Автор: Плохую космическую погоду винят даже в распаде СССР.
Что такое магнитные бури
Магнитные бури — это сильные возмущения магнитного поля Земли, которые резко нарушают его обычный ход и длятся от нескольких часов до нескольких суток. Когда они происходят, то наблюдаются одновременно по всей планете.
Магнитные или, точнее, геомагнитные бури составляют часть космической погоды Земли. Они вызывают полярные сияния, могут негативно влиять на орбитальную и земную технику, а также на состояние некоторых людей.
Почему происходят магнитные бури
Солнечный ветер — поток заряженных частиц, исходящий от Солнца, — постоянно воздействует на внешнюю, самую высокую часть магнитного поля Земли (магнитосферу). Из‑за этого она всё время находится в таком искривлённом состоянии:
Однако поток солнечного ветра далеко не всегда стабилен и может колебаться. Его возмущения вызывают корональные дыры и выбросы массы (последние нередко путают со вспышками на Солнце).
Спровоцированные выбросами бури наиболее сильны. Во время этих явлений ближайшая к нам звезда выпускает миллиарды тонн плазмы. Это похоже на одновременный взрыв тысячи ядерных бомб. Если поток был направлен в сторону Земли, частицы могут достигать её. Обычно на это уходит два‑три дня, но при мощных выбросах плазма способна преодолеть расстояние в 150 миллионов километров за 18 часов.
Когда поток достигает нашей планеты, он вызывает ударную волну, которая сжимает магнитосферу Земли. Столкновение протонов солнечного ветра с атомами водорода нашей атмосферы образует электрический ток. Постепенно с затуханием бури магнитосфера возвращается к нормальному состоянию, а ток распадается.
У корональных дыр несколько иной принцип воздействия. В этих областях солнечной поверхности магнитное поле слабее, чем в остальной части звезды. Поэтому из них выходит поток солнечного ветра, который движется быстрее обычного: 500–800 километров в секунду вместо 300–500. Такой поток может вызывать несильные магнитные бури. Однако они иногда длятся гораздо дольше и образовывают больше энергии.
Корональная дыра на Солнце. Фото: NASA/SDO / Wikimedia Commons
Магнитные поля Солнца. Буквой B обозначена корональная дыра. Изображение: Sebman81 / Wikimedia Commons
Поэтому частота магнитных бурь напрямую связана с солнечной активностью. Та, в свою очередь, повышается и затухает, образуя циклы, длящиеся в среднем 11 лет. Поэтому за месяц может случиться до восьми магнитных бурь в период максимальной интенсивности или не возникнуть ни одной при минимальной. При этом высокая солнечная активность далеко не всегда приводит к сильным геомагнитным возмущениям.
Можно ли измерить силу магнитной бури
Интенсивность магнитных бурь измеряется с помощью специальных индексов. Учёные пользуются в основном Dst: он рассчитывается на основе показателей магнитометров с нескольких станций, расположенных на магнитном экваторе Земли. Данные обновляются каждый час. В спокойной обстановке Dst колеблется от −20 до 20 нанотесла. Бурей считается ситуация, когда он опускается ниже −50 нанотесла.
Самая мощная зафиксированная магнитная буря оценивается в −1 760 нТл по Dst. Это относительно немного. Например, чтобы заставить лягушку левитировать, нужно около 16 тесла, то есть 16*10⁹, или 16 000 000 000 нанотесла.
Для обычных людей более понятен индекс G, который оценивает магнитные бури с точки зрения их опасности. Выделяется пять уровней.
- G1 — незначительные магнитные бури. Происходят около 1 700 раз за солнечный цикл. Могут провоцировать слабые колебания электросети, немного влиять на работу спутников, вызывают полярные сияния.
- G2 — умеренные. Примерно 660 раз за цикл. Иногда приводят к перепадам напряжения и повреждению трансформаторов в северных широтах, вносят коррективы в движение космических аппаратов. Из‑за таких бурь полярные сияния возникают дальше от полюсов.
- G3 — сильные. Около 200 за цикл. Из‑за таких возмущений может потребоваться корректировка напряжения в энергосистемах. Также иногда происходят ложные срабатывания предохранителей, возникают перебои в спутниковой навигации и радиосвязи. Полярные сияния видны ещё ближе к экватору.
- G4 — тяжёлые. Порядка 100 за цикл. Распространены проблемы с контролем напряжения и ошибочные срабатывания защитных устройств. Такие бури могут создавать электрические токи в трубопроводах, ухудшать радиосвязь и спутниковую навигацию. Иногда наблюдаются полярные сияния на уровне Краснодарского края.
- G5 — экстремально сильные. Около 4 за цикл. Способны привести к масштабным проблемам с энергосетью (некоторые системы полностью отказывают или отключаются), серьёзным неполадкам в работе спутников. Могут образовать сильные токи в трубопроводах, на несколько дней лишить радиосвязи. Полярные сияния возможны в субтропических областях, например в Каире.
Как магнитные бури влияют на технику
Мощные магнитные бури мешают распространению сигналов в ионосфере. Именно поэтому происходят упомянутые выше ошибки и остановки в работе GPS, высокочастотной радиосвязи и некоторых военных системах раннего обнаружения.
Кроме того, магнитные бури на короткое время как бы расширяют атмосферу. Это тормозит околоземные спутники, и они могут начать терять высоту. По этой причине, к примеру, раньше намеченного срока на Землю упала советская космическая станция «Салют‑7».
Но к самым ощутимым проблемам приводит способность магнитных бурь образовывать электрические токи во всех металлических предметах. И чем последние больше, например линия электропередач или трубопровод, тем токи существеннее. Проходя через устройства, они могут разрушать их: техника сгорает от чрезмерного напряжения. Больше всего от этого страдают трансформаторы.
К чему уже приводили сильные бури
Самая масштабная по своим последствиям буря современности (−589 нанотесла) произошла 13 марта 1989 года. Тогда вся канадская провинция Квебек осталась без электричества на 12 часов. При этом инфраструктура вышла из строя менее чем за 2 минуты.
Магнитное возмущение было настолько сильным, что северное сияние можно было увидеть даже на Кубе и во Флориде. По всей территории США и Канады наблюдались сбои и потери мощности в энергосети, хотя кроме Квебека никто больше не пострадал.
Часть спутников на несколько часов потеряла связь с Землёй. Проблемы с оборудованием возникли и на американском космическом корабле Discovery. Кроме того, на некоторое время прервалось подпольное вещание радиостанции «Свободная Европа» на территории СССР.
А в 1972 году мощная магнитная буря спровоцировала массовые отключения электричества и связи в США. Во Вьетнаме из‑за неё же сработало несколько десятков морских мин с магнитными взрывателями, расставленных американскими военными.
Другая сильная буря случилась в ноябре 2003‑го. Тогда американская система поправок к данным GPS (WAAS) отключилась на 30 часов, работа многих спутников была прервана, а японский ADEOS‑2 и вовсе получил серьёзные повреждения.
Уже упомянутая самая мощная буря за всю историю наблюдений (–1 760 нанотесла) произошла же в 1859 году. Она сожгла несколько телеграфных линий в США, полярные сияния наблюдались в тропических широтах, а из‑за яркого неба ночью было светло как днём. Это событие назвали Кэррингтонским в честь астронома Ричарда‑Кристофера Кэррингтона, который всё зафиксировал.
К чему мощная магнитная буря может привести сегодня
Вероятность, что мы попадём под выброс, похожий по мощи на событие Кэррингтона, в ближайшее время довольно низка. Тем не менее учёные не исключают такой возможности. И у них нет единого мнения о том, насколько серьёзными будут последствия.
Есть, например, подсчёты, согласно которым в одних только США буря, подобная Кэррингтонской, способна привести к ущербу в один‑два триллиона долларов. И это только в первый год. А ремонт повреждённых систем может занять несколько лет. Отсутствие же электроэнергии поставит под угрозу продовольственную систему.
Успокаивает лишь то, что такие события, по мнению физиков РАН, происходят не чаще, чем примерно раз в 500 лет. Ведь далеко не всегда Солнце выстреливает потоки плазмы в направлении Земли. Так, мощный выброс в июле 2012 года просто запустил частицы в космос и не вызвал значительных магнитных бурь на Земле.
К тому же не все сильные возмущения приводят к катастрофическим последствиям. Например, в июле 2000‑го произошёл шторм мощностью –300 нанотесла, но он никак не повлиял на энергосистему.
Правда, новая буря может быть даже сильнее Кэррингтонской. Так, данные радиоуглеродного анализа древних японских кедров показали, что в 774 году возмущение магнитного поля было в 20 раз мощнее, чем в 1859‑м.
Как магнитные бури влияют на людей
Некоторые верят, что магнитные бури виноваты в перепадах настроения, агрессивности, депрессии, проблемах со здоровьем. На солнечную активность списывают высокий риск катастроф и даже некоторые исторические события. А вот как обстоят дела на самом деле.
В мировом сообществе считают, что геомагнитное поле Земли и его колебания напрямую не влияют на здоровье. Инфаркты, инсульты и другие критические изменения в состоянии человека не входят в число опасностей, которые вызывают магнитные бури.
Хотя раньше учёные заявляли, что бури воздействуют на работу сердца и других внутренних органов. Было проведено множество исследований — правда, сейчас к ним возникают вопросы. Вот что важно понимать об этих материалах:
- Большинство научных статей по гелиобиологии (науке, которая изучает влияние активности солнца на организмы) было написано в России — позже результаты пытались подтвердить зарубежные учёные, но они не смогли этого сделать.
- В этих работах выводы основаны на сопоставлении состояния группы людей с солнечной активностью, а не на опытах, долгосрочных наблюдениях и анализе.
- Те исследования, в которых эксперименты всё же были, нельзя считать значимыми. В части из них участвовало слишком мало подопытных, а связь между магнитными возмущениями и изменениями в состоянии здоровья была минимальной. Другие эксперименты проводились не на людях.
- Основоположник гелиобиологии — Александр Чижевский — в своих трудах, на которые опираются исследователи, все закономерности выводил не с помощью статистики. Он просто искал внешние сходства показателей активности Солнца и биологических и социальных событий. При этом Чижевский не брал во внимание те периоды геомагнитных колебаний, когда ничего значимого не происходило.
Но даже качественные научные исследования не подтверждают влияние магнитных бурь на человека.
Так, анализ данных за 20 лет не выявил закономерностей между солнечной активностью и изменением симптомов у людей с депрессией. Единственный тренд, который учёным удалось отследить, — это увеличение количества обращений мужчин с психотической депрессией к врачу. Правда, причины этого выяснить до конца так и не получилось.
При этом во время магнитных бурь у некоторых всё же могут наблюдаться различные симптомы — в первую очередь от того, что человек убеждён, что ему должно стать плохо. Из‑за стресса и тревоги такое действительно может происходить. Этим людям стоит всё-таки подготовиться к буре: запастись прописанными лечащим врачом препаратами, предупредить близких и забить в быстрый набор на телефоне номер скорой.
Закономерностей влияния геомагнитной активности на поведение людей учёные тоже не нашли — всё это лишь фикция. Например, некоторые сторонники этого взгляда утверждают, что Земля и Солнце как живые существа участвовали в событиях августа 1991 года, когда ГКЧП не удалось остановить распад СССР. Якобы тогда был сильный всплеск солнечной активности. Он и правда наблюдался. Но не только в августе, а в течение целых четырёх месяцев: с июня по октябрь. А геомагнитное поле в этот период и вовсе было спокойно.
Как защититься от магнитных бурь
NASA совместно с Национальным управлением океанических и атмосферных исследований (NOAA), Федеральным агентством США по ЧС и другими структурами разрабатывали стратегию и план действий на случай ухудшения космической погоды. Предполагалось усилить защиту населения и объектов энергетики и от электромагнитных импульсов.
Например, на случай выхода из строя компонентов сети могут использоваться резервные мобильные трансформаторы. Благодаря им получится оперативно восстановить работу энергосети на время ремонта разрушенного стационарного устройства.
Критические объекты можно защитить от поломки и с помощью специальных аппаратов. Например, батареи конденсаторов, накапливающих излишнюю энергию, или клеток Фарадея, которые рассеивают её.
Но лучше всего поможет своевременное отключение электросети и предупреждение людей. А для этого нужно уметь прогнозировать солнечную активность.
Можно ли предсказать магнитные бури
Да, можно. Например, в США этим занимается Центр прогнозирования космической погоды (SWPC). Он входит в состав NOAA. Для прогнозов сотрудники SWPC и NOAA используют данные со спутников Земли и результаты наблюдений за космическими телами. Учёные создают и совершенствуют прогностические модели, которые помогут им предсказывать погоду в космосе так же, как это делают метеорологи.
Однако нужно понимать, что никакие недельные или месячные геомагнитные прогнозы невозможны, ведь ситуация на нашей звезде может измениться за минуты. И даже если учёные знают, что выброс массы произошёл, они не могут с высокой точностью утверждать, попадёт он в Землю или нет.
Самый долгосрочный прогноз — 27‑дневный — основан на периоде обращения Солнца вокруг своей оси. Он не указывает дату и время бури, а лишь сообщает вероятность того, что потенциально опасные зоны могут оказаться направленными на нашу планету.
Наиболее же точные геомагнитные прогнозы делаются за сутки или за несколько часов до того, как буря накроет Землю. Они основываются на данных астрономических спутников, которые фиксируют возмущения солнечного ветра. Актуальную информацию можно посмотреть на сайтах NOAA и Лаборатории солнечной астрономии ИКИ и ИСЭФ.
Этот материал впервые был опубликован в декабре 2021 года. В ноябре 2023‑го мы обновили текст.
Над текстом работали: Андрей Вдовенко, Юлия Лебедева
