Furtună geomagnetică

Versiunea actuală a paginii nu a fost încă examinată de colaboratori experimentați și poate diferi semnificativ de versiunea revizuită pe 21 iunie 2022; verificările necesită 6 modificări .

O furtună geomagnetică  este o perturbare a câmpului geomagnetic care durează de la câteva ore până la câteva zile.

Alături de subfurtunile , furtunile geomagnetice sunt unul dintre tipurile de activitate geomagnetică . Ele sunt cauzate de sosirea fluxurilor de vânt solar perturbate în vecinătatea Pământului și de interacțiunea lor cu magnetosfera Pământului . Furtunile geomagnetice sunt o manifestare a întăririi curentului inelar al Pământului , care există în mod constant în regiunea centurilor de radiații ale Pământului . Acest fenomen este unul dintre cele mai importante elemente ale fizicii solar-terestre și partea sa practică, denumită de obicei prin termenul de „ veme spațială ”.

Intensitatea furtunilor geomagnetice

Furtunile geomagnetice au o natură de dezvoltare asimetrică în timp: în medie, faza de creștere a perturbației (faza principală a furtunii) este de aproximativ 7 ore, iar faza de revenire la starea inițială (faza de recuperare) este de aproximativ 3 zile.

Intensitatea unei furtuni geomagnetice este de obicei descrisă de indicii Dst [1] și Kp [2] . Pe măsură ce intensitatea furtunii crește, indicele Dst scade. Astfel, furtunile moderate sunt caracterizate de Dst de la −50 la −100 nT , cele puternice de la −100 la −200 nT, iar cele extreme, peste −200 nT.

Indicele SYM-H, ca și Dst, este o măsură a intensității simetrice a curentului inel, dar este calculat cu o rezoluție temporală mai mare de 1 minut, mai degrabă decât cu 1 oră utilizată pentru Dst [3] .

În timpul unei furtuni magnetice, perturbațiile câmpului magnetic de pe suprafața Pământului au o valoare mai mică sau aproximativ 1% din câmpul geomagnetic staționar , deoarece acesta din urmă variază de la 0,34 Oe la ecuator până la 0,66 Oe la polii Pământului, adică , aproximativ egal cu (30- 70)⋅10 -6 Tl.

Frecvența de apariție a furtunilor moderate și puternice pe Pământ are o corelație clară cu ciclul de 11 ani al activității solare: cu o frecvență medie de aproximativ 30 de furtuni pe an, numărul acestora poate fi de 1-2 furtuni pe an în apropierea minimului solar. și ajung la 50 de furtuni pe an aproape de maximul solar. Aceasta înseamnă că în anii de maxim solar, până la 50% din timpul anului, omenirea trăiește în condiții de furtuni moderate și puternice, iar pe parcursul vieții sale de 75 de ani, omul obișnuit trăiește în condiții de furtuni moderate și puternice. pentru un total de 2250 de furtuni, sau aproximativ 15 ani.

Distribuția furtunilor geomagnetice în funcție de intensitatea lor are un caracter în scădere rapidă în regiunea intensităților mari și, prin urmare, au existat relativ puține furtuni magnetice extrem de puternice în istoria măsurării lor.

Cea mai puternică furtună geomagnetică din întreaga istorie a observațiilor a fost furtuna geomagnetică din 1859 (Dst = −1760 nT) sau „evenimentul Carrington” (în 2006, Dst-ul acestei furtuni a fost estimat la −850 nT, iar în 2011 la −1050 nT [4] ) .

În ultimii 25 de ani ai secolului XX (1976–2000), au fost înregistrate 798 de furtuni magnetice cu Dst sub −50 nT, iar în ultimii 55 de ani (de la 1 ianuarie 1957 până la 25 septembrie 2011) cele mai puternice furtuni cu Dst. sub −400 nT au avut loc evenimente la 13 mai 1921 (Dst = −907±132 nT) [5] , la 13 septembrie 1957 (Dst = −427 nT) [6] , la 11 februarie 1958 ( Dst = −426 nT) [7] , 15 iulie 1959 (−429 nT), 13 martie 1989 (−589 nT sau −565 nT [4] ) și 20 noiembrie 2003 (−490 nT [3] sau − 533 nT [4] ).

O întrebare importantă rămâne problema frecvenței de apariție a celor mai puternice furtuni magnetice de pe Pământ. Deoarece au existat puține furtuni magnetice extreme, nu este posibil să se calculeze în mod fiabil funcția de distribuție a furtunilor prin intensitatea lor în zona furtunilor mari (Dst < -200 nT). Prin urmare, funcția de distribuție este mai întâi determinată în regiunea în care numărul de măsurători este suficient, iar apoi funcția rezultată este extrapolată în regiunea furtunilor extreme. Estimările obținute în acest fel indică faptul că furtunile magnetice de tipul evenimentului 1989 (Dst = −589 nT) sunt observate în medie o dată la 25 de ani, în timp ce furtunile magnetice de tipul evenimentului 1859 (Dst ≈ −1700 nT) nu mai sunt observate. decât o dată la 500 de ani [8] .

Clasificarea furtunilor magnetice

Indicele K  este abaterea câmpului magnetic al Pământului de la normă într-un interval de trei ore. Indicele a fost introdus de Julius Bartels în 1938 și reprezintă valori de la 0 la 9 pentru fiecare interval de trei ore (0-3, 3-6, 6-9 etc.) al orei mondiale.

Kp-index este un indice planetar. Kp este calculat ca valoarea medie a indicilor K determinati la 13 observatoare geomagnetice situate intre 44 si 60 de grade latitudini geomagnetice nord si sud. Intervalul său este, de asemenea, de la 0 la 9.

Indicele G este o scară de cinci puncte pentru puterea furtunilor magnetice, care a fost introdusă de Administrația Națională Oceanică și Atmosferică a SUA (NOAA) în noiembrie 1999. Indicele G caracterizează intensitatea unei furtuni geomagnetice în ceea ce privește impactul variațiilor câmpului magnetic al Pământului asupra oamenilor, animalelor, ingineriei electrice, comunicațiilor, navigației etc. După această scară, furtunile magnetice sunt împărțite în niveluri de la G1. (furtuni slabe) la G5 (furtuni extrem de puternice). G-indexul corespunde cu Kp minus 4; adică G1 corespunde cu Kp=5, G2 cu Kp=6, G5 cu Kp=9.

Prognoza furtunilor geomagnetice

Legătura activității geomagnetice cu fenomenele de pe Soare

Începând cu cercetările lui Richard Carrington , care în 1859 a observat o erupție solară și o puternică furtună geomagnetică care a avut loc câteva ore mai târziu pe Pământ , comparațiile dintre activitatea solară și geomagnetică au condus la formarea punctului de vedere științific conform căruia erupțiile solare sunt surse de furtuni geomagnetice. Acest punct de vedere a rămas neschimbat până în anii 1980. Odată cu începutul erei spațiale, au devenit disponibile observații ale Soarelui prin intermediul astronomiei extraterestre și măsurători directe ale parametrilor vântului solar și ale câmpului magnetic interplanetar. Acest lucru a condus la descoperirea unui nou tip de perturbare solară puternică, ejecția de masă coronală (CME). Potrivit concepțiilor moderne, cauza directă a furtunilor geomagnetice sunt fluxurile de vânt solar perturbate de pe orbita Pământului, care conțin orientarea câmpului magnetic interplanetar necesar pentru generarea unei furtuni geomagnetice. Sursele acestor fluxuri, la rândul lor, sunt ejecțiile de masă coronară și găurile coronale [9] .

Uneori, perturbațiile solare puternice sunt însoțite atât de erupții puternice de raze X, cât și de ejecții mari de masă coronară, care aproape coincid în timp [10] , așa că astăzi există susținători ai punctului de vedere că atât erupțiile de raze X, cât și ejecțiile de masă coronară sunt manifestări diferite ale un singur fenomen în spatele lor [11] . Un alt punct de vedere este că diferitele perturbații solare au aceeași sursă de energie și, prin urmare, dacă puterea sursei de energie este suficientă pentru dezvoltarea a mai mult de un fenomen, atunci se pot observa fenomene diferite la intervale apropiate în timp și spațiu, dar există o diferență între ele.doar relație statistică (dar nu fizică) [12] [13] . Conform acestui din urmă punct de vedere, o prognoză fiabilă a unei furtuni geomagnetice ar trebui să se bazeze pe fenomene legate fizic, adică ejecții de masă coronală, și nu erupții solare [14] .

Pe lângă furtunile magnetice, care sunt asociate cu o activitate solară ridicată (cu ejecții de masă coronală - CME), se observă adesea furtuni magnetice moderate, care apar în perioadele în care nu există procese active pe Soare. Astfel de furtuni sunt observate în principal în perioadele de minim ale ciclului de activitate solară și deseori se repetă cu o perioadă de rotație solară de 27 de zile (de aceea sunt adesea numite furtuni magnetice recurente). Originea unor astfel de furtuni a fost destul de misterioasă și de neînțeles pentru o lungă perioadă de timp, așa că sursa lor de pe Soare a fost numită „regiune M” pentru o lungă perioadă de timp [15] . S-a stabilit acum că sursa unor astfel de furtuni asupra Soarelui este o gaură coronară, care, fiind sursa unui flux rapid al vântului solar, duce la interacțiunea unui flux rapid cu un flux lent și formarea unui regiune de compresie (numită Regiunea de interacțiune corotante — CIR în literatura engleză). Datorită compresiei și schimbării direcției de mișcare a plasmei în regiunea de compresie CIR, se poate forma o componentă geoeficientă a câmpului magnetic interplanetar, ceea ce duce la excitarea activității geomagnetice, inclusiv furtuni și subfurtuni magnetice [16] . Găurile coronale pot exista pe Soare pentru perioade de până la câteva luni și, prin urmare, activitatea magnetică de pe Pământ se repetă odată cu perioada de rotație a Soarelui.

Conform observațiilor recente, furtunile magnetice generate de ejecțiile de masă coronală (CME) și găurile coronale (CIR) diferă nu numai prin originea lor, ci și prin natura dezvoltării și proprietățile lor [17] [18] .

Tipuri și metode de prognoză a activității geomagnetice

Prognoza științifică a activității geomagnetice se bazează pe date de la telescoape și sateliți . În funcție de timpul de livrare, prognozele sunt de obicei împărțite în prognoze de 27-45 de zile, 7 zile, 2 zile și 1 oră [19] .

Prognoza de 27-45 de zile se bazează pe observațiile curente ale Soarelui și prezice perturbări ale activității geomagnetice asociate cu recurente - adică, care apar la o frecvență de 27 de zile, aproximativ egală cu perioada de rotație a Soarelui în jurul axei sale - procese active asupra Soarelui.

Prognoza pe 7 zile se bazează pe observațiile curente ale regiunilor active din apropierea limbului estic al Soarelui și prezice perturbări ale activității geomagnetice asociate cu deplasarea acestor regiuni active spre linia Soare-Pământ (adică spre meridianul central) după un timp aproximativ egal cu un sfert din perioada revoluției solare.

Prognoza de 2 zile se bazează pe observațiile curente ale proceselor active din apropierea meridianului central al Soarelui și prezice perturbații ale activității geomagnetice asociate cu aceste procese după un timp apropiat de timpii caracteristici de propagare a perturbațiilor de la Soare la Pământ ale vântul solar (de la 1,5 la 5 zile) și razele cosmice solare (câteva ore).

Prognoza de 1 oră se bazează pe măsurători directe ale parametrilor plasmei vântului solar folosind nave spațiale situate, de regulă, în punctul de librare înainte L1 la o distanță de 1,5 milioane km de Pământ, în apropierea liniei Soare-Pământ.

Fiabilitatea prognozei la 2 zile și la 1 oră este de aproximativ 30-50%, respectiv 95% [20] . Restul prognozelor sunt doar de natură informațională generală și au o aplicare practică limitată.

Consecințele

În 8-12 minute după erupții solare mari și extreme, protonii de înaltă energie (peste 10 MeV ) ajung pe Pământ sau, așa cum se mai numesc, razele cosmice solare (SCR).

Influența asupra tehnicii

Furtunile de radiații (aceasta este o gamă largă de unde de radiație solară, care nu sunt neapărat asociate cu radioactivitatea) pot provoca întreruperi sau defecțiuni în echipamentele navelor spațiale, pot dezactiva echipamentele electronice de pe Pământ și pot duce la expunerea la radiații a astronauților, pasagerilor și echipajelor aeronavelor cu reacție. Întărirea fluxului undelor de radiație solară și sosirea undelor din ejecțiile coronale de pe Soare către Pământ provoacă fluctuații puternice în câmpul geomagnetic al Pământului - apar furtuni geomagnetice. Furtunile geomagnetice sunt unul dintre cele mai importante elemente ale vremii spațiale și afectează întreruperea comunicațiilor, a sistemelor de navigație ale navelor spațiale, apariția curenților turbionari în transformatoare și conducte și chiar distrugerea sistemelor energetice. Distrugerea sistemelor energetice, la rândul său, poate duce la închiderea stațiilor de pompare și la oprirea alimentării cu apă în orașe, ceea ce poate provoca multiple dezastre umanitare . Aprovizionarea cu apă în cantități mici prin intermediul serviciilor de salvare și răspuns în situații de urgență va duce la cozi pentru apă, exploziile de violență și chiar crime sunt posibile în această perioadă (așa cum sa observat în timpul furnizării de apă potabilă în India).

Efecte asupra oamenilor și a altor organisme

Ipoteza despre impactul furtunilor magnetice asupra sănătății umane își are originea în Rusia, pentru prima dată acest lucru a fost afirmat de Alexander Chizhevsky [21]  (ing.) . Problema influenței activității solare asupra producerii accidentelor, rănilor în transport și în producție, pe care a subliniat-o în 1928, a provocat la un moment dat dezbateri aprinse.

Nu există un consens în comunitatea științifică mondială cu privire la impactul furtunilor magnetice asupra sănătății și bunăstării oamenilor. În ciuda faptului că o serie de publicații științifice au raportat că a fost găsită o astfel de influență [22] , astfel de studii folosesc adesea concepte și metode care sunt parțial sau complet recunoscute ca pseudoștiințifice .

Site-ul US Geological Survey spune că riscurile pentru sănătate în timpul furtunilor magnetice pot apărea doar pentru piloți și astronauți la altitudini mari și din cauza expunerii la radiații, și nu din câmpul magnetic [23] .

Secțiunea de biofizică care studiază efectul modificărilor activității Soarelui și perturbațiile pe care le provoacă în magnetosfera terestră asupra organismelor terestre se numește heliobiologie .

Potrivit publicațiilor parțial sau integral recunoscute, momentul declanșării unei reacții de stres se poate schimba în raport cu apariția unei furtuni pentru diferite perioade pentru diferite furtuni și pentru o anumită persoană. Unii oameni încep să reacționeze la furtunile magnetice cu 1-2 zile înaintea lor, adică în momentul erupțiilor asupra Soarelui însuși, de fapt, reacționând la furtunile solare [22] . Acest fenomen poartă termenul medical neoficial de dependență meteorologică .

Vezi și

Note

  1. ↑ Dst în timp real . Consultat la 3 noiembrie 2010. Arhivat din original pe 23 noiembrie 2010.
  2. ↑ Furtuna geomagnetică (furtună magnetică): Institutul de Geografie RAS . Consultat la 10 septembrie 2011. Arhivat din original pe 27 septembrie 2011.
  3. ↑ 1 2 Gurbax S. Lakhina, Bruce T. Tsurutani . Furtunile geomagnetice: perspectivă istorică către viziunea modernă Arhivat 7 noiembrie 2021 la Wayback Machine // Geoscience Letters volumul 3, numărul articolului: 5, 20 februarie 2016
  4. ↑ 1 2 3 Dragoste, Jeffrey J. (2021). „Probabilități de furtună magnetică cu evenimente extreme derivate din statisticile de rang ale intensităților istorice Dst pentru ciclurile solare 14-24”. vremea spațială . 19 (4). Cod biblic : 2021SpWea..1902579L . DOI : 10.1029/2020SW002579 .
  5. ↑ Jeffrey J. Love; Hisashi Hayakawa; Edward W. Cliver (2019). „Intensitatea și impactul superfurtunii feroviare din New York din mai 1921”. vremea spațială . 17 (8): 1281-1292. Cod biblic : 2019SpWea..17.1281L . DOI : 10.1029/2019SW002250 .
  6. ↑ Dst-index în septembrie 1957 . Preluat la 25 septembrie 2011. Arhivat din original la 4 martie 2016.
  7. ↑ Dst-index în februarie 1958 . Data accesului: 24 septembrie 2011. Arhivat din original pe 4 martie 2016.
  8. ↑ Yermolaev YI, Lodkina IG, Nikolaeva NS, Yermolaev MY Rata de apariție a furtunilor magnetice extreme Arhivat 27 noiembrie 2015 la Wayback Machine // J. Geophys. Res. fizica spațială. 2013, 118, 4760-4765, doi:10.1002/jgra.50467
  9. ↑ Schwenn, R. Space Weather: The Solar Perspective   // ​​​​Solar Physics. — 2010.
  10. ↑ Švestka, Z. Varieties of Coronal Mass Ejections and Their Relation to Flares  // Space Sci. Rev.. - 2001. - T. 95 . - S. 135-146 .
  11. ↑ Harrison, R. A. Observații Soho referitoare la asocierea dintre erupții și ejecțiile de masă coronală  // Adv. spatiu res. - 2003. - T. 32 . - S. 2425-2437 .
  12. ↑ Yashiro, S. și colab.,. Vizibilitatea ejecțiilor de masă coronală în funcție de locația și intensitatea  flarei // J. Geophys. Res.,. - 2005. - T. 110 . Arhivat din original pe 24 octombrie 2011.
  13. ↑ Wang, Y., și colab.,. Studiu statistic al locațiilor sursei de ejecție a masei coronale: înțelegerea CME-urilor văzute în coronagrafe,  // J. Geophys. Res.,. - 2011. - T. 116 . - S. A04104 .
  14. ↑ Ermolaev Yu. I., Ermolaev M. Yu. Puterea unei furtuni geomagnetice depinde de clasa unei erupții solare? // Cercetare spatiala. - 2009. - T. 47 , Nr. 6 . - S. 495-500 .
  15. ↑ Bartels, J., . Activitatea terestră-magnetică și relațiile sale cu fenomenele solare, Terr. Magn. Atmos. electr.,. - 1932. - T. 37 . - S. 1-52 .
  16. ↑ Crooker, N.U. și E.W. Cliver,. Vedere postmodernă a regiunilor M,  // J. Geophys. Res.,. - 1994. - T. 99 , nr A12 . - S. 23383-23390 .
  17. ↑ Borovsky JE și Denton MH,. Diferențele dintre furtunile conduse de CME și furtunile conduse de CIR, // J. Geophys. Res.,. - 2006. - T. 111 . — C. A07S08 .
  18. ↑ Yermolaev Yu.I., NS Nikolaeva IG Lodkina, M.Yu. Yermolaev. Condiții interplanetare specifice pentru furtunile geomagnetice induse de CIR-, Sheath- și ICME obținute prin analiză de epocă dublă suprapusă  // Annales Geophysicae. - 2010. - T. 28 , Nr. 12 . - S. 2177-2186 .
  19. ↑ Petrukovich A.A. Este vremea în spațiu previzibilă?  // Știri despre cosmonautică. - 2005. - Nr. 3 .
  20. ↑ Ermolaev Yu.I. „TOATA FURTUNEA FURIOZĂ, TOTUL DIN MAI MULTĂ FURIE…”  // RFBR. — 2005.
  21. ↑ Biblioteca Națională de Medicină. Răspunsurile la stres la furtunile geomagnetice sunt mediate de sistemul de busolă criptocrom?
  22. ↑ 1 2 Dmitrieva IV , Obridko VN , Ragul'skaia MV , Reznikov AE , Khabarova OV Răspunsul corpului uman la factorii legați de variațiile activității solare.  // Biofizică. - 2001. - Septembrie ( vol. 46 , nr. 5 ). - S. 940-945 . — PMID 11605402 .
  23. ↑ US Geological Survey. Care sunt pericolele furtunilor magnetice?

Literatură

Link -uri

și Departamentul de Procese Electromagnetice și Interacțiunea Nucleelor ​​Atomice, SINP MSU

  Accesați articolul Wikidata  Dicționare și enciclopedii
 Soare
Structura Fotografie a Soarelui în regiunea ultravioletă a spectrului, reprezentată în „culori false”. Obținut de Observatorul de dinamică solară.
Atmosfera

Structură extinsă

Fenomene legate de Soare
subiecte asemănătoare
Clasa spectrală : G2