Kas ir magnetosfēra un kā spēcīgas magnētiskās vētras ietekmē tehnoloģijas

Mūsu Zeme ir magnēts — tas visiem zināms. Magnētiskā lauka līnijas atstāj dienvidu magnētiskā pola apgabalu un ieiet ziemeļu magnētiskā pola apgabalā. Atgādiniet, ka Zemes magnētiskie un ģeogrāfiskie poli ir nedaudz atšķirīgi — ziemeļu puslodē magnētiskais pols ir nobīdīts par aptuveni 13° Kanādas virzienā.

Zemes magnētiskā lauka spēka līniju kopumu sauc magnetosfēra… Zemes magnetosfēra nav simetriska pret planētas magnētisko asi.

Saules pusē tas tiek piesaistīts, pretējā pusē tas ir pagarināts. Šī magnetosfēras forma atspoguļo pastāvīgo saules vēja ietekmi uz to. Uzlādētās daļiņas, kas lido no Saules, šķiet, "izspiež" spēka līnijas magnētiskais lauks, nospiežot tos dienas pusē un velkot tos nakts pusē.

Kamēr Saules stāvoklis ir mierīgs, visa šī aina saglabājas diezgan stabila. Bet tad bija saules gaisma.Saules vējš ir mainījies — tā sastāvā esošo daļiņu plūsma ir kļuvusi lielāka un to enerģija lielāka.Spiediens uz magnetosfēru sāka strauji pieaugt, spēka līnijas dienas pusē sāka virzīties tuvāk Zemes virsmai, bet nakts pusē tās tika spēcīgāk ievilktas magnetosfēras "astē". Tas ir magnētiskā vētra (ģeomagnētiskā vētra).

Saules uzliesmojumu laikā uz Saules virsmas notiek masīvi karstas plazmas sprādzieni. Izvirduma laikā izdalās spēcīga daļiņu straume, kas lielā ātrumā virzās no Saules uz Zemi un izjauc planētas magnētisko lauku.

saules vējš

Spēka līniju "saspiešana" nozīmē to polu kustību pa Zemes virsmu, kas nozīmē: magnētiskā lauka stipruma izmaiņas jebkurā zemeslodes punktā... Un jo spēcīgāks ir saules vēja spiediens, jo būtiskāka ir lauka līniju saspiešana, attiecīgi, jo spēcīgāka ir lauka intensitātes maiņa. Jo spēcīgāka ir magnētiskā vētra.

Tajā pašā laikā, jo tuvāk magnētiskā pola apgabalam, jo ​​vairāk ārējo lauka līniju saskaras ar virsmu. Un viņi vienkārši izjūt vislielāko traucētā saules vēja ietekmi un visvairāk reaģē (pārvietojas). Tas nozīmē, ka magnētisko traucējumu izpausmēm vajadzētu būt vislielākajām ģeomagnētiskajos polos (tas ir, augstos platuma grādos) un vismazāk ģeomagnētiskajā ekvatorā.

Magnētiskā ziemeļpola nobīde no 1831. gada uz 2007. gadu.

Kādas vēl ir aprakstītās izmaiņas magnētiskajā laukā augstos platuma grādos, kas mums, dzīvojot uz Zemes, ir saistītas?

Magnētiskās vētras laikā var rasties strāvas padeves pārtraukumi, radiosakari, mobilo sakaru operatoru tīklu un kosmosa kuģu vadības sistēmu darbības traucējumi vai satelītu bojājumi.

1989. gada magnētiskā vētra Kvebekā, Kanādā izraisīja nopietnus strāvas padeves pārtraukumus, tostarp transformatoru ugunsgrēkus (sīkāku informāciju par šo incidentu skatiet tālāk). 2012. gadā spēcīga magnētiskā vētra pārtrauca sakarus ar Eiropas kosmosa kuģi Venus Express, kas riņķo ap Venēru.

Atgādināsim kā darbojas elektriskās strāvas ģenerators… Stacionārā magnētiskajā laukā vadītājs (rotors) kustas (griežas). Rezultātā pētniekā Parādās EML un tas sāk plūst elektrība… Tas pats notiks, ja vads nekustēsies un magnētiskais lauks kustēsies (mainīsies laikā).

Magnētiskās vētras laikā notiek izmaiņas magnētiskajā laukā, un, jo tuvāk magnētiskajam polam (jo augstāks ģeomagnētiskais platums), jo spēcīgākas šīs izmaiņas.

Tas nozīmē, ka mums ir mainīgs magnētiskais lauks. Nu, un jebkura garuma fiksētie vadi uz Zemes virsmas neaizņem. Ir elektrolīnijas, dzelzceļa sliedes, cauruļvadi...Vārdu sakot, izvēle liela. Un katrā vadītājā, pamatojoties uz iepriekš minēto fizisko likumu, rodas elektriskā strāva, ko izraisa ģeomagnētiskā lauka izmaiņas. Mēs viņam piezvanīsim inducētā ģeomagnētiskā strāva (IGT).

Inducēto strāvu lielums ir atkarīgs no daudziem apstākļiem. Pirmkārt, protams, no ģeomagnētiskā lauka izmaiņu ātruma un stipruma, tas ir, no magnētiskās vētras stipruma.

Bet pat vienas vētras laikā dažādos vados rodas dažādi efekti.Tie ir atkarīgi no stieples garuma un tā orientācijas uz Zemes virsmas.

Jo garāks vads, jo stiprāks tas būs inducētā strāva… Turklāt tas būs spēcīgāks, jo tuvāk stieples orientācija būs ziemeļu-dienvidu virzienam. Faktiski šajā gadījumā magnētiskā lauka svārstības tā malās būs vislielākās, un tāpēc arī EMF būs vislielākais.

Protams, šīs strāvas stiprums ir atkarīgs no vairākiem citiem faktoriem, tostarp no augsnes vadītspējas zem stieples. Ja šī vadītspēja ir augsta, IHT būs vājāks, jo lielākā daļa strāvas iet caur zemi. Ja tas ir mazs, ir iespējama smaga IHT rašanās.

Neiedziļinoties fenomena fizikā, mēs tikai atzīmējam, ka IHT ir galvenais cēlonis nepatikšanām, ko magnētiskās vētras rada ikdienas dzīvē.

Spēcīgas magnētiskās vētras un inducēto strāvu izraisītu ārkārtas situāciju piemērs, kas aprakstīts literatūrā

Magnētiskās vētras no 1989. gada 13. līdz 14. martam un ārkārtas situācija Kanādā

Magnetologi izmanto vairākas metodes (sauktas par magnētiskajiem indeksiem), lai aprakstītu Zemes magnētiskā lauka stāvokli. Neiedziļinoties detaļās, mēs tikai atzīmējam, ka ir pieci šādi indeksi (visbiežāk sastopamie).

Katram no tiem, protams, ir savi plusi un mīnusi, un visērtāk un precīzāk apraksta noteiktas situācijas — piemēram, satrauktos apstākļus polārblāzmas zonā vai, gluži otrādi, globālo ainu samērā mierīgos apstākļos.

Protams, katra šī indeksa sistēmā katru ģeomagnētisko parādību raksturo noteikti skaitļi - paša indeksa vērtības parādības periodam, tāpēc ir iespējams salīdzināt notikušo ģeomagnētisko traucējumu intensitāti. dažādos gados.

Magnētiskā vētra no 1989. gada 13. līdz 14. martam bija ārkārtējs ģeomagnētisks notikums saskaņā ar aprēķiniem, kas balstīti uz visām magnētisko indeksu sistēmām.

Pēc daudzu staciju novērojumiem vētras laikā magnētiskās deklinācijas (kompasa adatas novirze no virziena uz magnētisko polu) lielums 6 dienu laikā sasniedz 10 grādus vai vairāk. Tas ir daudz, ņemot vērā, ka daudzu ģeofizisko instrumentu darbībai ir nepieņemama novirze pat par pusi.

Šī magnētiskā vētra bija ārkārtēja ģeomagnētiska parādība. Taču interese par to diez vai būtu pārsniegusi šauru speciālistu loku, ja ne dramatiskie notikumi vairāku reģionu dzīvē, kas to pavadīja.

1989. gada 13. martā plkst. 07:45 UTC augstsprieguma pārvades līnijās no Džeimsa līča (Kvebekas ziemeļu daļa, Kanāda) uz Kvebekas dienvidiem un ASV ziemeļu štatiem, kā arī Hidrokvebekas tīkls piedzīvoja spēcīgas inducētas strāvas.

Šīs strāvas radīja sistēmai papildu slodzi 9 450 MW, kas bija pārāk daudz, lai pievienotu tobrīd lietderīgajai slodzei 21 350 MW. Sistēma pazuda, atstājot 6 miljonus iedzīvotāju bez elektrības. Lai atjaunotu sistēmas normālu darbību, bija nepieciešamas 9 stundas. Patērētāji ASV ziemeļos tajā laikā saņēma mazāk nekā 1325 MWh elektroenerģijas.

13.-14.martā nepatīkamas sekas, kas saistītas ar inducētām ģeomagnētiskajām strāvām, tika novērotas arī citu energosistēmu augstsprieguma līnijās: darbojās aizsargreleji, atteicās jaudas transformatori, kritās spriegums, fiksētas parazitāras strāvas.

Lielākās inducētās strāvas vērtības 13. martā tika reģistrētas sistēmās Hydro-Ontario (80 A) un Labrador-Hydro (150 A). Nav jābūt enerģētikas ekspertam, lai iedomāties, kādus bojājumus jebkurai energosistēmai var nodarīt šāda mēroga klaiņojošas straumes.

Tas viss skāra ne tikai Ziemeļameriku. Līdzīgas parādības ir novērotas vairākās Skandināvijas valstīs. Tiesa, to ietekme bija daudz vājāka, jo Eiropas ziemeļu daļa atrodas tālāk no ģeomagnētiskā pola nekā Amerikas ziemeļu daļa.

Tomēr pulksten 08:24 CET sešās 130 kV līnijās Zviedrijas centrālajā un dienvidu daļā tika reģistrēts vienlaikus strāvas izraisīts sprieguma pieaugums, taču negadījums netika sasniegts.

Ikviens zina, ko nozīmē atstāt 6 miljonus iedzīvotāju bez elektrības uz 9 stundām. Ar to vien pietiktu, lai pievērstu speciālistu un sabiedrības uzmanību 13.-14.marta magnētiskajai vētrai. Bet tā ietekme neaprobežojās tikai ar enerģijas sistēmām.

Tāpat ASV Augsnes aizsardzības dienests saņem signālus no daudziem automātiskajiem sensoriem, kas atrodas kalnos un uzrauga augsnes apstākļus, sniega segu u.c. radio katru dienu 41,5 MHz frekvencē.

13. un 14. martā (kā vēlāk izrādījās, citu avotu starojuma superpozīcijas dēļ) šiem signāliem bija dīvains raksturs un vai nu tos vispār nevarēja atšifrēt, vai arī liecināja par lavīnu, plūdu, dubļu plūsmu un tajā pašā laikā uz zemes sals...

ASV un Kanādā ir bijuši gadījumi, kad spontāni atvērās un aizveras privātās garāžas durvis, kuru slēdzenes bija noregulētas uz noteiktu frekvenci ("atslēga"), bet to izraisīja haotiska signālu pārklāšanās no tālienes.

Inducēto strāvu ģenerēšana cauruļvados

Ir labi zināms, cik liela nozīme mūsdienu industriālajā ekonomikā ir cauruļvadiem. Caur dažādām valstīm iet simtiem un tūkstošiem kilometru metāla cauruļu. Bet tie ir arī vadītāji, un arī tajos var rasties inducētās strāvas. Protams, šajā gadījumā viņi nevar izdegt transformatoru vai releju, taču tie neapšaubāmi rada bojājumus.

Fakts ir tāds, ka, lai aizsargātu pret elektrolītisko koroziju, visiem cauruļvadiem ir aptuveni 850 mV negatīvs potenciāls pret zemi. Šī potenciāla vērtība katrā sistēmā tiek uzturēta nemainīga un kontrolēta. Tiek uzskatīts, ka ievērojama elektrolītiskā korozija sākas, kad šī vērtība nokrītas līdz 650 mV.

Kā ziņo Kanādas naftas kompānijas, 1989. gada 13. martā līdz ar magnētiskās vētras sākšanos sākās krasi potenciāla kāpumi, kas turpinājās 14. martā. Šajā gadījumā negatīvā potenciāla lielums daudzas stundas ir mazāks par kritisko vērtību un dažreiz pat samazinās līdz 100-200 mV.

Jau 1958. un 1972. gadā spēcīgu magnētisko vētru laikā inducēto straumju dēļ radās nopietni traucējumi transatlantiskā telekomunikāciju kabeļa darbībā. 1989. gada vētras laikājau darbojās jauns kabelis, kurā informācija tika pārraidīta pa optisko kanālu (sk. Optiskās sakaru sistēmas), tāpēc informācijas nosūtīšanā pārkāpumu nav.

Taču kabeļu energosistēmā tika fiksēti trīs lieli sprieguma tapas (300, 450 un 700 V), kas laikā sakrita ar spēcīgām magnētiskā lauka izmaiņām. Lai gan šīs tapas neizraisīja sistēmas darbības traucējumus, tās bija pietiekami lielas, lai radītu nopietnus draudus tās normālai darbībai.

Zemes ģeomagnētiskais lauks mainās un vājinās. Ko tas nozīmē?

Zemes magnētiskais lauks ne tikai pārvietojas pa planētas virsmu, bet arī maina tā intensitāti. Pēdējo 150 gadu laikā tas ir vājinājies par aptuveni 10%. Pētnieki atklāja, ka aptuveni reizi 500 000 gados mainās magnētisko polu polaritāte — ziemeļu un dienvidu pols mainās vietām. Pēdējo reizi tas notika apmēram pirms miljona gadu.

Mūsu pēcnācēji var būt liecinieki šim apjukumam un iespējamām katastrofām, kas saistītas ar polaritātes maiņu. Ja Saules magnētisko polu apvērsuma brīdī notiks izvirdums, magnētiskais vairogs nespēs aizsargāt Zemi un visā planētā būs strāvas padeves pārtraukums un navigācijas sistēmu pārrāvums.

Iepriekš minētie piemēri liek aizdomāties par to, cik nopietna un daudzpusīga var būt spēcīgu magnētisko vētru ietekme uz cilvēces ikdienu.

Viss iepriekš minētais ir daudz iespaidīgākas kosmosa laikapstākļu (tostarp saules uzliesmojumu un magnētisko vētru) ietekmes piemērs nekā ne pārāk ticamas saules un magnētiskās aktivitātes korelācijas ar cilvēka veselību.