67 гостей
Геомагнітні бурі | Журнал Популярна Механіка
Сонячна активність і її взаємодія з магнітним полем нашої планети визначає так звану космічну погоду, яка значно впливає на наше життя в умовах сучасної цивілізації.
Вивчення космічної погоди почалося в 1859 році, коли британський астроном Річард Каррінгтон побачив на екрані, куди його телескоп проектував зображення Сонця, велику групу темних плям, незабаром змінилися сліпуче яскравим спалахом. На наступний день почалося і зовсім щось неймовірне: Земля освітилося світлом, і полярне сяйво можна було спостерігати навіть в тропіках. Ще більш дивно поводилася єдина наявна в той час система зв'язку - телеграфний: з проводів злітали іскри, а телеграф працював без будь-яких батарей. Причиною цих явищ була дуже велика буря на Сонці, що отримала пізніше назву «подія Каррингтона».
Гелловіну буря
Довгий час цей випадок залишався найбільшої сонячної бурею, яка не знала собі рівних. Однак у жовтні 2003 року наше світило вирішило побити цей рекорд, породивши гігантську сонячну спалах. Так як максимум її впливу припав на переддень Дня всіх святих, пізніше її назвали «Гелловіну бурею». Вона повела себе зовсім по-хулигански, почавши з виведення з ладу японсько-американсько-французького супутника ADEOS II вартістю $ 630 млн.
Потік високоенергетичних електронів, за інтенсивністю перевищує звичайні значення більш ніж в сто разів, вивів з ладу систему орієнтації сонячних батарей, в результаті чого супутник виявився без харчування і втратив зв'язок з центром управління.
Кількість заряджених частинок, які досягли атмосфери Землі, було настільки велике, що для пасажирів і екіпажів літаків, що пролітали в приполярних районах, виник серйозний ризик отримати підвищену дозу радіації, так що кілька десятків трансполярний пасажирських рейсів були перенаправлені іншими маршрутами. Зв'язок в полярних районах була порушена, більше доби не працювали системи супутникової диференціальної навігації, вийшли з ладу деякі сегменти систем енергопостачання (жителі шведського Мальме майже годину просиділи без електроенергії).
руйнівна сила
Цей випадок наочно показав, наскільки сучасна техногенна цивілізація вразлива перед подібними подіями. Сонячні бурі, взаємодіючи з земним магнітним полем, викликають безліч різних руйнівних ефектів. Спалахи породжують потоки фотонів рентгенівського та УФ-діапазону, які викликають обурення іоносфери, порушуючи радіозв'язок, і розігрівають атмосферу, в результаті чого вона «спухає», що призводить до гальмування низькоорбітальних супутників.
Людина в центрі бурі
Чи можуть геомагнітні збурення, викликані сонячною активністю, безпосередньо впливати на здоров'я людини? Вивченням такого впливу займається спеціальний розділ біофізики - геліобіологія. Чіткої й однозначної думки з цього питання досі немає: для деяких захворювань можна угледіти певну кореляцію зі зміною сонячної активності, проте не слід забувати про те, що кореляція - це лише збіг, а не причинно-наслідковий зв'язок. Багато вчених досить скептично ставляться до самої ідеї безпосереднього впливу геомагнітних бур на здорової людини, вказуючи на те, що амплітуда цих збурень (на середніх широтах це десятки і сотні нанотесла) на порядки менше, ніж навколишні нас в повсякденному житті магнітні поля техногенного походження. Правда, на високих широтах амплітуда геомагнітних збурень більше, і до того ж в приполярних зонах відбувається «висипання» заряджених частинок, що прилітають від Сонця під час спалахів, що є причиною полярного сяйва. Однак, як розповів «ПМ» Рик Макгрегор, співробітник шведського інституту космічної фізики (IRF) в Кіруні, статистичні дослідження різних медичних показників жителів міста, що проводилися в IRF протягом багатьох років, не виявили значної кореляції з інтенсивністю полярних сяйв і сонячною активністю.
Іоносферні обурення також «збивають з пантелику» загорізонтниє радари, системи раннього попередження про ракетний напад (що, взагалі кажучи, загрожує глобальною війною!) І системи супутникової навігації, на які зав'язано безліч комерційних застосувань - від буріння нафти до цивільної авіації. Обурення геомагнітного поля біля поверхні Землі генерують індуковані струми в трубопроводах (що призводить до корозії і викликає помилки в діагностиці стану труб), лініях електропередач (виводить з ладу трансформатори) і залізничних шляхах (порушує системи залізничної сигналізації).
Заряджені частинки, що викидаються Сонцем під час подібних бур, викликають пошкодження електронної апаратури космічних апаратів і підвищують загальну дозу радіаційного опромінення для космонавтів на МКС (в 2003 році екіпаж на час сонячної бурі переходив в захищений модуль «Зірка»), а також для екіпажів і пасажирів літаків, що виконують високоширотні рейси, кількість яких за останні 12 років зросла в тисячу разів (у 2000 році трансполярний рейсів було 15, а в 2012 році - вже 14000, оскільки такий маршрут дозволяє економити значну олічество палива).
«Взагалі для цивільної авіації прогноз космічної погоди надзвичайно актуальне, - каже завідувач аналітичним відділом Інституту прикладної геофізики Росгідромету В'ячеслав Буров. - ІКАО, Міжнародна організація цивільної авіації, розглядає можливість переходу до 2020 року на нову технологію ADS-B (Automatic dependent surveillance-broadcast), отримання високоточної аеронавігаційної і погодної інформації безпосередньо пілотами.
Система ADS-B набагато більш вразлива для різних перешкод, викликаних космічною погодою, тому ІКАО планує в найближчому майбутньому оснастити всі цивільні повітряні судна засобами інформування про стан космічної погоди. Крім того, опрацьовується новий регламент - що саме робити пілоту в тому чи іншому випадку. Варіанти є: скажімо, в разі підвищення рівня радіації командир повітряного судна (КВС) може прийняти рішення знизити висоту польоту або навіть зробити посадку. При несприятливих прогнозах космічної (як і звичайної) погоди КВС також може використовувати альтернативні системи навігації або змінити маршрут ».
Попереджений значить озброєний
Хоча космічна погода являє собою досить складний процес взаємодії сонячних фотонів, заряджених частинок, хмар плазми із земною магнітосферою і іоносферою, вчені активно вивчають можливості її прогнозування.
«Дані для цього надходять від безлічі джерел, - пояснює В'ячеслав Буров. - Далекий космічний сегмент - це супутники-близнюки STEREO. Вони забезпечують нас інформацією про те, що відбувається з активними областями Сонця в ті моменти, коли вони знаходяться на невидимій для нас боці світила. Це знаходяться в точці Лагранжа L1 між Землею і Сонцем обсерваторії ACE і SOHO, а також SDO на геостаціонарній орбіті - вони отримують зображення Сонця в різних спектральних діапазонах, а також вимірюють стан міжпланетної середовища. Завдяки цьому можна побачити викиди корональної маси, а також, знаючи конфігурацію магнітних полів в міжпланетному просторі, оцінити ймовірність того, що викид зачепить Землю.
Близький космічний сегмент - це американські геостаціонарні супутники GOES і російський «Електро-Л», що забезпечують нас інформацією про потоках заряджених частинок, рівні рентгенівського випромінювання, магнітних полях і іоносферних збурень.
Наземний сегмент представлений іоносферними зондами для визначення концентрації електронів на різних висотах (наземні антени випромінюють сигнал і приймають відбитий), магнітометрами для вимірювання магнітного поля і ріометрамі, які вимірюють поглинання радіосигналу, що приходить від Сонця в іоносфері. Крім того, можна використовувати радіотомографію атмосфери, вимірюючи прийом сигналу на наземні антени від різних супутників і тим самим оцінюючи товщину і стан іоносфери ».
прогноз
Використовуючи всі ці дані, можна спробувати спрогнозувати подальшу поведінку сонячної бурі. Хоча, звичайно, завдання це дуже непроста і точність сучасних моделей поки що явно недостатня. Проте по рентгенівському зображенню Сонця можна засікти початок спалаху, а по положенню активної області - спробувати оцінити, зачепить викид Землю, за кілька годин (а потім підтвердити це за допомогою SOHO і ACE приблизно за годину). Стан іоносфери, безпосередньо впливає на радіозв'язок, під час серйозної сонячної бурі передбачити майже неможливо - моделі цих процесів дуже зразкові. Величина наведеної ЕРС в лініях електропередач, трубопроводах і залізничних рейках залежить від швидкості зміни зміни магнітного поля, і щоб точніше оцінювати ці величини, потрібно якомога більше наземних станцій і супутників з науковою апаратурою.
Стаття «Гнів Сонця» опублікована в журналі «Популярна механіка» ( №12, Листопад 2013 ).
