Geomagnetická bouře

Aktuální verze stránky ještě nebyla zkontrolována zkušenými přispěvateli a může se výrazně lišit od verze recenzované 21. června 2022; kontroly vyžadují 6 úprav .

Geomagnetická bouře  je narušení geomagnetického pole trvající několik hodin až několik dní.

Spolu s dílčími bouřemi jsou geomagnetické bouře jedním z typů geomagnetické aktivity . Jsou způsobeny příchodem narušených proudů slunečního větru do blízkosti Země a jejich interakcí s magnetosférou Země . Geomagnetické bouře jsou projevem zesílení zemského prstencového proudu , který neustále existuje v oblasti radiačních pásů Země . Tento jev je jedním z nejdůležitějších prvků fyziky Slunce a Země a její praktické části, obvykle označované termínem " vesmírné počasí ".

Intenzita geomagnetických bouří

Geomagnetické bouře mají časově asymetrický charakter vývoje: v průměru je fáze růstu poruchy (hlavní fáze bouře) asi 7 hodin a fáze návratu do výchozího stavu (fáze zotavení) asi 3 dny.

Intenzitu geomagnetické bouře obvykle popisují indexy Dst [1] a Kp [2] . S rostoucí intenzitou bouře se index Dst snižuje. Mírné bouřky se tedy vyznačují Dst od -50 do -100 nT , silné od -100 do -200 nT a extrémní nad -200 nT.

Index SYM-H, stejně jako Dst, je mírou symetrické intenzity prstencového proudu, ale počítá se s vyšším časovým rozlišením 1 minuty spíše než 1 hodina používaná pro Dst [3] .

Během magnetické bouře mají poruchy magnetického pole na zemském povrchu hodnotu menší než nebo asi 1 % stacionárního geomagnetického pole , protože stacionární geomagnetické pole se pohybuje od 0,34 Oe na rovníku do 0,66 Oe na zemských pólech, tzn. , přibližně rovno (30-70)⋅10-6 Tl .

Četnost výskytu středně silných a silných bouří na Zemi má jasnou korelaci s 11letým cyklem sluneční aktivity: při průměrné frekvenci asi 30 bouří za rok může být jejich počet 1-2 bouřky za rok blízko slunečního minima. a dosáhnout 50 bouří za rok blízko slunečního maxima. To znamená, že v letech slunečního maxima, až 50 % ročního období, žije lidstvo v podmínkách středních a silných bouří a během svého 75letého života žije průměrný člověk v podmínkách středních a silných bouří. na celkem 2250 bouří, tedy asi 15 let.

Rozdělení geomagnetických bouří podle jejich intenzity má v oblasti vysokých intenzit rychle klesající charakter, a proto extrémně silných magnetických bouří bylo v historii jejich měření poměrně málo.

Nejsilnější geomagnetickou bouří v celé historii pozorování byla geomagnetická bouře z roku 1859 (Dst = −1760 nT) neboli „Carringtonská událost“ (v roce 2006 byla Dst této bouře odhadnuta na −850 nT a v roce 2011 na −1050 nT [4] ) .

Za posledních 25 let 20. století (1976–2000) bylo zaznamenáno 798 magnetických bouří s Dst pod −50 nT a za posledních 55 let (od 1. ledna 1957 do 25. září 2011) nejsilnější bouře s Dst pod −400 nT došlo k událostem 13. května 1921 (Dst = −907±132 nT) [5] , 13. září 1957 (Dst = −427 nT) [6] , 11. února 1958 ( Dst = −426 nT) [7] , 15. července 1959 (−429 nT), 13. března 1989 (−589 nT nebo −565 nT [4] ) a 20. listopadu 2003 (−490 nT [3] nebo − 533 nT [4] ).

Důležitou otázkou zůstává otázka frekvence výskytu nejsilnějších magnetických bouří na Zemi. Protože extrémních magnetických bouří bylo málo, není možné spolehlivě vypočítat distribuční funkci bouří podle jejich intenzity v oblasti velkých bouří (Dst < −200 nT). Proto se nejprve určí distribuční funkce v oblasti, kde je počet měření dostatečný, a následně se výsledná funkce extrapoluje do oblasti extrémních bouří. Takto získané odhady naznačují, že magnetické bouře typu události z roku 1989 (Dst = −589 nT) jsou pozorovány v průměru jednou za 25 let, zatímco magnetické bouře typu události roku 1859 (Dst ≈ −1700 nT) již pozorovány nejsou. než jednou za 500 let [8] .

Klasifikace magnetických bouří

K-index  je odchylka magnetického pole Země od normy během tříhodinového intervalu. Index zavedl Julius Bartels v roce 1938 a představuje hodnoty od 0 do 9 pro každý tříhodinový interval (0-3, 3-6, 6-9 atd.) světového času.

Kp-index je planetární index. Kp se vypočítá jako průměrná hodnota K-indexů zjištěná na 13 geomagnetických observatořích umístěných mezi 44 a 60 stupni severní a jižní geomagnetické šířky. Jeho rozsah je také od 0 do 9.

G-index je pětibodová stupnice síly magnetických bouří, kterou v listopadu 1999 zavedl americký Národní úřad pro oceán a atmosféru (NOAA). G-index charakterizuje intenzitu geomagnetické bouře z hlediska dopadu změn magnetického pole Země na lidi, zvířata, elektrotechniku, komunikace, navigaci atd. Podle této stupnice se magnetické bouře dělí na úrovně od G1. (slabé bouřky) až G5 (extrémně silné bouřky). G-index odpovídá Kp minus 4; tj. G1 odpovídá Kp=5, G2 až Kp=6, G5 až Kp=9.

Předpověď geomagnetických bouří

Spojení geomagnetické aktivity s jevy na Slunci

Počínaje výzkumem Richarda Carringtona , který v roce 1859 pozoroval sluneční erupci a silnou geomagnetickou bouři , ke které došlo o několik hodin později na Zemi , vedlo srovnání sluneční a geomagnetické aktivity k vytvoření vědeckého názoru , že sluneční erupce jsou zdroje geomagnetických bouří. Tento názor zůstal nezměněn až do 80. let 20. století. S počátkem kosmického věku byla dostupná pozorování Slunce pomocí mimozemské astronomie a přímé měření parametrů slunečního větru a meziplanetárního magnetického pole. To vedlo k objevu nového typu silné sluneční poruchy, ejekce koronální hmoty (CME). Podle moderních názorů jsou přímou příčinou geomagnetických bouří rozrušené proudy slunečního větru na oběžné dráze Země, které obsahují orientaci meziplanetárního magnetického pole nezbytnou pro generování geomagnetické bouře. Zdrojem těchto proudů jsou zase výrony koronální hmoty a koronální díry [9] .

Někdy jsou silné sluneční poruchy doprovázeny jak silnými rentgenovými erupcemi, tak velkými výrony koronální hmoty, které se téměř časově shodují [10] , takže dnes existují zastánci názoru, že jak erupce, tak výrony koronální hmoty jsou rozdílnými projevy koronální hmoty. za nimi jediný fenomén [11] . Dalším úhlem pohledu je, že různé sluneční poruchy mají stejný zdroj energie, a proto, pokud je výkon zdroje energie dostatečný pro rozvoj více než jednoho jevu, lze v časových a prostorových intervalech pozorovat různé jevy, ale je mezi nimi rozdíl.pouze statistický (nikoli však fyzikální) vztah [12] [13] . Podle posledně uvedeného pohledu by měla být spolehlivá předpověď geomagnetické bouře založena na fyzikálně souvisejících jevech, tedy výronech koronální hmoty, a nikoli na slunečních erupcích [14] .

Kromě magnetických bouří, které jsou spojeny s vysokou sluneční aktivitou (s ejekcemi koronální hmoty - CME), jsou často pozorovány střední magnetické bouře, které se vyskytují v obdobích, kdy na Slunci neprobíhají žádné aktivní procesy. Takové bouře jsou pozorovány hlavně v obdobích minima cyklu sluneční aktivity a často se opakují s periodou sluneční rotace 27 dní (proto se často nazývají rekurentní magnetické bouře). Původ takových bouří byl dlouhou dobu spíše záhadný a nepochopitelný, proto se jejich zdroj na Slunci dlouho nazýval „M-region“ [15] . Nyní bylo zjištěno, že zdrojem takových bouří na Slunci je koronální díra, která, protože je zdrojem rychlého proudění slunečního větru, vede k interakci rychlého proudění s pomalým prouděním a vzniku kompresní oblast (v anglické literatuře nazývaná Corotating Interaction Region — CIR). Vlivem komprese a změny směru pohybu plazmatu v kompresní oblasti CIR může vzniknout geoefektivní složka meziplanetárního magnetického pole vedoucí k vybuzení geomagnetické aktivity včetně magnetických bouří a subbouří [16] . Koronální díry mohou existovat na Slunci po dobu až několika měsíců, a proto se magnetická aktivita na Zemi opakuje s periodou rotace Slunce.

Podle posledních pozorování se magnetické bouře generované výrony koronální hmoty (CME) a ​​koronálními dírami (CIR) liší nejen svým původem, ale také povahou vývoje a svými vlastnostmi [17] [18] .

Typy a metody předpovědi geomagnetické aktivity

Vědecká předpověď geomagnetické aktivity se opírá o data z dalekohledů a satelitů . Podle předstihu se prognózy obvykle dělí na 27–45denní, 7denní, 2denní a 1hodinové prognózy [19] .

Předpověď na 27-45 dní je založena na aktuálních pozorováních Slunce a předpovídá poruchy geomagnetické aktivity spojené s opakujícími se – tedy vyskytujícími se s frekvencí 27 dní, přibližně rovnající se periodě rotace Slunce kolem své osy – aktivní procesy na Slunci.

Předpověď na 7 dní je založena na aktuálních pozorováních aktivních oblastí v blízkosti východní části Slunce a předpovídá poruchy geomagnetické aktivity spojené s pohybem těchto aktivních oblastí směrem k linii Slunce-Země (tedy směrem k centrálnímu poledníku) po čas přibližně rovný čtvrtině období sluneční revoluce.

Dvoudenní předpověď je založena na aktuálních pozorováních aktivních procesů v blízkosti centrálního poledníku Slunce a předpovídá poruchy geomagnetické aktivity spojené s těmito procesy po době blízké charakteristickým dobám šíření poruch ze Slunce na Zemi . sluneční vítr (od 1,5 do 5 dnů) a sluneční kosmické záření (několik hodin).

1-hodinová předpověď je založena na přímých měřeních parametrů plazmy slunečního větru pomocí kosmických lodí umístěných zpravidla v dopředném libračním bodu L1 ve vzdálenosti 1,5 milionu km od Země, poblíž spojnice Slunce-Země.

Spolehlivost 2denní a 1hodinové předpovědi je asi 30–50 %, respektive 95 % [20] . Zbytek prognóz má pouze obecný informační charakter a má omezenou praktickou aplikaci.

Důsledky

Za 8-12 minut po velkých a extrémních slunečních erupcích dosáhnou vysokoenergetické protony (přes 10 MeV ) Zemi nebo jak se jim také říká sluneční kosmické záření (SCR).

Vliv na techniku

Radiační bouře (jedná se o širokou škálu vln slunečního záření, které nemusí být nutně spojeny s radioaktivitou) mohou způsobit poruchy nebo poruchy vybavení kosmických lodí, vyřadit elektronická zařízení na Zemi a vést k ozáření astronautů, cestujících a posádek proudových letadel. Zesílení toku vln slunečního záření a příchod vln z koronálních výronů na Slunce na Zemi způsobují silné kolísání geomagnetického pole Země – vznikají geomagnetické bouře. Geomagnetické bouře jsou jedním z nejdůležitějších prvků kosmického počasí a ovlivňují narušení komunikací, navigačních systémů kosmických lodí, výskyt vířivých proudů v transformátorech a potrubích a dokonce ničení energetických systémů. Zničení energetických systémů může zase vést k odstavení čerpacích stanic a zastavení dodávek vody ve městech, což může způsobit řadu humanitárních katastrof . Dodávky vody v malých objemech pomocí záchranných a záchranných služeb povedou k frontám na vodu, v tomto období jsou možné výbuchy násilí a dokonce i vraždy (jak bylo pozorováno při dodávkách pitné vody v Indii).

Účinky na člověka a jiné organismy

Hypotéza o vlivu magnetických bouří na lidské zdraví vznikla v Rusku, poprvé to vyslovil Alexander Čiževskij [21]  (angl.) . Otázka vlivu sluneční aktivity na výskyt nehod, úrazů v dopravě a ve výrobě, na kterou upozornil v roce 1928, svého času vyvolala bouřlivé diskuse.

Ve světové vědecké komunitě nepanuje shoda ohledně dopadu magnetických bouří na zdraví a pohodu lidí. Navzdory skutečnosti, že řada vědeckých publikací uvádí, že takový vliv byl nalezen [22] , takové studie často používají koncepty a metody, které jsou částečně nebo zcela uznávány jako pseudovědecké .

Web US Geological Survey uvádí, že zdravotní rizika během magnetických bouří mohou nastat pouze pro piloty a astronauty ve vysokých nadmořských výškách a kvůli radiaci, nikoli z magnetického pole [23] .

Sekce biofyziky, která studuje vliv změn v činnosti Slunce a poruch, které způsobuje v zemské magnetosféře na pozemské organismy, se nazývá heliobiologie .

Podle částečně nebo plně uznávaných publikací se okamžik nástupu stresové reakce může posunout vzhledem k nástupu bouřky pro různá období pro různé bouře a pro konkrétního člověka. Někteří lidé začnou reagovat na magnetické bouře 1-2 dny před nimi, tedy v době vzplanutí na samotném Slunci, ve skutečnosti reagují na sluneční bouře [22] . Tento jev nese neoficiální lékařský termín meteorologická závislost .

Viz také

Poznámky

  1. ↑ Dst v reálném čase . Získáno 3. listopadu 2010. Archivováno z originálu 23. listopadu 2010.
  2. ↑ Geomagnetická bouře (magnetická bouře): Geografický ústav RAS . Získáno 10. září 2011. Archivováno z originálu 27. září 2011.
  3. ↑ 1 2 Gurbax S. Lakhina, Bruce T. Tsurutani . Geomagnetické bouře: historická perspektiva k modernímu pohledu Archivováno 7. listopadu 2021 na Wayback Machine // Geoscience Letters, svazek 3, číslo článku: 5, 20. února 2016
  4. ↑ 1 2 3 Láska, Jeffrey J. (2021). „Pravděpodobnosti magnetických bouří při extrémních událostech odvozené z hodnotových statistik historických intenzit Dst pro sluneční cykly 14-24“. vesmírné počasí . 19 (4). Bibcode : 2021SpWea..1902579L . DOI : 10.1029/2020SW002579 .
  5. ↑ Jeffrey J. Love; Hisashi Hayakawa; Edward W. Cliver (2019). „Intenzita a dopad newyorské železniční superbouře z května 1921“. vesmírné počasí . 17 (8): 1281-1292. Bibcode : 2019SpWea..17.1281L . DOI : 10.1029/2019SW002250 .
  6. ↑ Dst-index v září 1957 . Získáno 25. září 2011. Archivováno z originálu 4. března 2016.
  7. ↑ Dst-index v únoru 1958 . Datum přístupu: 24. září 2011. Archivováno z originálu 4. března 2016.
  8. ↑ Yermolaev YI, Lodkina IG, Nikolaeva NS, Yermolaev MY Míra výskytu extrémních magnetických bouří Archivováno 27. listopadu 2015 na Wayback Machine // J. Geophys. Res. vesmírná fyzika. 2013, 118, 4760-4765, doi:10.1002/jgra.50467
  9. ↑ Schwenn, R. Space Weather: The Solar Perspective   // ​​​​Solar Physics. — 2010.
  10. ↑ Švestka, Z. Variety koronálních výronů hmoty a jejich vztah k erupcím  // Space Sci. Rev.. - 2001. - T. 95 . - S. 135-146 .
  11. ↑ Pozorování Harrisona, R. A. Soho týkající se vztahu mezi vzplanutími a výrony koronální hmoty  // Adv. prostor res. - 2003. - T. 32 . - S. 2425-2437 .
  12. ↑ Yashiro, S. a kol.,. Viditelnost výronů koronální hmoty jako funkce umístění a intenzity vzplanutí  // J. Geophys. Res., - 2005. - T. 110 . Archivováno z originálu 24. října 2011.
  13. ↑ Wang, Y., et al.,. Statistická studie umístění zdrojů výronu koronální hmoty: Porozumění CME viděným v koronografech,  // J. Geophys. Res., - 2011. - T. 116 . - S. A04104 .
  14. ↑ Ermolaev Yu. I., Ermolaev M. Yu Závisí síla geomagnetické bouře na třídě sluneční erupce? // Vesmírný výzkum. - 2009. - T. 47 , č. 6 . - S. 495-500 .
  15. ↑ Bartels, J., . Terestrická magnetická aktivita a její vztahy ke slunečním jevům, Terr. Magn. Atmos. elektr.,. - 1932. - T. 37 . - S. 1-52 .
  16. ↑ Crooker, N.U. a E.W. Cliver,. Postmoderní pohled na M-regiony,  // J. Geophys. Res., - 1994. - T. 99 , č. A12 . - S. 23383-23390 .
  17. ↑ Borovský JE a Denton MH,. Rozdíly mezi bouřemi řízenými CME a bouřemi řízenými CIR, // J. Geophys. Res., - 2006. - T. 111 . — C. A07S08 .
  18. ↑ Yermolaev Yu.I., NS Nikolaeva IG Lodkina, M.Yu. Jermolajev. Specifické meziplanetární podmínky pro geomagnetické bouře vyvolané CIR, Sheath a ICME získané dvojitou superponovanou epochální analýzou  // Annales Geophysicae. - 2010. - T. 28 , č. 12 . - S. 2177-2186 .
  19. ↑ Petrukovič A.A. Je vesmírné počasí předvídatelné?  // Novinky z kosmonautiky. - 2005. - č. 3 .
  20. ↑ Ermolajev Yu.I. "VŠECHNY ZUŘIVÉ BOUŘE, VŠECHNO VÍCE A VÍCE HNĚV..."  // RFBR. — 2005.
  21. ↑ Národní lékařská knihovna. Jsou stresové reakce na geomagnetické bouře zprostředkované systémem kryptochromového kompasu?
  22. ↑ 1 2 Dmitrieva IV , Obridko VN , Ragul'skaia MV , Reznikov AE , Khabarova OV Reakce lidského těla na faktory související se změnami sluneční aktivity.  // Biofyzika. - 2001. - září ( roč. 46 , č. 5 ). - S. 940-945 . — PMID 11605402 .
  23. ↑ US Geological Survey. Jaká jsou rizika magnetických bouří?

Literatura

Odkazy

a Ústav elektromagnetických procesů a interakcí atomových jader, SINP MSU

  Přejděte na položku Wikidata  Slovníky a encyklopedie
 slunce
Struktura Fotografie Slunce v ultrafialové oblasti spektra, zobrazená ve "falešných barvách". Získané Solar Dynamics Observatory.
Atmosféra
Rozšířená
struktura

Jevy týkající se Slunce
související témata
Spektrální třída : G2