Geomagneettinen myrsky

Kokeneet kirjoittajat eivät ole vielä tarkistaneet sivun nykyistä versiota, ja se voi poiketa merkittävästi 21. kesäkuuta 2022 tarkistetusta versiosta . tarkastukset vaativat 6 muokkausta .

Geomagneettinen myrsky  on geomagneettisen kentän häiriö, joka kestää useista tunteista useisiin päiviin.

Alimyrskyjen ohella geomagneettiset myrskyt ovat yksi geomagneettisen toiminnan tyypeistä . Ne johtuvat häiriintyneiden aurinkotuulivirtojen saapumisesta Maan läheisyyteen ja niiden vuorovaikutuksesta Maan magnetosfäärin kanssa . Geomagneettiset myrskyt ovat ilmentymä maapallon rengasvirran vahvistumisesta , joka on jatkuvasti olemassaMaan säteilyvyöhykkeiden alueella . Tämä ilmiö on yksi aurinko-maan fysiikan tärkeimmistä elementeistä ja sen käytännön osa, jota yleensä kutsutaan termillä " avaruussää ".

Geomagneettisten myrskyjen voimakkuus

Geomagneettisilla myrskyillä on aika-epäsymmetrinen kehitys: häiriön kasvuvaihe (myrskyn päävaihe) on keskimäärin noin 7 tuntia ja alkutilaan paluuvaihe (palautumisvaihe) noin 3 päivää.

Geomagneettisen myrskyn voimakkuutta kuvataan yleensä indekseillä Dst [1] ja Kp [2] . Myrskyn voimakkuuden kasvaessa Dst-indeksi laskee. Näin ollen kohtalaisille myrskyille on ominaista Dst välillä -50 - -100 nT , voimakkaille -100 - -200 nT ja äärimmäisille myrskyille, jotka ovat yli -200 nT.

SYM-H-indeksi, kuten Dst, on rengasvirran symmetrisen intensiteetin mitta, mutta se lasketaan korkeammalla ajallisella resoluutiolla 1 minuutti Dst:lle käytetyn 1 tunnin sijaan [3] .

Magneettisen myrskyn aikana magneettikentän häiriöiden arvo Maan pinnalla on alle tai noin 1 % paikallaan pysyvästä geomagneettisesta kentästä , koska jälkimmäinen vaihtelee 0,34 Oe :stä päiväntasaajalla 0,66 Oe:een Maan navoissa, eli , suunnilleen yhtä suuri kuin (30-70)⋅10 -6 Tl.

Kohtalaisten ja voimakkaiden myrskyjen esiintymistiheydellä maapallolla on selvä korrelaatio auringon aktiivisuuden 11 vuoden syklin kanssa: keskimäärin noin 30 myrskyä vuodessa niiden lukumäärä voi olla 1-2 myrskyä vuodessa lähellä auringon minimiä. ja saavuttaa 50 myrskyä vuodessa lähellä auringon maksimitasoa. Tämä tarkoittaa, että aurinkomaksimivuosina, jopa 50 % vuoden ajasta, ihmiskunta elää kohtalaisten ja voimakkaiden myrskyjen olosuhteissa ja 75-vuotisen elämänsä aikana keskimääräinen ihminen elää kohtalaisten ja voimakkaiden myrskyjen olosuhteissa. yhteensä 2250 myrskyä eli noin 15 vuotta.

Geomagneettisten myrskyjen intensiteetin jakauma on voimakkaasti laskeva luonne korkean intensiteetin alueella, ja siksi erittäin voimakkaita magneettimyrskyjä on niiden mittaushistoriassa ollut suhteellisen vähän.

Voimakkain geomagneettinen myrsky koko havaintohistorian aikana oli vuoden 1859 geomagneettinen myrsky (Dst = −1760 nT) tai ”Carrington-tapahtuma” (vuonna 2006 myrskyn Dst:ksi arvioitiin −850 nT ja vuonna 2011 klo. −1050 nT [4] ) .

1900-luvun viimeisten 25 vuoden aikana (1976–2000) rekisteröitiin 798 magneettista myrskyä, joiden Dst oli alle –50 nT, ja viimeisen 55 vuoden aikana (1. tammikuuta 1957 - 25. syyskuuta 2011) voimakkaimmat myrskyt Dst. alle −400 nT tapahtui 13. toukokuuta 1921 (Dst = −907±132 nT) [5] , 13. syyskuuta 1957 (Dst = −427 nT) [6] , 11. helmikuuta 1958 ( Dst = −426 nT) [7] , 15. heinäkuuta 1959 (−429 nT), 13. maaliskuuta 1989 (−589 nT tai −565 nT [4] ) ja 20. marraskuuta 2003 (−490 nT [3] tai − 533 nT [4] ).

Tärkeä kysymys on edelleen kysymys maan voimakkaimpien magneettisten myrskyjen esiintymistiheydestä. Koska äärimmäisiä magneettimyrskyjä oli vähän, ei ole mahdollista luotettavasti laskea myrskyjen jakautumisfunktiota niiden voimakkuuden mukaan suurten myrskyjen alueella (Dst < -200 nT). Siksi jakautumisfunktio määritetään ensin alueella, jossa mittausten määrä on riittävä, ja sitten tuloksena saatu funktio ekstrapoloidaan äärimmäisten myrskyjen alueelle. Tällä tavalla saadut arviot osoittavat, että vuoden 1989 tapahtumatyypin magneettimyrskyjä (Dst = -589 nT) havaitaan keskimäärin kerran 25 vuodessa, kun taas vuoden 1859 tapahtumatyypin magneettimyrskyjä (Dst ≈ -1700 nT) ei enää havaita . kuin kerran 500 vuodessa [8] .

Magneettisten myrskyjen luokitus

K-indeksi  on Maan magneettikentän poikkeama normista kolmen tunnin aikana. Indeksin otti käyttöön Julius Bartels vuonna 1938, ja se edustaa arvoja 0-9 jokaiselle maailmanajan kolmen tunnin välein (0-3, 3-6, 6-9 jne.).

Kp-indeksi on planeettaindeksi. Kp lasketaan K-indeksien keskiarvona, joka on määritetty 13 geomagneettisessa observatoriossa, jotka sijaitsevat 44–60 asteen pohjoisen ja etelän geomagneettisen leveysasteen välillä. Sen alue on myös 0-9.

G-indeksi on viiden pisteen asteikko magneettimyrskyjen voimakkuudelle, jonka Yhdysvaltain kansallinen meri- ja ilmakehähallinto (NOAA) otti käyttöön marraskuussa 1999. G-indeksi kuvaa geomagneettisen myrskyn voimakkuutta maapallon magneettikentän vaihteluiden vaikutuksena ihmisiin, eläimiin, sähkötekniikkaan, viestintään, navigointiin jne. Tämän asteikon mukaan magneettiset myrskyt jaetaan tasoihin G1:stä alkaen. (heikko myrsky) G5:lle (erittäin voimakkaat myrskyt). G-indeksi vastaa arvoa Kp miinus 4; eli G1 vastaa arvoa Kp = 5, G2 - Kp = 6, G5 - Kp = 9.

Geomagneettisten myrskyjen ennuste

Geomagneettisen toiminnan yhteys Auringon ilmiöihin

Alkaen Richard Carringtonin tutkimuksesta , joka havaitsi vuonna 1859 auringonpurkausta ja voimakkaan geomagneettisen myrskyn , joka tapahtui muutama tunti myöhemmin maan päällä . Auringon ja geomagneettisen aktiivisuuden vertailu johti tieteellisen näkökulman muodostumiseen, että aurinkosoihdut ovat geomagneettisten myrskyjen lähteet. Tämä näkökulma pysyi muuttumattomana 1980-luvulle asti. Avaruusajan alkaessa saataville tulivat Auringon havainnot maan ulkopuolisen tähtitieteen avulla sekä aurinkotuulen ja planeettojen välisen magneettikentän parametrien suorista mittauksista. Tämä johti uuden tyyppisen voimakkaan aurinkohäiriön, koronaalisen massapoiston (CME) löytämiseen. Nykyaikaisten näkemysten mukaan geomagneettisten myrskyjen välitön syy on Maan kiertoradalla häiriintyneet aurinkotuulivirrat , jotka sisältävät geomagneettisen myrskyn synnyttämiseen tarvittavan planeettojen välisen magneettikentän suunnan. Näiden virtojen lähteet ovat puolestaan ​​​​koronaaliset massapurkaukset ja koronareiät [9] .

Joskus voimakkaisiin auringon häiriöihin liittyy sekä voimakkaita röntgensäteitä että suuria koronaalisen massapurkauksia, jotka lähes yhtyvät ajallisesti [10] , joten nykyään on kannattajia näkemykselle, jonka mukaan sekä soihdut että koronaaliset massapurkaukset ovat eri ilmenemismuotoja. yksi ilmiö niiden takana [11] . Toinen näkökulma on se, että eri auringon häiriöillä on sama energialähde, joten jos energialähteen teho riittää useamman kuin yhden ilmiön kehittymiseen, niin eri ilmiöitä voidaan havaita ajallisesti ja avaruudessa lähekkäin, mutta niiden välillä on ero.vain tilastollinen (mutta ei fyysinen) suhde [12] [13] . Jälkimmäisen näkökulman mukaan luotettavan geomagneettisen myrskyn ennusteen tulisi perustua fyysisesti toisiinsa liittyviin ilmiöihin, eli koronaalisiin massapurkauksiin, ei auringonpurkausihin [14] .

Magneettisten myrskyjen lisäksi, jotka liittyvät korkeaan auringon aktiivisuuteen (koronaalisten massapurkausten kanssa - CME), havaitaan usein kohtalaisia ​​magneettisia myrskyjä, joita esiintyy aikoina, jolloin Auringossa ei ole aktiivisia prosesseja. Tällaisia ​​myrskyjä havaitaan pääasiassa auringon aktiivisuussyklin minimijaksojen aikana, ja ne toistuvat usein 27 päivän auringon kiertojaksolla (siksi niitä kutsutaan usein toistuviksi magneettisiksi myrskyiksi). Tällaisten myrskyjen alkuperä oli pitkään melko mystinen ja käsittämätön, joten niiden lähdettä Auringossa kutsuttiin pitkään "M-alueeksi" [15] . Nyt on todettu, että tällaisten myrskyjen lähde Auringossa on koronaalireikä, joka aurinkotuulen nopean virtauksen lähteenä johtaa nopean virtauksen vuorovaikutukseen hitaan virtauksen kanssa ja myrskyn muodostumiseen. pakkausalue (kutsutaan englanninkielisessä kirjallisuudessa Corotating Interaction Region - CIR). Kompression ja plasman liikkeen suunnan muutoksen vuoksi CIR-kompressio-alueella voi muodostua planeettojen välisen magneettikentän geotehokas komponentti, joka johtaa geomagneettisen toiminnan virittymiseen, mukaan lukien magneettiset myrskyt ja alimyrskyt [16] . Koronaalisia reikiä voi esiintyä Auringossa jopa useiden kuukausien ajan, ja siksi magneettinen aktiivisuus Maan päällä toistuu Auringon pyörimisjakson myötä.

Viimeaikaisten havaintojen mukaan koronaalisten massapurkausten (CME) ja koronareikien (CIR) synnyttämät magneettimyrskyt eroavat toisistaan ​​paitsi alkuperänsä, myös kehityksen luonteensa ja ominaisuuksiensa osalta [17] [18] .

Geomagneettisen aktiivisuuden ennustamisen tyypit ja menetelmät

Geomagneettisen toiminnan tieteellinen ennuste perustuu teleskooppien ja satelliittien tietoihin . Ennusteet jaetaan toimitusajasta riippuen yleensä 27-45 päivän, 7 päivän, 2 päivän ja 1 tunnin ennusteisiin [19] .

27–45 päivän ennuste perustuu tämänhetkisiin Auringon havaintoihin ja ennustaa geomagneettisen toiminnan häiriöitä, jotka liittyvät toistuviin - eli 27 päivän taajuuksiin, jotka ovat suunnilleen yhtä suuria kuin Auringon kiertoaika akselinsa ympäri. aktiivisia prosesseja auringossa.

7 päivän ennuste perustuu tämänhetkisiin havaintoihin aktiivisista alueista lähellä Auringon itärajaa ja ennustaa geomagneettisen aktiivisuuden häiriöitä, jotka liittyvät näiden aktiivisten alueiden liikkumiseen kohti aurinko-maa-linjaa (eli kohti keskimeridiaania) jälkeen. aika, joka on suunnilleen yhtä suuri kuin neljännes auringon kierrosjaksosta.

Kahden päivän ennuste perustuu nykyisiin havaintoihin aktiivisista prosesseista lähellä Auringon keskimeridiaania ja ennustaa näihin prosesseihin liittyviä geomagneettisen aktiivisuuden häiriöitä ajankohdan jälkeen, joka on lähellä häiriötekijöiden leviämisaikoja Auringosta Maahan . aurinkotuuli (1,5–5 päivää) ja auringon kosmiset säteet (useita tunteja).

1 tunnin ennuste perustuu suoriin aurinkotuulen plasmaparametrien mittauksiin avaruusaluksilla, jotka sijaitsevat pääsääntöisesti etummaisessa libraatiopisteessä L1 1,5 miljoonan kilometrin etäisyydellä Maasta, lähellä aurinko-maa-linjaa.

Kahden päivän ja 1 tunnin ennusteen luotettavuus on noin 30-50 % ja 95 % [20] . Muut ennusteet ovat luonteeltaan vain yleistietoisia ja niillä on rajoitetusti käytännön käyttöä.

Seuraukset

8-12 minuutissa suurten ja äärimmäisten auringonpurkausten jälkeen korkeaenergiset protonit (yli 10 MeV ) saavuttavat maan , tai kuten niitä kutsutaan myös auringon kosmisiksi säteiksi (SCR).

Vaikutus tekniikkaan

Säteilymyrskyt (tämä on laaja kirjo auringon säteilyaaltoja, jotka eivät välttämättä liity radioaktiivisuuteen) voivat aiheuttaa häiriöitä tai vaurioita avaruusalusten laitteissa, estää elektroniset laitteet maapallolla ja johtaa astronautien, matkustajien ja suihkukoneiden miehistön säteilyaltistukseen. Auringon säteilyaaltojen virtauksen voimistaminen ja aaltojen saapuminen Auringon koronaalisista ejektioista Maahan aiheuttavat voimakkaita heilahteluja Maan geomagneettisessa kentässä - syntyy geomagneettisia myrskyjä. Geomagneettiset myrskyt ovat yksi avaruussään tärkeimmistä elementeistä ja vaikuttavat viestintähäiriöihin, avaruusalusten navigointijärjestelmiin, pyörteiden esiintymiseen muuntajissa ja putkistoissa ja jopa energiajärjestelmien tuhoutumiseen. Energiajärjestelmien tuhoutuminen voi puolestaan ​​johtaa pumppausasemien ja vesihuollon sulkemiseen kaupungeissa, mikä voi aiheuttaa useita humanitaarisia katastrofeja . Pieniä määriä vesihuolto pelastus- ja hätäpalveluiden avulla johtaa vesijonoihin, väkivallanpurkaukset ja jopa murhat ovat mahdollisia tänä aikana (kuten Intian juomaveden yhteydessä havaittiin).

Vaikutukset ihmisiin ja muihin organismeihin

Hypoteesi magneettimyrskyjen vaikutuksesta ihmisten terveyteen sai alkunsa Venäjältä, ensimmäisen kerran sen totesi Alexander Chizhevsky [21]  (eng.) . Hänen vuonna 1928 esiin tuoma kysymys auringon aktiivisuuden vaikutuksesta onnettomuuksien, vammojen esiintymiseen liikenteessä ja tuotannossa herätti aikoinaan kiivasta keskustelua.

Maailman tiedeyhteisössä ei ole yksimielisyyttä magneettimyrskyjen vaikutuksista ihmisten terveyteen ja hyvinvointiin. Huolimatta siitä, että useat tieteelliset julkaisut raportoivat tällaisen vaikutuksen löytyneen [22] , tällaisissa tutkimuksissa käytetään usein käsitteitä ja menetelmiä, jotka tunnustetaan osittain tai kokonaan pseudotieteellisiksi .

US Geological Survey -sivuston mukaan terveysriskejä magneettimyrskyjen aikana voi esiintyä lentäjille ja astronauteille vain korkeissa korkeuksissa ja säteilyaltistuksen vuoksi, ei magneettikentästä [23] .

Biofysiikan osaa, joka tutkii Auringon toiminnan muutosten ja sen aiheuttamien häiriöiden vaikutusta maan magnetosfääriin maaeliöihin, kutsutaan heliobiologiaksi .

Osittain tai kokonaan tunnustettujen julkaisujen mukaan stressireaktion alkamishetki voi siirtyä myrskyn puhkeamisen suhteen eri ajanjaksoilla eri myrskyillä ja tietyllä henkilöllä. Jotkut ihmiset alkavat reagoida magneettisiin myrskyihin 1-2 päivää ennen niitä, eli itse Auringon soihdutushetkellä, itse asiassa reagoimalla aurinkomyrskyihin [22] . Tämä ilmiö kantaa epävirallista lääketieteellistä termiä meteorologinen riippuvuus .

Katso myös

Muistiinpanot

  1. ↑ Dst reaaliajassa . Haettu 3. marraskuuta 2010. Arkistoitu alkuperäisestä 23. marraskuuta 2010.
  2. ↑ Geomagneettinen myrsky (magneettinen myrsky): Maantieteen instituutti RAS . Haettu 10. syyskuuta 2011. Arkistoitu alkuperäisestä 27. syyskuuta 2011.
  3. ↑ 1 2 Gurbax S. Lakhina, Bruce T. Tsurutani . Geomagneettiset myrskyt: historiallinen näkökulma moderniin näkymään Arkistoitu 7. marraskuuta 2021 Wayback Machinessa // Geoscience Letters, nide 3, artikkelinumero: 5, 20. helmikuuta 2016
  4. ↑ 1 2 3 Rakkaus, Jeffrey J. (2021). "Äärimmäisten tapahtumien magneettisen myrskyn todennäköisyydet, jotka on johdettu historiallisten Dst-intensiteettien järjestystilastoista aurinkojaksoille 14-24". avaruuden sää . 19 (4). Bibcode : 2021SpWea..1902579L . DOI : 10.1029/2020SW002579 .
  5. ↑ Jeffrey J. Love; Hisashi Hayakawa; Edward W. Cliver (2019). "Toukokuun 1921 New York Railroad -supermyrskyn voimakkuus ja vaikutus". avaruuden sää . 17 (8): 1281-1292. Bibcode : 2019SpWea..17.1281L . DOI : 10.1029/2019SW002250 .
  6. ↑ Dst-indeksi syyskuussa 1957 . Haettu 25. syyskuuta 2011. Arkistoitu alkuperäisestä 4. maaliskuuta 2016.
  7. ↑ Dst-indeksi helmikuussa 1958 . Käyttöpäivä: 24. syyskuuta 2011. Arkistoitu alkuperäisestä 4. maaliskuuta 2016.
  8. ↑ Yermolaev YI, Lodkina IG, Nikolaeva NS, Yermolaev MY Äärimmäisten magneettisten myrskyjen esiintymisnopeus Arkistoitu 27. marraskuuta 2015 Wayback Machinessa // J. Geophys. Res. avaruusfysiikka. 2013, 118, 4760-4765, doi:10.1002/jgra.50467
  9. ↑ Schwenn, R. Avaruussää: aurinkoperspektiivi   // Auringon fysiikka. – 2010.
  10. ↑ Švestka, Z. Koronaalisten massapurkausten lajikkeet ja niiden suhde soihduksiin  // Space Sci. Rev.. - 2001. - T. 95 . - S. 135-146 .
  11. ↑ Harrison, R. A. Sohon havainnot, jotka liittyvät soihdutusten ja koronaalisten massapurkausten väliseen yhteyteen  // Adv. space res. - 2003. - T. 32 . - S. 2425-2437 .
  12. ↑ Yashiro, S. et ai.,. Koronaalimassan ulostyöntöjen näkyvyys soihdun sijainnin ja voimakkuuden funktiona  // J. Geophys. Res.,. - 2005. - T. 110 . Arkistoitu alkuperäisestä 24. lokakuuta 2011.
  13. ↑ Wang, Y. et ai.,. Tilastollinen tutkimus koronaalisten massapoistolähteiden paikoista: Understanding CMEs viewed in coronagraphs,  // J. Geophys. Res.,. - 2011. - T. 116 . - S. A04104 .
  14. ↑ Ermolaev Yu. I., Ermolaev M. Yu. Riippuuko geomagneettisen myrskyn voimakkuus auringonpurkausluokasta? // Avaruustutkimus. - 2009. - T. 47 , nro 6 . - S. 495-500 .
  15. ↑ Bartels, J., . Maamagneettinen aktiivisuus ja sen suhteet auringon ilmiöihin, Terr. Magn. Atmos. sähkö.,. - 1932. - T. 37 . - S. 1-52 .
  16. ↑ Crooker, N.U. ja E.W. Cliver,. Postmoderni näkymä M-alueille,  // J. Geophys. Res.,. - 1994. - T. 99 , nro A12 . - S. 23383-23390 .
  17. ↑ Borovsky JE ja Denton MH,. Erot CME-vetoisten myrskyjen ja CIR-ohjattujen myrskyjen välillä, // J. Geophys. Res.,. - 2006. - T. 111 . — C. A07S08 .
  18. ↑ Yermolaev Yu.I., NS Nikolaeva IG Lodkina, M.Yu. Jermolaev. Erityiset planeettojen väliset olosuhteet CIR-, vaippa- ja ICME-indusoiduille geomagneettisille myrskyille, jotka on saatu kaksoissuperponoidulla aikakausianalyysillä  // Annales Geophysicae. - 2010. - T. 28 , nro 12 . - S. 2177-2186 .
  19. ↑ Petrukovitš A.A. Onko avaruussää ennustettavissa?  // Kosmonautiikan uutisia. - 2005. - Nro 3 .
  20. ↑ Ermolaev Yu.I. “ALL FURIOUS STORM, KAIKKI LISÄÄ JA LISÄÄ VIHAA…”  // RFBR. – 2005.
  21. ↑ Kansallinen lääketieteen kirjasto. Välittyvätkö geomagneettisten myrskyjen stressireaktiot kryptokromikompassijärjestelmän avulla?
  22. ↑ 1 2 Dmitrieva IV , Obridko VN , Ragul'skaia MV , Reznikov AE , Khabarova OV Ihmiskehon vaste auringon aktiivisuuden vaihteluihin liittyviin tekijöihin.  // Biofysiikka. - 2001. - syyskuu ( osa 46 , nro 5 ). - S. 940-945 . — PMID 11605402 .
  23. ↑ Yhdysvaltain geologinen tutkimuslaitos. Mitkä ovat magneettimyrskyjen vaarat?

Kirjallisuus

Linkit

ja SINP MSU:n sähkömagneettisten prosessien ja atomiytimien vuorovaikutuksen laitos

  Siirry Wikidata-kohteeseen  Sanakirjat ja tietosanakirjat
 Aurinko
Rakenne Valokuva Auringosta spektrin ultraviolettialueella, kuvattuna "väärillä väreillä". Sen on hankkinut Solar Dynamics Observatory.
Tunnelma
Laajennettu
rakenne
Aurinkoon liittyvät
ilmiöt
liittyvät aiheet
Spektriluokka : G2