ПРОГНОЗ ПОГОДЫ XXI ВЕКА: ОЖИДАЮТСЯ МАГНИТНЫЕ ОБЛАКА И ЭЛЕКТРОННЫЕ ОСАДКИ

Прогноз геомагнитной обстановки стал неотъемлемой частью нашей повседневной жизни и все чаще используется во многих, в том числе очень далеких от космоса, областях человеческой деятельности: газеты регулярно печатают прогнозы магнитных бурь. С ними нередко связывают предсказания «неблагоприятных дней», которые якобы наступят через месяц-полтора. Можно ли им доверять? Электродинамические связи между Солнцем и Землей, через которые солнечные процессы существенно влияют как на космическую и земную технику, так и на людей, называют сейчас «космической погодой» (см. «Наука и жизнь» №№ 7, 10, 2001 г.). Однако глубина наших знаний об этих связях все еще не позволяет добиться желаемой точности в подобных предсказаниях. Тем интереснее посмотреть — как же делаются прогнозы космической погоды и, в частности, магнитных бурь и как, несмотря на некоторую традиционную загадочность космической науки, научиться понимать содержание прогноза, руководствуясь в основном здравым смыслом и опытом восприятия прогноза обычной — атмосферной — погоды.

Наука и жизнь // Иллюстрации

Наука и жизнь // Иллюстрации

Во время максимумов солнечной активности на поверхности нашего светила появляются внешне безобидные потемнения — солнечные пятна, отмечающие зоны, где интенсивность магнитного поля повышена.

Наука и жизнь // Иллюстрации

Ответ на вопрос: каким будет следующий солнечный цикл? — служит предметом долговременного солнечного прогноза.

Ожидаемые среднесуточные величины геомагнитного индекса Ар содержатся в 27- и 45-дневных прогнозах геомагнитной активности.

Наука и жизнь // Иллюстрации

Наука и жизнь // Иллюстрации

Схема краткосрочного геомагнитного прогноза на примере магнитной бури 23 — 24 ноября 2001 года.

‹

›

Наша планета надежно защищена от космических воздействий атмосферой и геомагнитным полем, и большинство земных объектов и живых существ чувствует лишь настоящие космические ненастья — солнечные вспышки и магнитные бури. Хотя для обычного, немного мнительного человека одного лишь сообщения о грядущей буре бывает достаточно, чтобы он забеспокоился о своем здоровье, техническим потребителям необходимо получить сведения о множестве других параметров: радиационном фоне, величине магнитного поля в конкретных точках земной поверхности, состоянии ионосферы. Тем не менее в своем рассказе мы остановимся сейчас только на одном, наиболее интересном проявлении космической погоды — на геомагнитной активности. Так обычно называют быстрые и резкие изменения (вариации) геомагнитного поля, которые всегда сопровождают магнитные бури — настоящие катастрофы, развивающиеся в околоземном космическом пространстве.

Амплитуду вариаций геомагнитного поля часто используют как наиболее общую характеристику силы магнитных бурь. Для этого применяют специальный индекс геомагнитной активности

Кр, который рассчитывают каждые три часа по измерениям магнитного поля на нескольких станциях, расположенных в различных частях земного шара. Он имеет уровни от 0 до 9, подобно шкале силы землетрясений; каждому следующему уровню шкалы соответствуют вариации в 1,6-2 раза большие предыдущего. Сильным геомагнитным вариациям — магнитным бурям — соответствуют уровни Кр больше 4. Так называемые супербури (superstorms — по английской терминологии) с Кр, равным 9, случаются очень редко — в среднем один раз за цикл солнечной активности, примерно 11 лет. Наряду с Кр используют также индекс Ар, равный средней амплитуде вариаций геомагнитного поля по земному шару. Он измеряется в нанотеслах (земное поле равно примерно 50 000 нТл). Уровню Кр = 4 приблизительно соответствует Ар, равное 30, а уровню Кр = 9 отвечает Ар больше 400. Ожидаемые значения таких индексов и составляют основное содержание геомагнитного прогноза. В русскоязычных прогнозах часто встречаются также качественные описания уровня активности, например «слабовозмущенное» (Кр = 4) или «сильновозмущенное» (Кр > 5) состояние магнитного поля.

Прежде чем углубиться в детали космического прогноза, полезно провести аналогию с прогнозом обычной — атмосферной — погоды. Обращаясь к сообщениям Гидрометцентра, мы хотим узнать, холодной ли будет зима, будет ли ясно в следующие выходные и брать ли зонтик завтра. Чем ближе интересующий период, тем конкретнее и точнее должны быть предсказания. Перед выходом на улицу достаточно просто посмотреть в окно, чтобы получить достоверную информацию о том, сияет ли Солнце или небо затянули тучи. Прогноз на ближайшие дни предупреждает о возможном приходе атмосферного фронта с осадками. Сводка же погоды на месяц вперед никогда не содержит предупреждений о конкретном дождике в «следующий четверг». Тем не менее квалифицированный «дальний» прогноз температуры и осадков по-своему необходим для сельского хозяйства, коммунальных служб, речников и энергетиков.

Такие же простые соображения применимы и для понимания космической погоды: предупреждения о начинающейся магнитной буре должны иметь стопроцентную достоверность, а месячные сводки содержат скорее сведения о среднем состоянии магнитосферы, чем о конкретных магнитных возмущениях. Более того, геомагнитный прогноз даже в чем-то проще обычного прогноза погоды. Прежде всего, потому, что, в отличие от сложной динамики взаимосвязанных процессов в земной атмосфере, механизм электромагнитного влияния Солнца на Землю, составляющий основу космической погоды, можно описать как единую цепь следующих друг за другом событий. Первопричиной всех космических ненастий служат различные проявления солнечной активности, в частности солнечные вспышки. Виновники земных магнитных бурь — магнитные облака, которые вылетают из атмосферы Солнца при вспышках. Их со скоростью 300-1500 км/с уносит солнечный ветер, поэтому они достигают Земли только спустя несколько дней после своего рождения. А солнечный свет проводит в пути всего лишь 8 минут. Эта разница во времени создает определенные удобства для прогноза магнитной бури, но все-таки не позволяет уверенно предсказать ее возникновение.

Кроме того, геомагнитные вариации во время магнитных бурь имеют глобальный характер: их проявления в умеренных широтах практически одинаковы по всему земному шару.

Отдельно в прогнозах отмечают только ночную авроральную зону — пояс между 60-м и 80-м градусами магнитной широты на противоположной от Солнца стороне Земли, где геомагнитная активность значительно более высока. Посмотрим теперь, как составляются прогнозы, наиболее часто упоминаемые в печати.

Широкую и в некотором смысле незаслуженную известность получили сводки геомагнитной активности на 27 и 45 дней вперед. Прежде всего, ясно, что геомагнитный прогноз на такой срок может быть только прогнозом солнечной активности. Более того, так как Солнце вращается с периодом 27 дней, элемент солнечной поверхности, который будет обращен к Земле через 2 — 3 недели, в данный момент не виден: он находится на обратной стороне Солнца! На чем же могут основываться такие заблаговременные предсказания?

Оказывается, активные области — группы солнечных пятен — на поверхности Солнца часто существуют дольше, чем длится один оборот, и на основании наблюдений за предыдущие дни можно составить примерную карту пятен на один-два следующих оборота. Но при этом время возникновения отдельных солнечных вспышек, длительность которых не превышает нескольких часов, а следовательно, и создаваемых ими магнитных бурь предсказать практически невозможно. Реально лишь попытаться предугадать время предполагаемого прохода уже известной активной области на поверхности Солнца через центральный меридиан, откуда ее воздействие на Землю наиболее вероятно. Именно на эти интервалы времени и предсказывают слабовозмущенную геомагнитную обстановку. Высокие значения индексов

Кр и Ар, характерные для магнитных бурь, в таком прогнозе встретить практически невозможно.

Добиться большей конкретности прогноза можно только на ближайшие три — семь дней. В этом случае достаточно сведений о видимой в данный момент части солнечной поверхнос ти. Как только из-за восточного (левого, если смотреть с Земли: наше светило, как и все остальное в Солнечной системе, вращается против часовой стрелки) края солнечного диска появляется новая активная область — группа пятен, выдается предупреждение о повышенной вероятности возникновения солнечных вспышек и соответственно бурных всплесков геомагнитной активности в ближайшие дни.

Хотя конкретное время начала вспышки или бури предсказать довольно трудно, эти все еще несколько расплывчатые прогнозы запрашивают, например, космические агентства, учитывающие радиационные опасности магнитных бурь при планировании работ космонавтов и астронавтов в открытом космосе.

За вспышками наиболее удобно следить, измеряя рентгеновское излучение Солнца на космических аппаратах: во время вспышки его интенсивность подскакивает в сотни и тысячи раз. С Земли проводить подобный мониторинг невозможно, потому что рентгеновское излучение полностью поглощается атмосферой. Поэтому вот уже тридцать лет, как эти наблюдения круглосуточно проводят американские геостационарные спутники GOES, непрерывно передавая результаты на Землю. Поток энергии Солнца (в ваттах на квадратный метр), измеряемый GOES в диапазоне длин волн между 1 и 8 ангстрем, служит шкалой силы вспышек, которая измеряется в баллах. Для Земли считаются опасными вспышки балла М1 (10^-5 Вт/м²) и более. Вспышки от М2 до М9 соответственно в 2 — 9 раз сильнее. Интенсивность 10^-4 Вт/м² (М10) обозначается как Х1; показателю Х2 соответствует 2×10^-4 Вт/м² и так далее. В год солнечного максимума бывает до десяти вспышек с баллом выше Х1. Самая сильная вспышка текущего солнечного цикла Х57 (5,7×10^-3 Вт/м²) была зафиксирована 14 июля 2000 года. Наземные солнечные телескопы позволяют зарегистрировать наиболее крупные вспышки в оптическом диапазоне и определить их координаты на солнечном диске, но по понятным причинам наземные наблюдения невозможно проводить непрерывно.

После того как солнечная вспышка зарегистрирована, дать прогноз, казалось бы, просто — событие уже произошло. Однако после подавляющего большинства вспышек магнитных бурь не происходит. В чем же дело? Во-первых, достаточно мощные выбросы солнечного вещества, способные преодолеть притяжение Солнца и превратиться в магнитное облако, рождаются далеко не всегда. Во-вторых, хотя поперечник облаков у орбиты Земли может достигать нескольких миллионов километров, они все же остаются достаточно малыми в масштабах Солнечной системы (напомним, что расстояние от Земли до Солнца составляет 150 миллионов километров). Поэтому далеко не все магнитные облака опасны. Траектория вылета выбросов обычно близка к радиальной, поэтому наиболее велика вероятность «попасть» по Земле из центральных участков видимого солнечного диска — вблизи линии, соединяющей центр Солнца с Землей. Облака от вспышек, происходящих на периферии солнечного диска и на обратной стороне Солнца, скорее всего, пролетят мимо.

Итак, если вспышка достаточно мощная, а ее местоположение на солнечном диске «подходящее», то предупреждение о «неминуемой сильнейшей магнитной буре», ожидаемой в ближайшие двое-трое суток, обычно широко освещается прессой. Так составляется трехдневный геомагнитный прогноз. Однако определить заранее точное время начала бури (определяемое скоростью движения магнитного облака) и ее силу (зависящую от распределения магнитного поля в облаке) все равно еще невозможно. Зачастую даже сам факт приближения облака к Земле нельзя подтвердить достоверно. В дополнение ко всем бедам часто магнитные бури средней величины вызываются не магнитными облаками, а областями с повышенной плотностью солнечного ветра, образующимися при столкновении быстрых и медленных его течений и никак не связанными с солнечной активностью. Все же, несмотря на некоторое несовершенство, этот тип прогноза многие годы был своего рода последним рубежом на подступах к Земле: после регистрации «подходящей» солнечной вспышки оставалось лишь обреченно ждать начала магнитной бури.

Вплоть до недавнего времени не представлялось возможным обнаружить магнитное облако после его расставания с Солнцем и до соударения с магнитным полем Земли, что значительно увеличило бы надежность прогноза. Это объясняется исключительно малой плотностью межпланетной плазмы: несколько частиц на кубический сантиметр, по земным меркам — глубокий вакуум, до сих пор недостижимый в лаборатории. Однако высокочувствительные приборы на борту космических аппаратов способны «ощутить» погружение аппарата в облако: плотность плазмы там значительно выше и магнитное поле сильнее, чем в спокойном солнечном ветре. Главная проблема состоит в том, как на длительное время «прицепить» спутник к линии, соединяющей Землю и Солнце, — наиболее вероятному направлению приближения магнитных облаков. Ведь все космические аппараты вращаются вокруг Земли или движутся по межпланетным траекториям и пересекают эту линию лишь изредка. Но, как оказалось, есть и промежуточный вариант. В так называемой точке либрации, находящейся на расстоянии 1,5 миллиона километров от Земли в сторону Солнца, гравитационные силы Земли и Солнца уравновешиваются; искусственный спутник может «зависнуть» здесь на длительное время, как бы балансируя на границе между двумя притягивающими центрами.

Так как радиосигнал распространяется почти в тысячу раз быстрее солнечного ветра, то, сразу же передав на Землю информацию о прохождении магнитного облака из точки либрации по радиоканалу, можно опередить магнитную бурю на несколько десятков минут. В отличие от всех других типов прогноза, достоверность такого, своего рода штормового предупреждения о надвигающемся ненастье близка к ста процентам, так как оно основано на прямых наблюдениях магнитного облака у самых границ околоземного пространства. Несмотря на свою относительную краткосрочность, этот вид прогноза в настоящее время стал необходимой составной частью службы космической погоды, особенно важной для технических подразделений, которые не могут прекращать свою деятельность «на всякий случай» после каждой солнечной вспышки. Своевременное предупреждение полезно также, когда влияние бурь сказывается не мгновенно, а постепенно, в течение одних или нескольких суток, воздействуя, например, на биологические объекты и самочувствие людей. В этом смысле гораздо важнее получать оперативные сообщения о начале бури, чем пользоваться приблизительными прогнозами на месяцы вперед и беспокоиться понапрасну.

С 1997 года в точке либрации постоянно находятся два космических аппарата: европейский спутник SOHO (его снимки были показаны в первой статье — см. «Наука и жизнь» № 7, 2001 г.), изучающий Солнце дистанционно и передающий его изображения в рентгеновском и ультрафиолетовом диапазонах, и американский спутник ACE, «ответственный» за информацию о солнечном ветре, получаемую с помощью локальных измерений. Ни один отечественный спутник в этой области космического пространства еще не работал, но в Институте космических исследований Российской академии наук совместно с НПО им С. А. Лавочкина сегодня ведется проработка такого космического аппарата «Интербол-3». Для постоянного приема радиосигнал а из точки либрации необходимо иметь станции космической связи в разных часовых поясах — ведь принимать сигнал может только антенна, расположенная на дневной стороне и смотрящая на Солнце.

Последний, логически завершающий этап прогноза — регистрация на Земле всплеска геомагнитных вариаций, возникающего с началом магнитной бури. Тем же, кто находится в полярных районах Земли, во время бури имеет смысл в ночное время выйти на улицу и полюбоваться на полярные сияния. Их вызывают потоки электронов, высыпающиеся в атмосферу из магнитосферы Земли. Это, пожалуй, единственное проявление солнечной и геомагнитной активности, которое может увидеть и невооруженный современной техникой человек. Во время сильных бурь слабое красное свечение ночного неба часто можно наблюдать и в средней полосе России. Не будет преувеличением сказать, что полярные сияния, по-видимому, служат единственным «положительным», то есть радующим глаз, следствием космических бурь. Все остальные или вредны, или просто опасны.

Очевидно, что достичь желаемой точности и полноты прогноза космической погоды можно только международными усилиями. Например, необходимо круглосуточно следить за Солнцем с Земли, и российские телескопы здесь практически идеально дополняют наблюдения американских и европейских обсерваторий. Ни одна развитая страна сейчас не может себе позволить весьма дорогое удовольствие — запускать все необходимые спутники. Роль России с ее опытом космических разработок в таком международном разделении труда может быть очень важна. Так, в 2000 году была завершена российская программа исследований «Интербол», обеспечившая пятилетнюю работу двух спутников на орбитах внутри магнитосферы Земли. Она была тесно скоординирована с родственными программами космических агентств США, Европы и Японии, изучавших с помощью нескольких своих аппаратов Солнце, солнечный ветер и полярные сияния. В настоящее время на орбите находится только один, запущенный в прошлом году, отечественный космический аппарат данного профиля «Коронас-Ф», который наблюдает за Солнцем. Вклад нашей страны в исследования космической погоды может быть значительно увеличен, если удастся довести до конца разработку спутника «Интербол-3», предназначенного для мониторинга солнечного ветра в точке либрации и разработки методов краткосрочного прогноза. Планируется, что он будет работать совместно с флотилией из трех украинских мини-спутников «Прогноз», ответственных за мониторинг ионосферы — самого близкого и наиболее важного для человека «этажа» солнечно-земной цепи.

В заключение немного пофантазируем. Космическая погода — явление глобальное. Ведь в единую электрическую цепь связана вся Солнечная система от Солнца — источника энергии до Земли, чье магнитное поле защищает нас. Современные научные приборы позволяют увидеть почти все этапы работы этой грандиозной электроустановки и спрогнозировать ее состояние в будущем. Мы стараемся уменьшить негативное влияние космоса на космическую и наземную технику, ограничивая свою деятельность или включая специальную защиту. Однако можно ли решить эту проблему кардинально? В состоянии ли человек хоть как-то управлять тем, что происходит в этой грандиозной космической электросети? Конечно, не в наших силах воздействовать на первопричину — солнечную активность, ведь энергетика вспышек на много порядков превосходит все возможности земной цивилизации. Энергия магнитных бурь много меньше, но все же, чтобы повлиять на происходящее с помощью «грубой силы», человечеству придется задействовать буквально все свои энергоресурсы.

К счастью, наши знания о физике космоса позволяют предложить более изящные способы решения проблемы. Можно попытаться произвести тонкую настройку магнитосферы так, чтобы заставить большую часть энергии выделиться наиболее безопасным образом вдали от Земли, в космическом пространстве. Как и в обычной электрической схеме, повлиять на распределение мощности в сети можно, изменив сопротивление отдельных элементов. В восьмидесятые годы был поставлен ряд экспериментов по выпуску облаков плазмы с борта искусственных спутников. По расчетам, дополнительные заряды могли снизить сопротивление и значительно увеличить ток в области рядом со спутником. Однако из-за огромных размеров магнитосферы заметного воздействия на ее динамику произвести не удалось. Оказалось, что легче это сделать с Земли. Многие магнитосферные токи замыкаются через ионосферу, и при этом относительно небольшие ее участки собирают ток из огромных областей магнитосферы. Поэтому эффективность воздействия здесь может быть гораздо выше, да и энергетические ресурсы на поверхности Земли несравнимы с возможностями космических аппаратов. Проводимость ионосферы можно увеличить, повысив степень ионизации ее нейтральной компоненты с помощью импульсов мощного радиоизлучения, генерируемого гигантскими антенными комплексами (они есть и в России, и в Норвегии, и в США). Хотя первые эксперименты (проведенные, в частности, в ходе недавно завершившегося российского космического проекта «Интербол») показывают, что магнитосфера действительно реагирует на такое искусственное воздействие, необходимо еще много работать, чтобы реально заставить ее подчиняться воле человека. Кто знает, может быть, со временем наша цивилизация больше преуспеет в регулировке магнитных бурь, чем в управлении засухами, ураганами и другими проявлениями атмосферной погоды — непременным атрибутом будущего в понимании писателей — фантастов?

Современные телекоммуникации позволяют практически мгновенно обмениваться показаниями приборов, размещенных в разных концах земного шара и космосе. Не исключение и информация о космической погоде, доступная любому пользователю через сеть Интернета. Каждый может узнать, как сейчас выглядит Солнце, какова геомагнитная обстановка и не видно ли на горизонте магнитного облака. Приведем несколько полезных адресов.

О текущем состоянии геомагнитного поля и величине индекса Кр в Москве и Иркутске можно узнать на сайтах Института земного магнетизма и распространения радиоволн РАН

и Института солнечно-земной физики РАН

Институт прикладной геофизики Росгидромета представляет геомагнитный прогноз на ближайшую неделю.

На сайте американского центра космической среды SEC NOAA доступен полный архив всех данных и прогнозов (на английском языке). Это основной и самый полный источник информации о космической погоде.

Основные геомагнитные прогнозы SEC NOAA на русском языке можно увидеть на сайте центра ФОБОС .

Состояние Солнца «глазами» космического аппарата SOHO (в рентгеновском и ультрафиолетовом диапазонах) представлено на http://sohowww.nascom.nasa.gov/(на английском языке).

Литература

Застенкер Г.Н., Зеленый Л.М. Солнечные магнитные облака атакуют Землю. «Земля и Вселенная» № 5, 1999, с. 46.

Тамкович Г.М., Зеленый Л.М., Петрукович А.А. Перспективный российско-украинский проект «Интербол-Прогноз», возможности и реалии. «Полет», 2002, в печати.

Геомагнитная обстановка 4 балла. Что такое геомагнитные индексы А, К и Кр? «Индексирование» геомагнитной активности

Регулярные суточные вариации магнитного поля создаются, в основном, изменениями токов в ионосфере Земли из-за изменения освещенности ионосферы Солнцем в течение суток. Нерегулярные вариации магнитного поля создаются вследствие воздействия потока солнечной плазмы (солнечного ветра) на магнитосферу Земли, изменениями внутри магнитосферы, и взаимодействия магнитосферы и ионосферы.

Cолнечный ветер — поток ионизированных частиц истекающий из солнечной короны со скоростью 300–1200 км/с (скорость солнечного ветра у Земли около 400 км/c) в окружающее космическое пространство. Солнечный ветер деформирует магнитосферы планет, порождает полярные сияния и радиационные пояса планет. Усиление солнечного ветра происходит во время вспышек на Солнце.

Мощная солнечная вспышка сопровождается испусканием большого количества ускоренных частиц — солнечных космических лучей. Самые энергичные из них (108-109 эВ) начинают приходить к Земле спустя 10 минут после максимума вспышки.

Повышенный поток солнечных космических лучей у Земли может наблюдаться несколько десятков часов. Вторжение солнечных космических лучей в ионосферу полярных широт вызывают дополнительную её ионизацию и соответственно ухудшение радиосвязи на коротких волнах.

Вспышка генерирует мощную ударную волну и выбрасывает в межпланетное пространство облако плазмы. Двигаясь со скоростью свыше 100 км/с, ударная волна и облако плазмы за 1,5-2 сутки достигают Земли, вызывая при этом резкие изменения магнитного поля, т.е. магнитную бурю, усиление полярных сияний, возмущения ионосферы.

Имеются данные о том, что через 2-4 сут после магнитной бури происходит заметная перестройка барического поля тропосферы. Это приводит к увеличению неустойчивости атмосферы , нарушению характера циркуляции воздуха (в частности, усиливается циклоногенез).

Индексы геомагнитной активности

Индексы геомагнитной активности предназначены для описания вариаций магнитного поля Земли, вызванных нерегулярными причинами.

K индексы

K индекс — трехчасовой квазилогарифмический индекс. K — это отклонение магнитного поля Земли от нормы в течение трехчасового интервала. Индекс был введен Дж. Бартельсом в 1938 г. и представляет собой значения от 0 до 9 для каждого трехчасового интервала (0-3, 3-6, 6-9 и т. д.) мирового времени. K-индекс увеличивается на единицу при увеличении возмущенности приблизительно в два раза.

Kp индекс — это трехчасовой планетарный индекс, введенный в Германии основан на K индексе. Kp вычисляется как среднее значение К индексов, определенных на 16 геомагнитых обсерваториях, расположенных между 44 и 60 градусами северной и южной геомагнитных широт. Его диапазон также от 0 до 9.

А индексы

A индекс — ежедневный индекс геомагнитной активности, полученной как среднее число из восьми трехчасовых значений, измеряется в единицах напряженности магнитного поля нТл — нанотеслах и характеризует вариабельность магнитного поля Земли в данной точке пространства.

В последнее время вместо Kp индекса часто употребляется Ap индекс. Ap индекс измеряется нанотеслах.

Ap — планетарный индекс получаемый на основании усредненных данных по A индексам получаемых со станций расположенных по всему миру. Поскольку магнитные возмущения проявляются по разному в различных местах на Земном шаре, то для каждой обсерватории существует своя таблица отношений и расчетов индексов, построенная так, чтобы различные обсерватории в среднем за большой интервал времени давали одинаковые индексы.

Качественно состояние магнитного поля в зависимости от Кp индекса
Kp Kp = 2, 3 — слабовозмущенное;
Kp = 4 — возмущенное;
Kp = 5, 6 — магнитная буря;
Kp >= 7 — сильная магнитная буря.

Для обсерватории Москвы:

Вариации магнитного поля [нТ]		5-10	10-20	20-40	40-70	70-120	120-200	200-330	330-500	>550
K-индекс	0	1	2	3	4	5	6	7	8	9

На профессиональном сленге магнитными бурями называют одну из разновидностей геомагнитных проявлений. Природа данного явления тесно связана с активным взаимодействием магнитной сферы Земли с потоками солнечного ветра. Согласно статистике, около 68% населения нашей планеты ощущают на себе влияние указанных потоков, время от времени поступающих на Землю. Именно поэтому специалисты рекомендуют людям, особо чувствительным к изменениям в атмосфере, заранее узнавать, когда предвидятся магнитные бури, прогноз на месяц можно всегда увидеть на нашем сайте.

Магнитные бури: что это?

Если говорить простым языком, это реакция земного шара на вспышки, возникающие на поверхности Солнца. В результате этого происходят колебания, после чего Солнцем в атмосферу выбрасываются миллиарды заряженных частиц. Их подхватывает солнечный ветер, унося на огромной скорости. До поверхности Земли эти частицы могут долететь всего за несколько суток. Наша планета обладает уникальным электромагнитным полем, которое выполняет защитную функцию. Однако микрочастицы, которые в момент приближения к Земле расположены перпендикулярно относительно ее поверхности, способны проникать даже в глубокие слои земного шара. В результате данного процесса происходит реакция земного магнитного поля, которое за короткий период много раз меняет свои характеристики. Это явление и принято называть магнитной бурей.

Что такое метеозависимость? Если вы без видимых причин ощутили недомогание, не спешите к докторам, повремените час-другой. Возможно, вы стали заложником магнитной бури, обусловленной резкой переменой в погоде. Чтобы удостовериться в этом, изучите прогноз магнитных бурь на 3 дня. К погодным изменениям можно отнести перепад атмосферного давления, температуры и степени влажности воздуха, а также фона геомагнитного излучения. Что касается атмосферного давления, оно выступает основным фактором развития метеозависимости. Тех, кто особо не реагирует на изменения в погоде, называют метеостабильными. Это означает, что серьезных сбоев в работе внутренних органов и систем у этих «счастливчиков» не наблюдается. Их организм находится в отменной форме, с легкостью приспосабливаясь к резким атмосферным перепадам. Таким образом, зависимостью от метеорологических показателей являются определенные болезненные реакции организма.

Внимание! У вас есть возможность выяснить, предвидятся ли магнитные бури сегодня онлайн. Для этого воспользуйтесь графиком, который позволяет производить онлайн мониторинг погодных показателей, свидетельствующих о скором наступлении геомагнитной бури.

Магнитные бури прогноз на сегодня и завтра: онлайн мониторинг

• 0 — 1 балл — магнитной бури нет.
• 2 -3 балла — слабая магнитная буря, не влияет на самочувствие.
• 4 — 5 баллов — средняя магнитная буря, возможно легкое недомогание.
• 6 -7 баллов — сильная магнитная буря, метеозависимым людям стоит позаботиться о своем здоровье.
• 8 — 9 баллов — очень сильная магнитная буря: вероятны головные боли, тошнота, увеличенное артериальное давление.
• 10 баллов — экстремальная магнитная буря: лучше всего провести день дома, садиться за руль опасно.

Влияние магнитных бурь на самочувствие

Самыми типичными реакциями на изменение погоды являются головные боли и учащение пульса. Данные проявления могут сопровождаться и такими симптомами, как:

• повышение АД;
• головокружение;
• слабость во всем теле;
• тремор конечностей;
• бессонница;
• снижение активности;
• повышенная усталость.

Ощутить приближение геомагнитного шторма люди могут за несколько суток. Возникшее недомогание, помимо перечисленной симптоматики, объясняется и тем, что во время бури происходит сгущение крови. Это препятствует нормальному кислородному обмену в организме. Отсюда упадок сил, звон в ушах и головокружение.

Почему для метеозависимых людей важно отслеживать прогноз магнитных бурь? Людям, которые относятся к числу метеочувствительных, медики настоятельно советуют изучать расписание магнитных бурь на завтра. Конечно, идеальным вариантом станет отслеживание прогноза на несколько недель вперед, так как резкие изменения метеорологических параметров оказывают прямое влияние на функциональные возможности организма. Скачки артериального давления в сторону повышения считаются наиболее опасной реакцией на магнитные бури. Ведь такое состояние может стать причиной кровоизлияния в мозг. Тем, кто не страдает серьезными болезнями, переживать не стоит. В группу риска попадают люди с патологиями сердца, сосудов и органов дыхательной системы.

Как предотвратить наступление «погодного» недомогания? Профилактика возникновения недомогания в результате воздействия магнитных штормов очень важна. Накануне метеорологических «сюрпризов», с целью избежать проявлений метечувствительности или хотя бы ослабить их, нужно принять соответствующие медикаменты.

Какие ослабить влияние магнитных бурь на организм? На эти вопросы должен ответить ваш лечащий врач, знакомый с особенностями вашего организма. Важно! При назначении лекарственного средства специалист обязан учесть и клиническую картину, а также динамику ваших хронических заболеваний. Не принимайте какие-либо препараты, способные привести к значительным изменениям в работе организма, без предписаний профильного врача.

Г е о м а г н и т н ы е À, K и Kp и н д е к с ы.

Регулярные суточные вариации магнитного поля создаются, в основном, изменениями токов в ионосфере Земли из-за изменения освещенности ионосферы Солнцем в течение суток. Нерегулярные вариации магнитного поля создаются вследствие воздействия потока солнечной плазмы (солнечного ветра) на магнитосферу Земли, изменениями внутри магнитосферы, и взаимодействия магнитосферы и ионосферы

.

Индексы геомагнитной активности предназначены для описания вариаций магнитного поля Земли, вызванных этими нерегулярными причинами. К-индекс — это квазилогарифмический (увеличивается на единицу при увеличении возмущенности приблизительно в два раза) индекс, вычисляемый по данным конкретной обсерватории за трехчасовой интервал времени. Индекс был введен Дж. Бартельсом в 1938 г. и представляет собой значения от 0 до 9 для каждого трехчасового интервала (0-3, 3-6, 6-9 и т.д.) мирового времени. Для вычисления индекса берется изменение магнитного поля за трехчасовой интервал, из него вычитается регулярная часть, определяемая по спокойным дням, и полученная величина по специальной таблице переводится в К-индекс.

Поскольку магнитные возмущения проявляются по разному в различных местах на земном шаре, то для каждой обсерватории существует своя таблица, построенная так, чтобы различные обсерватории в среднем за большой интервал времени давали одинаковые индексы.

Для обсерватории Москва эта таблица задается так:

Ap является линейным индексом (увеличение возмущения в несколько раз дает такое же увеличение индекса) и во многих случаях использование Ap индекса имеет больше физического смысла.

Качественно состояние магнитного поля в зависимости от Кp-индекса можно приблизительно охарактеризовать следующим образом:

Планетарные Кp и Ap индексы имеются с 1932 г. и могут быть получены по запросу по FTP из

Индексы геомагнитной активности являются количественной мерой геомагнитной активности и предназначены для описания вариаций магнитного поля Земли, вызванных воздействием потока солнечной плазмы (солнечного ветра) на магнитосферу Земли, изменениями внутри магнитосферы и взаимодействием магнитосферы и ионосферы.
Каждый из индексов вычисляется по результатам измерений и характеризует только часть сложной картины солнечной и геомагнитной активности.
Существующие индексы геомагнитной активности можно условно разделить на три группы.
К первой группе можно отнести локальные индексы, вычисленные по данным одной обсерватории и говорящие о величине локальной по территории геомагнитной возмущенности: С, К индексы.
Ко второй группе можно отнести индексы, характеризующие геомагнитную активность на всей Земле. Это так называемые планетарные индексы: Кp, ар, Ар, аm, Am, aa, Aa .
В третью группу входят индексы, отражающие интенсивность магнитной возмущенности от вполне определенного источника: Dst, AЕ, РС .

Все индексы геомагнитной активности, перечисленные выше, вычисляются и публикуются по всемирному времени UT.

Международная ассоциация геомагнетизма и аэрономии — МАГА (International Association of geomagnetism and Aeronomy – IAGA ) официально признает индексы aa, am, Kp, Dst, PC и AE . Более подробная информация об индексах МАГА доступна на сайте Международной службы геомагнитных индексов (International Service of geomagnetic Indices – ISGI ).

am, an, as индексы Трехчасовые am, an, as индексы представляют собой амплитуды возмущения, определяемые по значениям К 5. Sugiura M. Hourly values of equatorial Dst for the IGY, Ann. Int. Geophys. Year, 35, 9-45, Pergamon Press, Oxford, 1964.
6. Sugiura M. and D.J.Poros. Hourly values of equatorial Dst for years 1957 to 1970, Rep. X-645-71-278, Goddard Space Flight Center, Greenbelt, Maryland, 1971.
7. Crooker N.C. High-time resolution of the low-latitude asymmetric disturbance in the geomagnetic field. J. Geophys Res. 77, 773-775, 1972.
8. Clauer C.R. and R.L.McPherron. The relative importance of the interplanetary electric field and magnetospheric substorms on the partial ring current development, J. Geophys. Res., 85, 6747-6759, 1980.
9. Troshichev O.A., Andrezen V.G. The relationship between interplanetary quantities and magnetic activity in the southern polar cap. Planet Space Sci. 1985. 33. 415.
10. Troshichev O. A., Andrezen V.G., Vennerstrom S., Friis-Christensen E. Magnetic activity in the polar cap – A new index. Planet. Space Sci. 1988. 36. 1095.

Литература, использованная при подготовке данного описания геомагнитнх индексов 1. Яновский Б.М. Земной магнетизм. Л.: Издательство Ленинградского университета, 1978. 592 с.
2. Заболотная Н.А. Индексы геомагнитной активности. М.: Гидрометеоиздат, 1977. 59 с.
3. Дубов Э.Е. Индексы солнечной и геомагнитной активностии. Материалы Мирового центра данных Б. М.: Междуведомственный геофизический комитет при Президиуме АН СССР, 1982. 35 с.
4. Солнечная и солнечно-земная физика. Иллюстрированный словарь терминов. Под ред. А.Бруцека и Ш.Дюрана. М.: Мир, 1980. 254 с.

Прогноз и мониторинг магнитных бурь на месяц

Уровень геомагнитных бурь

На графике ниже представлен индекс геомагнитной возмущенности. Этот индекс определяет уровень магнитных бурь.

Чем он больше тем возмущения сильнее. График обновляется автоматически раз в 15 минут. Время указанно Московское

Состояние магнитного поля в зависимости от Кp индекса

K p K p = 2, 3 — слабовозмущенное;
K p = 4 — возмущенное;
K p = 5, 6 — магнитная буря;
K p = 7, 8 — сильная магнитная буря;
K p = 9 — очень сильный геомагнитный шторм.

Магнитная буря это возмущение магнитного поля нашей планеты. Это природное явление обычно продолжаются от нескольких часов до суток и более.

Где сейчас видно полярное сияние?

Посмотреть на полярное сияние онлайн можно .

На изображении ниже, вы можете наблюдать выброс потоков радиации нашим Солнцем при вспышках. Своеобразный прогноз магнитных бурь. Земля обозначена желтой точкой, а время и дата указана в левом верхнем углу.

Состояние Солнечной атмосферы

Ниже предоставлена краткая информация по состоянию Солнечной атмосферы, магнитосферы Земли, а также прогноз магнитной активности на три дня для Москвы и Санкт-Петербурга.

Поверхность Солнца снятая в период с 14 по 30 октября 2014 года. На видео показана группа солнечных пятен AR 2192, крупнейших за последние два солнечных цикла (22 года).

особенности, строение, характеристики и история исследований. Метеословарь — глоссарий метеорологических терминов Геомагнитная обстановка к индекс

Информер магнитных бурь показывает средние прогнозируемые значения глобального геомагнитного индекса (Cr-index ) Земли, на основании геофизических данных двенадцати обсерваторий мира.
Cr-index – характеризует геомагнитное поле в масштабах всей Земли.
На разных участках земной поверхности Cr-index отличается в пределах 1-2 единиц. Весь диапазон Cr-index составляет от 1 до 9 единиц. На разных континентах индекс может отличаться на одну или две единицы (+/-), при всём диапазоне – от нуля до девяти.
Информер прогнозирует магнитные бури на 3 дня по восемь значений в день, на каждые 3 часа суток.

Зеленый цвет – безопасный уровень геомагнитной активности.
Красный цвет – магнитная буря (Cr-index > 5).
Чем выше красная вертикальная линия, тем сильнее магнитная буря.

Уровень, с которого вероятны заметные влияния на здоровье метеочувствительных людей (Cr-index > 6) отмечен горизонтальной линией красного цвета.

Приняты следующие коэфициенты Cr-index:
Следующие индексы магнитного поля – относительно благоприятные для здоровья: Cr = 0-1 – геoмaгнитнaя oбстaнoвкa спoкoйнaя; Cr = 1-2 – геoмaгнитнaя oбстaнoвкa oт спoкoйнoй дo слaбoвoзмущеннoй; Cr = 3-4 – oт слaбoвoзмущеннoй дo вoзмущеннoй. Следующие индексы магнитного поля – неблагоприятные для здоровья: Cr = 5-6 – магнитная буря; Cr = 7-8 – большая магнитная буря; Cr = 9 – максимально возможная величина
По материалам www.meteofox.ru

ВЛИЯНИЕ КОСМОФИЗИЧЕСКИХ ФАКТОРОВ НА БИОСФЕРУ.

Проведен анализ фактов, подтверждающих влияние Солнца, а также электромагнитных полей естественного и искусственного происхождения на живые организмы. Выдвинуты предположения об источниках и механизме реакции человека на магнитные бури, природе “биоэффективных частотных окон”, чувствительности к электромагнитным полям различного генезиса. Обсуждается социально-исторический аспект влияния космической погоды на людей.

Полный текст статьи находится по этому адресу

У ПРИРОДЫ ЕСТЬ И КОСМИЧЕСКАЯ ПОГОДА

Кандидат физико-математических наук А. ПЕТРУКОВИЧ, доктор физико-математических наук Л. ЗЕЛЕНЫЙ
Институт космических исследований.

В XX веке земная цивилизация незаметно переступила в своем развитии очень важный рубеж. Техносфера — область человеческой активности — расширилась далеко за пределы границ естественной среды обитания — биосферы. Эта экспансия носит как пространственный — за счет освоения космического пространства, так и качественный характер — за счет активного использования новых видов энергии и электромагнитных волн. Но все равно для инопланетян, смотрящих на нас с далекой звезды, Земля остается всего лишь песчинкой в океане плазмы, заполняющем Солнечную систему и всю Вселенную, и нашу стадию развития можно сравнить скорее с первыми шагами ребенка, чем с достижением зрелости. Новый мир, открывшийся человечеству, не менее сложен и, как, впрочем, и на Земле, далеко не всегда дружественен. При его освоении не обошлось без потерь и ошибок, но мы постепенно учимся распознавать новые опасности и преодолевать их. А опасностей этих немало. Это и радиационный фон в верхних слоях атмосферы, и потеря связи со спутниками, самолетами и наземными станциями, и даже катастрофические аварии на линиях связи и электропередач, происходящие во время мощных магнитных бурь.

Солнце — это наше всё
Солнце поистине является центром нашего мира. Миллиарды лет оно удерживает планеты около себя и обогревает их. Земля остро чувствует изменения солнечной активности, проявляющиеся в настоящее время главным образом в виде 11-летних циклов. Во время всплесков активности, учащающихся в максимумах цикла, в короне Солнца рождаются интенсивные потоки рентгеновского излучения и энергичных заряженных частиц — солнечных космических лучей, а также происходят выбросы огромных масс плазмы и магнитного поля (магнитных облаков) в межпланетное пространство. Хотя магнитосфера и атмосфера Земли довольно надежно защищают все живое от прямого воздействия солнечных частиц и излучений, многие создания рук человеческих, например, радиоэлектроника, авиационная и космическая техника, линии связи и электропередач, трубопроводы, оказываются очень чувствительны к электромагнитному и корпускулярному воздействию, приходящему из околоземного космического пространства.
Познакомимся теперь с наиболее практически важными проявлениями солнечной и геомагнитной активности, часто называемыми «космическая погода».

Опасно! Радиация!
Пожалуй, одним из наиболее ярких проявлений враждебности космического пространства к человеку и его творениям, кроме, конечно, почти полного по земным меркам вакуума, является радиация — электроны, протоны и более тяжелые ядра, разогнанные до огромных скоростей и способные разрушать органические и неорганические молекулы. О вреде, который радиация наносит живым существам, хорошо известно, но достаточно большая доза облучения (то есть количество энергии, поглощенной веществом и пошедшей на его физическое и химическое разрушение) может выводить из строя и радиоэлектронные системы. Электроника страдает также и от «единичных сбоев», когда частицы особо высокой энергии, проникая глубоко внутрь электронной микросхемы, изменяют электрическое состояние ее элементов, сбивая ячейки памяти и вызывая фальшивые срабатывания. Чем сложнее и современнее микросхема, тем меньше размеры каждого элемента и тем больше вероятность сбоев, которые могут привести к ее неправильной работе и даже к остановке процессора. Эта ситуация по своим последствиям схожа с внезапным зависанием компьютера в разгар набора текста, с той лишь разницей, что аппаратура спутников, вообще говоря, предназначена для автоматической работы. Для исправления ошибки приходится ждать следующего сеанса связи с Землей при условии, что спутник будет способен выйти на связь.

Первые следы радиации космического происхождения на Земле были обнаружены австрийцем Виктором Гессом еще в 1912 году. Позднее, в 1936 году, за это открытие он получил Нобелевскую премию. Атмосфера эффективно защищает нас от космического излучения: поверхности Земли достигает совсем не много так называемых галактических космических лучей с энергиями выше нескольких гигаэлектронвольт, рожденных за пределами Солнечной системы. Поэтому изучение энергичных частиц за пределами атмосферы Земли сразу стало одной из основных научных задач космической эры. Первый эксперимент по измерению их энергии был поставлен группой советского исследователя Сергея Вернова в 1957 году. Действительность превзошла все ожидания — приборы зашкалило. Спустя год руководитель аналогичного американского эксперимента Джеймс Ван Аллен понял, что это не сбой в работе прибора, а реально существующие мощнейшие потоки заряженных частиц, не относящихся к галактическим лучам. Энергия этих частиц недостаточно велика, чтобы они могли достигать поверхности Земли, но в космосе этот «недостаток» с лихвой компенсируется их количеством. Основным источником радиации в окрестностях Земли оказались высокоэнергичные заряженные частицы, «живущие» во внутренней магнитосфере Земли, в так называемых радиационных поясах.

Известно, что почти дипольное магнитное поле внутренней магнитосферы Земли создает особые зоны «магнитных бутылок», в которых заряженные частицы могут «захватываться» на длительное время, вращаясь вокруг силовых линий. При этом частицы периодически отражаются от околоземных концов силовой линии (где магнитное поле увеличивается) и медленно дрейфуют вокруг Земли по окружности. В наиболее мощном внутреннем радиационном поясе хорошо удерживаются протоны с энергиями вплоть до сотен мегаэлектронвольт. Дозы облучения, которые можно получить при его пролете, настолько велики, что долго в нем рискуют держать только научно-исследовательские спутники. Пилотируемые корабли прячутся на более низких орбитах, а большинство спутников связи и навигационных космических аппаратов находится на орбитах выше этого пояса. Наиболее близко к Земле внутренний пояс подходит в точках отражения. Из-за наличия магнитных аномалий (отклонений геомагнитного поля от идеального диполя) в тех местах, где поле ослаблено (над так называемой бразильской аномалией), частицы достигают высот 200-300 километров, а в тех, где оно усилено (над восточно-сибирской аномалией), — 600 километров. Над экватором пояс отстоит от Земли на 1500 километров. Сам по себе внутренний пояс довольно стабилен, но во время магнитных бурь, когда геомагнитное поле ослабевает, его условная граница спускается еще ближе к Земле. Поэтому положение пояса и степень солнечной и геомагнитной активности обязательно учитываются при планировании полетов космонавтов и астронавтов, работающих на орбитах высотой 300-400 километров.

Во внешнем радиационном поясе наиболее эффективно удерживаются энергичные электроны. «Население» этого пояса очень нестабильно и многократно возрастает во время магнитных бурь за счет вброса плазмы из внешней магнитосферы. К сожалению, именно по внешней периферии этого пояса проходит геостационарная орбита, незаменимая для размещения спутников связи: спутник на ней неподвижно «висит» над одной точкой земного шара (ее высота около 42 тысяч километров). Поскольку радиационная доза, создаваемая электронами, не столь велика, то на первый план выходит проблема электризации спутников. Дело в том, что любой объект, погруженный в плазму, должен находиться с ней в электрическом равновесии. Поэтому он поглощает некоторое количество электронов, приобретая отрицательный заряд и соответствующий «плавающий» потенциал, примерно равный температуре электронов, выраженной в электронвольтах. Появляющиеся во время магнитных бурь облака горячих (до сотен килоэлектрон вольт) электронов придают спутникам дополнительный и неравномерно распределенный, из-за различия электрических характеристик элементов поверхности, отрицательный заряд. Разности потенциалов между соседними деталями спутников могут достигать десятков киловольт, провоцируя спонтанные электрические разряды, выводящие из строя электрооборудование. Наиболее известным следствием такого явления стала поломка во время одной из магнитных бурь 1997 года американского спутника TELSTAR, оставившая значительную часть территории США без пейджерной связи. Поскольку геостационарные спутники обычно рассчитаны на 10-15 лет работы и стоят сотни миллионов долларов, то исследования электризации поверхностей в космическом пространстве и методы борьбы с ней обычно составляют коммерческую тайну.

Еще один важный и самый нестабильный источник космической радиации — это солнечные космические лучи. Протоны и альфа-частицы, ускоренные до десятков и сотен мегаэлектронвольт, заполняют Солнечную систему только на короткое время после солнечной вспышки, но интенсивность частиц делает их главным источником радиационной опасности во внешней магнитосфере, где геомагнитное поле еще слишком слабо, чтобы защитить спутники. Солнечные частицы на фоне других, более стабильны х источников радиации «отвечают» и за кратковременные ухудшения радиационной обстановки во внутренней магнитосфере, в том числе и на высотах, используемых для пилотируемых полетов.

Наиболее глубоко в магнитосферу энергичные частицы проникают в приполярных районах, так как частицы здесь могут большую часть пути свободно двигаться вдоль силовых линий, почти перпендикулярных к поверхности Земли. Приэкваториальные районы более защищены: там геомагнитное поле, почти параллельное земной поверхности, изменяет траекторию движения частиц на спиральную и уводит их в сторону. Поэтому трассы полетов, проходящие в высоких широтах, значительно более опасны с точки зрения радиационного поражения, чем низкоширотные. Эта угроза относится не только к космическим аппаратам, но и к авиации. На высотах 9-11 километров, где проходит большинство авиационных маршрутов, общий фон космической радиации уже настолько велик, что годовая доза, получаемая экипажами, оборудованием и часто летающими пассажирами, должна контролироваться по правилам, установленным для радиационно опасных видов деятельности. Сверхзвуковые пассажирские самолеты «Конкорд», поднимающиеся на еще большие высоты, имеют на борту счетчики радиации и обязаны лететь, отклоняясь к югу от кратчайшей северной трассы перелета между Европой и Америкой, если текущий уровень радиации превышает безопасную величину. Однако после наиболее мощных солнечных вспышек доза, полученная даже в течение одного полета на обычном самолете может быть больше, чем доза ста флюорографических обследований, что заставляет всерьез рассматривать вопрос о полном прекращении полетов в такое время. К счастью, всплески солнечной активности подобного уровня регистрируются реже, чем один раз за солнечный цикл — 11 лет.

Взбудораженная ионосфера
На нижнем этаже электрической солнечно-земной цепи расположена ионосфера — самая плотная плазменная оболочка Земли, буквально как губка впитывающая в себя и солнечное излучение, и высыпания энергичных частиц из магнитосферы. После солнечных вспышек ионосфера, поглощая солнечное рентгеновское излучение, нагревается и раздувается, так что плотность плазмы и нейтрального газа на высоте нескольких сотен километров увеличивается, создавая значительное дополнительное аэродинамическое сопротивление движению спутников и пилотируемых кораблей. Пренебрежение этим эффектом может привести к «неожиданному» торможению спутника и потере им высоты полета. Пожалуй, самым печально известным случаем такой ошибки стало падение американской станции «Скайлэб», которую «упустили» после крупнейшей солнечной вспышки, произошедшей в 1972 году. К счастью, во время спуска с орбиты станции «Мир» Солнце было спокойным, что облегчило работу российским баллистикам.

Однако, возможно, наиболее важным для большинства обитателей Земли эффектом оказывается влияние ионосферы на состояние радиоэфира. Плазма наиболее эффективно поглощает радиоволны только вблизи определенной резонансной частоты, зависящей от плотности заряженных частиц и равной для ионосферы примерно 5-10 мегагерцам. Радиоволны более низкой частоты отражаются от границ ионосферы, а волны более высокой — проходят сквозь нее, причем степень искажения радиосигнала зависит от близости частоты волны к резонансной. Спокойная ионосфера имеет стабильную слоистую структуру, позволяя за счет многократных отражений принимать радиосигнал диапазона коротких волн (с частотой ниже резонансной) по всему земному шару. Радиоволны с частотами выше 10 мегагерц свободно уходят через ионосферу в открытый космос. Поэтому радиостанции УКВ- и FM-диапазонов можно слышать только в окрестностях передатчика, а на частотах в сотни и тысячи мегагерц связываются с космическими аппаратами.

Во время солнечных вспышек и магнитных бурь количество заряженных частиц в ионосфере увеличивается, причем так неравномерно, что создаются плазменные сгустки и «лишние» слои. Это приводит к непредсказуемому отражению, поглощению, искажению и преломлению радиоволн. Кроме того, нестабильные магнитосфера и ионосфера и сами генерируют радиоволны, заполняя шумом широкий диапазон частот. Практически величина естественного радиофона становится сравнимой с уровнем искусственного сигнала, создавая значительные затруднения в работе систем наземной и космической связи и навигации. Радиосвязь даже между соседними пунктами может стать невозможной, но взамен можно случайно услышать какую-нибудь африканскую радиостанцию, а на экране локатора увидеть ложные цели (которые нередко принимают за «летающие тарелки»). В приполярных районах и зонах аврорального овала ионосфера связана с наиболее динамичными областями магнитосферы и поэтому наиболее чувствительна к приходящим от Солнца возмущениям. Магнитные бури в высоких широтах могут практически полностью блокировать радиоэфир на несколько суток. При этом, естественно, замирают и многие другие сферы деятельности, например авиасообщение. Именно поэтому все службы, активно использующие радиосвязь, еще в середине XX века стали одними из первых реальных потребителей информации о космической погоде.

Токовые струи в космосе и на Земле
Любители книг о полярных путешественниках наслышаны не только о перебоях радиосвязи, но и про эффект «сумасшедшей стрелки»: во время магнитных бурь чувствительная стрелка компаса начинает вертеться как угорелая, безуспешно пытаясь уследить за всеми изменениями направления геомагнитного поля. Вариации поля создаются струями ионосферных токов силой в миллионы ампер — электроджетов, которые возникают в полярных и авроральных широтах при изменениях в магнитосферной токовой цепи. В свою очередь магнитные вариации, согласно всем известному закону электромагнитной индукции, генерируют вторичные электрические токи в проводящих слоях литосферы Земли, в соленой воде и в оказавшихся поблизости искусственных проводниках. Наводимая разность потенциалов невелика и составляет примерно несколько вольт на километр (максимальное значение было зарегистрировано в 1940 году в Норвегии и составило около 50 В/км), но в протяженных проводниках с низким сопротивлением — линиях связи и электропередач, трубопроводах, рельсах железных дорог — полная сила индуцированных токов может достигать десятков и сотен ампер.

Наименее защищены от подобного влияния воздушные низковольтные линии связи. И действительно, значительные помехи, возникавшие во время магнитных бурь, были отмечены уже на самых первых телеграфных линиях, построенных в Европе в первой половине XIX века. Сообщения об этих помехах можно, вероятно, считать первыми историческими свидетельствами нашей зависимости от космической погоды. Получившие распространение в настоящее время волоконно-оптические линии связи к такому влиянию нечувствительны, но в российской глубинке они появятся еще нескоро. Значительные неприятности геомагнитная активность должна доставлять и железнодорожной автоматике, особенно в приполярных районах. А в трубах нефтепроводов, зачастую тянущихся на многие тысячи километров, индуцированные токи могут значительно ускорять процесс коррозии металла.

В линиях электропередач, работающих на переменном токе частотой 50-60 Гц, индуцированные токи, меняющиеся с частотой менее 1 Гц, практически вносят только небольшую постоянную добавку к основному сигналу и должны были бы слабо влиять на суммарную мощность. Однако после аварии, произошедшей во время сильнейшей магнитной бури 1989 года в канадской энергетической сети и оставившей на несколько часов половину Канады без электричества, такую точку зрения пришлось пересмотреть. Причиной аварии оказались трансформаторы. Тщательные исследования показали, что даже небольшая добавка постоянного тока может вывести из строя трансформатор, предназначенный для преобразования переменного тока. Дело в том, что постоянная составляющая тока вводит трансформатор в неоптимальный режим работы с избыточным магнитным насыщением сердечника. Это приводит к избыточному поглощению энергии, перегреву обмоток и в конце концов к аварии всей системы. Последовавший анализ работоспособности всех энергетических установок Северной Америки выявил и статистическую зависимость между количеством сбоев в зонах повышенного риска и уровнем геомагнитной активности.

Космос и человек
Все описанные выше проявления космической погоды можно условно характеризовать как технические, а физические основы их влияния в общем известны — это прямое воздействие потоков заряженных частиц и электромагнитных вариаций. Однако невозможно не упомянуть и о других аспектах солнечно-земных связей, физическая сущность которых не вполне ясна, а именно о влиянии солнечной переменности на климат и биосферу.

Перепады полного потока излучения Солнца даже во время сильных вспышек составляют менее одной тысячной солнечной постоянной, то есть, казалось бы, они слишком малы, чтобы непосредственно изменять тепловой баланс атмосферы Земли. Тем не менее существует ряд косвенных доказательств, приведенных в книгах А. Л. Чижевского и других исследователей, свидетельствующих о реальности солнечного влияния на климат и погоду. Отмечалась, например, выраженная цикличность различных погодных вариаций с периодами, близкими к 11- и 22-летним периодам солнечной активности. Эта периодичность отражается и на объектах живой природы — она заметна по изменению толщины древесных колец.

В настоящее время широкое (может быть, даже излишне широкое) распространение получили прогнозы влияния геомагнитной активности на состояние здоровья людей. Мнение о зависимости самочувствия людей от магнитных бурь уже твердо устоялось в общественном сознании и даже подтверждается некоторыми статистическими исследованиями: например, количество людей, госпитализированных «скорой помощью», и число обострений сердечно-сосудистых заболеваний явно возрастает после магнитной бури. Однако с точки зрения академической науки доказательств собрано еще недостаточно. Кроме того, в человеческом организме отсутствует какой-либо орган или тип клеток, претендующих на роль достаточно чувствительного приемника геомагнитных вариаций. В качестве альтернативного механизма воздействия магнитных бурь на живой организм часто рассматривают инфразвуковые колебания — звуковые волны с частотами менее одного герца, близкими к собственной частоте многих внутренних органов. Инфразвук, возможно, излучаемый активной ионосферой, может резонансным образом воздействовать на сердечно-сосудистую систему человека. Остается только заметить, что вопросы зависимости космической погоды и биосферы еще ждут своего внимательного исследователя и к настоящему времени остаются, наверное, самой интригующей частью науки о солнечно-земных связях.

В целом же влияние космической погоды на нашу жизнь можно, вероятно, признать существенным, но не катастрофичным. Магнитосфера и ионосфера Земли неплохо защищают нас от космических угроз. В этом смысле интересно было бы проанализировать историю солнечной активности, пытаясь уяснить, что может ждать нас в будущем. Во-первых, в настоящее время отмечается тенденция к увеличению влияния солнечной активности, связанная с ослаблением нашего щита — магнитного поля Земли — более чем на 10 процентов за последние полвека и одновременным удвоением магнитного потока Солнца, служащего основным посредником при передаче солнечной активности.

Во-вторых, анализ солнечной активности за все время наблюдений солнечных пятен (с начала XVII века) показывает, что солнечный цикл, в среднем равный 11 годам, существовал не всегда. Во второй половине XVII века, во время так называемого минимума Маундера, солнечных пятен практически не наблюдалось в течение нескольких десятилетий, что косвенно свидетельствует и о минимуме геомагнитной активности. Однако идеальным для жизни этот период назвать трудно: он совпал с так называемым малым ледниковым периодом — годами аномально холодной погоды в Европе. Случайно это совпадение или нет, современной науке доподлинно неизвестно.

В более ранней истории отмечались и периоды аномально высокой солнечной активности. Так, в некоторые годы первого тысячелетия нашей эры полярные сияния постоянно наблюдались в Южной Европе, свидетельствуя о частых магнитных бурях, а Солнце выглядело помутневшим, возможно, из-за наличия на его поверхности огромного солнечного пятна или корональной дыры — еще одного объекта, вызывающего повышенную геомагнитную активность. Начнись такой период непрерывной солнечной активности сегодня, связь и транспорт, а с ними вся мировая экономика оказались бы в тяжелейшем положении.

* * *
Космическая погода постепенно занимает подобающее ей место в нашем сознании. Как и в случае с обыкновенной погодой, мы хотим знать, что нас ждет и в отдаленном будущем, и в ближайшие дни. Для исследований Солнца, магнитосферы и ионосферы Земли развернута сеть солнечных обсерваторий и геофизических станций, а в околоземном космосе парит целая флотилия научно-исследовательских спутников. Основываясь на приводимых ими наблюдениях, ученые предупреждают нас о солнечных вспышках и магнитных бурях.

Литература Киппенхан Р. 100 миллиардов Солнц: Рождение, жизнь и смерть звезд. — М., 1990. Куликов К. А., Сидоренко Н. С. Планета Земля. — М., 1972. Мирошниченко Л. И. Солнце и космические лучи. — М., 1970. Паркер Е. Н. Солнечный ветер // Астрономия невидимого. — М., 1967.
По материалам журнала «Наука и жизнь»

Регулярные суточные вариации магнитного поля создаются, в основном, изменениями токов в ионосфере Земли из-за изменения освещенности ионосферы Солнцем в течение суток. Нерегулярные вариации магнитного поля создаются вследствие воздействия потока солнечной плазмы (солнечного ветра) на магнитосферу Земли, изменениями внутри магнитосферы, и взаимодействия магнитосферы и ионосферы.

Cолнечный ветер — поток ионизированных частиц истекающий из солнечной короны со скоростью 300–1200 км/с (скорость солнечного ветра у Земли около 400 км/c) в окружающее космическое пространство. Солнечный ветер деформирует магнитосферы планет, порождает полярные сияния и радиационные пояса планет. Усиление солнечного ветра происходит во время вспышек на Солнце.

Мощная солнечная вспышка сопровождается испусканием большого количества ускоренных частиц — солнечных космических лучей. Самые энергичные из них (108-109 эВ) начинают приходить к Земле спустя 10 минут после максимума вспышки.

Повышенный поток солнечных космических лучей у Земли может наблюдаться несколько десятков часов. Вторжение солнечных космических лучей в ионосферу полярных широт вызывают дополнительную её ионизацию и соответственно ухудшение радиосвязи на коротких волнах.

Вспышка генерирует мощную ударную волну и выбрасывает в межпланетное пространство облако плазмы. Двигаясь со скоростью свыше 100 км/с, ударная волна и облако плазмы за 1,5-2 сутки достигают Земли, вызывая при этом резкие изменения магнитного поля, т. е. магнитную бурю, усиление полярных сияний, возмущения ионосферы.

Имеются данные о том, что через 2-4 сут после магнитной бури происходит заметная перестройка барического поля тропосферы. Это приводит к увеличению неустойчивости атмосферы , нарушению характера циркуляции воздуха (в частности, усиливается циклоногенез).

Индексы геомагнитной активности

Индексы геомагнитной активности предназначены для описания вариаций магнитного поля Земли, вызванных нерегулярными причинами.

K индексы

K индекс — трехчасовой квазилогарифмический индекс. K — это отклонение магнитного поля Земли от нормы в течение трехчасового интервала. Индекс был введен Дж. Бартельсом в 1938 г. и представляет собой значения от 0 до 9 для каждого трехчасового интервала (0-3, 3-6, 6-9 и т.д.) мирового времени. K-индекс увеличивается на единицу при увеличении возмущенности приблизительно в два раза.

Kp индекс — это трехчасовой планетарный индекс, введенный в Германии основан на K индексе. Kp вычисляется как среднее значение К индексов, определенных на 16 геомагнитых обсерваториях, расположенных между 44 и 60 градусами северной и южной геомагнитных широт. Его диапазон также от 0 до 9.

А индексы

A индекс — ежедневный индекс геомагнитной активности, полученной как среднее число из восьми трехчасовых значений, измеряется в единицах напряженности магнитного поля нТл — нанотеслах и характеризует вариабельность магнитного поля Земли в данной точке пространства.

В последнее время вместо Kp индекса часто употребляется Ap индекс. Ap индекс измеряется нанотеслах.

Ap — планетарный индекс получаемый на основании усредненных данных по A индексам получаемых со станций расположенных по всему миру. Поскольку магнитные возмущения проявляются по разному в различных местах на Земном шаре, то для каждой обсерватории существует своя таблица отношений и расчетов индексов, построенная так, чтобы различные обсерватории в среднем за большой интервал времени давали одинаковые индексы.

Качественно состояние магнитного поля в зависимости от Кp индекса
Kp Kp = 2, 3 — слабовозмущенное;
Kp = 4 — возмущенное;
Kp = 5, 6 — магнитная буря;
Kp >= 7 — сильная магнитная буря.

Для обсерватории Москвы:

Вариации магнитного поля [нТ]		5-10	10-20	20-40	40-70	70-120	120-200	200-330	330-500	>550
K-индекс	0	1	2	3	4	5	6	7	8	9

31.10.2012

Уровни геомагнитной активности выражаются с помощью двух индексов — А и К, показывающих величины магнитного и ионосферного возмущения. Индекс К высчитывается на основе измерений магнитного поля, проводящихся ежедневно с трехчасовым интервалом, начиная с нуля часов по универсальному времени (иначе — UTC, мировому, гринвичскому).

Максимальные величины магнитного возмущения сравниваются с значениями магнитного поля спокойного дня для конкретной обсерватории и в расчет принимается наибольшая величина из отмеченных отклонений. Затем по специальной таблице полученное значение переводится в индекс К. К-индекс — это квазилогарифмическая величина, то есть его значение увеличивается на единицу при увеличении возмущения магнитного поля примерно вдвое, что затрудняет вычисление усредненного значения.

Поскольку возмущения магнитного поля неодинаково проявляются в различных точках Земли, то такая таблица существует для каждой из 13 геомагнитных обсерваторий, расположенных на геомагнитных широтах от 44 до 60 градусов в обоих полушариях планеты. Это в целом при большом количестве измерений за длительное время дает возможность вычислить среднепланетарный К р -индекс, который представляет собой дробную величину в интервале от 0 до 9.

А-индекс — величина линейная, то есть при увеличении геомагнитного возмущения возрастает аналогично ему, вследствие чего использование этого индекса часто имеет больше физического смысла. Значения А р -индекса соотносятся со значениями К р -индекса и представляют собой усредненные показатели вариации магнитного поля. Индекс А р выражается в целых числах от 0 до > 400. Например, интервалу К р от 0 о до 1+ соответствуют значения А р от 0 до 5, а К р от 9- до 9 0 — 300 и > 400 соответственно. Для определения величины А р -индекса также существует специальная таблица.

В практическом применении К-индекс учитывается для определения прохождения радиоволн. Уровень от 0 до 1 соответствует спокойной геомагнитной обстановке и хорошим условиям для прохождения КВ. Значения от 2 до 4 указывают на умеренное геомагнитное возмущение, что несколько затрудняет прохождение коротковолнового диапазона. Значениями, начиная с 5, обозначаются геомагнитные бури, которые создают серьезные помехи указанному диапазону, а при сильных бурях (8 и 9) делают прохождение коротких волн невозможным.

• Солнечные космические лучи (СКЛ) — протоны, электроны, ядра, образовавшиеся во вспышках на Солнце и достигшие орбиты Земли после взаимодействия с межпланетной средой.
• Магнитосферные бури и суббури, вызванные приходом к Земле межпланетной ударной волны, связанной как с КВМ и с КОВ, так и с высокоскоростными потоками солнечного ветра;
• Ионизующее электромагнитное излучение (ИЭИ) солнечных вспышек, вызывающее разогрев и дополнительную ионизацию верхней атмосферы;
• Возрастания потоков релятивистских электронов во внешнем радиационном поясе Земли, связанные с приходом к Земле высокоскоростных потоков солнечного ветра.

Солнечные космические лучи (СКЛ)

Образовавшиеся во вспышках энергичные частицы − протоны, электроны, ядра − после взаимодействия с межпланетной средой могут достичь орбиты Земли. Принято считать, что наибольший вклад в суммарную дозу вносят солнечные протоны с энергией 20-500 МэВ. Максимальный поток протонов с энергией выше 100 МэВ от мощной вспышки 23 февраля 1956 г. составил 5000 частиц на см -2 с -1 .
(см. подробнее материалы к теме «Солнечные космические лучи»).
Основной источник СКЛ –солнечные вспышки, в редких случаях — распад протуберанца (волокна) .

СКЛ как основной источник радиационной опасности в ОКП

Потоки солнечных космических лучей значительно повышают уровень радиационной опасности для космонавтов, а также экипажей и пассажиров высотных самолетов на полярных трассах; приводят к потерям спутников и выходу из строя аппаратуры, используемой на космических объектах. О вреде, который радиация наносит живым существам достаточно хорошо известно (подробнее см. материалы к теме «Как космическая погода влияет на нашу жизнь?»), но кроме того большая доза облучения может выводить из строя и электронное оборудование, установленное на космических аппаратах (см. подробнее лекцию 4 и материалы к темам по воздействию внешней среды на космические аппараты, их элементы и материалы).
Чем сложнее и современнее микросхема, тем меньше размеры каждого элемента и тем больше вероятность сбоев, которые могут привести к её неправильной работе и даже к остановке процессора .
Приведем наглядный пример того, как потоки СКЛ высоких энергий влияют на состояние научной аппаратуры, установленной на космических аппаратах.

На рисунке для сравнения приведены фотографии Солнца, сделанные прибором EIT (SOHO), сделанные до (07:06 UT 28/10/2003) и после мощной вспышки на Солнце, произошедшей около 11:00 UT 28/10/2003, после которой в ОКП потоки протонов с энергиями 40-80 МэВ возросли почти на 4 порядка. По количеству «снега» на правом рисунке видно, насколько регистрирующая матрица прибора повреждена потоками вспышечных частиц.

Влияние возрастаний потоков СКЛ на озоновый слой Земли

Поскольку источниками окислов азота и водорода, содержанием которых в средней атмосфере определяется количество озона, могут являться и высокоэнергичные частицы (протоны и электроны) СКЛ, их влияние должно быть учтено при фотохимическом моделировании и интерпретации данных наблюдений в моменты солнечных протонных событий или сильных геомагнитных возмущений.

Солнечные протонные события

Роль 11-летней вариаций ГКЛ при оценке радиационной безопасности долговременных космических полетов

При оценке радиационной безопасности длительных космических полетов (таких, например, как планируемая экспедиция на Марс) становится необходимым учет вклада в радиационную дозу галактических космических лучей (ГКЛ) (подробнее смотри лекцию 4). Кроме того, для протонов с энергией выше 1000 МэВ величина потоков ГКЛ и СКЛ становится сравнимой. При рассмотрении различных явлений на Солнце и в гелиосфере на временных интервалах длиною в несколько десятилетий и более определяющим их фактором является 11-летняя и 22-летняя цикличность солнечного процесса. Как видно из рисунка, интенсивность ГКЛ меняется в противофазе с числом Вольфа. Это весьма важно, поскольку в минимуме СА межпланетная среда возмущена слабо, а потоки ГКЛ максимальны. Имея высокую степень ионизации и будучи всепроникающими, в периоды минимума СА ГКЛ определяют дозовые нагрузки на человека в космических и авиационных полетах. Однако процессы солнечной модуляции оказываются довольно сложными и не сводятся только к антикорреляции с числом Вольфа. .

На рисунке показана модуляция интенсивности КЛ в 11-летнем солнечном цикле .

Солнечные электроны

Солнечные электроны высоких энергий могут вызвать объёмную ионизацию КА, а также выступать в качестве «электронов-киллеров» для микросхем, установленных на космических аппаратах. Из-за потоков СКЛ нарушается коротковолновая связь в приполярных районах и возникают сбои в навигационных системах.

Магнитосферные бури и суббури

Другими важными следствиями проявления солнечной активности, влияющими на состояние околоземного пространства, являются магнитные бури – сильные (десятки и сотни нТл) изменения горизонтальной составляющей геомагнитного поля, измеренного на поверхности Земли на низких широтах. Магнитосферная буря – это совокупность процессов, происходящих в магнитосфере Земли во время магнитной бури, когда происходит сильное поджатие границы магнитосферы с дневной стороны, другие значительные деформации структуры магнитосферы, формируется кольцевой ток энергичных частиц во внутренней магнитосфере .
Термин «суббуря» был введен в 1961г. С-И. Акасофу для обозначения авроральных возмущений в зоне сияний длительностью порядка часа. В магнитных данных еще раньше были выделены бухтообразные возмущения, совпадающие по времени с суббурей в полярных сияниях. Магнитосферная суббуря – это совокупность процессов в магнитосфере и ионосфере, которую в самом общем случае можно характериизовать как последовательность процессов накопления энергии в магнитосфере и ее взрывного высвобождения . Источник магнитных бурь − приход к Земле высокоскоростной солнечной плазмы (солнечного ветра), а также КОВ и связанной с ними ударной волны. Высокоскоростные потоки солнечной плазмы в свою очередь делятся на спорадические, связанные с солнечными вспышками и КВМ, и квазистационарные, возникающие над корональными дырами Магнитные бури в соответствии с их источником делятся на спорадические и реккурентные. (Подробнее см. лекцию 2).

Геомагнитные индексы – Dst, AL, AU, AE

Численной характеристикой, отражающей геомагнитные возмущения, являются различные геомагнитные индексы – Dst, Kp, Ap, AA и другие.
Амплитуду вариаций магнитного поля Земли часто используют как наиболее общую характеристику силы магнитных бурь. Геомагнитный индекс Dst содержит информацию о планетарных возмущениях во время геомагнитных бурь.
Для изучения процессов суббури трехчасовой индекс не годится, за это время суббуря может начаться и закончиться. Детальную структуру флуктуаций магнитного поля из-за токов авроральной зоны (авроральная электроструя ) характеризует индекс авроральной электроструи AE . Для вычисления индекса AE используются магнитограммы Н-компонентов обсерваторий, расположенных на авроральных или субавроральных широтах и равномерно распределенных по долготе. В настоящее время индексы АЕ вычисляются по данным 12 обсерваторий, расположенных в северном полушарии на разных долготах между 60 и 70° геомагнитной широты. Для численного описания суббуревой активности используются также геомагнитные индексы АL (наибольшая отрицательная вариация магнитного поля), АU (наибольшая положительная вариация магнитного поля) и AЕ (разность АL и АU).

Dst-индекс за май 2005 г.

Кр, Ар, АА индексы

Индекс геомагнитной активности Кр рассчитывают каждые три часа по измерениям магнитного поля на нескольких станциях, расположенных в различных частях Земли. Он имеет уровни от 0 до 9, каждому следующему уровню шкалы соответствуют вариации в 1,6-2 раза большие предыдущего. Сильным магнитным бурям соответствуют уровни Кр больше 4. Так называемые супербури с Кр = 9 случаются достаточно редко. Наряду с Кр используют также индекс Ар, равный средней амплитуде вариаций геомагнитного поля по земному шару за сутки. Он измеряется в нанотеслах (земное поле равно примерно
50 000 нТл). Уровню Кр = 4 приблизительно соответствует Ар, равный 30, а уровню Кр = 9 отвечает Ар больше 400. Ожидаемые значения таких индексов и составляют основное содержание геомагнитного прогноза . Ар-индекс стал рассчитываться с 1932 года, поэтому для более ранних периодов используется АА-индекс – среднесуточная амплитуда вариаций, расчитываемая по двум антиподальным обсерваториям (Гринвич и Мельбурн) с 1867 г.

Комплексное влияние СКЛ и бурь на космическую погоду за счет проникновения СКЛ в магнитосферу Земли во время магнитных бурь

С точки зрения радиационной опасности, которую несут потоки СКЛ для высокоширотных участков орбит КА типа МКС, необходимо учитывать не только интенсивность событий СКЛ, но и границы их проникновения в магнитосферу Земли (см. подробнее лекцию 4.). Причем, как видно из приведенного рисунка, СКЛ проникают достаточно глубоко даже для небольших по амплитуде (-100 нТ и меньше) магнитных бурь.

Оценка радиационной опасности в высокоширотных областях траектории МКС по данным низкоорбитальных полярных спутников

Оценки доз радиации в высокоширотных областях траектории МКС, полученные на основании данных о спектрах и границах проникновения СКЛ в магнитосферу Земли по данным ИСЗ «Университетский-Татьяна» во время солнечных вспышек и магнитных бурь сентября 2005 года, были сопоставлены с дозами, экспериментально измеренными на МКС в высокоширотных областях. Из приведенных рисунков хорошо видно, что расчетные и экспериментальные значения согласуются, что говорит о возможности оценки радиационных доз на разных орбитах по данным низковысотных полярных спутников.

Карта доз на МКС (СРК) и сравнение расчетных и экспериментальных доз.

Магнитные бури как причина нарушения радиосвязи

Магнитные бури приводят к сильным возмущениям в ионосфере, которые в свою очередь, отрицательно сказываются на состояния радиоэфира . В приполярных районах и зонах аврорального овала ионосфера связана с наиболее динамичными областями магнитосферы и поэтому наиболее чувствительна к таким воздействиям. Магнитные бури в высоких широтах могут практически полностью блокировать радиоэфир на несколько суток. При этом страдают и другие сферы деятельности, например, авиасообщение . Другим негативным эффектом, связанным с геомагнитными бурями, является потеря ориентации ИСЗ, навигация которых осуществляется по геомагнитному полю, испытывающем во время бури сильные возмущенния . Естественно, что во время геомагнитных возмущений возникают проблемы и с радиолокацией.

Влияние магнитных бурь на функционирование телеграфных линий и линий электропередач, трубопроводов, железных дорог

Вариации геомагнитного поля, возникающие во время магнитных бурь в полярных и авроральных широтах (согласно известному закону электромагнитной индукции), генерируют вторичные электрические токи в проводящих слоях литосферы Земли, в соленой воде и в искусственных проводниках. Наводимая разность потенциалов невелика и составляет примерно несколько вольт на километр, но в протяженных проводниках с низким сопротивлением − линиях связи и электропередач (ЛЭП), трубопроводах, рельсах железных дорог − полная сила индуцированных токов может достигать десятков и сотен ампер.
Наименее защищенными от подобного влияния являются воздушные низковольтные линии связи. Так, значительные помехи, возникавшие во время магнитных бурь, были отмечены уже на самых первых телеграфных линиях, построенных в Европе в первой половине XIX века. Значительные неприятности геомагнитная активность может доставлять и железнодорожной автоматике, особенно в приполярных районах. А в трубах нефте- и газопроводов, тянущихся на многие тысячи километров, индуцированные токи могут значительно ускорять процесс коррозии металла, что приходиться учитывать при проектировании и эксплуатации трубопроводов .

Примеры воздействия магнитных бурь на функционирование линий электропередач

Крупная авария, произошедшая во время сильнейшей магнитной бури 1989 года в энергетической сети Канады, наглядно продемонстрировала опасность магнитных бурь для ЛЭП. Исследования показали, что причиной аварии стали трансформаторы. Дело в том, что постоянная составляющая тока вводит трансформатор в неоптимальный режим работы с избыточным магнитным насыщением сердечника. Это приводит к избыточному поглощению энергии, перегреву обмоток и, в конце концов, к аварии всей системы. Последовавший анализ работоспособности всех энергетических установок Северной Америки выявил статистическую зависимость между количеством сбоев в зонах повышенного риска и уровнем геомагнитной активности .

Влияние магнитных бурь на состояние здоровья людей

В настоящее время имеются результаты медицинских исследований, доказывающих наличие реакции человека на геомагнитные возмущения. Данные исследования показывают, что существует достаточно большая категория людей, на которых магнитные бури действуют отрицательно: активность человека затормаживается, притупляется внимание, обостряются хронические заболевания. Следует отметить, что исследования воздействия геомагнитных возмущений на здоровье человека еще только начинаются, и результаты их достаточно спорны и противоречивы (подробнее см. материалы к теме «Как космическая погода влияет на нашу жизнь?»).
Однако большинство исследователей сходится во мнении, что в данном случае существует три категории людей: на одних геомагнитные возмущения действуют угнетающе, на других, наоборот, возбуждающе, у третьих же никакой реакции не наблюдается.

Ионосферные суббури как фактор космической погоды

Суббури являются мощным источником электронов во внешней магнитосфере . Сильно возрастают потоки низкоэнергичных электронов, что приводит к существенному усилению электризации КА (подробнее см. материалы по теме «Электризация космических аппаратов»). Во время сильной суббуревой активности на несколько порядков возрастают потоки электронов во внешнем радиационном поясе Земли (РПЗ), что представляет серьезную опасность для ИСЗ, орбиты которых пересекают эту область, поскольку внутри КА накапливается достаточно большой объемный заряд, приводящий к выходу из строя бортовой электроники . В качестве примера можно привести проблемы с работой электронных приборов на ИСЗ Equator-S, Роlаг и Сalaxy-4, которые возникли на фоне длительной суббуревой активности и, как следствие, очень высоких потоков релятивистских электронов во внешней магнитосфере в мае 1998 г. .
Cуббури являются неотъемлемым спутником геомагнитных бурь, однако, интенсивность и длительность суббуревой активности имеет неоднозначную связь с мощностью магнитной бури. Важным проявлением связи «бури-суббури» является непосредственное влияние мощности геомагнитной бури на минимальную геомагнитную широту, на которой развиваются суббури. Во время сильных геомагнитных бурь суббуревая активность может опускаться с высоких геомагнитных широт, достигая средних широт. В данном случае на средних широтах будет наблюдаться нарушение радиосвязи, вызванное возмущающим воздействием на ионосферу энергичных заряженных частиц, генерируемых во время суббуревой активности.

Взаимосвязь солнечной и геомагнитной активности – современные тенденции

В некоторых современных работах, посвященных проблеме космическое погоды и космического климата, высказывается мысль о необходимости разделения солнечной и геомагнитной активности . На рисунке показано различие между среднемесячными значениями солнечных пятен, традиционно считающимися показателем СА (красный), и АА-индекса (синий), показывающим уровень геомагнитной активности. Из рисунка видно, что совпадение наблюдается далеко не для всех циклов СА.
Дело в том, что в максимумах СА большую долю составляют спорадические бури, за которые ответственны вспышки и КВМ, то есть явления, происходящие в областях Солнца с замкнутыми силовыми линиями. Но в минимумах СА большинство бурь реккурентные, причиной которых является приход к Земле высокоскоростных потоков солнечного ветра, истекающих из корональных дыр — областей с открытыми силовыми линиями. Таким образом, источники геомагнитной активности, по крайней мере, для минимумов СА, имеют существенно различную природу .

Ионизующее электромагнитное излучение солнечных вспышек

В качестве еще одного важного фактора космической погоды следует отдельно отметить ионизующее электромагнитное излучение (ИЭИ) солнечных вспышек. В спокойное время ИЭИ практически полностью поглощается на больших высотах, вызывая ионизацию атомов воздуха. Во время солнечных вспышек потоки ИЭИ от Солнца возрастают на несколько порядков, что приводит к разогреву и дополнительной ионизации верхней атмосферы.
В результате разогрева под воздействием ИЭИ , атмосфера “раздувается”, т.е. плотность ее на фиксированной высоте сильно увеличивается. Это представляет серьезную опасность для низковысотных ИСЗ и пилотируемых ОС, поскольку, попадая в плотные слои атмосферы, КА может быстро потерять высоту. Такая участь постигла американскую космическую станцию «Скайлэб» в 1972 году во время мощной солнечной вспышки — на станции не хватило топлива для возврата на прежнюю орбиту .

Поглощение коротковолнового радиоизлучения

Поглощение коротковолнового радиоизлучения является результатом того, что приход ионизующего электромагнитного излучения − УФ и рентгеновского излучения солнечных вспышек вызывает дополнительную ионизацию верхней атмосферы (см. подробнее в материалах по теме «Транзиентные световые явления в верхней атмосфере Земли»). Это приводит к ухудшению или даже полному прекращению радиосвязи на освещенной стороне Земли в течение несколько часов }

Геомагнитная обстановка в Мурманске.

Прогноз геомагнитной обстановки в Мурманске на 3 дня (Мурманская область)

Погода / Весь мир / Россия / Мурманская область / Мурманск

49 м. назад на метеостанции (~ 2 км.) температура воздуха составила -2.8 °C, было преимущественно пасмурно, северо-восточный умеренный ветер (7 м/с), атмосферное давление составило 730 мм.рт.ст., влажность воздуха 85 %, а горизонтальная видимость составляла 4 км. Ливневый снег слабый.

Магнитные бури в Мурманске сегодня

Качественное состояние магнитного поля Земли

• 1 Нет заметных геомагнитных возмущений
• 2 Небольшое геомагнитное возмущение
• 3 Слабая геомагнитная буря

• 4 Малая геомагнитная буря
• 5 Умеренная геомагнитная буря
• 6 Сильная геомагнитная буря

• 7 Жесткий геомагнитный шторм
• 8 Экстремальный геомагнитный шторм

---

Геомагнитная обстановка в Мурманске на 3 дня

• 00:00
• 03:00
• 06:00
• 09:00
• 12:00
• 15:00
• 18:00
• 21:00

• 18февраля
• 2
• 2
• 2
• 2
• 2
• 1
• 2
• 1

• 19февраля
• 2
• 1
• 2
• 2
• 2
• 1
• 2
• 1

• 20февраля
• 2
• 1
• 2
• 1
• 1
• 1
• 3
• 3

Магнитные бури в Мурманске за последние 30 дней

Время указано местное с учетом временной зоны в Мурманске.

К-индекс — это квазилогарифмический индекс (увеличивается на единицу при увеличении возмущенности приблизительно в два раза), вычисляемый по данным конкретной обсерватории за трехчасовой интервал времени. Индекс был введен Дж. Бартельсом в 1938 г. и представляет собой значения от 0 до 9 для каждого трехчасового интервала (напр. 0-3, 3-6, 6-9 и т.д.). Значение индекса каждого интервала в Мурманске приводится на его окончание (00:00,03:00,06:00 и т.д.).

Для вычисления индекса берется изменение магнитного поля за трехчасовой интервал, из него вычитается регулярная часть, определяемая по спокойным дням, и полученная величина по специальной Таблице переводится в К-индекс.

Kp индекс — это трехчасовой планетарный индекс, основанный на K индексе. Kp рассчитывается как среднее значение К индексов, определенных на 16 геомагнитых обсерваториях, расположенных между 44 и 60 градусами северной и южной широт.

Погода в крупных и ближайших населенных пунктах

Т.

К. Бреус

Влияние «космической погоды» на биологические объекты, включая человеческий организм

Т.К. Бреус, Институт космических исследований РАН

 

Наша Земля окружена атмосферой и ее составляющей- ионосферой, образованной в результате ионизации атмосферы солнечным волновым излучением. Это, однако, еще не полная картина строения внешних оболочек, окружающих Землю. У Земли имеется сильное магнитное поле с северным и южным полюсами. Оно взаимодействует с другим, а именно, с корпускулярным излучением Солнца. И этот поток ионизованных корпускул – частиц испаряющейся короны Солнца, замагничен солнечным магнитным полем, тоже имеющим дипольную составляющую. Магнитное поле Солнца «вморожено» в этот поток частиц и вытягивается потоком в межпланетное пространство. Земля со своим собственным полем погружена в этот поток солнечного излучения, называемого Солнечным Ветром (СВ). СВ в основном не проникает до поверхности Земли, а останавливается далеко от ее поверхности магнитным полем Земли (с подсолнечной области примерно на расстояниях порядка 16 Rз , где Rз — радиус Земли). В результате вокруг Земли образуется полость, в которой сосредоточено ее магнитное поле – магнитосфера, внутри которой находятся ее атмосфера и ионосфера.

Поскольку поток СВ постоянно изменяется (атмосфера Солнца «дышит» вследствие идущих внутри него термоядерных реакций), то и магнитосфера Земли сжимается и разжимается, создавая вариации электромагнитной обстановки , приводящие к возмущениям магнитного поля и ионосферы- магнитным и ионосферным бурям. Через полюса, где нет магнитного поля, частицы СВ высыпаются в полярные области околоземного пространства и ионизуют атмосферу, образуя полярные сияния.

Все эти вариации магнитосферы, а также вариации атмосферы и ионосферы, индуцированные солнечной активностью (СА), были названы «космической погодой». Естественно, что биосфера, включая также и человеческую популяцию, подвержена её воздействию.

Вариации естественных электромагнитных полей (ЭМП) в магнитосфере имеют ритмы, сходные с ритмами СА . Среди долгопериодических ритмов, самый известный из которых – одиннадцатилетний , имеются также ритмы, соответствующие периоду собственного вращения Солнца и его гармоникам (около 28 дней, около 14 дней, около 7 дней, около 3,5 дней) (Рис.1а, б, в; Рис.2). В колебаниях ЭМП имеются и очень короткопериодические компоненты – микропульсации, например, Рс1 – с периодами, близкими к периодам ритма человеческого сердца (1-2 сек).

Биологические объекты за время своей эволюции должны были адаптироваться к этим ритмам и интегрировать их периоды во временную структуру своих клеток, органов и организмов в целом, превратив их в эндогенные, т.е. собственные ритмы, в принципе синхронизованные с внешними ритмами среды обитания (Рис.3 и 4). Это произошло точно также, как суточные ритмы освещенности и температуры, обусловленные собственным вращением Земли, образовали всем хорошо известные биологические суточные (циркадианные ) ритмы, например, ритм сна и бодрствования.

Возмущения, генерированные солнечной активностью, нарушают обычное течение этих собственных ритмов и создают их десинхронизацию с внешними условиями, или адаптивную стресс-реакцию. Это станет понятно, если вспомнить, что при трансконтинентальных перелетах происходит сдвиг фазы суточных ритмов и возникает неприятный для организма десинхроноз, который длится порядка 2 –х недель, пока фазы собственных ритмов организма не синхронизуются по фазе с фазой локального времени суток. Для больного организма подобные сдвиги могут оказаться не столь безобидными, как для здорового.

В сущности, реакция человеческого организма на возмущения в среде обитания представляют собой нарушения в механизмах регуляции внутренней структуры согласования ритмов всех уровней организма. При этом основной мишенью для воздействия ЭМП, например, является сердце и сердечно-сосудистая и нервная системы. При воздействии возмущений изменяется частота сердечных сокращений (ЧСС), возникают аритмии, происходят скачки артериального давления, увеличивается вязкость крови, агрегация эритроцитов, наблюдается замедление кровотока в капиллярах. Фактически наблюдается реакция по типу адаптационного стресса и изменения сосудистого тонуса, по характеру, сходное с реакциями на метеорологические изменения . Особенно неприятны эти эффекты в том случае, если они накладываются на изменения метеорологической обстановки. По степени чувствительности организмов к метео- и электромагнитным воздействиям, как было показано недавно (Ожередов, Ревич, Гурфинкель, Бреус), человеческий организм реагирует в соответствии с соотношением 9:6:4 соответственно на атмосферную температуру, магнитные возмущения и атмосферное давление.

Рис.1а. Околонедельные волны скорости, концентрации частиц и температуры солнечного ветра по данным измерений на космическом аппарате «Вела»

Из Рис.1а отчетливо видно, что скорость солнечного ветра испытывает вариации, имеющие период около 7 дней. Как будет видно из рис.2, это связано с периодом формирования магнитных полей на Солнце в областях, где зарождается солнечный ветер.

Из Рис.1б видно, что вблизи околоземного пространства должны наблюдаться ритмы смены ориентации ММП, которые могут вызывать определенные ритмы возникновения геомагнитных возмущений, причем, протяженность периодов этих ритмов около 7, 6 дней и 3, 6 дня в среднем.

Кр – индекс геомагнитной активности – максимальный размах амплитуды горизонтальной составляющей геомагнитного поля, выраженной в 9-бальной шкале за каждые три часа, и усредненные по 16 среднеширотным магнитным обсерваториям (Рис.1 в), имеет все компоненты ритмов, соответствующих собственному обороту Солнца и его гармоникам и субгармоикам.

Рис. 1б. Секторная структура межпланетного магнитного поля (ММП), полученная усреднением данных измерений на космических аппаратах вблизи орбиты Земли (Wilcox and Ness,1965). Стрелки – направления силовых линий ММП. (+) и (-) соответствуют направлениям от Солнца и к Солнцу соответственно. Внизу различной штриховкой показаны сектора с различной временной протяженностью – оклополусемидневной и околосемидневной

Рис. 1в. Спектр вариаций секторной Кр-индекса геомагнитной активности за 1932-1990 гг. Отчетливо видны периоды ритмов, соответствующие периоду собственного вращения Солнца -28 дней и его гармоник и субгармоник.

Рис. 2. Спектрально-временная диаграмма вариаций магнитных полей на Солнце в области периодов менее 10 дней за 1975- 2000 годы.

PR (%) на рис.2 – степень выраженности данного периода на уровне достоверности P>0.95 в процентах, показанная штриховкой (см. таблицу справа на рисунке). Вертикальными линиями выделены периоды максимумов СА (SM).

Горизонтальной сплошной линией показан период 6.75 дней, наиболее характерный для спектра Кр-индекса геомагнитной активности (Рис. 1в) и отчетливо выделяющийся в ритмах магнитных полей Солнца. Пунктирной линией показан семидневный период.

Рис. 3. Среднеквадратичные спектры данных непрерывного (с небольшими интервалами) мониторирования частоты сердечных сокращений (слева) и диастолического кровяного давления (справа) младенца от момента рождения и до 26 месяцев жизни.

По оси ординат на Рис. 3 отложена амплитуда ритма (удар/мин). По оси абсцисс частота (циклы/месяц) (внизу) и периоды в днях (вверху). Данные мониторирования с 26.01.89 по 19.03.91 разбиты на пять последовательных серий по четыре месяца, из которых отчетливо видно, как изменяется соотношение амплитуд инфрадианных и циркадианного ритмов. Амплитуда циркадианного ритма становится сопоставимой с амплитудой околонедельного – полунедельного ритмов только на пятый месяц жизни (вторая сверху серия измерений). Поскольку в материнском организме наиболее мощным ритмом является именно суточный ритм, очевидно, наблюдающаяся у младенцев структура ритмов эндогенного происхождения и что ЭМП играли существенную роль в их формировании на ранних стадиях эволюции. Более того, оказалось, что если недельная амплитуда превосходит суточную, у новорожденных младенцев, то у них возникает синдром внезапной смерти (когда при вскрытии не обнаруживается органических изменений). Пик детской смертности от функциональных расстройств подобного рода наблюдается в 3, 5 года.

Следует подчеркнуть, что околонедельные и полунедельные ритмы наблюдаются даже на клеточном уровне, и что особенно характерно у древних обитающих Земли (Рис. 4). Разумеется, читатель может подумать, что мы игнорируем лунные (гравитационные ритмы). Ни в коем случае: Эти ритмы также были синхронизаторами биологических объектов, однако в отличие от ЭМП, они стационарны , и организмам не надо было непрерывно адаптироваться к их возмущениям.

Рис 4. Слева — околонедельные и околополунедельные ритмы роста нормальной клетки (А) и клетки с удаленным ядром (Б) древней одноклеточной морской водоросли Acetobularea Mediterannea, полученные при искусственном смещении нормального режима освещенности. Справа – ритмы биолюминесценции другого одноклеточного организма – Gonualuax Poluedra

Что же происходит с живыми организмами, под действием возмущений «космической погоды»?

Рис.5. Результаты Холтеровского (непрерывного в течение 24 часов) мониторирования сердечного ритма и артериального давления у пациента 47-и лет, страдающего ишемической болезнью сердца в Кардиологическом центре им. Л.Я Мясникова..

Эпизоды депрессии ST – интервала ишемического типа на электрокардиограмме Рис.5 во время геомагнитной бури подчеркнуты. Стрелки графиках соответствует началу геомагнитной бури. Отчетливо виден подъем артериального давления после начала бури на нижнем графике.

Исследования синхронизации ритмов ГМА и медико-биологических характеристик впервые проводилось с использованием ежесуточных показателей многомесячного мониторирования артериального давления (АД) больных артериальной гипертонией (АГ) (НИИ Кардиологии, Москва 33 пациента с гипертонией 1 и 2 степени). Получено, что: В группу магниточувствительных больных с АГ, АД которых положительно коррелировало с ГМА, попало 80% из всех больных, причем они страдали многоплановыми нарушениями регуляции системы кровообращения, у них чаще наблюдались изменения со стороны органов-мишеней, в частности, увеличение индекса массы левого желудочка сердца, повышающее риск развития сердечной недостаточности: Распределение метеочувствительных больных по группам оказалось более равномерным.

Очень важно отметить, что наблюдавшиеся в процессе лечения эффекты спонтанных ритмических вариаций АД коррелировали с вариациями геомагнитной обстановки (наблюдалась синхронность с запаздыванием на 1-2 суток), Однако ускользания гипотензивного эффекта на фоне продолжавшегося лечения этих больных было связано с эффектами изменения метеоусловий – появлением тепловых волн, что необходимо учитывать при проведении коррекции АГ терапии.

A	Б

С

Рис.5 Сопоставление усредненных многодневных (12 недель) профилей артериального давления, полученных на фоне монотерапии у больной, у которой наблюдались спонтанная ритмика давления и эффекты ускользания гипотензивного эффекта, с усредненными тем же способом , что и артериальное давление, геомагнитным индексом Dst (кривые А) и метео – факторами : атмосферным давлением (АД) (кривые Б) и температурой (кривые С).

Сплошной кривой показаны вариации артериального давления, пунктиром – вариации индексов геомагнитной и метео-активности.

Как видно из рис.6, внезапная смерть от инфаркта миокарда и инфаркты в Москве и Болгарии имеют почти синхронный временной ход с микропульсациями геомагнитного поля, близкими к ритмам сердца (Рс1), в то время как другие индексы геомагнитной активности (ГМА) хуже согласуются с ритмами этих смертей и заболеваний. Отсюда и из ряда других наблюдений был сделан вывод, что микропульсации являются наиболее биотропным фактором ГМА.

Рис.6. Сопоставление данных об инфарктах миокарда в Москве (скорая медицинская помощь –80000 случаев)(ИМ), внезапной смерти в Болгарии (ВС) в городах и селах) А также различными индексами геомагнитной активности – суммарным за месяц Кр индексом, Dst –индексом, характеризующим магнитные бури при значениях меньших, чем (-) 40 нТл, а также с продолжительностью наблюдения микропульсаций в диапазоне Рс1 – ритма сердца, измеренный на станции Борок (Россия).

Заключение

За последнее десятилетие получено множество экспериментальных данных и данных клинических и лабораторных, а также натурных наблюдений, свидетельствующих о важной роли воздействия космической погоды на человеческий организм. Здесь приведена лишь малая толика того, что представляет несомненный интерес в этой области. В частности, имеются данные по исследованию космонавтов на борту аппаратов СОЮЗ, орбитальных станций МИР и МКС, свидетельствующие о магнитной чувствительности космонавтов (здоровых и тренированных людей в состоянии стресса, в связанного с космонавтов (здоровых и тренированных людей в состоянии стресса, связанного с невесомостью). Имеются данные о магнитной чувствительности здоровых людей на Земле. Следует подчеркнуть, что магнитная чувствительность стоит на втором плане после метеочувствительности, в особенности по сравнению с реакциями на изменения атмосферной температуры, поэтому наиболее неблагоприятными являются периоды, когда магнитные возмущения сочетаются с метеорологическими эффектами.

Рекомендуемая литература

Комаров Ф.И., Бреус Т.К., Рапопорт С.И., Ораевский В.Н., Гурфинкель Ю.И., Халберг Ф., Корнелиссен Ж. Медико-биологические эффекты солнечной активности // Вестник Академии Медицинских наук. 1994. Вып. 11. С. 37–50.

Бреус Т.К., Халберг Ф., Корнелиссен Ж. Влияние солнечной активности на физиологические ритмы биологических систем // Биофизика. 1995. Т. 40. Вып. 4. С. 737–749.

Рапопорт С.И., Большакова Т.Д., Малиновская Н.К.,.Бреус Т.К Магнитные бури как стресс // Биофизика 1995. Т. 43. Вып. 4.

Гурфинкель Ю.И., Любимов В.В., Ораевский В.Н., Парфенова Л.М., Юрьев А.С. Влияние геомагнитных возмущений на капиллярный кровоток больных ишемической болезнью сердца // Биофизика. 1995. Т. 4. Вып. 4. С. 793–800.

Бреус Т.К., Баевский Р.М., Никултна Г.А., Чибисов С.М., Черникова А.Г., Пухлянко М., Ораевский В.Н., Халберг Ф., Корнелиссен Ж., Петров В.М. Воздействие геомагнитной активности на организм человека, находящегося в экстремальных условиях, и сопоставление с данными лабораторных наблюдений // Биофизика. 1998. Т. 43. Вып. 5. С. 811–818.

Masalov AV, Syutkina EV. Magnetic storms and neonatal blood pressure and heart rate chronomes. Neuroendocrinol Lett 2003; 24 (Suppl 1): 111-116.

Бреус Т.К., Раппопорт С.И. //Магнитные бури: медико-биологические и геофизические аспекты. М,: Советский спорт. 2003. 192 с.

Гурфинкель Ю.И.// Ишемическая болезнь сердца и солнечная активность. М.:ИИКЦ «Эльф-3», 2004. 170с.

Институт космических исследований РАН,
Профсоюзная 84/32,
117997 Москва, Россия
Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.

Кр индекс геомагнитной активности. Что такое геомагнитные индексы А, К и Кр? am, an, as индексы

31.10.2012

Уровни геомагнитной активности выражаются с помощью двух индексов — А и К, показывающих величины магнитного и ионосферного возмущения. Индекс К высчитывается на основе измерений магнитного поля, проводящихся ежедневно с трехчасовым интервалом, начиная с нуля часов по универсальному времени (иначе — UTC, мировому, гринвичскому).

Максимальные величины магнитного возмущения сравниваются с значениями магнитного поля спокойного дня для конкретной обсерватории и в расчет принимается наибольшая величина из отмеченных отклонений. Затем по специальной таблице полученное значение переводится в индекс К. К-индекс — это квазилогарифмическая величина, то есть его значение увеличивается на единицу при увеличении возмущения магнитного поля примерно вдвое, что затрудняет вычисление усредненного значения.

Поскольку возмущения магнитного поля неодинаково проявляются в различных точках Земли, то такая таблица существует для каждой из 13 геомагнитных обсерваторий, расположенных на геомагнитных широтах от 44 до 60 градусов в обоих полушариях планеты. Это в целом при большом количестве измерений за длительное время дает возможность вычислить среднепланетарный К р -индекс, который представляет собой дробную величину в интервале от 0 до 9.

А-индекс — величина линейная, то есть при увеличении геомагнитного возмущения возрастает аналогично ему, вследствие чего использование этого индекса часто имеет больше физического смысла. Значения А р -индекса соотносятся со значениями К р -индекса и представляют собой усредненные показатели вариации магнитного поля. Индекс А р выражается в целых числах от 0 до > 400. Например, интервалу К р от 0 о до 1+ соответствуют значения А р от 0 до 5, а К р от 9- до 9 0 — 300 и > 400 соответственно. Для определения величины А р -индекса также существует специальная таблица.

В практическом применении К-индекс учитывается для определения прохождения радиоволн. Уровень от 0 до 1 соответствует спокойной геомагнитной обстановке и хорошим условиям для прохождения КВ. Значения от 2 до 4 указывают на умеренное геомагнитное возмущение, что несколько затрудняет прохождение коротковолнового диапазона. Значениями, начиная с 5, обозначаются геомагнитные бури, которые создают серьезные помехи указанному диапазону, а при сильных бурях (8 и 9) делают прохождение коротких волн невозможным.

Прогноз магнитных бурь на Солнце онлайн

Схема образования магнитной бури
На графике ниже представлен индекс геомагнитной возмущенности. Этот индекс определяет уровень магнитных бурь.
Чем он больше тем возмущения сильнее. График обновляется автоматически раз в 15 минут. Время указано Московское

Kp

Kp = 2, 3 — слабовозмущенное;

Kp = 4 — возмущенное;

Kp = 5, 6 — магнитная буря;

Магнитная буря уровня G1 (слабая) с 06:00 по 09:00 МСК

Магнитная буря уровня G1 (слабая) с 09:00 по 12:00 МСК

Магнитная буря — это возмущение магнитного поля нашей планеты. Это природное явление обычно продолжаются от нескольких часов до суток и более.

Карта зависимости широт видимости сияний от Kp индекса

Где сейчас видно полярное сияние?

Посмотреть на полярное сияние онлайн можно тут

Прогноз магнитных бурь на 27 дней

C 28 Март 2017 по 23 Апрель 2017 возможны следующие магнитные бури и возмущения магнитосферы:

Planetary K-index

Now: Kp= 5 storm

24-hr max: Kp= 5 storm

Auroras Taken by Sacha Layos on March 26, 2017 @ Fairbanks, AK

SUNSPOT GENESIS: A large sunspot is growing in the sun»s northern hemisphere. Only 24 hours ago it didn»t exist, now the active region sprawls across more than 70,000 km of solar «terrain» and contains at least two dark cores as large as Earth. Watch this movie of sunspot genesis. http://spaceweather.com/images2017/26mar17/genesis…SID=15h6i0skvioc83feg5delj5a45

speed: 535.4 km/sec

density: 25.2 protons/cm3

POTENT CORONAL HOLE FACES EARTH !!!

A fast-moving stream of solar wind flowing from the indicated coronal hole could reach Earth as early as March 27th (although the 28th is more likely).

This is a «coronal hole» (CH) — a vast region where the sun»s magnetic field opens up and allows solar wind to escape. A gaseous stream flowing from this coronal hole is expected to reach our planet on during the late hours of March 27th and could spark moderately-strong G2-class geomagnetic storms around the poles on March 28th or 29th.

We»ve seen this coronal hole before. In early March, it lashed Earth»s magnetic field with a fast-moving stream that sparked several consecutive days of intense auroras around the poles. The coronal hole is potent because it is spewing solar wind threaded with «negative polarity» magnetic fields. Such fields do a good job connecting to Earth»s magnetosphere and energizing geomagnetic storms.

Многообещающее начало, правда? Любуйтесь!

Auroras Taken by B.Art Braafhart on March 27, 2017 @ Salla, Finnish Lapland

Aurora Taken by John Dean on March 27, 2017 @ Nome, Alaska

Буря усиливается. Уже усредненный Planetary K-index

Now: Kp= 6 storm

На самом деле, местами всплеск шторма поднимался до 7-8 баллов

Состояние магнитного поля в зависимости от Кp индекса

Kp

Kp = 2, 3 — слабовозмущенное;

Kp = 4 — возмущенное;

Kp = 5, 6 — магнитная буря;

Kp = 7, 8 — сильная магнитная буря;

Kp = 9 — очень сильный геомагнитный шторм.

Г Геомагнитная буря — возмущение геомагнитного поля длительностью от нескольких часов до нескольких суток. 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 вызывают быстрые и сильные изменения в магнитном поле Земли, возникающие в периоды повышенной солнечной активности. Это явление является одним из важнейших элементов солнечно-земной физики и её практической части, обычно обозначаемой термином «Космическая погода».

В результате вспышек на Солнце в космическое пространство выбрасывается огромное количество вещества (в основном протонов и электронов), часть которого, двигаясь со скоростью 400–1000 км/с, за один – два дня достигает земной атмосферы. Магнитное поле Земли захватывает из космического пространства заряженные частицы. Слишком сильный поток частиц возмущает магнитное поле планеты, из-за чего быстро и сильно изменяются характеристики магнитного поля.

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.

Магнитные бури также оказывают влияние на здоровье и самочувствие людей. Они опасны в первую очередь для тех, кто страдает артериальной гипертонией и гипотонией, болезнями сердца. Примерно 70% инфарктов, гипертонических кризов и инсультов происходит именно во время солнечных бурь.

Магнитные бури нередко сопровождаются головными болями, мигренями, учащенным сердцебиением, бессонницей, плохим самочувствием, пониженным жизненным тонусом, перепадами давления. Ученые связывают это с тем, что при колебаниях магнитного поля замедляется капиллярный кровоток и наступает кислородное голодание тканей.

Советский биофизик А.Л.Чижевский в своей монографии «Земное эхо солнечных бурь» проанализировал большой исторический материал и обнаружил корреляцию максимумов солнечной активности и массовых катаклизмов на Земле. Отсюда сделан вывод о влиянии 11-летнего цикла солнечной активности (периодического увеличения и уменьшения количества пятен на Солнце) на климатические и социальные процессы на Земле. Чижевский установил, что в период повышенной солнечной активности (большого количества пятен на Солнце) на Земле происходят войны, революции, стихийные бедствия, катастрофы, эпидемии, увеличивается интенсивность роста бактерий («эффект Чижевского — Вельховера»).

Отрицательному влиянию воздействия магнитных бурь предрасположены по различным данным от 50 до 70% населения всего мира. Причем, начало такой стрессовой реакции у конкретного человека при различных бурях может смещаться на разное время.

У кого-то реакция возникает за 1-2 дня до геомагнитного возмущения, когда происходят вспышки на солнце, кто-то начинает плохо себя чувствовать в пик магнитной бури, у некоторых недомогание проявляется только спустя какое-то время после нее.

Если прислушаться к себе, понаблюдать за изменениями состояния здоровья и провести анализ, возможно обнаружить связь ухудшения здоровья с прогнозом геомагнитной обстановки земли.

Что такое магнитные бури?

Магнитные бури чаще всего возникают в низких и средних широтах планеты, длятся от нескольких часов до нескольких дней. Это происходит от ударной волны высокочастотных потоков солнечного ветра. От вспышек на солнце в космос происходит выброс большого количества электронов и протонов, которые с огромной скоростью направляются к земле и в течении 1-2 дней достигают ее атмосферы. Заряженные частицы сильным потоком изменяют магнитное поле планеты. То есть это явление возникает в период высокой солнечной активности, возмущая магнитное поле земли.

К счастью такие вспышки бывают не более 2-3 раз в месяц, что могут предсказывать ученые, фиксируя вспышки и движение солнечного ветра. Геомагнитные бури могут быть различной интенсивности, от незначительной до очень агрессивной. При мощных возмущениях, как к примеру 11 сентября 2005 года, происходили нарушения функций спутниковых навигаций и отключение связи в некоторых районах Северной Америки. В 50 ых годах прошлого века ученые проанализировали почти 100 000 автокатастроф, и в результате установили, что на 2 день после вспышек на солнце количество аварий на дорогах резко возрастало.

Наиболее опасны магнитные бури для людей, страдающих сердечно-сосудистыми заболеваниями, артериальной гипотонией или гипертонией, вето-сосудистой дистонией или психическими заболеваниями. Молодые, здоровые люди практически никак не ощущают влияние магнитных колебаний.

Как проявляется влияние магнитных бурь на состояние здоровья человека?

Геомагнитные бури способны оказывать огромное влияние и на деятельность человека — разрушение энергетических систем, ухудшение связи, сбои систем навигации, на учащение случаев травматизма на производстве, авиа и авто катастроф, а также и на состояние здоровья людей. Медиками также было установлено, что именно во время магнитных бурь в 5 раз увеличивается количество самоубийств. Особенно сильно страдают от геомагнитных колебаний жители Севера, шведы, норвежцы, финны, жители Мурманска, Архангельска, Сыктывкара.

Поэтому именно через несколько дней после вспышек на солнце увеличивается количество суицида, инфарктов, инсультов, гипертонических кризов. По различным данным во время магнитных бурь их число увеличивается на 15%. Проявляться негативное влияние на здоровье человека может следующими симптомами:

• Мигрень (см. )
• Головные боли, боли в суставах
• Реакция на яркий свет, резкие громкие звуки
• Бессонница, или наоборот, сонливость
• Эмоциональная нестабильность, раздражительность
• Тахикардия (см. )
• Скачки артериального давления
• Плохое общее самочувствие, слабостью, упадок сил
• Обострение хронических заболеваний у людей пожилого возраста

Ученые объясняют ухудшение состояния здоровья у метеозависимых людей тем, что при изменении магнитного поля земли, в организме замедляется капиллярный кровоток, то есть образуются агрегаты кровеносных телец, кровь густеет, может , происходить кислородное голодание органов и тканей, в первую очередь гипоксию испытывают нервные окончания и мозг. Если магнитные бури идут подряд с перерывом в неделю, то у большинства населения организм способен адаптироваться и реакции на следующие повторные волнения у них практически не бывает.

Что делать метеочувствительным людям, чтобы уменьшить эти проявления?

Метеозависимым людям, а также лицам с хроническими заболеваниями следует отслеживать приближение магнитных бурь и заранее исключить на этот период какие-либо события, действия, которые могут привести к стрессу, лучше всего в это время быть в покое, отдыхать и сократить любые физические и эмоциональные перегрузки. Что следует также избегать или исключить:

• Стрессы, физические нагрузки, переедание — увеличивающих нагрузку на сердечно-сосудистую систему
• Исключить прием алкоголя, ограничить жирную пищу, повышающую холестерин
• Нельзя резко вставать с постели, это усилит головную боль и головокружение
• Особенно сильно ощущается негативное влияние бурь в самолете, метро (при резком разгоне и остановке поезда) — старайтесь не пользоваться метро в этот период. Замечено, что машинисты метро часто страдают ишемической болезнью сердца, а среди пассажиров метро часто случаются сердечные приступы.
• И в первый, и на второй день после бури у водителей замедляется реакция в 4 раза, поэтому за рулем следует быть предельно осторожными, если вы метеозависимы — не садитесь за руль в этот период.

Что можно предпринять для смягчения такого негативного влияния:

• Люди, страдающие заболеваниями ССС, гипертонией, и пр. должны позаботиться заранее и всегда иметь привычные лекарственные средства под рукой
• Если нет противопоказаний, то рекомендуется принять 0,5 таблетки аспирина, который разжижает кровь и может снизить риск развития проблем с сосудами и сердцем
• Очень хорошо снижает влияние магнитных бурь обычная вода — прием душа, еще лучше контрастного душа, даже простое умывание может облегчить состояние
• Если человек в такие периоды испытывает тревогу, бессонницу, раздражительность, необходим прием — валериана, пустырник, пион и пр.
• Хорошо помогает чай с мятой, малиной, чай из листьев земляники, зверобоя, мелиссы
• Из фруктов желательно употреблять абрикос, чернику, клюкву, смородину, лимон, бананы, изюм.

Как всегда, любая точка зрения практически по любому вопросу находит как сторонников, так и противников, это касается и влияния магнитных бурь. Противники этой теории утверждают, что гравитационные возмущения, которые оказывает на человека Луна, Солнце, другие планеты солнечной системы не настолько сильно влияют на организм человека, гораздо больший вред человеку доставляет ежедневные стрессы в обычной жизни — резкий подъем или спуск (аттракционы, американские горки, воздушные перелеты), резкое торможение и тряска транспорта, сильный шум, эмоциональные перенапряжения, переутомления, отсутствие полноценного отдыха, недосыпание.

Ученые назвали средство от магнитных бурь — Российская газета

Чем опасны изменения космической погоды? И можно ли снизить негативное влияние магнитных бурь на человека? Об этом корреспондент «РГ» беседует с руководителем лаборатории метеопатологии и магнитобиологии Научного клинического центра доктором медицинских наук Юрием Гурфинкелем.

Юрий Ильич, магнитными бурями нас пугают с завидной регулярностью. Они действительно так опасны для здоровья?

Юрий Гурфинкель: На возмущение геомагнитного поля реагируют абсолютно все. Другое дело — как. Если человек молод и здоров, то в дни магнитных бурь он может почувствовать лишь легкую сонливость. Гораздо хуже пожилым и хроникам. В группе риска прежде всего пациенты с сердечной патологией и перенесшие нарушения мозгового кровообращения.

Механизмы влияния космической погоды на человека до конца еще не изучены. Однако есть данные из Франции, Германии, Китая, Израиля, Литвы, Грузии, ряда российских клиник — везде, где наблюдались больные с ишемией сердца, во время магнитных бурь возрастало примерно в два раза не только число инфарктов, но и смертность от них.

Что происходит с человеком?

Юрий Гурфинкель: Наш организм — это своего рода биокомпьютер, чувствительность которого наиболее высока в диапазоне магнитного поля Земли (до 50 микротесл). Джозеф Киршвинк и его коллеги из Калифорнийского технологического института установили наличие кристаллов магнетита в тканях мозга приматов и в надпочечниках человека. Количество этих наночастиц, восприимчивых к магнитному полю, составляет от одного до 10 миллионов на один грамм ткани. Они «улавливают» колебания в магнитосфере Земли. А это приводит, например, к выбросу адреналина и глюкокортикоидов (гормонов надпочечников).

Адреналин, в свою очередь, повышает свертываемость крови. Во время магнитных бурь она возрастает. Замедляется течение крови в капиллярах. А эритроциты, выражаясь научным языком, агрегируют, то есть склеиваются. Это увеличивает риск образования тромбов. Ухудшается общее состояние, нарушается работа сердечно-сосудистой системы и кровотока в мозгу. Наши исследования показали: движущаяся по сосудам кровь сама по себе может являться сенсором магнитных полей, поскольку красные кровяные клетки содержат гемоглобин и в силу этого обладают магнитным моментом.

Поэтому во время бури нарушается сон и возрастает число психических нарушений?

Юрий Гурфинкель: Геомагнитные возмущения организм человека воспринимает как стресс. Меняется гормональный фон в организме, нарушается работа сосудистой системы, в том числе и в сосудах головного мозга. При этом резко снижается выработка мелатонина, который продуцирует шишковидная железа, располагающаяся в центре головного мозга и управляющая процессами бодрствования и сна. В это время даже здоровый человек может пережить перепады настроения, а у некоторых это сопровождается всплесками агрессии.

Кто особенно подвержен влиянию магнитных бурь?

Юрий Гурфинкель: От 10 до 20 процентов молодых людей имеют повышенную чувствительность к геомагнитным возмущениям. Но чем старше человек, тем болезненней организм реагирует на плохую космическую погоду. Примерно 40 процентов 60-летних плохо себя чувствуют из-за волнения магнитного поля Земли. А среди 70-летних- уже больше чем у половины.

А как я могу понять, что источник моего недуга — повышенная солнечная активность?

Юрий Гурфинкель: Если «земная» причина ухудшения состояния исключена, специалисты советуют последить за прогнозом космической погоды. Например, есть портал Института земного магнетизма, ионосферы и распространения радиоволн РАН. Если вы заметили, что вечером «прихватило» сердце, стоит проверить: не было ли в это время магнитной бури. Когда таких совпадений будет 8 из десяти, можно говорить о том, что у вас повышенная восприимчивость. Однако не стоит ориентироваться на долгосрочные прогнозы, которые печатают некоторые СМИ. Достаточно достоверную картину можно составить только на неделю вперед.

Можно ли избежать влияния магнитных бурь на организм?

Юрий Гурфинкель: Нет. Однако можно соблюдать нехитрые правила, чтобы минимизировать негативный эффект. Например, в тяжелые дни лучше ограничить физическую нагрузку, избегать нарушений режима сна, командировок с длительными перелетами. Желательно чаще находиться на свежем воздухе, употреблять достаточное количество жидкости, овощей и фруктов. Важно измерять артериальное давление, вовремя принимать лекарства. Пожилым людям крепкие алкогольные напитки лучше исключить вообще. Но если здоровье позволяет, можно выпить бокал натурального красного вина. Из-за интенсивной выработки адреналина магнитные бури могут вызвать повышенный аппетит. В таком случае не надо увлекаться мясной пищей, лучше обратить внимание на овощи, фрукты, рыбу.

А что делать, если во время магнитной бури «прихватило» прямо на работе?

Юрий Гурфинкель: Самое простое средство — принять обычный аспирин. Во время магнитной бури наиболее эффективен прием 150-200 мг этого препарата. Или комбинацию аспирина и плавикса (75 мг). Но только в том случае, если это пациенту не противопоказано, так как бесконтрольный прием этих препаратов может спровоцировать эрозии и даже язву желудка. Можно рекомендовать прием глицина. Эта незаменимая аминокислота благоприятно действует на головной мозг, уменьшает повышенную возбудимость.

Справка «РГ»

Во время солнечной вспышки всего за несколько минут происходит гигантский выброс энергии и к Земле отправляются потоки заряженных частиц. А через два-три дня нашей планеты достигают облака плазмы, которые и провоцируют бури — возмущение магнитного поля Земли. Периоды солнечной активности повторяются в среднем раз в 11 лет. И сейчас мы переживаем как раз один из них. По оценкам специалистов, в среднем магнитные бури случаются 5-6 раз в год и длятся 2-3 дня.

Геомагнитные индексы kp и ap

Индексы K, Kp и ap

К-индекс – квазилогарифмический локальный индекс 3-часового диапазона магнитной активности. относительно предполагаемой кривой спокойного дня для одного участка геомагнитной обсерватории. Первый введенный Дж. Бартельсом в 1938 г., он состоит из одной цифры от 0 до 9 для каждого 3-часового интервал суток всемирного времени (UT).

Планетарный индекс 3-часового диапазона Kp является средним значением стандартизированный K-индекс от 13 геомагнитных обсерваторий между 44 градусами и 60 градусами северная или южная геомагнитная широта. Шкала от 0 до 9, выраженная в третях единица, напр. 5- это 4 2/3, 5 это 5 и 5+ это 5 1/3. Этот планетарный индекс предназначен для измерения излучение солнечных частиц за счет его магнитных эффектов. 3-часовой индекс ap (эквивалентный диапазон) выводится из индекса Kp следующим образом:

Кр = 0о 0+ 1- 1о 1+ 2- 2о 2+ 3- 3о 3+ 4- 4о 4+

р = 0 2 3 4 5 6 7 9 12 15 18 22 27 32

Кр = 5- 5о 5+ 6- 6о 6+ 7- 7о 7+ 8- 8о 8+ 9- 9о

р = 39 48 56 67 80 94 111 132 154 179 207 236 300 400

Другие планетарные индексы включают Ар* и АА*.Индекс Ap* определяется как самое раннее максимальное 24-часовое значение, полученное с помощью вычисление 8-точечного скользящего среднего последовательных 3-часовых индексов ap во время геомагнитной бури событие и однозначно связано с событием шторма. Индекс АА* подобен индексу Ар*, но имеет более длинную историю и основан на отчетах только двух станций.

Вы можете загрузить Kp, Ap и другие индексы через FTP

НАСА — Центр действий по космической погоде

Магнитосфера

Доступ к данным:

Откройте http://sunearthday. gsfc.nasa.gov/swac/data.php и нажмите «Индекс Kp» (данные в реальном времени). Появится веб-страница, содержащая гистограмму под названием «Расчетный планетарный K-индекс (данные за 3 часа)». Наблюдайте за графиком на предмет любых отклонений. (К-индекс 5 или выше указывает на геомагнитную активность «на уровне бури». Значения 7 или выше указывают на сильную геомагнитную бурю.)

О данных:

Каждые три часа в течение дня магнитные обсерватории по всему миру измеряют самое большое изменение магнитного поля, зафиксированное их приборами за это время.Результат усредняется вместе с результатами других обсерваторий для получения индекса, который сообщает ученым, насколько нарушено магнитное поле Земли по 9-балльной шкале. Эта шкала называется шкалой Кр. Чем больше индекс (7+), тем активнее становится магнитное поле Земли из-за солнечной бури. Чем меньше индекс (1-2), тем тише. Иногда изменения солнечной активности могут вызывать большие изменения Кр. В других случаях большие значения Kp могут указывать на внезапные перестройки магнитного поля Земли из-за солнечного ветра.Kp-индексы, равные 5 и выше, указывают на геомагнитную активность штормового уровня.

ВЫШЕИЗОБРАЖЕНИЕ НЕ ЯВЛЯЕТСЯ ТЕКУЩИМИ ДАННЫМИ

Совет по анализу:

Вертикальная ось показывает индекс Kp от 0 до 9. Горизонтальная ось показывает оценочные данные за 3 часа, записанные по всемирному времени (UT).

• ЗЕЛЕНЫЕ ПОЛОСЫ показывают индекс Kp менее 4 (указывает на незначительное магнитное изменение)
• ЖЕЛТЫЕ ПОЛОСЫ показывают индекс Kp, равный 4 (указывает на умеренное магнитное изменение)
• КРАСНЫЕ ПОЛОСЫ, когда Kp больше 4 (указывает на штормовое предупреждение)

* Значения Kp больше 7 указывают на сильное возмущение.

Расчетный индекс Kp получен в Центре космических прогнозов ВВС США с использованием данных наземных магнитометров: Meanook, Канада; Ситка, Аляска; Гленли, Канада; Сент-Джонс, Канада; Оттава, Канада; Ньюпорт, Вашингтон; Фредериксбург, Вирджиния; Боулдер, Колорадо; и Фресно, Калифорния. Эти данные доступны благодаря сотрудничеству Геологической службы Канады (GSC) и Геологической службы США.

Преобразование в универсальное время (UT)

Примечание: UT совпадает со средним временем по Гринвичу.

Восточный стандарт + 5 часов = UT
Центральный + 6 часов = UT
Гора + 7 часов = UT
Тихий океан + 8 = UT
Стандартное время Аляски + 9 = UT

Примечание. Для перехода на летнее время

Восточное летнее время + 4 часа = UT
Летнее время Аляски + 8 часов = UT

КП Карта северного сияния

ВЫШЕИЗОБРАЖЕНИЕ НЕ ЯВЛЯЕТСЯ ТЕКУЩИМИ ДАННЫМИ

Инструмент Карта полярных сияний KP показывает связь между индексом Kp и предсказанным южным краем полярного сияния в Северной Америке.

• Кр из 3: полярное сияние можно ожидать к югу от СИНЕЙ линии.
• Кр из 5: полярное сияние можно ожидать южнее ЗЕЛЕНОЙ линии.
• Кр из 9: полярное сияние можно ожидать южнее КРАСНОЙ линии.
• Kp из 9+: северное сияние можно было увидеть на юге вплоть до Техаса и Флориды.

Щелкните в любом месте на карте, чтобы увидеть географическую долготу, географическую широту и скорректированную магнитную широту для этого местоположения.

[Этот инструмент был разработан NOAA в Боулдере, штат Колорадо, и может использоваться для определения мест возможных полярных сияний.]

Прогнозирование индексов геомагнитной активности с использованием индекса Бойля через искусственные нейронные сети

Автор

Баласубраманян, Рамкумар

Аннотация

Неблагоприятные космические погодные условия влияют на различные отрасли, делая очень уязвимыми как человеческие жизни, так и технологии. В этой диссертации представлен новый набор алгоритмов, подходящих для краткосрочных прогнозов космической погоды, с увеличенным временем заблаговременности и большей точностью прогнозирования Kp, Dst и индекса AE по сравнению с некоторыми ведущими моделями. Kp — усредненный за 3 часа глобальный индекс геомагнитной активности, подходящий для регионов средних широт. Индекс Dst, часовой индекс, рассчитанный с использованием четырех наземных измерений магнитного поля вблизи экватора, измеряет энергию кольцевого тока Земли. Индексы Auroral Electrojet или индексы AE представляют собой часовые индексы, используемые для характеристики глобальной геомагнитной активности в авроральной зоне.Наши алгоритмы могут прогнозировать эти индексы исключительно на основе данных о солнечном ветре с заблаговременностью до 6 часов. Для этой цели мы обучили и протестировали ИНС (искусственную нейронную сеть) в течение всего солнечного цикла. За последние пару десятилетий ИНС успешно справились с задачами временного прогнозирования среди других передовых нелинейных методов. Наши алгоритмы на основе ИНС получают входные данные почти в реальном времени либо от ACE (Advanced Composition Explorer), расположенного в L1, и нескольких наземных магнитометров, либо только от ACE.Потенциал Бойля, phi = 10-4 мкм/сек2+ 11,7BnTsin3 (тета/2) кВ, или индекс Бойля (BI), представляет собой эмпирически полученную формулу, которая аппроксимирует потенциал полярной шапки Земли и легко вычисляется. можно получить в режиме реального времени, используя данные о солнечном ветре от ACE. Логарифмы как 3-часовых, так и 1-часовых средних индекса Бойля хорошо коррелируют с последующими Kp, Dst и AE: Kp = 8,93 log 10 — 12,55. Dst = 0,355 — 6,48 и AE = 5,87 — 83,46. Входные данные для наших моделей ИНС значительно выиграли от BI и его проверенной записи в качестве параметра прогнозирования с момента его запуска в октябре 2003 года.Событие предварительной подготовки настраивает магнитосферу в определенное состояние перед надвигающейся геомагнитной бурей. Нейронная сеть не только улучшает прогнозы, но и помогает прогнозировать, улавливая влияние предварительной обработки. Две из наших моделей уже работают в режиме прогнозирования, близком к реальному времени, а прогнозы BI и Kp можно получить на сайте http://space.rice.edu/ISTP/wind.html.

Цитата

Баласубраманиан, Рамкумар. «Прогнозирование индексов геомагнитной активности с использованием индекса Бойля через искусственные нейронные сети.(2010) Дисс., Университет Райса. https://hdl.handle.net/1911/62232.

Воздействие количества солнечных пятен и геомагнитного индекса аа на климат Влажной зоны Западной Африки во время солнечных циклов 22–24

Изучение связи солнечной активности с климатом имеет огромное значение как для промышленности, так и для ученых по многим причинам. Во-первых, распространение радиоволн происходит в ионосфере Земли, где становится возможной радиосвязь с использованием мобильных телефонов, радиолокационных систем, коротковолновых вещателей для радиостанций, навигационных систем для кораблей и авионики для самолетов.Кроме того, важно изучать изменение климата, чтобы сдерживать его разрушительные последствия для людей, животных, водных организмов и окружающей среды. Разрушение инфраструктуры, вызванное наводнением и Ла-Нинья, не поддается количественной оценке. Неблагоприятные погодные явления, такие как гроза, могут привести к отключению линий электропередач и транспондеров на мачтах связи; создавая огромные финансовые потери для промышленности. Во время геомагнитных бурь сильные электрические токи, протекающие в нижние слои атмосферы Земли и на землю, могут вызывать каскадное напряжение, приводящее к перебоям в подаче электроэнергии.Высокая плотность падения космических лучей приводит к повреждению электрических компонентов самолетов и космических аппаратов. Кроме того, тепловые волны влияют на состояние здоровья людей. Таким образом, изучая климат, достигается сохранение человеческой жизни и сохранность имущества. Тем не менее передовой опыт в области сельского хозяйства и продовольственной безопасности оказывает сильное влияние на исследования в области изменения климата.

Влияние Галактических Космических Лучей (ГКЛ) на формирование облаков предлагается рассматривать как истинный механизм влияния солнечной активности на климат. Физическим механизмом, контролирующим связь солнечной магнитной активности и климата, является возникновение ГКЛ, которые действуют как зародышевые частицы для формирования облаков. Недавно доказательства вклада ГКЛ в климат были представлены в научном исследовании ¹ .

Исторически было проведено статистическое исследование интенсивности ГКЛ и геомагнитного аа-индекса ² , и оно показало сильную отрицательную корреляцию с коэффициентом корреляции приблизительно − 0,86. Также геомагнитный аа-индекс показал высокую корреляцию с данными о солнечной активности ³ .Хорошо известно, что GCR является прокси-индексом солнечной активности. Эти исследования, используемые в качестве косвенных показателей солнечной активности ^4,5,6 , показали, что вариации ГКЛ постоянно не совпадают по фазе с SSN.

Климатические исследования имеют огромное значение, поскольку климатические возмущения имеют далеко идущие неблагоприятные последствия для жизни людей и устойчивого развития. Изменение климата нанесло ущерб экономической деятельности в глобальном масштабе ^7,8,9 . Указано, что они вызваны антропогенными механизмами, такими как индустриализация, выбросы парниковых газов и сжигание ископаемого топлива.Сообщалось ^10,11 , что вышеупомянутые процессы в конечном итоге приводят к повышению температуры во всем мире ¹² , вызывая таяние ледников в Северной Атлантике и Тихом океане. Другими последствиями изменения климата являются ураганы и торнадо в американском секторе; волны тепла в азиатском секторе; Ла-Нинья и Эль-Ниньо в индийском регионе. В субрегионе Западной Африки изменение климата привело к наводнениям с сопутствующими негативными последствиями. Помимо антропогенных факторов изменения климата, среди ученых ^{6,13,14,15,16} ведутся жаркие споры о том, способствует ли солнечная магнитная активность изменению климата или нет.Хотя их результаты были опубликованы для других секторов мира, таких как Южная Африка, Индия, Америка, Южная Америка, Европа ^{10,14,17,18,19} из доступной литературы, исследования климата, проведенные в -регион не имеет содержания солнечной активности. Следовательно, в этом исследовании мы проанализировали показатель солнечной активности, а именно число солнечных пятен (SSN), охватывающий период с 1950 по 2016 год; и геомагнитный аа-индекс, охватывающий 1964–2016 гг., для наблюдения за их ассоциациями с климатическими параметрами в прибрежной полосе Гвинейского залива в северной части Атлантического океана, называемой влажной зоной Западной Африки.

В субрегионе Западной Африки изменение климата привело к наводнениям с сопутствующими негативными последствиями, такими как разрушение общественной инфраструктуры, вынужденное перемещение людей из их домов, сокращение экономики, вымирание диких животных и уничтожение водных животных. Помимо антропогенных факторов изменения климата, среди ученых ведутся горячие споры о том, способствует ли солнечная магнитная активность изменению климата или нет. Хотя их результаты публикуются для других секторов мира, к сожалению, исследования климата, проведенные в западноафриканском субрегионе, не имеют содержания солнечной активности.

Это исследование ранее проводилось в других географических регионах, включая Америку, части Европы, Индию и Южную Африку ^11,16,20,21 , но в странах Африки к югу от Сахары, особенно в субрегионе Западной Африки, это новый шаг в этой области исследования. Исследования влажной зоны Западной Африки весьма ограничены, о чем свидетельствует скудость литературы, особенно в этой области исследований. Несколько работ, проведенных в Нигерии и Кот-д’Ивуаре, посвящены в основном влиянию изменения климата на страны, а не связи климатических переменных с солнечной магнитной активностью.Например, обзорная работа была сосредоточена на возможных неблагоприятных последствиях изменения климата для средств к существованию в Нигерии ²² . Опять же, другое исследование было посвящено общему обзору воздействия климата в Нигерии с использованием среднегодовой и месячной температуры и количества осадков ²³ . Другие работы по климату Нигерии ^24,25,26,27 являются обзорами, переменные которых полностью лишены индексов солнечной активности. Однако несколько исследователей изучили влияние изменения солнечной активности на климат и обнаружили минимальный вклад солнечной активности в климат ²⁸ .Это согласуется с нашим исследованием.

Поэтому мы попытались устранить несоответствие, связанное с различными взглядами на влияние солнечной активности на климат в субрегионе Западной Африки. Основная цель этого исследования состояла в том, чтобы изучить влияние солнечной активности на климат влажной зоны Западной Африки. Конкретные цели включали в себя; 1) оценить колебания SSN и геомагнитного аа-индекса за исследуемый период; а именно 1950–2016 гг., (2) исследовать связь SSN с SAT и осадками во время солнечных циклов 22–24, (3) оценить связь геомагнитного аа-индекса с SAT и осадками за тот же период.Задача (1) заключалась в использовании SSN и геомагнитного аа-индекса для установления сигнатур 11-летнего солнечного цикла для исследуемого периода. Можно сделать вывод, что амплитуды SSN и геомагнитного аа-индекса демонстрируют модели 11-летнего солнечного цикла для трех изученных солнечных циклов. Впоследствии полученные результаты подтвердили пригодность SSN и геомагнитного аа-индекса в качестве параметров солнечного магнитного поля, с которыми регрессировали данные SAT и осадки, чтобы установить их связи, как указано в задачах (2) и (3).

Это первое исследование, проведенное в западноафриканском субрегионе, в частности, во влажной зоне, расположенной на атлантическом побережье. Порт-Харкорт (Нигерия) и Абиджан (Кот-д’Ивуар) были особыми областями исследования; города в низких широтах с высотой 16 и 50 м соответственно, как показано в таблице 1. Данные были проанализированы для наблюдения за реакцией SAT и количества осадков на SSNr и геомагнитный аа-индекс для циклов 22–24. SAT и Rainfall формируют основные параметры, характеризующие климат региона.С другой стороны, число солнечных пятен и геомагнитный аа-индекс являются основными переменными для измерения магнитной активности Солнца. В результатах предпринята попытка количественно оценить вклад солнечной магнитной активности в изменение климата. Это пролило больше света на полемику, связанную с изменением климата. В этой работе мы сделали вывод о том, вызвано ли изменение климата исключительно антропогенной деятельностью или может иметь компонент солнечного магнитного воздействия.

Таблица 1 Координаты источников климатических данных.

Краткое введение в планетарный К-индекс: индикатор геомагнитных бурь

Дж. В. Лин, «Сеть магнитных обсерваторий в реальном времени: обзор», Европейский журнал наук об окружающей среде и Земле, Vol. 2(5), стр. 1-2, 2021. doi: 10.24018/ejgeo.2021.2.5.177.

Дж. Бартельс, Н. Хек, Х. Ф. Джонстон, «Трехчасовой индекс измерения геомагнитной активности», Журнал геофизических исследований, Том. 44 (4), стр. 411-454, 1939. doi: 10.1029/TE044i004p00411.

Дж. Бартельс, Дж. Вельдкамп, «Международные данные о магнитных возмущениях, четвертый квартал», Журнал геофизических исследований, Том. 59 (2), стр. 297-302, 1954. doi: 10.1029/JZ059i002p00297.

К. Дэвис, «Ионосферное радио», Инженерно-технологический институт, Цифровая библиотека IET, 600 стр., 1990. ISBN: 9780863411861 doi: 10.1049/PBEW031E.

Б. Г. Хансен, Э. Виллекенс, «Распределение обобщенного логарифмического ряда», Статистические и вероятностные письма, Том.9 (4), стр. 311-316, 1990. doi: 10.1016/0167-7152(90)^-W.

М. Менвьель, Н. Папиташвили, Л. Хаккинен, К. Саксдорф, «Компьютерное производство K-индексов: обзор и сравнение методов», Geophysical Journal International, Vol. 123 (3), стр. 866–886, 1995. doi: 10.1111/j.1365-246X.1995.tb06895.x.

Ю. Дж. Чен, К. Судзуки, Х. Махара, Т. Ямагути, «Квазилогарифмический закон распределения в моделях удаления влаги из мениска высыхания раствора полимера», Chemical Physics Letters, Vol.529, стр. 74-78, 2012. doi: 10.1016/j.cplett.2012.01.046.

E. Geerardyn, Y. Rolain, J. Schoukens, «Проектирование квазилогарифмических мультисинусоидальных возбуждений для надежных измерений в широком диапазоне частот», IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement, Vol. 2013. Т. 62, № 5. С. 1364–1372. doi: 10.1109/TIM.2012.2232474.

П. Уинтофт, М. Вик, Дж. Мацка, Ю. Шприц, «Прогнозирование Kp по данным о солнечном ветре: исследование входных параметров с использованием 3-часовых средних значений и 3-часовых значений диапазона», Журнал космической погоды и космического климата, Том .7, A29, 2017. doi: 10.1051/swsc/2017027.

X. Луан, В. Ван, Дж. Лей, А. Бернс, X. Доу, Дж. Сюй, «Геомагнитная и авроральная активность, вызванная коротирующими областями взаимодействия во время фазы спада 23-го солнечного цикла», Журнал геофизических исследований: Space Physics, Vol.118 (3), pp. 1255-1269, 2013. doi: 10.1002/jgra.50195.

Р. А. Фиори, Л. Трихченко, К. Балч, Э. Спансвик, С. Гроло, «Характеризация поглощения в авроральной зоне на основе глобальных Kp и региональных геомагнитных часовых индексов диапазона», Space Weather, Vol.18 (12), 2020. e2020SW002572, doi: 10.1029/2020SW002572.

Геомагнитные возмущения

Солнечный цикл и его влияние на Землю

По мере приближения Солнца к своему солнечному максимуму — пику интенсивности в солнечном цикле — солнечные вспышки и связанные с ними корональные выбросы массы происходят все чаще. Эти извержения на Солнце выбрасывают в космос заряженные частицы, называемые солнечным ветром.

В 93 миллионах миль от Солнца Земля окружена собственным магнитным полем, создаваемым ее жидкометаллическим ядром, которое часто служит коконом, защищающим Землю и спутниковые технологии на ее орбите от воздействия солнечного ветра.Давление солнечных ветров формирует магнитное поле Земли, называемое магнитосферой, в кометоподобную форму с хвостом, отходящим от Солнца.

Вероятно, вы слышали о полярных сияниях, красивых проявлениях естественного света, которые иногда можно увидеть вблизи Северного и Южного полюсов. Aurora Borealis, или «Северное сияние», и Aurora Australis, или «Южное сияние», являются прямым результатом магнитного пересоединения между магнитосферой Земли и солнечным ветром. При подходящих условиях заряженные частицы, испускаемые Солнцем, могут проникать в магнитосферу Земли и питать ее энергией, откуда они затем направляются к полюсам, сталкиваются с составляющими атмосферы и флуоресцируют, вызывая полярное сияние.

Солнечные бури могут повлиять на энергосистему

Во время этих воссоединений возникают мощные электрические токи, компенсирующие высвобождаемую энергию, обычно в направлении восток-запад над Землей. Во время геомагнитной бури наиболее разрушительные последствия возникают, когда течение, направленное на восток, меняет направление. В этой ситуации могут возникать наведенные землей напряжения.

В географических точках с большим количеством магматических пород земная кора более устойчива к потоку тока, и вместо этого ток будет искать самый легкий путь для движения — по линиям электропередачи.Северная часть Северной Америки особенно подвержена проблемам, возникающим в результате геомагнитных бурь, из-за высокой концентрации магматических пород и длинных линий электропередач. Поток этих токов в линии электропередачи называется «геомагнитно индуцированными токами», также известными как GIC.

Когда линия передачи находится в эксплуатации, по ней проходят постоянные напряжение и ток. Напряжение необходимо, чтобы помочь «протолкнуть» ток через линию; чем больше ток в линии, тем большее напряжение необходимо для поддержания тока, протекающего по линии.Когда геомагнитная буря индуцирует линии электропередачи с дополнительным нерегулируемым током, но выходное напряжение остается прежним, могут произойти механические неисправности, вызывающие большие отключения электроэнергии и повреждения — и все это в считанные секунды. Такое увеличение тока может привести к выходу из строя трансформаторов, срабатыванию защитного оборудования, перегрузке линий электропередачи и повреждению генераторов.

Хотя физика, связанная с солнечными магнитными возмущениями, до сих пор полностью не изучена, ясно, что если эти события можно предсказать, у нас будет больше шансов смягчить ущерб, чем если бы мы не знали, что они придут.Национальное управление океанических и атмосферных исследований (NOAA) внимательно следит за космической погодой, и когда на Солнце происходит событие, которое может оказать влияние на Землю, этому событию присваивается рейтинг с использованием К-индекса. Индекс представляет собой шкалу от 1 до 9, где 1 — штиль, а 5 и выше — геомагнитная буря.

У ISO есть процедуры для эксплуатации сети во время сильных солнечных бурь

В крайних случаях, когда может быть затронута электросеть Новой Англии, ISO может реализовать действия из своей процедуры эксплуатации системы, чтобы помочь подготовить электросеть региона к GIC.(См. CROP.24003: Геомагнитные возмущения.) Эти действия могут включать перераспределение генераторов на выходы, которые максимизируют их способность реагировать на колебания тока и напряжения, возникающие в результате GIC; работа с операторами электропередач по прекращению работ по техническому обслуживанию и восстановлению вышедших из строя высоковольтных линий электропередач, где это возможно; и управление количеством электроэнергии, которая течет по линиям электропередачи и объектам.

Чтобы просмотреть текущие условия космической погоды, посетите Центр прогнозирования космической погоды NOAA/NWS.Чтобы узнать больше о солнечном цикле, о том, как солнечная активность может повлиять на нас на Земле, и о последних научных новостях о Солнце, посетите страницы НАСА «Связь Солнца и Земли: гелиофизика».

Геомагнитная буря | СТЦЕ ​​

Геомагнитная активность достигла незначительных штормовых условий 28 и 31 августа после прихода усиленных ветровых потоков, связанных с корональными дырами положительной полярности.Положительная полярность означает, что (открытые) линии магнитного поля от корональной дыры направлены от Солнца (синяя кривая внизу). Скорость солнечного ветра (желтая кривая) постепенно увеличивалась с 400 км/с до нынешних (1 сентября) значений около 600 км/с (DSCOVR). Расчетный планетарный K-индекс (Kp), предоставленный NOAA, находится внизу графика. «0» означает тихий, «9» — очень сильный геомагнитный шторм. Наблюдаемые значения малых бурь находятся прямо посередине (Kp=5), учитывая, что K-индекс является квазилогарифмическим индексом. Примечательно, что в Дурбе (Бельгия) геомагнитная активность достигла только активных условий (К = 4).

Пока что в 2020 году было всего 4 дня, когда геомагнитная активность достигала уровня незначительных штормов. Предыдущие разы были 19 февраля и 20 апреля. В этих случаях источником геомагнитной бури служило прохождение межпланетного коронального выброса массы (МКВМ), т. е. облака заряженных частиц, выброшенных Солнцем в направлении Земли несколькими днями ранее и влияющих на геомагнитное поле.См. информационные бюллетени STCE от 27 февраля и 30 апреля 2020 г. по адресу http://www.stce.be/newsletter/newsletter.php. Основываясь на других геомагнитных параметрах, таких как индекс Dst (WDC Kyoto; см. эту новость на http://www.stce.be/news/483/welcome.html), нынешний шторм является самым сильным из четырех с предварительным Dst. значения около -67 нТл. Это, конечно, меркнет по сравнению с сильными геомагнитными бурями, такими как в октябре 2003 г., когда Kp достигла 9, а Dst было равно -383 нТл.