Геомагнитная буря

Геомагни́тная бу́ря — это возмущение обычного состояния геомагнитного поля Земли, вызванное изменениями в межпланетном пространстве. Как правило, такое нарушение обусловлено повышенной активностью Солнца. Магнитные бури могут оказывать значительное воздействие как на технические системы, так и на живые организмы, включая человека.

Причины геомагнитных бурь

Такие бури являются результатом сложного взаимодействия между Солнцем, магнитным полем Земли и солнечным ветром. Основные причины возникновения этих возмущений — процессы, происходящие на поверхности Солнца, а также особенности формирования и поведения магнитосферы планеты.

Магнитосфера Земли

Солнечный ветер и его влияние

Солнечный ветер представляет собой поток заряженных частиц, постоянно появляющихся из верхних слоёв солнечной атмосферы. Он движется со скоростью 300–800 км/с и несёт с собой магнитные поля, генерируемые на Солнце.

Когда плотность и скорость солнечного ветра резко возрастают, например в результате выбросов корональной массы Солнца, это приводит к усилению взаимодействия между межпланетным магнитным полем и магнитосферой Земли. Магнитные бури отрицательно влияют на геомагнитную активность и вызывают возмущения в магнитном поле планеты .

Одна из самых мощных бурь в истории наблюдений — «буря Кэррингтона» — произошла в 1859 году. Это событие, вызванное мощными выбросами корональной массы Солнца, привело к серьёзным нарушениям в работе телеграфных линий по всей Земле.

Событие Кэррингтона

Магнитосферные процессы

Магнитосфера Земли представляет собой область, где преобладает земное магнитное поле. Она защищает нашу планету от прямого воздействия солнечного ветра и космической радиации. Однако во время бурь в магнитосфере происходят сложные процессы, способствующие её деформации и возникновению электрических токов, которые, в свою очередь, вызывают возмущения в поле.

Наиболее интенсивные магнитные бури связаны с мощными возмущениями в межпланетном магнитном поле, вызванными выбросами корональной массы Солнца. Эти события приводят к значительным деформациям магнитосферы Земли и появлению сильных электрических токов, что и является основной причиной бурь.

Измерение и классификация магнитных бурь

Для оценки состояния геомагнитной активности используются специальные показатели, позволяющие количественно характеризовать интенсивность возмущений магнитного поля Земли.

Индексы магнитной активности

Наиболее распространённым показателем энергетической активности является Kp, который рассчитывается на основе данных наземных магнитометрических станций. Индекс Kp варьируется от 0 (спокойное состояние) до 9 (экстремально сильные возмущения).

KP-индекс

Другой часто используемый индекс — Dst, который характеризует возмущения поля в экваториальной области. Значения Dst отрицательны во время бурь и достигают максимальных значений до −600 нТл при очень сильных событиях.

G-индекс — ещё один показатель, который предоставляет информацию о мгновенной магнитной активности в течение трёхчасового периода наблюдения. Он также измеряется по шкале от 0 до 9, где более высокие значения указывают на более сильные геомагнитные возмущения.

Классификация по интенсивности

В зависимости от значений индексов геомагнитной активности магнитные бури можно разделить на следующие категории:

• слабые: Kp = 5, Dst > −50 нТл;
• умеренные: Kp = 6, Dst = −50…−100 нТл;
• сильные: Kp = 7, Dst = −100…−200 нТл;
• экстремальные: Kp = 8−9, Dst < −200 нТл.

Наиболее опасными для инфраструктуры и здоровья человека являются сильные и экстремальные геомагнитные бури, которые способны вызывать значительные нарушения в работе технических систем и оказывать выраженное негативное воздействие на биологические организмы.

Прогнозирование геомагнитных бурь

Своевременное и точное прогнозирование имеет большое значение для минимизации последствий. Для этого используется комплекс методов, основанных на наблюдении и анализе солнечной активности.

Методы раннего прогнозирования

Одним из основных методов прогнозирования является наблюдение за Солнцем. Учёные отслеживают появление солнечных пятен, вспышек, корональных выбросов массы и другие явления, которые могут служить предвестниками приближающихся бурь.

Также важен мониторинг состояния солнечного ветра с помощью космических аппаратов, расположенных между Землёй и Солнцем. Данные о скорости, плотности и направлении потока заряженных частиц позволяют делать достаточно точный прогноз, когда и с какой силой магнитная буря достигнет Земли.

Современные подходы и их эффективность

В последние годы активно развиваются математические модели , позволяющие на основе комплексного анализа геомагнитной активности, состояния межпланетной среды и особенностей магнитосферы Земли прогнозировать приближение бурь. Эти модели постоянно совершенствуются, повышая точность и своевременность предупреждений.

Несмотря на достигнутый прогресс, точность прогнозирования всё ещё остаётся ограниченной. Особенно сложно предсказать экстремально сильные события, которые наносят наибольший ущерб технологическим системам и здоровью человека.

Влияние геомагнитных бурь

Вопрос о том, действительно ли геомагнитные бури влияют на технические системы и биологические организмы, активно обсуждается в научном сообществе.

Некоторые исследования подтверждают связь между геомагнитными бурями и техническими сбоями, такими как аварии в электроэнергетических системах и сбои в работе спутниковых систем связи. При этом другие учёные приходят к выводу, что на самом деле воздействие незначительно или отсутствует вообще.

Что касается влияния на здоровье человека и биологические организмы, здесь также существуют различные точки зрения. Ряд научных работ обнаруживает статистически значимую связь между геомагнитными возмущениями и ухудшением самочувствия людей, в то время как другие не могут подтвердить такую связь.

Таким образом, хотя некоторые исследования и предоставляют доказательства, что геомагнитные бури влияют на окружающую среду, вопрос о точной природе и степени этого влияния остаётся предметом дальнейших исследований и обсуждений в научном сообществе.

Воздействие на технику и связь

Магнитные бури могут вызывать серьёзные нарушения в работе различных технологических систем. Наиболее уязвимы электроэнергетические сети, линии связи, навигационные системы, радиоэлектронное оборудование и космические аппараты .

Возникающие во время магнитных бурь индуцированные геомагнитные токи способны повреждать трансформаторы и генераторы в энергосистемах, вызывать сбои в работе систем связи, навигации и управления космическими аппаратами. В некоторых случаях последствия бурь приводят к масштабным авариям и отключениям электроснабжения.

Влияние на здоровье человека и биологические системы

На основании некоторых источников геомагнитные бури отрицательно влияют на самочувствие людей, вызывая головные боли, нарушения сна, раздражительность, ухудшение концентрации внимания и другие симптомы .

Особенно чувствительны к изменениям геомагнитной активности пожилые люди и лица, страдающие различными хроническими заболеваниями, в первую очередь сердечно-сосудистыми и неврологическими. Магнитные бури могут спровоцировать обострение имеющихся болезней и ухудшить здоровье в целом.

Воздействие этого явления на биологические организмы связано с нарушениями в работе нервной системы, изменениями гормонального фона, а также влиянием на различные биохимические процессы. Эти факторы могут приводить к снижению иммунитета, ухудшению адаптивных способностей и другим негативным эффектам.

Ссылки

1. Lanzerotti, L. J. (2001). Space weather effects on technologies. Space weather, 125–135.
2. Pulkkinen, A., Rastätter, L., Kuznetsova, M., Singer, H., Balch, C., Weimer, D., … & Gleisner, H. (2013). Community-wide validation of geospace model ground magnetic field perturbation predictions to support model transition to operations. Space Weather, 11(6), 369–385.
3. Пулинец С. А., Лазутин Л. Л. Влияние геомагнитной активности и геомагнитных возмущений на биосферу и человека // Успехи физических наук. — 2007. — Т. 177, № 5. — С. 526–539.
4. Петров В. Г., Котова Г. А. Воздействие магнитных бурь на функциональное состояние человека // Вестник Российской академии медицинских наук. — 2015. — Т. 70, № 5. — С. 573–579.
5. Ермолаев Ю. И., Ермолаев М. Ю. Крупномасштабные возмущения в межпланетной среде и их влияние на процессы в магнитосфере Земли // Успехи физических наук. — 2006. — Т. 176, № 5. — С. 513–535.