Шта је магнетосфера и колико јаке магнетне олује утичу на технологију

Наша Земља јесте Магнет — ово је свима познато. Линије магнетног поља напуштају подручје јужног магнетног пола и улазе у подручје сјеверног магнетног пола. Подсетимо се да се магнетни и географски полови Земље мало разликују — на северној хемисфери, магнетни пол је померен за око 13° према Канади.

Скуп линија сила Земљиног магнетног поља назива се магнетосфера… Земљина магнетосфера није симетрична у односу на магнетну осу планете.

На страни Сунца се привлачи, на супротној страни се издужује. Овај облик магнетосфере одражава сталан утицај сунчевог ветра на њу. Чини се да наелектрисане честице које лете са Сунца "стискују" линије силе магнетно поље, притискајући их на дневној страни и повлачећи их на ноћној страни.

Све док је ситуација на Сунцу мирна, цела ова слика остаје прилично стабилна. Али онда се појавила сунчева светлост.Сунчев ветар се променио – проток његових саставних честица је постао већи, а њихова енергија већа.Притисак на магнетосферу је почео нагло да расте, линије силе на дневној страни почеле су да се приближавају површини Земље, а на ноћној су биле јаче увучене у „реп” магнетосфере. То је магнетна олуја (геомагнетна олуја).

Током сунчевих бакљи, на површини Сунца долази до великих експлозија топле плазме. Током ерупције ослобађа се снажан ток честица које се великом брзином крећу од Сунца до Земље и ремете магнетно поље планете.

соларни ветар

„Компресија“ линија силе означава кретање њихових полова на површини Земље, што значи — промена јачине магнетног поља у било којој тачки на Земљиној кугли... И што је јачи притисак соларног ветра, то је компресија линија поља значајнија, сходно томе, јача је промена јачине поља. Што је јача магнетна олуја.

У исто време, што је ближе региону магнетног пола, више спољних линија поља сусреће површину. А они једноставно доживљавају највећи утицај поремећеног соларног ветра и највише реагују (измештају). То значи да би манифестације магнетних поремећаја требало да буду највеће на геомагнетним половима (односно на високим географским ширинама), а најмање на геомагнетном екватору.

Померање северног магнетног пола од 1831. до 2007. године.

Шта је још описана промена магнетног поља на високим географским ширинама за нас који живимо на површини Земље?

Током магнетне олује, може доћи до нестанка струје, радио комуникација, прекида мреже мобилних оператера и система управљања свемирским летелицама или оштећења сателита.

Магнетна олуја 1989. у Квебеку у Канади изазвала је озбиљне нестанке струје, укључујући пожаре на трансформаторима (погледајте доле за детаље о овом инциденту). 2012. године, јака магнетна олуја је пореметила комуникацију са европским свемирским бродом Венус Екпресс који кружи око Венере.

Да се ​​подсетимо како ради генератор електричне струје… У стационарном магнетном пољу, проводник (ротор) се креће (ротира). Као резултат тога, у истраживачу Појављује се ЕМФ и почиње да тече електрична енергија… Исто ће се десити ако жица мирује и магнетно поље ће се кретати (променити се у времену).

Током магнетне олује долази до промене магнетног поља, а што је ближе магнетном полу (што је геомагнетна ширина већа), то је ова промена јача.

То значи да имамо променљиво магнетно поље. Па, и фиксне жице било које дужине на површини Земље не заузимају. Има далековода, пруге, цевовода... Једном речју, избор је велики. И у сваком проводнику, на основу горе поменутог физичког закона, настаје електрична струја, узрокована варијацијама у геомагнетном пољу. Позваћемо га индукована геомагнетна струја (ИГТ).

Величина индукованих струја зависи од многих услова. Пре свега, наравно, од брзине и јачине промене геомагнетног поља, односно од јачине магнетне олује.

Али чак и током исте олује, различити ефекти се јављају у различитим жицама.Оне зависе од дужине жице и њене оријентације на површини Земље.

Што је жица дужа, то ће бити јача индукована струја… Такође, биће јача што је оријентација жице ближа правцу север-југ. У ствари, у овом случају, варијације магнетног поља на његовим ивицама ће бити највеће и стога ће ЕМФ бити највећа.

Наравно, величина ове струје зависи од неколико других фактора, укључујући проводљивост тла испод жице. Ако је ова проводљивост висока, ИХТ ће бити слабији јер ће већина струје проћи кроз земљу. Ако је мали, вероватна је појава тешке ИХТ.

Не улазећи даље у физику феномена, само напомињемо да су ИХТ главни узрок невоља које магнетне олује изазивају у свакодневном животу.

Пример ванредних ситуација изазваних јаком магнетном олујом и индукованим струјама описаним у литератури

Магнетне олује од 13. до 14. марта 1989. и ванредно стање у Канади

Магнетолози користе неколико метода (званих магнетни индекси) да опишу стање Земљиног магнетног поља. Не улазећи у детаље, само напомињемо да постоји пет таквих индекса (најчешћих).

Свака од њих, наравно, има своје предности и мане и најпогоднија је и најтачнија у описивању одређених ситуација — на пример, узнемирених услова у зони ауроре или, обрнуто, глобалне слике у релативно мирним условима.

Наравно, у систему сваког од ових индекса, сваки геомагнетни феномен карактеришу одређени бројеви — вредности самог индекса за период појаве, због чега је могуће упоредити интензитет геомагнетних поремећаја који су настали. у различитим годинама.

Магнетна олуја од 13. до 14. марта 1989. била је изузетан геомагнетни догађај према прорачунима заснованим на свим системима магнетних индекса.

Према запажањима многих станица, током олује, величина магнетне деклинације (одступање игле компаса од правца ка магнетном полу) у року од 6 дана достиже 10 степени или више. Ово је много, с обзиром да је одступање и од пола степена неприхватљиво за рад многих геофизичких инструмената.

Ова магнетна олуја је била изузетан геомагнетни феномен. Међутим, интересовање за њега тешко да би премашило уски круг стручњака, да није било драматичних догађаја у животу низа региона који су га пратили.

У 07:45 УТЦ 13. марта 1989. високонапонски далеководи од Џејмс Беја (северни Квебек, Канада) до јужног Квебека и северних држава Сједињених Држава, као и мрежа Хидро-Квебек, доживели су јаке индуковане струје.

Ове струје су створиле додатно оптерећење система од 9.450 МВ, што је било превише да се дода корисном оптерећењу од 21.350 МВ у то време. Систем је пао, остављајући 6 милиона становника без струје. Било је потребно 9 сати да се систем врати у нормалан рад. Потрошачи на северу САД су у то време добијали мање од 1.325 МВх електричне енергије.

Од 13. до 14. марта примећени су непријатни ефекти повезани са индукованим геомагнетним струјама и на високонапонским водовима других електроенергетских система: радили су заштитни релеји, отказали енергетски трансформатори, пао напон, забележене су паразитске струје.

Највеће вредности индуковане струје 13. марта забележене су у системима Хидро-Онтарио (80 А) и Лабрадор-Хидро (150 А). Не морате бити стручњак за енергетику да бисте замислили штету која се може нанети било ком електроенергетском систему појавом залуталих струја ове величине.

Све ово је утицало не само на Северну Америку. Сличне појаве су примећене у великом броју скандинавских земаља. Истина је да је њихов ефекат био много слабији због чињенице да је северни део Европе удаљенији од геомагнетног пола него северни део Америке.

Међутим, у 08:24 по средњеевропском времену, шест 130-кВ водова у централној и јужној Шведској забележило је истовремени струјни скок напона, али није дошло до хаварије.

Сви знају шта значи оставити 6 милиона становника без струје 9 сати. Само то би било довољно да скрене пажњу специјалиста и јавности на магнетну олују од 13. до 14. марта. Али њени ефекти нису били ограничени на енергетске системе.

Такође, америчка служба за очување земљишта прима сигнале од бројних аутоматских сензора који се налазе у планинама и прате стање тла, снежни покривач итд. на радију на фреквенцији 41,5 МХз сваког дана.

13. и 14. марта (како се касније испоставило, због суперпозиције зрачења из других извора), ови сигнали су били чудне природе и или се уопште нису могли дешифровати, или су указивали на присуство лавина, поплава, муљних токова и мраз на земљи у исто време...

У САД и Канади је било случајева спонтаног отварања и затварања приватних гаражних врата чије су браве биле подешене на одређену фреквенцију („кључ“), али су биле покренуте хаотичним преклапањем сигнала који су долазили издалека.

Генерисање индукованих струја у цевоводима

Добро је познато колику велику улогу имају цевоводи у савременој индустријској економији. Кроз различите земље пролазе стотине и хиљаде километара металних цеви. Али то су такође проводници и индуковане струје се такође могу јавити у њима. Наравно, у овом случају не могу изгорети трансформатор или релеј, али несумњиво узрокују штету.

Чињеница је да за заштиту од електролитичке корозије сви цевоводи имају негативан потенцијал према земљи од око 850 мВ. Вредност овог потенцијала у сваком систему се одржава константном и контролише.Сматра се да значајна електролитичка корозија почиње када ова вредност падне на 650 мВ.

Према канадским нафтним компанијама, 13. марта 1989. године, заједно са почетком магнетне олује, почели су и настављени оштри скокови потенцијала 14. марта. У овом случају, величина негативног потенцијала за много сати је мања од критичне вредности, а понекад чак и пада на 100-200 мВ.

Већ 1958. и 1972. године, током јаких магнетних олуја, услед индукованих струја, дошло је до озбиљних поремећаја у раду трансатлантског телекомуникационог кабла. Током олује 1989већ је био у функцији нови кабл у коме су се информације преносиле преко оптичког канала (погледајте — Оптички комуникациони системи), па нема прекршаја у преношењу информација.

Међутим, у кабловском електроенергетском систему забележена су три велика напона (300, 450 и 700 В), која су се временски поклопила са јаким променама магнетног поља. Иако ови шиљци нису узроковали квар система, били су довољно велики да представљају озбиљну претњу његовом нормалном раду.

Геомагнетно поље Земље се мења и слаби. Шта то значи?

Земљино магнетно поље не само да се креће дуж површине планете, већ и мења свој интензитет. Током протеклих 150 година ослабио је за око 10%. Истраживачи су открили да се отприлике сваких 500.000 година поларитет магнетних полова мења - северни и јужни пол мењају места. Последњи пут се то догодило пре око милион година.

Наши потомци могу бити сведоци ове конфузије и могућих катастрофа повезаних са преокретом поларитета. Уколико дође до ерупције у тренутку преокрета магнетних полова Сунца, магнетни штит неће моћи да заштити Земљу и доћи ће до нестанка струје и прекида навигационих система широм планете.

Горе наведени примери наводе на размишљање о томе колико озбиљан и вишеструки утицај јаких магнетних олуја може бити на свакодневни живот човечанства.

Све горе наведено је пример много импресивнијег утицаја свемирског времена (укључујући соларне бакље и магнетне олује) од не баш поузданих корелација соларне и магнетне активности са људским здрављем.