Apakah magnetosfera dan sejauh mana ribut magnetik yang kuat menjejaskan teknologi

Bumi kita adalah magnet - ini diketahui semua orang. Garisan medan magnet meninggalkan kawasan kutub magnet selatan dan memasuki kawasan kutub magnet utara. Ingat bahawa kutub magnet dan geografi Bumi sedikit berbeza—di hemisfera utara, kutub magnet dialihkan kira-kira 13° ke arah Kanada.

Set garisan daya medan magnet Bumi dipanggil magnetosfera… Magnetosfera bumi tidak simetri tentang paksi magnet planet.

Di sisi Matahari ia tertarik, di sisi yang bertentangan ia dipanjangkan. Bentuk magnetosfera ini mencerminkan pengaruh berterusan angin suria ke atasnya. Zarah-zarah bercas yang terbang dari Matahari kelihatan "memerah" garis-garis daya medan magnet, menekannya pada sebelah siang dan menariknya pada sebelah malam.

Selagi keadaan Matahari tenang, keseluruhan gambaran ini kekal agak stabil. Tetapi kemudian ada cahaya matahari. Angin suria telah berubah—aliran zarah konstituennya menjadi lebih besar, dan tenaganya lebih besar.Tekanan pada magnetosfera mula meningkat dengan cepat, garis-garis daya di sebelah siang mula bergerak lebih dekat ke permukaan Bumi, dan pada sebelah malam mereka ditarik lebih kuat ke dalam "ekor" magnetosfera. Ia adalah ribut magnetik (ribut geomagnet).

Semasa nyalaan suria, letupan besar plasma panas berlaku di permukaan Matahari. Semasa letusan, aliran zarah yang kuat dilepaskan, yang bergerak pada kelajuan tinggi dari Matahari ke Bumi dan mengganggu medan magnet planet.

angin suria

"Mampatan" garis daya bermaksud pergerakan kutubnya di permukaan Bumi, yang bermaksud - perubahan dalam kekuatan medan magnet pada mana-mana titik di dunia... Dan semakin kuat tekanan angin suria, semakin ketara adalah pemampatan garis medan, pada masa yang sama, semakin kuat perubahan dalam kekuatan medan. Semakin kuat ribut magnet.

Pada masa yang sama, semakin dekat dengan kawasan kutub magnet, semakin banyak garisan medan luaran memenuhi permukaan. Dan mereka hanya mengalami kesan terbesar dari angin suria yang terganggu dan bertindak balas (berpindah) paling banyak. Ini bermakna bahawa manifestasi gangguan magnetik harus paling besar di kutub geomagnet (iaitu, di latitud tinggi) dan terkecil di khatulistiwa geomagnet.

Peralihan kutub utara magnetik dari 1831 ke 2007.

Apakah lagi perubahan yang diterangkan dalam medan magnet di latitud tinggi yang penuh dengan kita hidup di permukaan Bumi?

Semasa ribut magnet, gangguan bekalan elektrik, komunikasi radio, gangguan rangkaian pengendali mudah alih dan sistem kawalan kapal angkasa, atau kerosakan pada satelit boleh berlaku.

Ribut magnetik 1989 di Quebec, Kanada menyebabkan gangguan bekalan elektrik yang teruk, termasuk kebakaran transformer (lihat di bawah untuk butiran mengenai kejadian ini). Pada tahun 2012, ribut magnet yang teruk telah mengganggu komunikasi dengan kapal angkasa Eropah Venus Express yang mengorbit Venus.

Mari kita ingat bagaimana penjana arus elektrik berfungsi… Dalam medan magnet pegun, konduktor (rotor) bergerak (berputar). Akibatnya, dalam pengkaji EMF muncul dan ia mula mengalir elektrik… Perkara yang sama akan berlaku jika wayar pegun dan medan magnet akan bergerak (perubahan masa).

Semasa ribut magnet berlaku perubahan dalam medan magnet, dan semakin dekat dengan kutub magnet (semakin tinggi latitud geomagnet), semakin kuat perubahan ini.

Ini bermakna kita mempunyai medan magnet yang berubah-ubah. Nah, dan wayar tetap apa-apa panjang di permukaan Bumi tidak menduduki. Terdapat talian elektrik, landasan kereta api, saluran paip...Dalam satu perkataan, pilihannya bagus. Dan dalam setiap konduktor, berdasarkan undang-undang fizik yang disebutkan di atas, arus elektrik timbul, disebabkan oleh variasi dalam medan geomagnet. Kami akan memanggilnya arus geomagnet teraruh (IGT).

Magnitud arus teraruh bergantung kepada banyak keadaan. Pertama sekali, sudah tentu, dari kelajuan dan kekuatan perubahan dalam medan geomagnet, iaitu, dari kekuatan ribut magnetik.

Tetapi walaupun semasa ribut yang sama, kesan berbeza berlaku dalam wayar yang berbeza.Mereka bergantung pada panjang wayar dan orientasinya di permukaan Bumi.

Semakin panjang wayar, semakin kuat ia arus teraruh… Selain itu, ia akan menjadi lebih kuat apabila lebih dekat orientasi wayar ke arah utara-selatan. Malah, dalam kes ini, variasi medan magnet di tepinya akan menjadi yang terbesar dan oleh itu EMF akan menjadi yang terbesar.

Sudah tentu, magnitud arus ini bergantung kepada beberapa faktor lain, termasuk kekonduksian tanah di bawah wayar. Jika kekonduksian ini tinggi, IHT akan menjadi lebih lemah kerana kebanyakan arus akan melalui tanah. Sekiranya ia kecil, kemungkinan IHT yang teruk berlaku.

Tanpa pergi lebih jauh ke dalam fizik fenomena itu, kami hanya perhatikan bahawa IHT adalah punca utama masalah yang ditimbulkan oleh ribut magnet dalam kehidupan seharian.

Contoh situasi kecemasan yang disebabkan oleh ribut magnet yang kuat dan arus teraruh yang diterangkan dalam kesusasteraan

Ribut magnet pada 13-14 Mac 1989 dan kecemasan di Kanada

Pakar magnet menggunakan beberapa kaedah (dipanggil indeks magnet) untuk menerangkan keadaan medan magnet Bumi. Tanpa pergi ke butiran, kami hanya ambil perhatian bahawa terdapat lima indeks sedemikian (yang paling biasa).

Setiap daripada mereka, sudah tentu, mempunyai kelebihan dan kekurangannya dan paling mudah dan tepat dalam menerangkan situasi tertentu — contohnya, keadaan gelisah di zon aurora atau, sebaliknya, gambaran global dalam keadaan yang agak tenang.

Secara semulajadi, dalam sistem setiap indeks ini, setiap fenomena geomagnet dicirikan oleh nombor tertentu - nilai indeks itu sendiri untuk tempoh fenomena, itulah sebabnya adalah mungkin untuk membandingkan keamatan gangguan geomagnet yang berlaku. dalam tahun yang berbeza.

Ribut magnet pada 13-14 Mac 1989 adalah peristiwa geomagnet yang luar biasa mengikut pengiraan berdasarkan semua sistem indeks magnetik.

Menurut pemerhatian banyak stesen, semasa ribut, magnitud deklinasi magnetik (sisihan jarum kompas dari arah ke kutub magnet) dalam masa 6 hari mencapai 10 darjah atau lebih. Ini adalah banyak, memandangkan sisihan walaupun setengah darjah tidak boleh diterima untuk operasi banyak instrumen geofizik.

Ribut magnet ini merupakan fenomena geomagnet yang luar biasa. Walau bagaimanapun, minat terhadapnya tidak akan melebihi bulatan pakar yang sempit, jika tidak kerana peristiwa dramatik dalam kehidupan beberapa wilayah yang mengiringinya.

Pada 07:45 UTC pada 13 Mac 1989, talian penghantaran voltan tinggi dari James Bay (utara Quebec, Kanada) ke selatan Quebec dan negeri utara Amerika Syarikat, serta rangkaian Hydro-Québec, mengalami arus teraruh yang kuat.

Arus ini mencipta beban tambahan sebanyak 9,450 MW pada sistem, yang terlalu banyak untuk ditambah kepada beban berguna sebanyak 21,350 MW pada masa itu. Sistem itu rosak, menyebabkan 6 juta penduduk tidak mempunyai bekalan elektrik. Ia mengambil masa 9 jam untuk memulihkan sistem kepada operasi biasa. Pengguna di utara AS pada masa itu menerima kurang daripada 1,325 MWj elektrik.

Pada 13-14 Mac, kesan tidak menyenangkan yang berkaitan dengan arus geomagnet teraruh juga diperhatikan pada talian voltan tinggi sistem kuasa lain: geganti pelindung berfungsi, pengubah kuasa gagal, voltan jatuh, arus parasit direkodkan.

Nilai arus teraruh terbesar pada 13 Mac direkodkan dalam sistem Hydro-Ontario (80 A) dan Labrador-Hydro (150 A). Anda tidak perlu menjadi pakar tenaga untuk membayangkan kerosakan yang boleh dilakukan pada mana-mana sistem kuasa dengan kemunculan arus sesat sebesar ini.

Semua ini menjejaskan bukan sahaja Amerika Utara. Fenomena yang sama telah diperhatikan di beberapa negara Scandinavia. Memang benar kesannya jauh lebih lemah kerana bahagian utara Eropah lebih jauh dari kutub geomagnet berbanding bahagian utara Amerika.

Bagaimanapun, pada 08:24 CET, enam talian 130-kV di tengah dan selatan Sweden merekodkan lonjakan voltan akibat arus serentak tetapi tidak mengalami kemalangan.

Semua orang tahu apa ertinya meninggalkan 6 juta penduduk tanpa bekalan elektrik selama 9 jam. Itu sahaja sudah cukup untuk menarik perhatian pakar dan orang ramai kepada ribut magnetik 13-14 Mac. Tetapi kesannya tidak terhad kepada sistem tenaga.

Juga, Perkhidmatan Pemuliharaan Tanah AS menerima isyarat daripada pelbagai penderia automatik yang terletak di pergunungan dan memantau keadaan tanah, litupan salji, dsb. di radio pada frekuensi 41.5 MHz setiap hari.

Pada 13 dan 14 Mac (seperti yang ternyata kemudiannya, disebabkan oleh superposisi sinaran dari sumber lain), isyarat ini bersifat pelik dan sama ada tidak dapat ditafsirkan sama sekali, atau menunjukkan kehadiran runtuhan salji, banjir, aliran lumpur dan beku di atas tanah pada masa yang sama...

Di AS dan Kanada, terdapat kes pembukaan dan penutupan pintu garaj persendirian secara spontan yang kuncinya ditala pada frekuensi tertentu ("kunci") tetapi dicetuskan oleh pertindihan huru-hara isyarat yang datang dari jauh.

Penjanaan arus teraruh dalam saluran paip

Adalah diketahui umum tentang peranan besar saluran paip dalam ekonomi perindustrian moden. Beratus-ratus dan beribu-ribu kilometer paip logam melalui negara yang berbeza. Tetapi ini juga konduktor dan arus teraruh boleh berlaku di dalamnya juga. Sudah tentu, dalam kes ini, mereka tidak boleh membakar pengubah atau geganti, tetapi mereka sudah pasti menyebabkan kerosakan.

Hakikatnya ialah untuk melindungi daripada kakisan elektrolitik, semua saluran paip mempunyai potensi negatif untuk dibumikan kira-kira 850 mV. Nilai potensi ini dalam setiap sistem dikekalkan malar dan terkawal.Kakisan elektrolitik yang ketara dianggap bermula apabila nilai ini menurun kepada 650 mV.

Menurut syarikat minyak Kanada, pada 13 Mac 1989, bersama-sama dengan permulaan ribut magnet, lonjakan tajam dalam potensi bermula dan berterusan pada 14 Mac. Dalam kes ini, magnitud potensi negatif selama berjam-jam adalah kurang daripada nilai kritikal, dan kadang-kadang turun kepada 100-200 mV.

Sudah pada tahun 1958 dan 1972, semasa ribut magnet yang kuat, disebabkan oleh arus teraruh, gangguan serius berlaku dalam operasi kabel telekomunikasi transatlantik. Semasa ribut tahun 1989kabel baharu telah pun beroperasi, di mana maklumat dihantar melalui saluran optik (lihat — Sistem komunikasi optik), jadi tiada pelanggaran dalam penghantaran maklumat.

Walau bagaimanapun, tiga pancang voltan besar (300, 450 dan 700 V) telah direkodkan dalam sistem kuasa kabel, yang bertepatan dengan masa dengan perubahan kuat dalam medan magnet. Walaupun pancang ini tidak menyebabkan sistem tidak berfungsi, ia cukup besar untuk menimbulkan ancaman serius kepada operasi normalnya.

Medan geomagnet Bumi berubah dan semakin lemah. Apakah maksudnya?

Medan magnet bumi bukan sahaja bergerak di sepanjang permukaan planet, tetapi juga mengubah keamatannya. Sepanjang 150 tahun yang lalu, ia telah melemah sebanyak kira-kira 10%. Para penyelidik mendapati bahawa kira-kira sekali setiap 500,000 tahun, polariti kutub magnet berubah-kutub utara dan selatan bertukar tempat. Kali terakhir ini berlaku kira-kira sejuta tahun yang lalu.

Keturunan kita mungkin menyaksikan kekeliruan ini dan kemungkinan bencana yang berkaitan dengan pembalikan polariti. Jika berlaku letusan pada masa pembalikan kutub magnet Matahari, perisai magnet tidak akan dapat melindungi Bumi dan akan berlaku gangguan bekalan elektrik dan gangguan sistem navigasi di seluruh planet ini.

Contoh-contoh yang diberikan di atas membuatkan seseorang berfikir tentang betapa serius dan pelbagai kesan ribut magnet yang kuat boleh memberi kesan kepada kehidupan seharian manusia.

Semua di atas adalah contoh kesan cuaca angkasa yang lebih mengagumkan (termasuk suar suria dan ribut magnet) daripada korelasi aktiviti suria dan magnet yang tidak boleh dipercayai dengan kesihatan manusia.