Mikä on magnetosfääri ja kuinka voimakkaat magneettimyrskyt vaikuttavat tekniikkaan

Maapallomme on magneetti – tämä on kaikkien tiedossa. Magneettikenttäviivat lähtevät eteläisen magneettinavan alueelta ja tulevat pohjoisen magneettinavan alueelle. Muista, että Maan magneettiset ja maantieteelliset navat ovat hieman erilaisia ​​– pohjoisella pallonpuoliskolla magneettinapa on siirtynyt noin 13° Kanadaa kohti.

Maan magneettikentän voimalinjojen joukkoa kutsutaan magnetosfääri…Maan magnetosfääri ei ole symmetrinen planeetan magneettisen akselin suhteen.

Auringon puolella se vetää puoleensa, vastakkaisella puolella se on pidennetty. Tämä magnetosfäärin muoto heijastaa aurinkotuulen jatkuvaa vaikutusta siihen. Auringosta lentävät varautuneet hiukkaset näyttävät "puristavan" voimalinjoja magneettikenttä, painamalla niitä päiväpuolelta ja vetämällä niitä yöpuolelta.

Niin kauan kuin Auringon tilanne on tyyni, tämä kokonaiskuva pysyy melko vakaana. Mutta sitten oli auringonvaloa. Aurinkotuuli on muuttunut – sen osahiukkasten virtaus on kasvanut ja niiden energia suurempi.Magnetosfääriin kohdistuva paine alkoi nousta nopeasti, päiväpuolen voimalinjat alkoivat siirtyä lähemmäs maan pintaa ja yön puolella ne vetäytyivät voimakkaammin magnetosfäärin "häntään". se on magneettinen myrsky (geomagneettinen myrsky).

Auringonpurkausten aikana Auringon pinnalla tapahtuu massiivisia kuuman plasman räjähdyksiä. Purkauksen aikana vapautuu voimakas hiukkasvirta, joka liikkuu suurella nopeudella Auringosta Maahan ja häiritsee planeetan magneettikenttää.

aurinkotuuli

Voimalinjojen "puristuminen" tarkoittaa niiden napojen liikettä maan pinnalla, mikä tarkoittaa - magneettikentän voimakkuuden muutos missä tahansa maapallon kohdassa... Ja mitä voimakkaampi aurinkotuulen paine on, sitä merkittävämpi on kenttäviivojen puristuminen, vastaavasti, sitä voimakkaampi on kentänvoimakkuuden muutos. Mitä voimakkaampi on magneettinen myrsky.

Samalla mitä lähempänä magneettinapa-aluetta, sitä enemmän ulkoisia kenttäviivoja kohtaa pinta. Ja he yksinkertaisesti kokevat häiritsevän aurinkotuulen suurimman vaikutuksen ja reagoivat (syrjäytyvät) eniten. Tämä tarkoittaa, että magneettisten häiriöiden ilmenemismuotojen tulisi olla suurimmat geomagneettisilla navoilla (eli korkeilla leveysasteilla) ja pienimmät geomagneettisella päiväntasaajalla.

Magneettisen pohjoisnavan siirtymä vuodesta 1831 vuoteen 2007.

Mitä muuta on kuvattu muutos magneettikentässä korkeilla leveysasteilla täynnä meille, jotka elämme maan pinnalla?

Magneettisen myrskyn aikana voi tapahtua sähkökatkoja, radioliikennettä, häiriöitä matkapuhelinverkkojen ja avaruusalusten ohjausjärjestelmissä tai vaurioita satelliitteihin.

Vuoden 1989 magneettinen myrsky Quebecissä Kanadassa aiheutti vakavia sähkökatkoja, mukaan lukien muuntajapalot (katso alta lisätietoja tästä tapauksesta). Vuonna 2012 vakava magneettinen myrsky katkaisi yhteyden Venusta kiertävän eurooppalaisen Venus Express -avaruusaluksen kanssa.

Muistetaan miten sähkövirtageneraattori toimii… Kiinteässä magneettikentässä johdin (roottori) liikkuu (pyörii). Tämän seurauksena tutkijassa EMF tulee näkyviin ja se alkaa virrata sähköä… Sama tapahtuu, jos lanka on paikallaan ja magneettikenttä liikkuu (muutos ajassa).

Magneettisen myrskyn aikana magneettikentässä tapahtuu muutos, ja mitä lähempänä magneettinapaa (mitä korkeampi geomagneettinen leveysaste), sitä voimakkaampi tämä muutos on.

Tämä tarkoittaa, että meillä on muuttuva magneettikenttä. No, ja minkä tahansa pituiset kiinteät johdot Maan pinnalla eivät vie. Siellä on voimalinjoja, rautateitä, putkia... Sanalla sanoen, valinta on suuri. Ja jokaisessa johtimessa syntyy edellä mainitun fysikaalisen lain nojalla sähkövirtaa, joka johtuu geomagneettisen kentän vaihteluista. Soitamme hänelle indusoitu geomagneettinen virta (IGT).

Indusoituneiden virtojen suuruus riippuu monista olosuhteista. Ensinnäkin tietysti geomagneettisen kentän muutoksen nopeudesta ja voimakkuudesta, eli magneettisen myrskyn voimakkuudesta.

Mutta jopa saman myrskyn aikana eri johtoissa esiintyy erilaisia ​​vaikutuksia.Ne riippuvat langan pituudesta ja sen suunnasta maan pinnalla.

Mitä pidempi lanka, sitä vahvempi se on indusoitunut virta… Lisäksi se on sitä vahvempi, mitä lähempänä langan suunta on pohjois-etelä-suuntaa. Itse asiassa tässä tapauksessa magneettikentän vaihtelut sen reunoilla ovat suurimmat ja siksi EMF on suurin.

Tietenkin tämän virran suuruus riippuu useista muista tekijöistä, mukaan lukien johdon alla olevan maaperän johtavuus. Jos tämä johtavuus on korkea, IHT on heikompi, koska suurin osa virrasta kulkee maan läpi. Jos se on pieni, vakavan IHT:n esiintyminen on todennäköistä.

Menemättä syvemmälle ilmiön fysiikkaan, toteamme vain, että IHT:t ovat pääasiallinen syy magneettimyrskyjen jokapäiväisessä elämässä aiheuttamiin ongelmiin.

Esimerkki kirjallisuudessa kuvatuista voimakkaan magneettisen myrskyn ja indusoituneiden virtojen aiheuttamista hätätilanteista

Magneettiset myrskyt 13.-14. maaliskuuta 1989 ja hätätilanne Kanadassa

Magnetologit käyttävät useita menetelmiä (kutsutaan magneettisiksi indekseiksi) kuvaamaan Maan magneettikentän tilaa. Menemättä yksityiskohtiin huomaamme vain, että tällaisia ​​indeksejä on viisi (yleisimpiä).

Jokaisella niistä on tietysti hyvät ja huonot puolensa, ja se on kätevin ja tarkin kuvaamaan tiettyjä tilanteita - esimerkiksi revontulien levottomuutta tai päinvastoin globaalia kuvaa suhteellisen rauhallisissa olosuhteissa.

Luonnollisesti kunkin indeksin järjestelmässä jokaiselle geomagneettiselle ilmiölle on ominaista tietyt numerot - itse indeksin arvot ilmiön ajanjaksolle, minkä vuoksi on mahdollista verrata tapahtuneiden geomagneettisten häiriöiden voimakkuutta. eri vuosina.

Magneettinen myrsky 13.-14.3.1989 oli poikkeuksellinen geomagneettinen tapahtuma kaikkiin magneettisiin indeksijärjestelmiin perustuvien laskelmien mukaan.

Monien asemien havaintojen mukaan myrskyn aikana magneettisen deklinaation (kompassin neulan poikkeama suunnasta magneettinapaan) suuruus saavuttaa 6 vuorokaudessa 10 astetta tai enemmän. Tämä on paljon, kun otetaan huomioon, että jopa puolen asteen poikkeama ei ole hyväksyttävää useiden geofysikaalisten instrumenttien toiminnalle.

Tämä magneettinen myrsky oli poikkeuksellinen geomagneettinen ilmiö. Kiinnostus sitä kohtaan tuskin olisi kuitenkaan ylittänyt kapeaa asiantuntijapiiriä, elleivät sitä seuranneet dramaattiset tapahtumat useiden alueiden elämässä.

Kello 07.45 UTC 13. maaliskuuta 1989 James Bayn (Pohjois-Québec, Kanada) ja Etelä-Quebecin sekä Yhdysvaltojen pohjoisten osavaltioiden väliset suurjännitesiirtolinjat sekä Hydro-Québec-verkko kokivat voimakkaita indusoituneita virtoja.

Nämä virrat loivat järjestelmään 9 450 MW:n lisäkuormituksen, joka oli liikaa lisättäväksi tuolloin 21 350 MW:n hyötykuormaan. Järjestelmä hajosi, jolloin 6 miljoonaa asukasta jäi ilman sähköä. Järjestelmän palauttaminen normaaliin toimintaan kesti 9 tuntia. Pohjois-USA:n kuluttajat saivat tuolloin alle 1 325 MWh sähköä.

Maaliskuun 13.-14. päivänä havaittiin myös muiden sähköjärjestelmien suurjännitelinjoissa indusoituneisiin geomagneettisiin virtoihin liittyviä epämiellyttäviä vaikutuksia: suojareleet toimivat, tehomuuntajat katkesivat, jännite putosi, loisvirtoja rekisteröitiin.

Suurimmat indusoidut virta-arvot 13. maaliskuuta mitattiin Hydro-Ontario (80 A) ja Labrador-Hydro (150 A) järjestelmissä. Sinun ei tarvitse olla energia-asiantuntija kuvitellaksesi, mitä vahinkoa tämän suuruusluokan hajavirtojen ilmaantuminen voi aiheuttaa mille tahansa sähköjärjestelmälle.

Kaikki tämä ei koskenut vain Pohjois-Amerikkaa. Samanlaisia ​​ilmiöitä on havaittu useissa Skandinavian maissa. On totta, että niiden vaikutus oli paljon heikompi johtuen siitä, että Euroopan pohjoisosa on kauempana geomagneettisesta napasta kuin Amerikan pohjoisosa.

Kuitenkin kello 08.24 CET kuusi 130 kV:n linjaa Keski- ja Etelä-Ruotsissa havaitsi samanaikaisen virran aiheuttaman jännitepiikin, mutta ei saavuttanut onnettomuutta.

Kaikki tietävät, mitä tarkoittaa jättää 6 miljoonaa asukasta ilman sähköä 9 tunniksi. Pelkästään se riittäisi kiinnittämään asiantuntijoiden ja yleisön huomion 13.-14. maaliskuuta alkavaan magneettiseen myrskyyn. Mutta sen vaikutukset eivät rajoittuneet energiajärjestelmiin.

Myös US Soil Conservation Service vastaanottaa signaaleja lukuisista vuoristossa sijaitsevista automaattisista antureista, jotka tarkkailevat maaperän olosuhteita, lumipeitettä jne. radiossa taajuudella 41,5 MHz joka päivä.

13. ja 14. maaliskuuta (kuten myöhemmin kävi ilmi, muista lähteistä tulevan säteilyn superpositiosta johtuen) nämä signaalit olivat luonteeltaan outoja, eikä niitä joko voitu tulkita ollenkaan tai ne osoittivat lumivyöryjen, tulvien, mutavirtojen ja samaan aikaan pakkasta maassa...

Yhdysvalloissa ja Kanadassa on esiintynyt tapauksia, joissa yksityisiä autotallin ovia on avattu ja suljettu spontaanisti, kun lukot on viritetty tietylle taajuudelle ("avain"), mutta ne on laukaissut kaukaa tulevien signaalien kaoottisesta päällekkäisyydestä.

Indusoituneiden virtojen muodostuminen putkistoissa

On hyvin tiedossa, kuinka suuri rooli putkistoilla on nykyaikaisessa teollisuustaloudessa. Eri maiden läpi kulkee satoja ja tuhansia kilometrejä metalliputkia. Mutta nämä ovat myös johtimia ja myös niissä voi esiintyä indusoituneita virtoja. Tietenkin tässä tapauksessa ne eivät voi polttaa muuntajaa tai relettä, mutta ne epäilemättä aiheuttavat vahinkoa.

Tosiasia on, että elektrolyyttiseltä korroosiolta suojaamiseksi kaikissa putkissa on noin 850 mV negatiivinen potentiaali maahan. Tämän potentiaalin arvo jokaisessa järjestelmässä pidetään vakiona ja kontrolloituna Merkittävän elektrolyyttisen korroosion katsotaan alkavan, kun arvo laskee 650 mV:iin.

Kanadan öljy-yhtiöiden mukaan 13. maaliskuuta 1989 magneettisen myrskyn alkaessa potentiaalin voimakkaat piikit alkoivat ja jatkuivat 14. maaliskuuta. Tässä tapauksessa negatiivisen potentiaalin suuruus useiden tuntien ajan on pienempi kuin kriittinen arvo ja joskus jopa laskee arvoon 100-200 mV.

Jo vuosina 1958 ja 1972, voimakkaiden magneettisten myrskyjen aikana, indusoituneiden virtojen vuoksi tapahtui vakavia häiriöitä transatlanttisen tietoliikennekaapelin toiminnassa. Vuoden 1989 myrskyn aikanakäytössä oli jo uusi kaapeli, jossa tietoa välitettiin optista kanavaa pitkin (ks. Optiset viestintäjärjestelmät), joten tiedonsiirrossa ei ole rikkomuksia.

Kaapelisähköjärjestelmässä havaittiin kuitenkin kolme suurta jännitepiikkiä (300, 450 ja 700 V), jotka osuivat ajallisesti yhteen voimakkaiden magneettikentän muutosten kanssa. Vaikka nämä piikit eivät aiheuttaneet järjestelmän toimintahäiriöitä, ne olivat riittävän suuria muodostaakseen vakavan uhan sen normaalille toiminnalle.

Maan geomagneettinen kenttä muuttuu ja heikkenee. Mitä se tarkoittaa?

Maan magneettikenttä ei vain liiku planeetan pintaa pitkin, vaan myös muuttaa sen voimakkuutta. Viimeisten 150 vuoden aikana se on heikentynyt noin 10 prosenttia. Tutkijat havaitsivat, että noin kerran 500 000 vuodessa magneettinapojen napaisuus muuttuu – pohjois- ja etelänavat vaihtavat paikkaa. Viimeksi näin tapahtui noin miljoona vuotta sitten.

Jälkelämme voivat todistaa tätä hämmennystä ja mahdollisia katastrofeja, jotka liittyvät napaisuuden vaihtamiseen. Jos Auringon magneettinapojen käänteessä tapahtuu purkaus, magneettikilpi ei pysty suojelemaan Maata ja kaikkialla planeetalla tulee sähkökatko ja navigointijärjestelmien katkos.

Edellä esitetyt esimerkit saavat ajattelemaan, kuinka vakava ja monitahoinen voimakkaiden magneettimyrskyjen vaikutus ihmiskunnan jokapäiväiseen elämään voi olla.

Kaikki yllä oleva on esimerkki avaruussään (mukaan lukien auringonpurkausten ja magneettisten myrskyjen) paljon vaikuttavammasta vaikutuksesta kuin auringon ja magneettisen toiminnan epäluotettavista korrelaatioista ihmisten terveyteen.