Mis on magnetosfäär ja kuidas tugevad magnettormid mõjutavad tehnoloogiat

Meie Maa on magnet — see on kõigile teada. Magnetvälja jooned lahkuvad lõuna magnetpooluse piirkonnast ja sisenevad põhja magnetpooluse piirkonda. Tuletame meelde, et Maa magnet- ja geograafilised poolused on veidi erinevad – põhjapoolkeral on magnetpoolus nihutatud umbes 13° Kanada suunas.

Maa magnetvälja jõujoonte kogumit nimetatakse magnetosfäär… Maa magnetosfäär ei ole sümmeetriline planeedi magnettelje suhtes.

Päikese poolel tõmbab, vastasküljel pikeneb. See magnetosfääri kuju peegeldab päikesetuule pidevat mõju sellele. Paistavad, et Päikeselt lendavad laetud osakesed "pigistavad" jõujooni magnetväli, vajutades neid päeval ja tõmmates neid öisele küljele.

Kuni Päikese olukord on rahulik, püsib kogu see pilt üsna stabiilne. Aga siis oli päikesevalgus.Päikesetuul on muutunud – selle osakeste vool on muutunud suuremaks ja nende energia suurem.Rõhk magnetosfäärile hakkas kiiresti kasvama, päevapoolsed jõujooned hakkasid Maa pinnale lähemale liikuma ja öisel poolel tõmbusid need tugevamalt magnetosfääri "sabasse". see on magnettorm (geomagnettorm).

Päikesepõletuste ajal toimuvad Päikese pinnal massiivsed kuuma plasma plahvatused. Purske käigus eraldub tugev osakeste voog, mis liiguvad suurel kiirusel Päikeselt Maale ja häirivad planeedi magnetvälja.

päikese tuul

Jõujoonte "kokkusurumine" tähendab nende pooluste liikumist Maa pinnal, mis tähendab — magnetvälja tugevuse muutus maakera mis tahes punktis... Ja mida tugevam on päikesetuule rõhk, seda olulisem on väljajoonte kokkusurumine, vastavalt, seda tugevam on väljatugevuse muutus. Mida tugevam on magnettorm.

Samal ajal, mida lähemale magnetpooluse piirkonnale, seda rohkem väliseid jõujooni pinnaga kokku puutub. Ja nad lihtsalt kogevad häiritud päikesetuule suurimat mõju ja reageerivad (nihutavad) kõige rohkem. See tähendab, et magnetilised häired peaksid olema suurimad geomagnetilistel poolustel (st kõrgetel laiuskraadidel) ja väikseimad geomagnetilisel ekvaatoril.

Magnetilise põhjapooluse nihe 1831. aastast 2007. aastasse.

Mida veel on kirjeldatud magnetvälja muutus kõrgetel laiuskraadidel meile, Maa pinnal elavatele, täis?

Magnettormi ajal võivad tekkida elektrikatkestused, raadioside, mobiilsideoperaatorite võrkude ja kosmoselaevade juhtimissüsteemide häired või satelliitide kahjustused.

1989. aasta magnettorm Kanadas Quebecis põhjustas tõsiseid elektrikatkestusi, sealhulgas trafopõlenguid (vt selle juhtumi üksikasju allpool). 2012. aastal katkestas tugev magnettorm side Veenuse ümber tiirleva Euroopa kosmoseaparaadiga Venus Express.

Tuletame meelde kuidas elektrivoolu generaator töötab… Statsionaarses magnetväljas liigub (pöörleb) juht (rootor). Selle tulemusena uurijas Ilmub EMF ja see hakkab voolama elektrit… Sama juhtub siis, kui juhe on paigal ja magnetväli liigub (muutub ajas).

Magnettormi ajal toimub magnetvälja muutus ja mida lähemal magnetpoolusele (mida kõrgem on geomagnetiline laiuskraad), seda tugevam on see muutus.

See tähendab, et meil on muutuv magnetväli. Noh, ja mis tahes pikkusega fikseeritud juhtmed Maa pinnal ei hõivata. Seal on elektriliinid, raudteerööpad, torustikud...Ühesõnaga valik on suur. Ja igas juhis tekib ülalnimetatud füüsikalise seaduse kohaselt elektrivool, mis on põhjustatud geomagnetvälja muutustest. Helistame talle indutseeritud geomagnetiline vool (IGT).

Indutseeritud voolude suurus sõltub paljudest tingimustest. Esiteks muidugi geomagnetvälja muutumise kiirusest ja tugevusest ehk siis magnettormi tugevusest.

Kuid isegi sama tormi ajal tekivad erinevates juhtmetes erinevad efektid.Need sõltuvad traadi pikkusest ja selle orientatsioonist Maa pinnal.

Mida pikem on traat, seda tugevam see on indutseeritud vool… Samuti on see tugevam, mida lähemal on juhtme orientatsioon põhja-lõuna suunale. Tegelikult on sel juhul magnetvälja kõikumised selle servades suurimad ja seetõttu on ka EMF suurim.

Loomulikult sõltub selle voolu suurus mitmest muust tegurist, sealhulgas traadi all oleva pinnase juhtivusest. Kui see juhtivus on kõrge, on IHT nõrgem, kuna suurem osa voolust läheb läbi maa. Kui see on väike, on raske IHT tekkimine tõenäoline.

Süvenemata nähtuse füüsikasse, märgime vaid, et magnettormide igapäevaelus tekitatavate hädade peamine põhjus on IHT.

Näide kirjanduses kirjeldatud tugevast magnettormist ja indutseeritud vooludest põhjustatud hädaolukordadest

Magnettormid 13.–14. märtsil 1989 ja hädaolukord Kanadas

Magnetoloogid kasutavad Maa magnetvälja oleku kirjeldamiseks mitmeid meetodeid (nimetatakse magnetindeksiteks). Üksikasjadesse laskumata märgime vaid, et selliseid indekseid on viis (kõige levinumad).

Igaühel neist on muidugi omad plussid ja miinused ning see on kõige mugavam ja täpsem teatud olukordade kirjeldamisel — näiteks ärevil auroravööndis või vastupidi globaalsele pildile suhteliselt rahulikes oludes.

Loomulikult iseloomustavad iga nende indeksite süsteemis iga geomagnetilist nähtust teatud numbrid - indeksi enda väärtused nähtuse perioodi kohta, mistõttu on võimalik võrrelda tekkinud geomagnetiliste häirete intensiivsust. erinevatel aastatel.

1989. aasta 13.-14. märtsi magnettorm oli kõikidel magnetindeksisüsteemidel põhinevate arvutuste kohaselt erakordne geomagnetiline sündmus.

Paljude jaamade vaatluste kohaselt ulatub tormi ajal magnetilise deklinatsiooni (kompassinõela kõrvalekaldumine suunast magnetpooluse poole) suurus 6 päeva jooksul 10 kraadini või enamgi. Seda on palju, arvestades, et isegi poole kraadine hälve on paljude geofüüsikaliste instrumentide tööks lubamatu.

See magnettorm oli erakordne geomagnetiline nähtus. Vaevalt oleks huvi selle vastu aga kitsast spetsialistide ringist ületanud, kui poleks sellega kaasnenud dramaatilisi sündmusi mitme piirkonna elus.

13. märtsil 1989 kell 07:45 UTC koges kõrgepinge ülekandeliinides James Bayst (Québeci põhjaosa, Kanada) Lõuna-Québeci ja Ameerika Ühendriikide põhjaosariikidesse, samuti Hydro-Québeci võrku tugevaid indutseeritud voolusid.

Need voolud tekitasid süsteemile lisakoormuse 9450 MW, mis oli liiga palju, et lisada tolleaegsele 21 350 MW kasulikule koormusele. Süsteem läks alla, jättes 6 miljonit elanikku elektrita. Süsteemi normaalse töö taastamiseks kulus 9 tundi. USA põhjaosa tarbijad said sel ajal vähem kui 1325 MWh elektrit.

13.-14. märtsil täheldati indutseeritud geomagnetiliste vooludega seotud ebameeldivaid mõjusid ka teiste elektrisüsteemide kõrgepingeliinidel: kaitsereleed töötasid, toitetrafod rikkis, pinge langes, registreeriti parasiitvoolusid.

Suurimad indutseeritud voolu väärtused 13. märtsil registreeriti Hydro-Ontario (80 A) ja Labrador-Hydro (150 A) süsteemides. Te ei pea olema energiaekspert, et ette kujutada, millist kahju võib igale elektrisüsteemile tekitada sellise ulatusega hulkuvate voolude ilmnemine.

Kõik see ei mõjutanud mitte ainult Põhja-Ameerikat. Sarnaseid nähtusi on täheldatud mitmes Skandinaavia riigis. Tõsi, nende mõju oli palju nõrgem tänu sellele, et Euroopa põhjaosa asub geomagnetilisest poolusest kaugemal kui Ameerika põhjaosa.

Kuid kell 08.24 Kesk-Euroopa aja järgi registreerisid kuus Kesk- ja Lõuna-Rootsi 130 kV liini samaaegselt voolust põhjustatud pingetõusu, kuid õnnetuseni see ei jõudnud.

Kõik teavad, mida tähendab 6 miljoni elaniku 9 tunniks elektrita jätmine. Ainuüksi sellest piisaks, et juhtida spetsialistide ja avalikkuse tähelepanu 13.-14. märtsi magnettormile. Kuid selle mõju ei piirdunud ainult energiasüsteemidega.

Samuti saab USA mullakaitseteenistus signaale paljudelt mägedes asuvatelt automaatsetelt anduritelt, mis jälgivad pinnase tingimusi, lumikatte jms. raadios sagedusel 41,5 MHz iga päev.

13. ja 14. märtsil (nagu hiljem selgus, muudest allikatest tuleva kiirguse superpositsiooni tõttu) olid need signaalid kummalise iseloomuga ja kas ei saanud neid üldse dešifreerida või viitasid laviinide, üleujutuste, mudavoolude ja samal ajal pakane maas...

USA-s ja Kanadas on esinenud eragaraažiuste spontaanse avamise ja sulgemise juhtumeid, mille lukud olid häälestatud teatud sagedusele ("võtmele"), kuid mille käivitas kaugelt tulevate signaalide kaootiline kattumine.

Indutseeritud voolude tekitamine torustikes

On hästi teada, kui suurt rolli mängivad torujuhtmed kaasaegses tööstusmajanduses. Erinevaid riike läbib sadu ja tuhandeid kilomeetreid metalltorusid. Kuid need on ka juhid ja ka neis võivad tekkida indutseeritud voolud. Loomulikult ei saa nad sellisel juhul trafot ega releed läbi põletada, kuid need põhjustavad kahtlemata kahju.

Fakt on see, et elektrolüütilise korrosiooni eest kaitsmiseks on kõigil torujuhtmetel maanduse negatiivne potentsiaal umbes 850 mV. Selle potentsiaali väärtust igas süsteemis hoitakse konstantsena ja kontrollitakse.Märkimisväärne elektrolüütiline korrosioon loetakse algavaks, kui see väärtus langeb 650 mV-ni.

Kanada naftakompaniide teatel algasid 13. märtsil 1989 koos magnettormi algusega potentsiaali teravad hüpped, mis jätkusid 14. märtsil. Sel juhul on negatiivse potentsiaali suurus paljude tundide jooksul väiksem kui kriitiline väärtus ja mõnikord isegi langeb 100-200 mV-ni.

Juba 1958. ja 1972. aastal tekkis tugevate magnettormide ajal indutseeritud voolude tõttu tõsiseid häireid Atlandi-ülese telekommunikatsioonikaabli töös. 1989. aasta tormi ajaljuba töötas uus kaabel, milles edastati infot optilise kanali kaudu (vt — Optilised sidesüsteemid), seega teabe edastamisel rikkumisi ei esine.

Kaablitoitesüsteemis registreeriti aga kolm suurt pingepiiki (300, 450 ja 700 V), mis langesid ajaliselt kokku tugevate muutustega magnetväljas. Kuigi need naelu ei põhjustanud süsteemi talitlushäireid, olid need piisavalt suured, et kujutada tõsist ohtu selle normaalsele tööle.

Maa geomagnetväli muutub ja nõrgeneb. Mida see tähendab?

Maa magnetväli mitte ainult ei liigu piki planeedi pinda, vaid muudab ka selle intensiivsust. Viimase 150 aasta jooksul on see nõrgenenud umbes 10%. Teadlased leidsid, et umbes kord 500 000 aasta jooksul muutub magnetpooluste polaarsus – põhja- ja lõunapoolused vahetavad oma kohta. Viimati juhtus see umbes miljon aastat tagasi.

Meie järeltulijad võivad olla tunnistajaks sellele segadusele ja võimalikele katastroofidele, mis on seotud polaarsuse ümberpööramisega. Kui Päikese magnetpooluste ümberpööramise ajal toimub purse, ei suuda magnetkilp Maad kaitsta ning kogu planeedil tekib elektrikatkestus ja navigatsioonisüsteemide katkestus.

Eespool toodud näited panevad mõtlema, kui tõsine ja mitmetahuline võib olla tugevate magnettormide mõju inimkonna igapäevaelule.

Kõik eelnev on näide kosmoseilma (sealhulgas päikesekiirte ja magnettormide) palju muljetavaldavamast mõjust kui päikese ja magnetilise aktiivsuse mitte väga usaldusväärsetest korrelatsioonidest inimeste tervisega.