Магнитни Бури – Магнитни Бури

Магнитните бури, наричани още геомагнитни бури, са временни силни смущения в магнитното поле на Земята, предизвикани от активността на Слънцето. Те могат да създадат красиви полярни сияния, но също така да нарушат работата на GPS системи, радиокомуникации, спътници и електропреносни мрежи.

Какво представлява магнитната буря

Земята е обградена от магнитно поле, наречено магнитосфера. То действа като защитен щит срещу голяма част от заредените частици и магнитните структури, идващи от Слънцето.

Когато потокът от слънчев вятър внезапно се усили и взаимодейства с магнитосферата, в нея се прехвърля голямо количество енергия. Това предизвиква промени в:

магнитното поле на Земята;
йоносферата;
горните слоеве на атмосферата;
електрическите токове около планетата;
движението на заредените частици в околоземното пространство.

Тази мащабна реакция се нарича геомагнитна или магнитна буря.

Как възникват магнитните бури

1. Изригвания на Слънцето

Слънцето постоянно излъчва поток от заредени частици, известен като слънчев вятър. При по-интензивна слънчева активност могат да възникнат слънчеви изригвания и други внезапни освобождавания на енергия.

2. Коронални изхвърляния на маса

Най-силните магнитни бури обикновено са свързани с кoронални изхвърляния на маса, или CME. При тях от слънчевата корона в космоса се изхвърля огромен облак от плазма и магнитно поле. NOAA посочва, че тези облаци могат да съдържат около милиард тона плазма. Обикновено достигат Земята за няколко дни, макар че при особено мощни събития са наблюдавани времена от около 18 часа.

3. Високоскоростни потоци от коронални дупки

Друг източник са короналните дупки. Това са области в короната на Слънцето, от които слънчевият вятър изтича с по-висока скорост. Когато бързият поток настигне по-бавен слънчев вятър, се образува област на взаимодействие, която може да предизвика продължителна геомагнитна активност.

4. Посоката на магнитното поле

Не всяко слънчево изхвърляне води до силна буря. Важна е ориентацията на магнитното поле в плазмения облак. Ако неговата посока е противоположна на земното магнитно поле, преносът на енергия към магнитосферата е по-ефективен.

Скалата на NOAA за магнитните бури

Националната администрация за океански и атмосферни изследвания на САЩ, NOAA, използва петстепенна скала от G1 до G5.

Ниво	Определение	Възможни ефекти
G1	Слаба	Незначителни колебания в електропреносните мрежи, малки влияния върху спътниците и полярни сияния на високи географски ширини
G2	Умерена	Проблеми с електрическото напрежение във високите ширини, избледняване на високочестотните радиосигнали и промени в орбитите на спътниците
G3	Силна	Корекции в електрическите мрежи, прекъсвания на GPS и радиовръзки, повишено атмосферно съпротивление за спътници в ниска орбита
G4	Тежка	По-широки проблеми с електропреносната система, грешки в навигацията и нарушения на радиокомуникациите
G5	Екстремна	Възможни сериозни проблеми с електрическите мрежи, повреди по трансформатори, продължителни нарушения на GPS и радиокомуникациите

Тези категории са свързани с планетарния индекс Kp. Стойност Kp от 5 или повече се счита за геомагнитна буря: Kp 5 съответства на G1, Kp 6 на G2, Kp 7 на G3, Kp 8 на G4, а Kp 9 на G5.

Как магнитните бури влияят на Земята

Полярни сияния

Най-зрелищният ефект е полярното сияние. То възниква, когато енергични електрони навлизат в горната атмосфера и се сблъскват с атоми и молекули. При тези сблъсъци се отделя светлина.

Цветът зависи от вида на частиците и височината:

зелено: най-често от кислород на около 100 до 250 километра;
червено: от кислород на по-голяма височина;
синьо и виолетово: обикновено от азот.

При силни бури сиянията могат да се виждат много по-далеч от полярните райони. NOAA отбелязва, че при G5 сияние е наблюдавано на геомагнитни ширини, достигащи до Флорида и южен Тексас.

GPS и навигация

Магнитните бури променят плътността и структурата на йоносферата. Това може да наруши преминаването на радиосигналите между спътниците и приемниците на Земята.

Възможните последици включват:

временна загуба на точност;
грешки при геодезически измервания;
проблеми с автономни превозни средства и земеделска техника;
затруднения в авиационната и морската навигация;
неточности в GNSS системите, включително GPS.

При някои приложения грешката може да бъде по-значителна от обичайната, особено когато се използват прецизни координати.

Радиокомуникации

Йоносферните смущения могат да доведат до:

отслабване или прекъсване на високочестотните радиосигнали;
затруднени комуникации по полярни маршрути;
влошаване на радиовръзките между самолети, кораби и наземни станции;
неточности в радионавигационни системи.

Спътници

По време на буря горната атмосфера се нагрява и разширява. Това увеличава атмосферното съпротивление за спътниците в ниска околоземна орбита. В резултат те могат да загубят височина по-бързо, а изчисляването на орбитата им да стане по-трудно.

Заредените частици могат също да предизвикат:

електростатични разряди;
повреди в електронни компоненти;
проблеми с ориентацията;
загуба на комуникация;
временна необходимост от преминаване в безопасен режим.

Електропреносни мрежи

Бързите промени в магнитното поле на Земята могат да индуцират електрически токове в дълги проводници, например електропроводи, железопътни линии и тръбопроводи. Тези токове се наричат геомагнитно индуцирани токове.

Те могат да причинят:

колебания на напрежението;
претоварване на трансформатори;
задействане на защитни устройства;
повреди по електрическата инфраструктура;
регионални прекъсвания на електрозахранването.

На 13 март 1989 г. силна геомагнитна буря причинява деветчасово прекъсване на електрозахранването в Квебек, Канада. NOAA описва и други случаи на нарушения в електропреносни мрежи и трансформатори.

Опасни ли са магнитните бури за хората

За хората на земната повърхност обичайните магнитни бури не представляват пряка опасност. Земната атмосфера и магнитното поле осигуряват значителна защита. Според Геоложката служба на САЩ земното магнитно поле не влияе пряко върху човешкото здраве.

По-голямо внимание е необходимо при:

астронавти извън защитата на земната атмосфера;
космически мисии;
екипажи и пътници в самолети на голяма височина;
полети по високоширотни и полярни маршрути.

При такива условия е възможно увеличено излагане на високоенергийни частици. Рискът е свързан с радиацията, а не с това, че магнитното поле „разболява“ хората.

Често се твърди, че магнитните бури причиняват главоболие, безсъние, промени в кръвното налягане или болки в ставите. Тези твърдения не са надеждно установен медицински факт. При здравословни симптоми е по-разумно да се потърси медицинска причина, вместо автоматично да се обвинява слънчевата активност.

Как се наблюдават и прогнозират

Учените използват данни от:

наземни магнитометри;
спътници за наблюдение на слънчевия вятър;
телескопи, наблюдаващи слънчеви петна и изригвания;
измервания на рентгеново и ултравиолетово излъчване;
индекси като Kp, Ap и Dst.

Прогнозата обикновено се прави на няколко етапа:

Наблюдава се активна област на Слънцето.
Оценява се дали е възникнало изхвърляне на коронална маса.
Изчислява се дали облакът е насочен към Земята.
Спътници преди достигането му до Земята измерват скоростта и магнитното поле на слънчевия вятър.
Издават се предупреждения за очакваното ниво от G1 до G5.

Прогнозата не е напълно точна, защото силата на бурята зависи от вътрешната структура и магнитната ориентация на слънчевия облак, които често не могат да бъдат определени с достатъчна точност предварително.

Какво могат да направят институциите и гражданите

За операторите на инфраструктура

Операторите на електрически мрежи, спътници и комуникационни системи могат да:

намалят натоварването на уязвими компоненти;
променят режима на работа на трансформатори;
отложат чувствителни операции със спътници;
използват резервни комуникационни канали;
проверят навигационните системи;
следят актуалните предупреждения на NOAA и други метеорологични служби.

За обикновените хора

При умерена магнитна буря обикновено не са нужни специални мерки. Практично е да се:

следят официалните предупреждения;
има зареден телефон и резервен източник на електрозахранване;
не се разчита само на GPS при дълги пътувания;
проверяват полетите при пътуване по полярни маршрути;
използват официални прогнози за наблюдение на полярни сияния.

Не е необходимо здрави хора да приемат лекарства или хранителни добавки заради магнитна буря, освен ако това не е препоръчано от лекар по друга причина.

Магнитните бури и слънчевият цикъл

Слънчевата активност се изменя в приблизително 11-годишен цикъл. Около слънчевия максимум броят на слънчевите петна, изригванията и короналните изхвърляния обикновено се увеличава. Това повишава вероятността от геомагнитни бури, макар че силни събития могат да възникнат във всяка фаза на цикъла.

Магнитните бури са естествена част от взаимодействието между Слънцето и Земята. Те напомнят, че космическата среда влияе не само на полярните сияния, но и на технологичната инфраструктура, от която зависи съвременното общество.

Заключение

Магнитните бури са резултат от силни взаимодействия между слънчевия вятър и земната магнитосфера. Повечето от тях са слаби или умерени, но по-мощните могат да нарушат GPS навигацията, радиокомуникациите, работата на спътниците и електропреносните мрежи. За хората на земната повърхност те обикновено не са пряка заплаха, защото атмосферата и магнитното поле осигуряват ефективна защита.

Най-надеждната информация за текущи магнитни бури, полярни сияния и предупреждения идва от официалните служби за космическо време, а не от непроверени календари и медицински твърдения в социалните мрежи.

Магнитни бури: какво представляват, как възникват и как влияят на Земята