Mi a magnetoszféra, és az erős mágneses viharok milyen hatással vannak a technológiára

A mi Földünk az mágnes - ezt mindenki tudja. A mágneses erővonalak elhagyják a déli mágneses pólus területét, és belépnek az északi mágneses pólus területére. Emlékezzünk vissza, hogy a Föld mágneses és földrajzi pólusai kissé eltérnek egymástól – az északi féltekén a mágneses pólus körülbelül 13°-kal el van tolva Kanada felé.

A Föld mágneses mezejének erővonalainak halmazát ún magnetoszféra… A Föld magnetoszférája nem szimmetrikus a bolygó mágneses tengelyével.

A Nap oldalán vonzza, a másik oldalon meghosszabbodik. A magnetoszférának ez az alakja a napszél állandó hatását tükrözi rá. Úgy tűnik, hogy a Napból repülő töltött részecskék "összeszorítják" az erővonalakat mágneses mező, nyomja meg őket a nappali oldalon, és húzza őket az éjszakai oldalon.

Amíg a Nap helyzete nyugodt, ez az összkép meglehetősen stabil marad. De aztán volt napfény.A napszél megváltozott – a benne alkotó részecskék áramlása nagyobb lett, energiájuk pedig nagyobb lett.A magnetoszférára nehezedő nyomás rohamosan növekedni kezdett, a nappali oldali erővonalak közeledni kezdtek a Föld felszínéhez, az éjszakai oldalon pedig erősebben behúzódtak a magnetoszféra „farkába”. Ez mágneses vihar (geomágneses vihar).

A napkitörések során a forró plazma hatalmas robbanásai következnek be a Nap felszínén. A kitörés során erős részecskefolyam szabadul fel, amelyek nagy sebességgel haladnak a Naptól a Föld felé, és megzavarják a bolygó mágneses terét.

napszél

Az erővonalak "összenyomása" pólusaik mozgását jelenti a Föld felszínén, ami azt jelenti: a mágneses tér erősségének változása a földgömb bármely pontján... És minél erősebb a napszél nyomása, annál jelentősebb a térvonalak összenyomódása, ennek megfelelően annál erősebb a térerősség változása. Minél erősebb a mágneses vihar.

Ugyanakkor minél közelebb van a mágneses pólustartományhoz, annál több külső erővonal találkozik a felülettel. És egyszerűen ők tapasztalják a megzavart napszél legnagyobb hatását, és reagálnak (kiszorulnak) a legtöbbet. Ez azt jelenti, hogy a mágneses zavarok megnyilvánulása a geomágneses pólusokon legyen a legnagyobb (azaz a nagy szélességi fokokon), és a legkisebb a geomágneses egyenlítőn.

A mágneses északi pólus eltolódása 1831-ről 2007-re.

Mit jelent még számunkra, a Föld felszínén élők számára a nagy szélességi fokokon a mágneses tér leírt változása?

Mágneses vihar idején áramkimaradás, rádiókommunikáció, mobilszolgáltatói hálózatok és űrhajó-vezérlőrendszerek zavarai, illetve műholdak károsodása következhet be.

Egy 1989-es mágneses vihar a kanadai Quebecben súlyos áramkimaradásokat okozott, beleértve a transzformátortüzeket (az incidens részleteit lásd alább). 2012-ben egy súlyos mágneses vihar megzavarta a kommunikációt a Vénusz körül keringő európai Venus Express űrszondával.

Emlékezzünk vissza hogyan működik az elektromos áramfejlesztő… Álló mágneses térben egy vezető (rotor) mozog (forog). Ennek eredményeként a kutatóban Megjelenik egy EMF és folyni kezd elektromosság… Ugyanez történik, ha a vezeték álló helyzetben van, és a mágneses tér elmozdul (időbeli változás).

Mágneses vihar során a mágneses tér megváltozik, és minél közelebb van a mágneses pólushoz (minél nagyobb a geomágneses szélesség), annál erősebb ez a változás.

Ez azt jelenti, hogy változó mágneses mezőnk van. Nos, és bármilyen hosszúságú rögzített vezetékek a Föld felszínén nem foglalnak el. Vannak villanyvezetékek, vasúti sínek, vezetékek...Egyszóval nagy a választék. És minden vezetőben a fent említett fizikai törvény értelmében elektromos áram keletkezik, amelyet a geomágneses tér változásai okoznak. Majd felhívjuk indukált geomágneses áram (IGT).

Az indukált áramok nagysága számos körülménytől függ. Mindenekelőtt természetesen a geomágneses tér változásának sebességétől és erősségétől, vagyis a mágneses vihar erősségétől.

De még ugyanazon vihar alatt is különböző hatások lépnek fel a különböző vezetékekben.Ezek a vezeték hosszától és a Föld felszínén való tájolásától függenek.

Minél hosszabb a vezeték, annál erősebb lesz indukált áram… Ezenkívül annál erősebb lesz, minél közelebb van a vezeték tájolása az észak-déli irányhoz. Valójában ebben az esetben a mágneses tér változásai a szélein lesznek a legnagyobbak, és ezért az EMF lesz a legnagyobb.

Természetesen ennek az áramnak a nagysága számos más tényezőtől is függ, beleértve a vezeték alatti talaj vezetőképességét. Ha ez a vezetőképesség magas, az IHT gyengébb lesz, mert az áram nagy része a talajon megy keresztül. Ha kicsi, akkor súlyos IHT előfordulása valószínű.

Anélkül, hogy tovább mennénk a jelenség fizikájába, csak annyit jegyzünk meg, hogy az IHT-k a fő okai azoknak a bajoknak, amelyeket a mágneses viharok okoznak a mindennapi életben.

Példa a szakirodalomban leírt, erős mágneses vihar és indukált áramok okozta vészhelyzetekre

Mágneses viharok 1989. március 13-14. és vészhelyzet Kanadában

A magnetológusok számos módszert (az úgynevezett mágneses indexeket) alkalmaznak a Föld mágneses mezejének állapotának leírására. Anélkül, hogy a részletekbe mennénk, csak annyit jegyezünk meg, hogy öt ilyen index létezik (a leggyakoribb).

Természetesen mindegyiknek megvannak a maga előnyei és hátrányai, és a legkényelmesebb és legpontosabb bizonyos helyzetek leírásában - például az aurorazóna izgatott állapota, vagy fordítva, a globális kép viszonylag nyugodt körülmények között.

Természetesen ezen indexek rendszerében minden geomágneses jelenséget bizonyos számok jellemeznek - magának az indexnek az értékei a jelenség időszakára vonatkozóan, ezért össze lehet hasonlítani a fellépő geomágneses zavarok intenzitását. különböző években.

Az 1989. március 13-14-i mágneses vihar az összes mágneses indexrendszeren alapuló számítások szerint kivételes geomágneses esemény volt.

Sok állomás megfigyelései szerint vihar idején a mágneses deklináció (az iránytű tűjének eltérése a mágneses pólus irányától) nagysága 6 napon belül eléri a 10 fokot vagy azt is. Ez sok, tekintve, hogy sok geofizikai műszer működése szempontjából elfogadhatatlan a fél fokos eltérés is.

Ez a mágneses vihar rendkívüli geomágneses jelenség volt. Az érdeklődés azonban aligha haladta volna meg a szűk szakemberi kört, ha nem kísérik számos régió életének drámai eseményeit.

1989. március 13-án 07:45 UTC-kor a James Bay-ből (Észak-Québec, Kanada) Dél-Québecbe és az Egyesült Államok északi államaiba tartó nagyfeszültségű távvezetékeken, valamint a Hydro-Québec hálózaton erős indukált áramok keletkeztek.

Ezek az áramok 9.450 MW további terhelést hoztak létre a rendszeren, ami túl sok volt ahhoz, hogy az akkori 21.350 MW hasznos terhelést hozzá lehessen tenni. A rendszer leállt, így 6 millió lakos maradt áram nélkül. A rendszer normál működésének helyreállítása 9 órát vett igénybe. Az Egyesült Államok északi részén a fogyasztók akkoriban kevesebb mint 1325 MWh áramot kaptak.

Március 13-14-én az indukált geomágneses áramokkal járó kellemetlen hatásokat más villamosenergia-rendszerek nagyfeszültségű vezetékein is megfigyelték: működtek a védőrelék, meghibásodtak a transzformátorok, feszültségesés, élősködő áramok észlelhetők.

A legnagyobb indukált áramértékeket március 13-án a Hydro-Ontario (80 A) és a Labrador-Hydro (150 A) rendszerekben rögzítették. Nem kell energetikai szakértőnek lenni ahhoz, hogy el tudja képzelni, milyen károkat okozhat az ilyen mértékű kóbor áramok megjelenése bármely villamosenergia-rendszerben.

Mindez nemcsak Észak-Amerikát érintette. Hasonló jelenségeket számos skandináv országban figyeltek meg. Igaz, hogy hatásuk jóval gyengébb volt annak köszönhetően, hogy Európa északi része távolabb van a geomágneses pólustól, mint Amerika északi része.

Azonban 08:24-kor közép-európai idő szerint hat 130 kV-os vezeték Svédország középső és déli részén egyidejűleg áram által kiváltott feszültséglökést regisztrált, de nem értek balesetet.

Mindenki tudja, mit jelent 6 millió lakost 9 órán keresztül áram nélkül hagyni. Ez önmagában elég lenne ahhoz, hogy felhívja a szakemberek és a lakosság figyelmét a március 13-14-i mágneses viharra. De hatásai nem korlátozódtak az energiarendszerekre.

Ezenkívül az Egyesült Államok Talajvédelmi Szolgálata számos, a hegyekben elhelyezett automatikus érzékelőtől kap jeleket, amelyek figyelik a talajviszonyokat, a hótakarót stb. a rádióban minden nap 41,5 MHz-en.

Március 13-án és 14-én (mint később kiderült, más forrásokból származó sugárzás szuperpozíciója miatt) ezek a jelek furcsa természetűek voltak, és vagy egyáltalán nem tudták megfejteni, vagy lavinák, áradások, sárfolyások jelenlétét jelezték. ugyanakkor fagy a földön...

Az Egyesült Államokban és Kanadában előfordultak olyan magángarázskapuk spontán kinyitása és bezárása, amelyek zárait egy bizonyos frekvenciára („kulcs”) hangolták, de a messziről érkező jelek kaotikus átfedése váltotta ki.

Indukált áramok generálása csővezetékekben

Köztudott, hogy a csővezetékek milyen nagy szerepet játszanak a modern ipari gazdaságban. Több száz és ezer kilométer hosszú fémcsövek haladnak át különböző országokon. De ezek is vezetők, és indukált áramok is előfordulhatnak bennük. Természetesen ebben az esetben nem tudnak kiégetni egy transzformátort vagy relét, de kétségtelenül kárt okoznak.

Az a tény, hogy az elektrolitikus korrózió elleni védelem érdekében minden csővezetéknek körülbelül 850 mV negatív földpotenciálja van. Ennek a potenciálnak az értékét minden rendszerben állandóan tartják és szabályozzák, jelentős elektrolitikus korrózió akkor kezdődik, amikor ez az érték 650 mV-ra csökken.

A kanadai olajtársaságok szerint 1989. március 13-án, a mágneses vihar kitörésével együtt, éles potenciálkiugrások kezdődtek, és március 14-én folytatódtak. Ebben az esetben a negatív potenciál nagysága sok órán keresztül kisebb, mint a kritikus érték, sőt néha 100-200 mV-ra is csökken.

Már 1958-ban és 1972-ben, erős mágneses viharok idején, az indukált áramok miatt komoly zavarok léptek fel a transzatlanti távközlési kábel működésében. Az 1989-es vihar idejénmár működött egy új kábel, amelyben optikai csatornán továbbították az információkat (lásd - Optikai kommunikációs rendszerek), így az információtovábbítás során nem történt jogsértés.

A kábelhálózatban azonban három nagy feszültségcsúcsot (300, 450 és 700 V) rögzítettek, amelyek időben egybeestek a mágneses tér erős változásaival. Bár ezek a tüskék nem okoztak hibás működést a rendszerben, elég nagyok voltak ahhoz, hogy komoly veszélyt jelentsenek a normál működésére.

A Föld geomágneses tere változik és gyengül. Mit jelent?

A Föld mágneses tere nemcsak a bolygó felszínén mozog, hanem annak intenzitását is megváltoztatja. Az elmúlt 150 év során mintegy 10%-kal gyengült. A kutatók azt találták, hogy körülbelül 500 000 évente egyszer megváltozik a mágneses pólusok polaritása – az északi és a déli pólusok helyet cserélnek. Utoljára körülbelül egymillió éve történt ilyesmi.

Leszármazottaink szemtanúi lehetnek ennek a zűrzavarnak és a polaritás felcserélésével összefüggő esetleges katasztrófáknak. Ha a Nap mágneses pólusainak megfordulásakor kitörés történik, akkor a mágneses pajzs nem tudja megvédeni a Földet, és áramkimaradás és a navigációs rendszerek megszakadása lesz az egész bolygón.

A fenti példák elgondolkodtatnak azon, hogy az erős mágneses viharok milyen súlyos és sokrétű hatást gyakorolhatnak az emberiség mindennapi életére.

A fentiek mindegyike az űridőjárás sokkal lenyűgözőbb hatásának példája (beleértve a napkitöréseket és a mágneses viharokat is), mint a nap- és mágneses aktivitás és az emberi egészség nem túl megbízható összefüggései.