый радиационный пояс Земли. Для погоды в космосе, как и для погоды в обычном понимании этого слова, характерно чередование спокойных периодов (например, минимум цикла солнечной активности) с периодами резкой смены обстановки с мощными колебаниями радиационного пояса, которые вызывают магнитные бури. Оценка, состояние и протяженность магнитной бури зависят не от нашей планеты, а от ближайшей звезды, то есть Солнца.

Солнце представляет собой кипящий атомный котел. Это термоядерный шар гигантских размеров. Поскольку температура верхних слоев атмосферы Солнца (корона) около миллиона градусов, атомы водорода и гелия приобретают такие громадные скорости, что при столкновениях выбивают друг у друга электроны. В результате многочисленных столкновений некоторые частицы развивают такие большие скорости, что им удается преодолеть притяжение Солнца и навсегда уйти в окружающее космическое пространство. Эти потоки плазмы, берущие свое начало в короне Солнца и двигающиеся в обычных условиях со скоростью около 200 км/с, получили название «солнечный ветер». В моменты солнечной активности солнечный ветер от 200 км/с (привычной скорости) достигает скорости 1000 км/с и летит к Земле, через сутки-двое достигает Земли и приводит к нарушению равновесия геомагнитной обстановки Земли. Она становится неспокойной, величина индукции магнитного поля увеличивается, и образуется магнитная буря.

Землю можно рассматривать как большой магнит, южный полюс которого располагается вблизи северного географического полюса, а северный – вблизи южного. Силовые линии магнитного поля Земли выходят из области северного магнитного полюса Земли, охватывают нашу планету и входят в нее в области южного магнитного полюса Земли. Когда плазма солнечного ветра встречает на своем пути магнитное поле Земли, она, согласно законам физики, сначала сжимает магнитные силовые линии, а затем начинает обтекать Землю. На обращенной к Солнцу стороне Земли граница обтекания устанавливается на расстоянии 10–12 радиусов Земли. На ночной стороне магнитное поле вытягивается в виде шлейфа, похожего на хвост кометы, до расстояний около 1000 радиусов Земли. Вся эта область, в которой заключено магнитное поле и околоземная плазма, называется магнитосферой Земли. Магнитосфера Земли надежно ограждает нашу планету от мощного потока космических частиц.

Взаимодействие солнечного ветра с магнитосферой Земли

Какое же воздействие оказывают магнитные бури на земные процессы? Было замечено, что частота инфарктов миокарда и инсультов у пожилых людей резко возрастала в дни, когда наблюдались магнитные бури. Во время солнечных вспышек резко возрастает количество несчастных случаев и травматизма на транспорте и в производстве

Существует немало свидетельств воздействия магнитных бурь на технические системы и сооружения, особенно на линии электропередач и металлические нефте- и газопроводы. Хорошо известна магнитная буря 13 марта 1989 г., которая привела к короткому замыканию в главном трансформаторе Квебекского гидроузла. В результате более 6 млн канадцев и американцев на 9 часов остались без электричества. Уже стали привычными сообщения о потере спутников во время сильных магнитных бурь из-за сбоев в работе электронных систем управления и связи, а также о преждевременном сходе их с орбит и гибели в плотных слоях атмосферы.

Сегодня уже понятны некоторые физические механизмы, лежащие в основе воздействия магнитных бурь на технические, биологические и природные объекты. Так, лабораторные эксперименты показали, что во время магнитных бурь на поверхности металлических конструкций возникают наведенные электрические токи. Они-то и становятся причиной пожаров и взрывов на нефте- и газопроводах и повреждений в линиях электропередач. Наведенные токи на поверхности искусственных спутников Земли иногда вызывают сбои в работе гироскопов стабилизации, что приводит к их сходу с орбит и гибели в плотных слоях атмосферы. Сильные вариации магнитного поля Земли во время магнитных бурь создают наведенные токи не только в металлических проводниках, но также и на поверхности Земли. Именно это стало причиной аварии трансформатора в Квебеке.