Геомагни?тная бу?ря
? возмущение
геомагнитного поля
длительностью от нескольких часов до нескольких суток.
Наряду с
суббурями
, геомагнитные бури являются одним из видов
геомагнитной активности
. Они вызываются поступлением в окрестности
Земли
возмущённых потоков
солнечного ветра
и их взаимодействием с
магнитосферой
Земли. Геомагнитные бури являются проявлением усиления
кольцевого тока
Земли, постоянно существующего в области
радиационных поясов
Земли. Это явление является одним из важнейших элементов солнечно-земной физики и её практической части, обычно обозначаемой термином ≪
космическая погода
≫.
Геомагнитные бури имеют несимметричный по времени характер развития: в среднем фаза нарастания возмущения (главная фаза бури) составляет около 7 часов, а фаза возвращения к исходному состоянию (фаза восстановления) ? около 3 суток.
Интенсивность геомагнитной бури обычно описывается индексами
Dst
[англ.]
[1]
и Kp
[2]
. С ростом интенсивности бури индекс Dst уменьшается. Так, умеренные бури характеризуются Dst от ?50 до ?100 н
Тл
, сильные ? от ?100 до ?200 нТл и экстремальные ? выше ?200 нТл.
Индекс SYM-H, как и Dst, является мерой симметричной интенсивности кольцевого тока, но вычисляется с более высоким временным разрешением, равным 1 минуте, а не 1 часу, используемому для Dst
[3]
.
Во время магнитной бури возмущения магнитного поля на поверхности Земли имеют величину менее или порядка 1 % от величины стационарного
геомагнитного поля
, так как последнее варьируется от 0,34
Э
у экватора до 0,66 Э у полюсов Земли, то есть приблизительно равно (30?70)?10
-6
Тл.
Частота появления умеренных и сильных бурь на Земле имеет чёткую корреляцию с 11-летним циклом солнечной активности: при средней частоте около 30 бурь в год их число может составлять 1?2 бури в год вблизи солнечного минимума и достигать 50 бурь в год вблизи солнечного максимума. Это означает, что в годы солнечного максимума человечество до 50 % времени года живёт в условиях умеренных и сильных бурь, а за свою 75-летнюю жизнь среднестатистический человек проживает в условиях умеренных и сильных бурь в общей сложности 2250 бурь, или около 15 лет.
Распределение геомагнитных бурь по их интенсивности имеет в области высоких интенсивностей быстро спадающий характер, и поэтому экстремально сильных магнитных бурь за историю их измерения было сравнительно мало.
Мощнейшей геомагнитной бурей за всю историю наблюдений была
геомагнитная буря 1859 года
(Dst = ?1760 нТл), или ≪событие Кэррингтона≫ (в 2006 году Dst этой бури оценили в ?850 нТл, а в 2011 году ? в ?1050 нТл
[4]
). Эта буря вызвала мощнейший сбой в работе телеграфов, а полярное сияние, которое ее сопровождало, можно было наблюдать даже в тропиках
[
источник не указан 156 дней
]
.
За последние 25 лет XX столетия (1976?2000 годы) было зарегистрировано 798 магнитных бурь с Dst ниже ?50 нТл, а за последние 55 лет (с 1 января 1957 года по 25 сентября 2011 года) наиболее сильными бурями с Dst ниже ?400 нТл были события
13 мая 1921 года
[англ.]
(Dst = ?907±132 нТл)
[5]
, 13 сентября 1957 года (Dst = ?427 нТл)
[6]
, 11 февраля 1958 (Dst = ?426 нТл)
[7]
, 15 июля 1959 (?429 нТл),
13 марта 1989
(?589 нТл или ?565 нТл
[4]
) и 20 ноября 2003 (?490 нТл
[3]
или ?533 нТл
[4]
).
Важным вопросом остаётся вопрос о частоте возникновения на Земле наиболее сильных магнитных бурь. Так как экстремальных магнитных бурь было зарегистрировано мало, то надёжно вычислить функцию распределения бурь по их интенсивности в области больших бурь (Dst < ?200 нТл) не представляется возможным. Поэтому сначала функция распределения определяется в той области, где количество измерений достаточное, а затем полученная функция экстраполируется в область экстремальных бурь. Полученные таким образом оценки указывают, что магнитные бури типа
события 1989 года
(Dst = ?589 нТл) в среднем наблюдаются один раз в 25 лет, а магнитные бури типа
события 1859 года
(Dst ? ?1700 нТл) ? не чаще одного раза в 500 лет
[8]
.
K-индекс
? это отклонение магнитного поля Земли от нормы в течение трёхчасового интервала. Индекс был введён
Юлиусом Бартельсом
[нем.]
в 1938 году и представляет собой значения от 0 до 9 для каждого трёхчасового интервала (0?3, 3?6, 6?9 и т. д.) мирового времени.
Kp-индекс ? это планетарный индекс. Kp вычисляется как среднее значение К-индексов, определённых на 13 геомагнитных обсерваториях, расположенных между 44 и 60 градусами северной и южной геомагнитных широт. Его диапазон также от 0 до 9.
G-индекс ? пятибалльная шкала силы магнитных бурь, которая была введена
Национальным управлением океанических и атмосферных исследований США
(NOAA) в ноябре 1999 года. G-индекс характеризует интенсивность геомагнитного шторма по воздействию вариаций магнитного поля Земли на людей, животных, электротехнику, связь, навигацию и т. д. По этой шкале магнитные бури подразделяются на уровни от G1 (слабые бури) до G5 (экстремально сильные бури). G-индекс соответствует Kp минус 4; то есть G1 соответствует Kp=5, G2 ? Kp=6, G5 ? Kp=9.
Начиная с исследований
Ричарда Кэррингтона
, который в 1859 году наблюдал
солнечную вспышку
и произошедшую через несколько часов на Земле
мощную геомагнитную бурю
, сопоставления солнечной и геомагнитной активности привели к формированию в науке точки зрения, что источниками геомагнитных бурь являются солнечные вспышки. Эта точка зрения в неизменном виде просуществовала до 1980-х годов. С началом космической эры стали доступны наблюдения Солнца
средствами внеземной астрономии
и прямые измерения параметров солнечного ветра и межпланетного магнитного поля. Это привело к открытию нового типа сильного солнечного возмущения ?
выбросов корональной массы
(
англ.
coronal mass ejection ? CME
). Согласно современным взглядам, непосредственной причиной геомагнитных бурь являются возмущённые потоки
солнечного ветра
на орбите Земли, содержащие необходимую для генерации геомагнитной бури ориентацию межпланетного магнитного поля. Источниками этих потоков, в свою очередь, являются
выбросы корональной массы
и
корональные дыры
[9]
.
Иногда мощные солнечные возмущения сопровождаются как сильными рентгеновскими вспышками, так и большими выбросами корональной массы, которые почти совпадают по времени
[10]
, поэтому сегодня есть сторонники точки зрения, что и вспышки, и выбросы корональной массы являются разными проявлениями стоящего за ними единого явления
[11]
. Другая точка зрения состоит в том, что различные солнечные возмущения имеют один и тот же источник энергии, и поэтому, если мощности источника энергии достаточно на развитие более одного явления, то в близких по времени и пространству интервалах могут наблюдаться разные явления, однако между ними существует лишь статистическая (но не физическая) взаимосвязь
[12]
[13]
.
Согласно последней точке зрения, надёжный прогноз геомагнитной бури должен опираться на физически связанные с ними явления, то есть на выбросы корональной массы, а не солнечные вспышки
[14]
.
Кроме магнитных бурь, которые связаны с высокой
солнечной активностью
(с выбросами корональной массы ? СМЕ), часто наблюдаются умеренные магнитные бури, которые возникают в периоды, когда на Солнце отсутствуют какие-нибудь активные процессы. Такие бури в основном наблюдаются в периоды минимума цикла солнечной активности и часто повторяются с периодом вращения Солнца 27 дней (поэтому они часто называются рекуррентными магнитными бурями). Происхождение таких бурь долгое время было достаточно таинственным и непонятным, поэтому их источник на Солнце долгое время назывался ≪М-областью (M-region)≫
[15]
.
В настоящее время установлено, что источником таких бурь на Солнце является корональная дыра, которая, являясь источником быстрого потока солнечного ветра, приводит к взаимодействию быстрого потока с медленным потоком и образованию области сжатия (в англоязычной литературе называется
Corotating Interaction Region ? CIR
). За счёт сжатия и изменения направления движения плазмы в области сжатия CIR может образовываться геоэффективная компонента межпланетного магнитного поля, приводящая к возбуждению геомагнитной активности, включая магнитные бури и суббури
[16]
.
Корональные дыры могут существовать на Солнце в течение периода до нескольких месяцев, и поэтому магнитная активность на Земле повторяется с периодом вращения Солнца.
Согласно последним наблюдениям, магнитные бури, генерированные
выбросами корональной массы
(CME) и
корональными дырами
(CIR), различаются не только по своему происхождению, а также характером развития и своими свойствами
[17]
[18]
.
Научный
прогноз
геомагнитной активности
опирается на данные
телескопов
и
спутников
. В зависимости от времени упреждения, прогнозы принято делить на 27?45-суточный, 7-суточный, 2-суточный и 1-часовой прогнозы
[19]
.
27?45-суточный прогноз опирается на текущие наблюдения
Солнца
и предсказывает возмущения геомагнитной активности, связанные с рекуррентными ? то есть происходящими с периодичностью 27 суток, приблизительно равной периоду обращения Солнца вокруг своей оси, ? активными процессами на Солнце.
7-суточный прогноз опирается на текущие наблюдения активных областей вблизи восточного лимба Солнца и предсказывает возмущения геомагнитной активности, связанные с перемещением этих активных областей к линии Солнце ? Земля (то есть к центральному меридиану) через время, примерно равное четверти периода обращения Солнца.
2-суточный прогноз опирается на текущие наблюдения активных процессов вблизи центрального меридиана Солнца и предсказывает связанные с этими процессами возмущения геомагнитной активности через время, близкое к характерным временам распространения возмущений от Солнца к Земле
солнечного ветра
(от 1,5 до 5 суток) и солнечных
космических лучей
(несколько часов).
1-часовой прогноз опирается на прямые измерения параметров
плазмы
солнечного ветра с помощью космических аппаратов, расположенных, как правило, в передней
либрационной точке
L1 на расстоянии 1,5 млн км от Земли, вблизи линии Солнце ? Земля.
Надёжность 2-суточного и 1-часового прогноза составляют, соответственно, около 30?50 % и 95 %
[20]
. Остальные прогнозы носят лишь общий информационный характер и имеют ограниченное практическое применение.
Через 8?12 минут после крупных и экстремальных солнечных вспышек до Земли долетают протоны высоких энергий (свыше 10
Мэв
), или, как их ещё называют, ? солнечные космические лучи (СКЛ).
Радиационные бури (это широкий спектр волн солнечного излучения, не обязательно связанных с радиоактивностью) могут вызвать нарушения или поломки в аппаратуре космических аппаратов, вывести из строя электронную технику на Земле, привести к радиационному облучению космонавтов, пассажиров и экипажей реактивных самолётов.
Усиление потоков волн солнечного излучения и приход к Земле волн от корональных выбросов на Солнце вызывают сильные колебания геомагнитного поля Земли ? происходят геомагнитные бури. Геомагнитные бури являются одним из важнейших элементов
космической погоды
и влияют на нарушение связи, систем навигации космических кораблей, возникновения
вихревых индукционных токов
в
трансформаторах
и
трубопроводах
и даже разрушение энергетических систем. Разрушение энергетических систем, в свою очередь, может повлечь за собой остановку
насосных станций
и остановку водоснабжения в городах, что может вызвать множественные
гуманитарные катастрофы
. Поставки воды в малых объёмах средствами служб спасения и ликвидации аварийных ситуаций приведут к очередям за водой, в этот период возможны всплески насилия и даже убийства (что наблюдалось во время поставок питьевой воды в Индии).
Гипотеза о влиянии магнитных бурь на здоровье человека зародилась в России, впервые об этом заявил
Александр Чижевский
[21]
. Вопрос о влиянии солнечной активности на возникновение несчастных случаев,
травматизм
на транспорте и в производстве, на которые он указал в 1928 году, в своё время вызвал острые споры.
В мировом
научном сообществе
отсутствует единое мнение о влиянии магнитных бурь на
здоровье
и самочувствие людей. Несмотря на то что в ряде научных публикаций сообщалось, что такое влияние обнаружено
[22]
, в подобных исследованиях нередко применяются концепции и методы, частично или полностью признанные
лженаучными
.
На сайте
Геологической службы США
сказано, что риск для здоровья во время магнитных бурь может возникать для лётчиков и астронавтов на больших высотах из-за радиационного облучения, при этом о вредном влиянии магнитного поля на здоровье ничего не говорится, хотя электронные приборы могут быть повреждены
[23]
.
Раздел биофизики, изучающий влияние изменений активности Солнца и вызываемых ею в земной магнитосфере возмущений на земные организмы, называется
гелиобиологией
.
Согласно полностью или частично признанным публикациям, момент начала стрессовой реакции может сдвигаться относительно начала бури на разные сроки для разных бурь и для конкретного человека. Некоторые люди начинают реагировать на магнитные бури за 1?2 дня до них, то есть в момент вспышек на самом Солнце, фактически реагируя на солнечные бури
[22]
. Данный феномен назван неофициальным медицинским термином
метеозависимость
.
- ↑
Dst в реальном времени
(неопр.)
. Дата обращения: 3 ноября 2010.
Архивировано
23 ноября 2010 года.
- ↑
Шторм геомагнитный (магнитная буря) : Институт географии РАН
(неопр.)
. Дата обращения: 10 сентября 2011.
Архивировано
27 сентября 2011 года.
- ↑
1
2
Gurbax S. Lakhina, Bruce T. Tsurutani
.
Geomagnetic storms: historical perspective to modern view
Архивная копия
от 7 ноября 2021 на
Wayback Machine
// Geoscience Letters volume 3, Article number: 5, 20 February 2016
- ↑
1
2
3
Love, Jeffrey J. (2021).
"Extreme?event magnetic storm probabilities derived from rank statistics of historical Dst intensities for solar cycles 14?24"
.
Space Weather
.
19
(4).
Bibcode
:
2021SpWea..1902579L
.
doi
:
10.1029/2020SW002579
.
- ↑
Jeffrey J. Love; Hisashi Hayakawa; Edward W. Cliver (2019).
"Intensity and Impact of the New York Railroad Superstorm of May 1921"
.
Space Weather
.
17
(8): 1281?1292.
Bibcode
:
2019SpWea..17.1281L
.
doi
:
10.1029/2019SW002250
.
- ↑
Dst-индех в сентябре 1957 года
(неопр.)
. Дата обращения: 25 сентября 2011.
Архивировано
4 марта 2016 года.
- ↑
Dst-индех в феврале 1958 года
(неопр.)
. Дата обращения: 24 сентября 2011.
Архивировано
4 марта 2016 года.
- ↑
Yermolaev Y. I., Lodkina I. G., Nikolaeva N. S., Yermolaev M. Y.
Occurrence rate of extreme magnetic storms
Архивная копия
от 27 ноября 2015 на
Wayback Machine
// J. Geophys. Res. Space Physics. 2013, 118, 4760-4765, doi:10.1002/jgra.50467
- ↑
Schwenn, R.
Space Weather: The Solar Perspective
(англ.)
//
Solar Physics
[англ.]
. ? 2010.
Архивировано
27 сентября 2011 года.
- ↑
?vestka, Z.
Varieties of Coronal Mass Ejections and Their Relation to Flares
// Space Sci. Rev.. ? 2001. ?
Т. 95
. ?
С. 135?146
.
- ↑
Harrison, R.A.
Soho observations relating to the association between flares and coronal mass ejections
// Adv. Space Res. ? 2003. ?
Т. 32
. ?
С. 2425?2437
.
- ↑
Yashiro, S. et al.,.
Visibility of coronal mass ejections as a function of flare location and intensity
// J. Geophys. Res.,. ? 2005. ?
Т. 110
.
Архивировано
24 октября 2011 года.
- ↑
Wang, Y., et al.,.
Statistical study of coronal mass ejection source locations: Understanding CMEs viewed in coronagraphs,
// J. Geophys. Res.,. ? 2011. ?
Т. 116
. ?
С. A04104
.
Архивировано
26 июля 2019 года.
- ↑
Ермолаев Ю. И., Ермолаев М. Ю.
Зависит ли сила геомагнитной бури от класса солнечной вспышки? // Космические исследования. ? 2009. ?
Т. 47
,
№ 6
. ?
С. 495?500
.
- ↑
Bartels, J.,.
Terrestrial-magnetic activity and its relations to solar phenomena // Terr. Magn. Atmos. Electr.,. ? 1932. ?
Т. 37
. ?
С. 1?52
.
- ↑
Crooker, N. U., and E. W. Cliver,.
Postmodern View of M-Regions,
// J. Geophys. Res.,. ? 1994. ?
Т. 99
,
№ А12
. ?
С. 23383?23390
.
- ↑
Borovsky J.E. and Denton M.H.,.
Differences between CME-driven storms and CIR-driven storms, // J. Geophys. Res.,. ? 2006. ?
Т. 111
. ?
С. A07S08
.
- ↑
Yermolaev Yu.I., N.S. Nikolaeva I.G. Lodkina, M.Yu. Yermolaev.
Specific interplanetary conditions for CIR-, Sheath-, and ICME-induced geomagnetic storms obtained by double superposed epoch analysis
// Annales Geophysicae. ? 2010. ?
Т. 28
,
№ 12
. ?
С. 2177?2186
.
Архивировано
13 ноября 2012 года.
- ↑
Петрукович А.А.
Предсказуема ли космическая погода?
// Новости Космонавтики. ? 2005. ?
№ 3
.
Архивировано
28 января 2015 года.
- ↑
Ермолаев Ю.И.
≪ ВСЕ БЕШЕНЕЙ БУРЯ, ВСЕ ЗЛЕЕ И ЗЛЕЙ…≫
// РФФИ. ? 2005.
Архивировано
4 марта 2016 года.
- ↑
National Library of Medicine.
Are stress responses to geomagnetic storms mediated by the cryptochrome compass system?
Архивная копия
от 1 сентября 2022 на
Wayback Machine
(англ.)
- ↑
1
2
Dmitrieva I. V.
,
Obridko V. N.
,
Ragul'skaia M. V.
,
Reznikov A. E.
,
Khabarova O. V.
The human body response to factors related to solar activity variations.
// Biofizika. ? 2001. ? Сентябрь (
т. 46
,
№ 5
). ?
С. 940?945
. ?
PMID
11605402
.
- ↑
U.S. Geological Survey.
What are the hazards of magnetic storms?
Архивная копия
от 16 мая 2022 на
Wayback Machine
- Davies, K.
Ionospheric Radio. ? London, UK: Peter Peregrinus, 1990. ? С. 331?345. ? (IEE Electromagnetic Waves Series). ?
ISBN 978-0-86341-186-1
.
- Eather, R.H.
Majestic Lights. ? Washington DC: AGU, 1980. ?
ISBN 978-0-87590-215-9
.
- Space Systems and Their Interactions with Earth's Space Environment
(англ.)
/ Garrett, H.B.; Pike, C.P.. ? New York: American Institute of Aeronautics and Astronautics, 1980. ?
ISBN 978-0-915928-41-5
.
- Gauthreaux, S., Jr.
Ch. 5
//
Animal Migration: Orientation and Navigation
(англ.)
. ? New York:
Academic Press
, 1980. ?
ISBN 978-0-12-277750-9
.
- Harding, R.
Survival in Space
. ? New York:
Routledge
, 1989. ?
ISBN 978-0-415-00253-0
.
Ссылки на внешние ресурсы
|
---|
| |
---|
В библиографических каталогах
|
---|
|
|
|
---|
Структура
| | |
---|
Атмосфера
| |
---|
Расширенная
структура
| |
---|
Относящиеся к Солнцу
феномены
| |
---|
Связанные темы
| |
---|
|
|
---|
|
Социологические
| |
---|
Экологические
| |
---|
Биологические
| |
---|
Астрономические
| |
---|
Эсхатологические
| |
---|
Выдуманные
| |
---|
Организации
| |
---|
- Категории
|