Fiecare dintre indici este calculat din rezultatele măsurătorilor și caracterizează doar o parte din tabloul complex al activității solare și geomagnetice.
Indicii existenți ai activității geomagnetice pot fi împărțiți în trei grupuri.
Primul grup include indici locali calculați din datele de la un observator și care indică magnitudinea perturbației geomagnetice locale pe teritoriu: S, K indici.
Al doilea grup include indici care caracterizează activitatea geomagnetică de pe Pământ. Aceștia sunt așa-numiții indici planetari: Kp, ar, Ar, am, Am, aa, Aa .
Al treilea grup include indici care reflectă intensitatea perturbației magnetice dintr-o sursă foarte specifică: Dst, AE, RS .
Toți indicii de activitate geomagnetică enumerați mai sus sunt calculați și publicati folosind timpul universal UT.
Asociația Internațională de Geomagnetism și Aeronomie - MAGA ( Asociația Internațională de Geomagnetism și Aeronomie – IAGA) recunoaște oficial indici aa, am, Kp, Dst, PC Și A.E. . Informații mai detaliate despre indici MAGA sunt disponibile pe site-ul Serviciului Internațional de Indici Geomagnetici ( Serviciul Internațional de Indici Geomagnetici – ISGI).
am, an, ca indici
Ora trei am, an, as indici sunt amplitudini de perturbare determinate din valori La 5. Sugiura M. Valorile orare ale Dst ecuatoriale pentru IGY, Ann. Int. Geophys. Anul, 35, 9-45, Pergamon Press, Oxford, 1964.6. Sugiura M. și D. J. Poros. Valorile orare ale Dst ecuatoriale pentru anii 1957-1970, Rep. X-645-71-278, Goddard Space Flight Center, Greenbelt, Maryland, 1971.
7. Crooker N.C. Rezoluție în timp mare a perturbației asimetrice la latitudini joase în câmpul geomagnetic. J. Geophys Res. 77, 773-775, 1972.
8. Clauer C.R. și R. L. McPherron. Importanța relativă a câmpului electric interplanetar și a subfurtunilor magnetosferice asupra dezvoltării curentului inelar parțial, J. Geophys. Res., 85, 6747-6759, 1980.
9. Troshichev O.A., Andrezen V.G. Relația dintre cantitățile interplanetare și activitatea magnetică în calota polară sudica. Planet Space Sci. 1985. 33.415.
10. Troshichev O.A., Andrezen V.G., Vennerstrom S., Friis-Christensen E. Activitatea magnetică în calota polară – Un nou indice. Planetă. Space Sci. 1988. 36. 1095.
Literatura utilizată în pregătirea acestei descrieri a indicilor geomagnetici
1. Yanovski B.M. Magnetismul terestru. L.: Editura Universitatea din Leningrad, 1978. 592 p.2. Zabolotnaya N.A. Indici de activitate geomagnetică. M.: Gidrometeoizdat, 1977. 59 p.
3. Dubov E.E. Indici de activitate solară și geomagnetică. Materiale ale Centrului Mondial de Date BM: Comitetul interdepartamental de geofizică sub Prezidiul Academiei de Științe a URSS, 1982. 35 p.
4. Fizica solară și solar-terestră. Dicționar ilustrat de termeni. Ed. A. Brucek şi S. Duran. M.: Mir, 1980. 254 p.
- Razele cosmice solare (SCR) sunt protoni, electroni, nuclee formate în erupții solare și care ajung pe orbita Pământului după interacțiunea cu mediul interplanetar.
- Furtuni și subfurtuni magnetosferice cauzate de sosirea unei unde de șoc interplanetare pe Pământ asociate atât cu CME-uri, cât și cu COE-uri și cu fluxuri de vânt solar de mare viteză;
- Radiația electromagnetică ionizantă (IER) de la erupțiile solare, care provoacă încălzire și ionizare suplimentară a atmosferei superioare;
- Creșteri ale fluxurilor de electroni relativiști în centura exterioară de radiații a Pământului asociată cu sosirea fluxurilor de vânt solar de mare viteză pe Pământ.
Raze cosmice solare (SCR)
Particulele energetice formate în erupții - protoni, electroni, nuclee - după interacțiunea cu mediul interplanetar pot ajunge pe orbita Pământului. Este în general acceptat că cea mai mare contribuție la doza totală vine de la protonii solari cu o energie de 20-500 MeV. Fluxul maxim de protoni cu energii de peste 100 MeV de la o erupție puternică din 23 februarie 1956 a fost de 5000 de particule per cm -2 s -1.
(Consultați materialele despre subiectul „Raze cosmice solare” pentru mai multe detalii).
Sursa principală de SCR– erupții solare, în cazuri rare - degradarea unei proeminențe (fibră).
SCR ca sursă principală de pericol de radiații în OKP
Fluxurile razelor cosmice solare cresc semnificativ nivelul de pericol de radiație pentru astronauți, precum și pentru echipajele și pasagerii aeronavelor de mare altitudine de pe rutele polare; duce la pierderea sateliților și defectarea echipamentelor utilizate pe obiectele spațiale. Prejudiciul pe care radiațiile îl provoacă ființelor vii este destul de bine cunoscut (pentru mai multe detalii, vezi materialele cu tema „Cum ne afectează vremea spațială viața?”), dar în plus, o doză mare de radiații poate deteriora și echipamentele electronice instalate. despre nave spațiale (vezi Citiți mai multe despre Lectura 4 și materiale despre subiecte privind impactul mediului extern asupra navelor spațiale, elementele și materialele acestora).
Cu cât microcircuitul este mai complex și mai modern, cu atât dimensiunea fiecărui element este mai mică și probabilitatea defecțiunilor este mai mare, ceea ce poate duce la funcționarea incorectă a acestuia și chiar la oprirea procesorului.
Să dăm un exemplu clar al modului în care fluxurile SCR de înaltă energie afectează starea echipamentelor științifice instalate pe nave spațiale.
Pentru comparație, figura prezintă fotografii ale Soarelui făcute de instrumentul EIT (SOHO), făcute înainte (07:06 UT 28/10/2003) și după o puternică erupție solară care a avut loc în jurul orei 11:00 UT 28/10/2003 , după care fluxurile NCP de protoni cu energii de 40-80 MeV au crescut cu aproape 4 ordine de mărime. Cantitatea de „zăpadă” din figura din dreapta arată cât de deteriorată este matricea de înregistrare a dispozitivului de fluxurile de particule de flare.
Influența creșterii fluxurilor SCR asupra stratului de ozon al Pământului
Deoarece sursele de azot și oxizi de hidrogen, al căror conținut determină cantitatea de ozon din atmosfera medie, pot fi și particule de înaltă energie (protoni și electroni) ale SCR-urilor, influența lor ar trebui să fie luată în considerare în modelarea și interpretarea fotochimică. a datelor observaționale la momentele evenimentelor de protoni solari sau perturbații geomagnetice puternice.
Evenimentele protonilor solari
Rolul variațiilor GCR de 11 ani în evaluarea siguranței radiațiilor a zborurilor spațiale pe termen lung
La evaluarea siguranței radiațiilor pe termen lung zboruri spatiale(cum ar fi, de exemplu, o expediție planificată pe Marte), devine necesar să se țină cont de contribuția la doza de radiație a razelor cosmice galactice (GCR) (pentru mai multe detalii, vezi prelegerea 4). În plus, pentru protonii cu energii peste 1000 MeV, mărimea fluxurilor GCR și SCR devine comparabilă. Când se iau în considerare diferite fenomene de pe Soare și din heliosferă pe intervale de timp de câteva decenii sau mai mult, factorul determinant este ciclicitatea de 11 și 22 de ani a procesului solar. După cum se poate observa din figură, intensitatea GCR se modifică în antifază cu numărul Wolf. Acest lucru este foarte important, deoarece la minimum SA mediul interplanetar este slab perturbat și fluxurile GCR sunt maxime. Având grad înalt ionizare și fiind omniprezente, în perioadele de minimum SA, GCR-urile determină sarcinile de doză asupra oamenilor în zborurile spațiale și aviatice. Cu toate acestea, procesele de modulație solară se dovedesc a fi destul de complexe și nu pot fi reduse doar la anti-corelarea cu numărul Wolf. .
Figura arată modularea intensității CR în ciclul solar de 11 ani.
Electroni solari
Electronii solari de înaltă energie pot provoca ionizarea volumului navelor spațiale și, de asemenea, acționează ca „electroni ucigași” pentru microcircuite instalate pe nave spațiale. Datorită fluxurilor SCR, comunicațiile cu unde scurte în regiunile polare sunt întrerupte și apar defecțiuni în sistemele de navigație.
Furtuni și subfurtuni magnetosferice
Alte consecințe importante ale activității solare care afectează starea spațiul apropiat Pământului, sunt furtuni magnetice– modificări puternice (zeci și sute de nT) ale componentei orizontale a câmpului geomagnetic măsurat pe suprafața Pământului la latitudini joase. Furtună magnetosferică este un set de procese care au loc în magnetosfera Pământului în timpul unei furtuni magnetice, când există o comprimare puternică a graniței magnetosferei pe partea de zi, alte deformații semnificative ale structurii magnetosferei și un curent inel de particule energetice se formează în magnetosfera interioară.
Termenul „subfurtuna” a fost introdus în 1961. SI. Akasofu pentru a desemna tulburările aurorale din zona aurorale care durează aproximativ o oră. În datele magnetice, perturbările în formă de golf au fost identificate chiar mai devreme, coincizând în timp cu o subfurtună în aurore. Subfurtună magnetosferică este un ansamblu de procese din magnetosferă și ionosferă, care în cel mai general caz poate fi caracterizat ca o succesiune de procese de acumulare de energie în magnetosferă și eliberare explozivă a acesteia. Sursa furtunilor magnetice− sosirea pe Pământ a plasmei solare de mare viteză (vânt solar), precum și a COW și a undei de șoc asociată. Fluxurile de plasmă solară de mare viteză, la rândul lor, sunt împărțite în sporadice, asociate cu erupții solare și CME, și cvasi-staționare, care apar deasupra găurilor coronale. Furtuni magnetice Potrivit sursei lor, ele sunt împărțite în sporadice și recurente. (Vezi cursul 2 pentru mai multe detalii).
Indici geomagnetici – Dst, AL, AU, AE
Caracteristicile numerice care reflectă perturbațiile geomagnetice sunt diverși indici geomagnetici - Dst, Kp, Ap, AA și alții.
Amplitudinea variațiilor câmpului magnetic al Pământului este adesea folosită ca caracteristică cea mai generală a puterii furtunilor magnetice. Indicele geomagnetic Dst conține informații despre perturbațiile planetare din timpul furtunilor geomagnetice.
Indicele de trei ore nu este potrivit pentru studierea proceselor subfurtunii; în acest timp, o subfurtună poate începe și se poate termina. Structura detaliată a fluctuațiilor câmpului magnetic datorate curenților zonei aurorale ( jet electric auroral) caracterizează indicele auroral cu jet electric AE. Pentru a calcula indicele AE, folosim magnetograme ale componentelor H observatoare situate la latitudini aurorale sau subaurorale și distribuite uniform în longitudine. În prezent, indicii AE sunt calculați din datele de la 12 observatoare situate în emisfera nordică la diferite longitudini între 60 și 70° latitudine geomagnetică. Pentru a descrie numeric activitatea subfurtunii, sunt utilizați și indicii geomagnetici AL (cea mai mare variație negativă a câmpului magnetic), AU (cea mai mare variație pozitivă a câmpului magnetic) și AE (diferența dintre AL și AU).
Indicele Dst pentru mai 2005
Indici Kr, Ar, AA
Indicele de activitate geomagnetică Kp este calculat la fiecare trei ore din măsurătorile câmpului magnetic la mai multe stații situate în diferite părți ale Pământului. Are niveluri de la 0 la 9, fiecare nivel următor al scalei corespunde unor variații de 1,6-2 ori mai mari decât precedentul. Furtunile magnetice puternice corespund unor niveluri de Kp mai mari de 4. Așa-numitele superfurtuni cu Kp = 9 apar destul de rar. Alături de Kp, este folosit și indicele Ap, egal cu amplitudinea medie a variațiilor câmpului geomagnetic pe zi pe glob. Se măsoară în nanotesle (câmpul pământului este de aproximativ
50.000 nT). Nivelul Kp = 4 corespunde aproximativ unui Ap egal cu 30, iar nivelul Kp = 9 corespunde unui Ap mai mare de 400. Valorile așteptate ale unor astfel de indici constituie conținutul principal al prognozei geomagnetice. Indicele AR a început să fie calculat în 1932, deci pentru mai mult perioadele timpurii se folosește indicele AA - amplitudinea medie zilnică a variațiilor, calculată din două observatoare antipodale (Greenwich și Melbourne) din 1867.
Influența complexă a SCR-urilor și a furtunilor asupra vremii spațiale datorită pătrunderii SCR-urilor în magnetosfera Pământului în timpul furtunilor magnetice
Din punctul de vedere al pericolului de radiații reprezentat de fluxurile SCR pentru segmentele de latitudini înalte ale orbitelor navelor spațiale precum ISS, este necesar să se țină seama nu numai de intensitatea evenimentelor SCR, ci și de limitele pătrunderii lor în magnetosfera Pământului(Consultați cursul 4 pentru mai multe detalii.) Mai mult, așa cum se poate observa din figura de mai sus, SCR-urile pătrund destul de adânc chiar și pentru furtunile magnetice de amplitudine mică (-100 nT sau mai puțin).
Evaluarea pericolului de radiații în regiunile de latitudini înalte ale traiectoriei ISS pe baza datelor de la sateliții polari pe orbită joasă
Au fost comparate estimări ale dozelor de radiație în regiunile de latitudine înaltă ale traiectoriei ISS, obținute pe baza datelor privind spectrele și limitele pătrunderii SCR în magnetosfera Pământului, conform datelor satelitului Universitetsky-Tatyana în timpul erupțiilor solare și furtunilor magnetice din septembrie 2005. cu doze măsurate experimental pe ISS în zone de latitudine mare. Din cifrele date se vede clar că valorile calculate și experimentale sunt consistente, ceea ce indică posibilitatea estimării dozelor de radiații pe diferite orbite folosind date de la sateliți polari de joasă altitudine.
Harta dozelor pe ISS (IBS) și compararea dozelor calculate și experimentale.
Furtunile magnetice ca o cauză a întreruperii comunicațiilor radio
Furtunile magnetice duc la perturbări puternice în ionosferă, care la rândul lor afectează negativ starea emisiune de radio. În regiunile subpolare și zonele ovale aurorale, ionosfera este asociată cu regiunile cele mai dinamice ale magnetosferei și, prin urmare, este cea mai sensibilă la astfel de influențe. Furtunile magnetice de la latitudini mari pot bloca aproape complet emisiunile radio timp de câteva zile. În același timp, au de suferit și alte domenii de activitate, de exemplu călătoriile cu avionul. Un alt efect negativ asociat furtunilor geomagnetice este pierderea orientării sateliților, a căror navigare se efectuează de-a lungul câmpului geomagnetic, care suferă perturbări puternice în timpul furtunii. Desigur, în timpul perturbărilor geomagnetice apar probleme cu radarul.
Influența furtunilor magnetice asupra funcționării liniilor telegrafice și electrice, conductelor, căilor ferate
Variațiile câmpului geomagnetic care apar în timpul furtunilor magnetice la latitudini polare și aurorale (conform bine-cunoscutei legi a inducției electromagnetice) generează secundare. curenti electriciîn straturile conductoare ale litosferei Pământului, în apă sărată și în conductoare artificiale. Diferența de potențial indusă este mică și se ridică la aproximativ câțiva volți pe kilometru, dar în conductorii lungi cu rezistență scăzută - linii de comunicații și electrice (linii electrice), conducte, șine căi ferate
− puterea totală a curenților induși poate ajunge la zeci și sute de amperi.
Cele mai puțin protejate de o astfel de influență sunt liniile aeriene de comunicație de joasă tensiune. Astfel, interferențe semnificative care au avut loc în timpul furtunilor magnetice au fost observate deja pe primele linii telegrafice construite în Europa în prima jumătate a secolului al XIX-lea. Activitatea geomagnetică poate cauza, de asemenea, probleme semnificative pentru automatizarea căilor ferate, în special în regiunile polare. Și în conductele de petrol și gaze care se întind pe multe mii de kilometri, curenții induși pot accelera semnificativ procesul de coroziune a metalelor, care trebuie luat în considerare la proiectarea și exploatarea conductelor.
Exemple de impact al furtunilor magnetice asupra funcționării liniilor electrice
Un accident major care a avut loc în timpul furtunii magnetice severe din 1989 în rețeaua electrică a Canadei a demonstrat în mod clar pericolul furtunilor magnetice pentru liniile electrice. Cercetările au arătat că transformatoarele au fost cauza accidentului. Faptul este că componenta de curent constant introduce transformatorul într-un mod de funcționare neoptimal cu saturație magnetică excesivă a miezului. Acest lucru duce la absorbția excesivă de energie, supraîncălzirea înfășurărilor și, în cele din urmă, la o defecțiune a întregului sistem. O analiză ulterioară a performanței tuturor centralelor din America de Nord a relevat o relație statistică între numărul defecțiunilor din zonele cu risc ridicat și nivelul activității geomagnetice.
Influența furtunilor magnetice asupra sănătății umane
Rezultatele sunt disponibile momentan cercetare medicala, dovedind prezența unei reacții umane la perturbațiile geomagnetice. Aceste studii arată că există o categorie destul de mare de oameni asupra cărora furtunile magnetice au un efect negativ: activitatea umană este inhibată, atenția este tocită, iar bolile cronice sunt exacerbate. Trebuie remarcat faptul că studiile privind impactul perturbațiilor geomagnetice asupra sănătății umane sunt abia la început, iar rezultatele lor sunt destul de controversate și contradictorii (pentru mai multe detalii, consultați materialele cu tema „Cum ne afectează vremea spațială viața?”).
Cu toate acestea, majoritatea cercetătorilor sunt de acord că în acest caz există trei categorii de oameni: pentru unii, perturbațiile geomagnetice au un efect deprimant, pentru alții, dimpotrivă, au un efect incitant, iar pentru alții nu se observă nicio reacție.
Subfurtunile ionosferice ca factor de vreme spațială
Subfurtunile sunt o sursă puternică electroni în magnetosfera exterioară. Fluxurile de electroni cu energie joasă cresc foarte mult, ceea ce duce la o creștere semnificativă a electrificarea navelor spațiale(pentru mai multe detalii, vezi materialele la tema „Electrizare nava spatiala„). În timpul unei activități puternice subfurtuni, fluxurile de electroni din centura exterioară de radiații (ERB) a Pământului cresc cu câteva ordine de mărime, ceea ce reprezintă un pericol grav pentru sateliții ale căror orbite intersectează această regiune, deoarece în interiorul navei spațiale se acumulează o cantitate suficient de mare de electroni. . încărcare volumetrică care duce la defecțiunea electronicii de bord. Ca exemplu, putem cita probleme legate de funcționarea instrumentelor electronice pe sateliții Equator-S, Polag și Calaxy-4, care au apărut pe fondul activității prelungite subfurtunii și, în consecință, a fluxurilor foarte mari de electroni relativiști în magnetosfera exterioară în mai 1998.
Subfurtunile sunt un partener integral al furtunilor geomagnetice, cu toate acestea, intensitatea și durata activității subfurtunii au o relație ambiguă cu puterea furtunilor magnetice. O manifestare importantă a conexiunii „furtună-subfurtună” este influența directă a puterii unei furtuni geomagnetice asupra latitudinii geomagnetice minime la care se dezvoltă subfurtunile. În timpul furtunilor geomagnetice puternice, activitatea subfurtunii poate coborî de la latitudini geomagnetice înalte, ajungând la latitudini medii. În acest caz, la latitudini medii va exista o întrerupere a comunicațiilor radio cauzată de efectul perturbator asupra ionosferei al particulelor încărcate energetic generate în timpul activității subfurtunii.
Relația dintre activitatea solară și cea geomagnetică - tendințe actuale
În unele opere contemporane dedicat problemei vremii spațiale și climatului spațial, ideea este exprimată despre necesitatea de a separa activitatea solară de cea geomagnetică. Figura arată diferența dintre valorile medii lunare ale petelor solare, considerate în mod tradițional un indicator al SA (roșu), și indicele AA (albastru), care arată nivelul activității geomagnetice. Din figură se poate observa că coincidența nu este observată pentru toate ciclurile SA.
Cert este că o mare parte din maximele SA sunt alcătuite din furtuni sporadice, de care răspund erupțiile și CME-urile, adică fenomene care au loc în regiuni ale Soarelui cu linii de câmp închise. Dar la minimele SA, majoritatea furtunilor sunt recurente, cauzate de sosirea pe Pământ a fluxurilor de vânt solar de mare viteză care curg din găurile coronale - regiuni cu linii de câmp deschis. Astfel, sursele de activitate geomagnetică, cel puțin pentru minimele SA, au semnificativ natură diferită.
Radiația electromagnetică ionizantă de la erupțiile solare
Ca alta factor importantÎn vremea spațială, radiațiile electromagnetice ionizante (IER) de la erupțiile solare ar trebui notate separat. În perioadele de liniște, EI este aproape complet absorbit la altitudini mari, provocând ionizarea atomilor de aer. În timpul erupțiilor solare, fluxurile EI de la Soare cresc cu câteva ordine de mărime, ceea ce duce la incalzireȘi ionizare suplimentară a atmosferei superioare.
Ca urmare încălzire sub influența energiei electrice, atmosfera este „umflată”, adică. densitatea sa la o înălțime fixă crește foarte mult. Acest lucru reprezintă un pericol grav pentru sateliții de joasă altitudine și pentru navele spațiale cu echipaj, deoarece atunci când intră în straturile dense ale atmosferei, nava spațială poate pierde rapid altitudine. Această soartă a avut loc stației spațiale americane Skylab în 1972, în timpul unei puternice erupții solare - stația nu avea suficient combustibil pentru a reveni pe orbita sa anterioară.
Absorbția undelor radio cu unde scurte
Absorbția undelor radio cu unde scurte este rezultatul faptului că sosirea ionizantului radiatie electromagnetica− Radiațiile UV și de raze X de la erupțiile solare provoacă ionizare suplimentară a atmosferei superioare (pentru mai multe detalii, vezi materialele la tema „Fenomene luminoase tranzitorii în atmosfera superioară a Pământului”). Acest lucru duce la o deteriorare sau chiar la oprirea completă a comunicațiilor radio pe partea iluminată a Pământului timp de câteva ore. }
