Kas yra magnetosfera ir kaip stiprios magnetinės audros veikia technologijas
Mūsų Žemė yra magnetas – tai visiems žinoma. Magnetinio lauko linijos palieka pietinio magnetinio poliaus sritį ir patenka į šiaurinio magnetinio poliaus sritį. Prisiminkite, kad Žemės magnetiniai ir geografiniai poliai šiek tiek skiriasi – šiauriniame pusrutulyje magnetinis polius yra pasislinkęs apie 13° Kanados link.
Žemės magnetinio lauko jėgos linijų aibė vadinama magnetosfera... Žemės magnetosfera nėra simetriška planetos magnetinei ašiai.
Iš Saulės pusės traukiama, iš priešingos pusės pailgėja. Tokia magnetosferos forma atspindi nuolatinę saulės vėjo įtaką jai. Atrodo, kad iš Saulės skrendančios įkrautos dalelės „suspaudžia“ jėgos linijas magnetinis laukas, spausdami juos dieninėje pusėje ir traukdami naktinėje pusėje.
Kol Saulės padėtis rami, visas šis vaizdas išlieka gana stabilus. Bet tada buvo saulės šviesa. Saulės vėjas pasikeitė – jį sudarančių dalelių srautas tapo didesnis, o jų energija – didesnė.Slėgis magnetosferoje ėmė sparčiai didėti, dienos pusės jėgos linijos ėmė artėti prie Žemės paviršiaus, o naktinėje jos buvo stipriau traukiamos į magnetosferos „uodegą“. tai yra magnetinė audra (geomagnetinė audra).
Saulės žybsnių metu Saulės paviršiuje įvyksta didžiuliai karštos plazmos sprogimai. Išsiveržimo metu išsiskiria stiprus dalelių srautas, kuris dideliu greičiu juda iš Saulės į Žemę ir sutrikdo planetos magnetinį lauką.
saulės vėjas
Jėgos linijų „suspaudimas“ reiškia jų polių judėjimą Žemės paviršiuje, o tai reiškia: magnetinio lauko stiprumo pokytis bet kuriame Žemės rutulio taške... Ir kuo stipresnis saulės vėjo slėgis, tuo reikšmingesnis yra lauko linijų suspaudimas, atitinkamai, tuo stipresnis lauko stiprumo pokytis. Kuo stipresnė magnetinė audra.
Tuo pačiu metu, kuo arčiau magnetinio poliaus srities, tuo daugiau išorinių lauko linijų susitinka su paviršiumi. Ir jie tiesiog patiria didžiausią trikdomo saulės vėjo poveikį ir labiausiai reaguoja (išstumia). Tai reiškia, kad magnetinių trikdžių apraiškos turėtų būti didžiausios geomagnetiniuose poliuose (tai yra didelėse platumose), o mažiausios – geomagnetiniame pusiaujuje.
Magnetinio šiaurės ašigalio poslinkis nuo 1831 iki 2007 m.
Kas dar yra aprašytas magnetinio lauko pokytis didelėse platumose, sukeldamas mus, gyvenančius Žemės paviršiuje?
Magnetinės audros metu gali nutrūkti elektros energijos tiekimas, radijo ryšys, sutrikti mobiliojo ryšio operatorių tinklai ir erdvėlaivių valdymo sistemos, gali būti pažeisti palydovai.
1989 m. magnetinė audra Kvebeke, Kanadoje, sukėlė rimtų elektros energijos tiekimo sutrikimų, įskaitant transformatorių gaisrus (išsamią informaciją apie šį incidentą žr. toliau). 2012 metais smarki magnetinė audra sutrikdė ryšį su Europos erdvėlaiviu „Venus Express“, skriejančiu aplink Venerą.
Prisiminkime kaip veikia elektros srovės generatorius… Stacionariame magnetiniame lauke laidininkas (rotorius) juda (suka). Dėl to mokslininke Pasirodo EML ir jis pradeda tekėti elektros… Tas pats atsitiks, jei laidas stovės ir magnetinis laukas judės (keis laike).
Magnetinės audros metu vyksta magnetinio lauko pokytis, ir kuo arčiau magnetinio poliaus (kuo didesnė geomagnetinė platuma), tuo šis pokytis stipresnis.
Tai reiškia, kad mes turime besikeičiantį magnetinį lauką. Na, o fiksuoti bet kokio ilgio laidai Žemės paviršiuje neužima. Yra elektros linijos, geležinkelio bėgiai, vamzdynai...Žodžiu, pasirinkimas didelis. Ir kiekviename laidininke pagal minėtą fizikinį dėsnį atsiranda elektros srovė, kurią sukelia geomagnetinio lauko kitimai. Mes jam paskambinsime indukuota geomagnetinė srovė (IGT).
Indukuotų srovių dydis priklauso nuo daugelio sąlygų. Pirmiausia, žinoma, nuo geomagnetinio lauko kitimo greičio ir stiprumo, tai yra nuo magnetinės audros stiprumo.
Tačiau net ir tos pačios audros metu skirtinguose laiduose atsiranda skirtingi efektai.Jie priklauso nuo laido ilgio ir jo orientacijos Žemės paviršiuje.
Kuo ilgesnis laidas, tuo stipresnis jis bus indukuota srovė… Be to, jis bus stipresnis, kuo arčiau laido orientacija šiaurės-pietų kryptimi. Tiesą sakant, šiuo atveju magnetinio lauko svyravimai jo kraštuose bus didžiausi, todėl EML bus didžiausias.
Žinoma, šios srovės stiprumas priklauso nuo kelių kitų veiksnių, įskaitant grunto laidumą po laidu. Jei šis laidumas yra didelis, IHT bus silpnesnis, nes didžioji srovės dalis eis per žemę. Jei jis mažas, tikėtinas sunkus IHT.
Nesigilindami į reiškinio fiziką, pastebime tik tai, kad IHT yra pagrindinė bėdų, kurias kasdieniame gyvenime sukelia magnetinės audros, priežastis.
Literatūroje aprašytas avarinių situacijų, sukeltų stiprios magnetinės audros ir indukuotų srovių, pavyzdys
1989 m. kovo 13–14 d. magnetinės audros ir nepaprastoji padėtis Kanadoje
Magnetologai naudoja kelis metodus (vadinamus magnetiniais indeksais), kad apibūdintų Žemės magnetinio lauko būklę. Nesigilindami į smulkmenas, tik pažymime, kad yra penki tokie indeksai (dažniausi).
Kiekvienas iš jų, be abejo, turi savo privalumų ir trūkumų, yra patogiausias ir tiksliausias apibūdinant tam tikras situacijas - pavyzdžiui, audringas sąlygas auroros zonoje arba, atvirkščiai, pasaulinį vaizdą gana ramiomis sąlygomis.
Natūralu, kad kiekvieno iš šių indeksų sistemoje kiekvienas geomagnetinis reiškinys apibūdinamas tam tikrais skaičiais – paties indekso reikšmėmis reiškinio laikotarpiui, todėl galima palyginti įvykusių geomagnetinių trikdžių intensyvumą. skirtingais metais.
1989 m. kovo 13–14 d. magnetinė audra buvo išskirtinis geomagnetinis įvykis, remiantis skaičiavimais, pagrįstais visomis magnetinių indeksų sistemomis.
Daugelio stočių stebėjimais, audros metu magnetinės deklinacijos (kompaso rodyklės nukrypimo nuo krypties iki magnetinio poliaus) dydis per 6 dienas pasiekia 10 laipsnių ir daugiau. Tai yra daug, turint omenyje, kad net pusės laipsnio nuokrypis yra nepriimtinas daugelio geofizinių instrumentų veikimui.
Ši magnetinė audra buvo nepaprastas geomagnetinis reiškinys. Tačiau susidomėjimas juo vargu ar būtų pranokęs siaurą specialistų ratą, jei ne jį lydėję dramatiški įvykiai ne vieno regiono gyvenime.
1989 m. kovo 13 d., 07:45 UTC, aukštos įtampos perdavimo linijose iš Džeimso įlankos (šiaurės Kvebekas, Kanada) į pietinę Kvebeką ir JAV šiaurines valstijas, taip pat Hidro-Kvebeko tinklas patyrė stiprių indukuotų srovių.
Šios srovės sukūrė papildomą 9 450 MW sistemos apkrovą, kuri buvo per didelė, kad būtų galima pridėti prie tuometinės naudingos 21 350 MW apkrovos. Sistema sugedo, 6 milijonai gyventojų liko be elektros. Sistemos normaliam darbui atstatyti prireikė 9 valandų. Tuo metu šiaurės JAV vartotojai gaudavo mažiau nei 1325 MWh elektros energijos.
Kovo 13-14 dienomis nemalonus poveikis, susijęs su indukuotomis geomagnetinėmis srovėmis, buvo pastebėtas ir kitų elektros sistemų aukštos įtampos linijose: veikė apsauginės relės, sugedo galios transformatoriai, nukrito įtampa, fiksuojamos parazitinės srovės.
Didžiausios indukuotos srovės vertės kovo 13 dieną buvo užfiksuotos Hydro-Ontario (80 A) ir Labrador-Hydro (150 A) sistemose. Nereikia būti energetikos ekspertu, kad įsivaizduotumėte, kokią žalą bet kuriai elektros sistemai gali padaryti tokio masto klaidžiojančios srovės.
Visa tai palietė ne tik Šiaurės Ameriką. Panašūs reiškiniai buvo pastebėti daugelyje Skandinavijos šalių. Tiesa, jų poveikis buvo daug silpnesnis dėl to, kad šiaurinė Europos dalis yra toliau nuo geomagnetinio ašigalio nei šiaurinė Amerikos dalis.
Tačiau 08:24 CET šešios 130 kV linijos centrinėje ir pietinėje Švedijoje vienu metu užfiksavo srovės sukeltą įtampos padidėjimą, tačiau avarijos nepasiekė.
Visi žino, ką reiškia palikti 6 milijonus gyventojų be elektros 9 valandoms. Vien to pakaktų, kad atkreiptų specialistų ir visuomenės dėmesį į kovo 13-14 dienomis įvykusią magnetinę audrą. Tačiau jo poveikis neapsiribojo energijos sistemomis.
Taip pat JAV dirvožemio apsaugos tarnyba gauna signalus iš daugybės automatinių jutiklių, esančių kalnuose ir stebinčių dirvožemio sąlygas, sniego dangą ir kt. per radiją 41,5 MHz dažniu kiekvieną dieną.
Kovo 13 ir 14 dienomis (kaip vėliau paaiškėjo, dėl kitų šaltinių spinduliuotės superpozicijos) šie signalai buvo keisto pobūdžio ir arba visai negalėjo būti iššifruoti, arba rodė lavinų, potvynių, purvo ir tuo pačiu metu ant žemės šerkšnas...
JAV ir Kanadoje buvo atvejų, kai spontaniškai atidaromi ir uždaromi privatūs garažo vartai, kurių spynos buvo sureguliuotos tam tikru dažniu („raktu“), tačiau jas suveikė chaotiškas iš toli sklindančių signalų persidengimas.
Indukuotų srovių generavimas vamzdynuose
Gerai žinoma, koks svarbus vamzdynų vaidmuo šiuolaikinėje pramonės ekonomikoje. Per įvairias šalis eina šimtai ir tūkstančiai kilometrų metalinių vamzdžių. Tačiau tai taip pat yra laidininkai ir juose taip pat gali atsirasti indukuotų srovių. Žinoma, tokiu atveju jie negali sudeginti transformatoriaus ar relės, tačiau jie neabejotinai sukelia žalą.
Faktas yra tas, kad siekiant apsaugoti nuo elektrolitinės korozijos, visų vamzdynų neigiamas potencialas į žemę yra apie 850 mV. Šio potencialo vertė kiekvienoje sistemoje išlaikoma pastovi ir kontroliuojama.Laimama, kad reikšminga elektrolitinė korozija prasideda, kai ši vertė nukrenta iki 650 mV.
Kanados naftos kompanijų teigimu, 1989 m. kovo 13 d., prasidėjus magnetinei audrai, staigūs potencialo šuoliai prasidėjo ir tęsėsi kovo 14 d. Šiuo atveju neigiamo potencialo dydis daugelį valandų yra mažesnis už kritinę vertę, o kartais net nukrenta iki 100-200 mV.
Jau 1958 ir 1972 metais per stiprias magnetines audras dėl indukuotų srovių įvyko rimti transatlantinio telekomunikacijų kabelio veikimo sutrikimai. Per audrą 1989 mjau veikė naujas kabelis, kuriuo informacija buvo perduodama optiniu kanalu (žr. Optinio ryšio sistemos), todėl informacijos perdavimo pažeidimų nėra.
Tačiau kabelių maitinimo sistemoje buvo užfiksuoti trys dideli įtampos šuoliai (300, 450 ir 700 V), kurie laike sutapo su stipriais magnetinio lauko pokyčiais. Nors šie smaigaliai nesukėlė sistemos veikimo sutrikimų, jie buvo pakankamai dideli, kad kėlė rimtą grėsmę normaliam jos veikimui.
Žemės geomagnetinis laukas keičiasi ir silpsta. Ką tai reiškia?
Žemės magnetinis laukas ne tik juda planetos paviršiumi, bet ir keičia jo intensyvumą. Per pastaruosius 150 metų jis susilpnėjo apie 10%. Tyrėjai nustatė, kad maždaug kartą per 500 000 metų keičiasi magnetinių polių poliškumas – šiaurės ir pietų poliai keičiasi vietomis. Paskutinį kartą tai įvyko maždaug prieš milijoną metų.
Mūsų palikuonys gali būti šios painiavos ir galimų nelaimių, susijusių su poliškumo pasikeitimu, liudininkai. Jei Saulės magnetinių polių apsisukimo metu įvyks išsiveržimas, magnetinis skydas negalės apsaugoti Žemės ir dings elektra bei nutrūks navigacijos sistemos visoje planetoje.
Aukščiau pateikti pavyzdžiai verčia susimąstyti, koks rimtas ir daugialypis gali būti stiprių magnetinių audrų poveikis kasdieniam žmonijos gyvenimui.
Visa tai, kas išdėstyta aukščiau, yra daug įspūdingesnio kosminių oro sąlygų (įskaitant saulės pliūpsnius ir magnetines audras) pavyzdys nei nelabai patikimos saulės ir magnetinio aktyvumo koreliacijos su žmogaus sveikata.