Что такое магнитные бури?

( Наука@Science_Newworld).

Астроном Владимир кузнецов о выбросах энергии солнца, полярном сиянии и возможностях прогнозирования магнитных бурь.

Земля имеет магнитное поле, которое защищает ее от радиации солнца и дальнего космоса. Это поле называют магнитным щитом. Щит обеспечивает существование биосферы и жизни на Земле. Те планеты, где нет магнитного поля, считаются мертвыми по сравнению с землей, несмотря на то что там могут присутствовать признаки жизни
. Время от времени на солнце происходят активные явления: выбросы массы, вспышки, ударные волны. Эти явления приводят к возникновению энергетических частиц, которые разлетаются от солнца во все стороны, в том числе в направлении земли, и попадают в магнитосферу. Когда ударная волна, которая возникает перед выбросом массы, сталкивается с магнитосферой, магнитное поле земли начинает возмущаться, колебаться, дрожать. Этот процесс и называется магнитной бурей. Магнитные бури носят планетарный характер и оказывают глобальное воздействие на землю и околоземное пространство. Во время бури возмущается все магнитное поле земли. Эти возмущения к разным явлениям приводят. Все слои земной атмосферы, ионосфера, плазмосфера, магнитосфера подвергаются изменениям. Потоки энергичных частиц и токи возникают.

Индукционный эффект магнитной бури отражается и на поверхности земли, затрагивает протяженные проводящие системы: линии электропередач, трубопроводы и прочее. Это может приводить к катастрофам. Одна из таких катастроф произошла в марте 1989 года, когда в канадской провинции Квебек, включая столицу Оттаву, из-за наведенных магнитной бурей электрических токов в энергосистеме провинции перегорели трансформаторы. Атмосфера земли нагрелась, разбухла, поднялась вверх. Низколетящие спутники изменили орбиты, некоторые из них были потеряны. Впоследствии их пришлось искать и восстанавливать группировку. Магнитная буря обычно от нескольких часов до суток длится. В случае с Квебеком буря продлилась 9 часов.

Другие явления, которые возникают из-за магнитных бурь, - это полярные сияния. На полюсах магнитное поле входит в землю в виде открытых силовых линий. Магнитный щит земли не пропускает энергетические частицы и защищает землю, запрещая частицам перемещаться поперек поля. Но энергетические частицы могут проникать на магнитных полюсах. Вторгаясь в атмосферу, они взаимодействуют с атомами атмосферы и создают красочное свечение, которое мы называем полярным сиянием.
Активность солнца испытывает 11-летний цикл. Это значит, что от минимума до минимума, от максимума до максимума активности проходит примерно 11 лет. Максимумы активности бывают низкими и высокими. В случае если максимум цикла высокий, то на солнце происходят вспышки и выбросы массы. В конце ноября 2003 года на солнце возникла мощная, активная область, которая проходила по диску солнца в течение двух недель. Она дала серию вспышек и выбросов массы, которые привели к мощным магнитным бурям на земле и повышенной геомагнитной активности в течение целой недели. Такие экстремальные события случаются редко, примерно раз в 50 лет, и они могут приводить к катастрофам, подобным той, что возникла в Квебеке.

Значение магнитных бурь с годами из-за разрастания техносферы земли увеличивается. Раньше человечество наблюдало только полярные сияния, самое мощное из которых было зарегистрировано в 1859 году. Английский астроном Ричард кэррингтон наблюдал на солнце мощнейшую за всю историю наблюдений вспышку, с которой были связаны полярные сияния практически на всей территории земли, в том числе и на экваторе. В 1859 году у земли не было такой обширной техносферы, спутников, линий электропередач, поэтому эти явления не ощущались так ясно. Но в 1989 году, когда человечество уже запустило спутники, разработало протяженные линии электропередач и трубопроводы, магнитная буря стала очень значимой и сильно отразилась на энергосистеме Квебека.
Техносфера земли расширяется. Практически все современные технологии - GPS, глонасс и прочие - являются спутниковыми, а спутники сильно подвержены воздействию активности солнца. Электроника может выходить из строя за счет воздействия энергичных частиц. И чем больше мы внедряем спутниковые технологии и чем протяженнее мы делаем линии электропередач, тем более ощутимы для земли магнитные бури. Индукционный эффект бури зависит от размера этих систем. Это говорит о том, что при разработке, создании спутниковых систем и расширении техносферы нужно учитывать факторы, которые раньше не принимались во внимание. С другой стороны, нужно наблюдать активность солнца и связанную с ним геомагнитную возмущенность на земле.
Другой аспект влияния магнитных бурь связан с тем, что во время бури изменяется среда, нагревается атмосфера, и это может приводить к изменению давления в атмосфере земли. Эти изменения, как считают медики, могут влиять на состояние здоровья людей, у которых ослаблена адаптация. Статистика показывает, что во время магнитных бурь количество вызовов скорой помощи из-за ухудшения самочувствия людей с сердечно-сосудистыми заболеваниями увеличивается примерно на 20%. При этом сами возмущения магнитного поля, которые происходят на земле, ничтожны относительно самого поля. Чаще всего они примерно 1/300-1/1000 часть от самого поля составляют. Но эффект планетарный характер носит. В мозге человека есть резонансы, которые совпадают с резонансами ионосферы, - примерно 10 гц. В человеческом сердце также есть резонансы, совпадающие с резонансами магнитосферы, - примерно 1 гц. Таким образом, если резонансные области ионосферы и магнитосферы возбуждены и в них повышается плотность электромагнитного излучения, то это может оказывать влияние на состояние здоровья больных людей. Эти взаимосвязи сейчас активно исследуются медиками и биофизиками.

На современном этапе астрономы изучают возможности прогнозирования космической погоды и всей совокупности явлений, которые происходят в системе солнце - земля. Для прогнозирования погоды надо иметь информацию о солнце, его активных областях, их магнитной конфигурации и возможности возникновения вспышек и выбросов. Лишь в том случае, если выброс уже произошел, то он летит до земли от двух до трех суток в зависимости от скорости. За это время можно понять, какой это выброс, в какой части солнца он произошел, и предсказать его эффект. Как правило, наиболее геоэффективной является правая часть солнца.
Магнитная ось земли наклонена по отношению к оси вращения. Во многом эффект магнитных бурь зависит от мощности и скорости выброса массы, а также от ориентации этой оси по отношению к направлению выброса в момент столкновения земли с плазменным облаком. Магнитная ось наклонена к оси вращения примерно на 11 градусов. Она может быть обращена к солнцу или в противоположную сторону от солнца при столкновении плазменного облака с магнитосферой земли. Космические явления не бывают одинаковыми, выбросы массы из солнца происходят случайно, у них разная амплитуда и скорость. Поэтому явления космической погоды редко совпадают, их трудно предсказать с большой вероятностью. Тем не менее некоторые прогнозы осуществимы вполне. Ими сейчас активно пользуются при запусках космических аппаратов и управлении космическими полетами.

Владимир кузнецов.
Доктор физико-математических наук, директор института земного магнетизма, ионосферы и распространения радиоволн ран, действительный член международной академии астронавтики.