Què és la magnetosfera i com afecten la tecnologia les tempestes magnètiques fortes

La nostra Terra és imant —Això és conegut per tothom. Les línies de camp magnètic surten de l'àrea del pol magnètic sud i entren a l'àrea del pol magnètic nord. Recordeu que els pols magnètics i geogràfics de la Terra són lleugerament diferents: a l'hemisferi nord, el pol magnètic es desplaça uns 13 ° cap al Canadà.

S'anomena el conjunt de línies de força del camp magnètic terrestre magnetosfera… La magnetosfera terrestre no és simètrica respecte a l'eix magnètic del planeta.

Al costat del Sol és atret, al costat oposat s'allarga. Aquesta forma de la magnetosfera reflecteix la influència constant del vent solar sobre ella. Les partícules carregades que volen des del Sol semblen "comprimir" les línies de força camp magnètic, pressionant-los pel costat diürn i estirant-los pel costat nocturn.

Mentre la situació del Sol sigui tranquil·la, tota aquesta imatge es manté força estable. Però després hi havia la llum solar. El vent solar ha canviat: el flux de les seves partícules constituents s'ha fet més gran i la seva energia més gran.La pressió sobre la magnetosfera va començar a augmentar ràpidament, les línies de força del costat diürn van començar a apropar-se a la superfície de la Terra i, al costat de la nit, es van tirar amb més força a la "cua" de la magnetosfera. És tempesta magnètica (tempesta geomagnètica).

Durant les erupcions solars, es produeixen explosions massives de plasma calent a la superfície del Sol. Durant l'erupció, s'allibera un fort corrent de partícules, que es mouen a gran velocitat del Sol a la Terra i pertorben el camp magnètic del planeta.

vent solar

La "compressió" de les línies de força significa el moviment dels seus pols a la superfície de la Terra, el que significa: un canvi en la força del camp magnètic en qualsevol punt del globus... I com més forta és la pressió del vent solar, més significativa és la compressió de les línies de camp, en conseqüència, més fort és el canvi en la força del camp. Com més forta sigui la tempesta magnètica.

Al mateix temps, com més a prop de la regió del pol magnètic, més línies de camp externes es troben amb la superfície. I simplement experimenten el major impacte del vent solar pertorbat i reaccionen (desplacen) més. Això vol dir que les manifestacions de les pertorbacions magnètiques haurien de ser més grans als pols geomagnètics (és a dir, a latituds altes) i més petites a l'equador geomagnètic.

Desplaçament del pol nord magnètic del 1831 al 2007.

Què més és el canvi descrit en el camp magnètic a altes latituds, ple de per als que vivim a la superfície de la Terra?

Durant una tempesta magnètica, es poden produir talls d'energia, comunicacions de ràdio, interrupció de les xarxes d'operadors mòbils i dels sistemes de control de naus espacials o danys als satèl·lits.

Una tempesta magnètica de 1989 al Quebec, Canadà, va causar greus talls d'electricitat, inclosos incendis de transformadors (vegeu més avall per obtenir més detalls sobre aquest incident). El 2012, una forta tempesta magnètica va interrompre les comunicacions amb la nau espacial europea Venus Express que orbitava Venus.

Recordem-ho com funciona el generador de corrent elèctric… En un camp magnètic estacionari, un conductor (rotor) es mou (gira). Com a resultat, en l'investigador Apareix un EMF i comença a fluir electricitat… El mateix passarà si el cable està estacionari i el camp magnètic es mou (canvi en el temps).

Durant una tempesta magnètica hi ha un canvi en el camp magnètic, i com més a prop del pol magnètic (com més gran és la latitud geomagnètica), més fort és aquest canvi.

Això vol dir que tenim un camp magnètic canviant. Bé, i els cables fixos de qualsevol longitud a la superfície de la Terra no ocupen. Hi ha línies elèctriques, vies del tren, gasoductes... En una paraula, l'elecció és fantàstica. I en cada conductor, en virtut de la llei física esmentada, sorgeix un corrent elèctric, provocat per variacions del camp geomagnètic. El trucarem corrent geomagnètic induït (IGT).

La magnitud dels corrents induïts depèn de moltes condicions. En primer lloc, és clar, de la velocitat i la força del canvi en el camp geomagnètic, és a dir, de la força de la tempesta magnètica.

Però fins i tot durant la mateixa tempesta, es produeixen efectes diferents en diferents cables.Depenen de la longitud del cable i de la seva orientació sobre la superfície terrestre.

Com més llarg sigui el cable, més fort serà corrent induït... A més, serà més fort com més propera estigui l'orientació del cable a la direcció nord-sud. De fet, en aquest cas, les variacions del camp magnètic a les seves vores seran les més grans i, per tant, la CEM serà la més gran.

Per descomptat, la magnitud d'aquest corrent depèn de diversos altres factors, inclosa la conductivitat del sòl sota el cable. Si aquesta conductivitat és alta, l'IHT serà més feble perquè la major part del corrent passarà pel terra. Si és petit, és probable que es produeixi una IHT greu.

Sense entrar més enllà de la física del fenomen, només observem que els IHT són la principal causa dels problemes que causen les tempestes magnètiques a la vida quotidiana.

Un exemple de situacions d'emergència causades per una forta tempesta magnètica i corrents induïts descrites a la literatura

Tempestes magnètiques del 13 al 14 de març de 1989 i emergència al Canadà

Els magnetòlegs utilitzen diversos mètodes (anomenats índexs magnètics) per descriure l'estat del camp magnètic terrestre. Sense entrar en detalls, només observem que hi ha cinc índexs d'aquest tipus (els més comuns).

Cadascun d'ells, per descomptat, té els seus avantatges i desavantatges i és més convenient i precís per descriure determinades situacions, per exemple, condicions agitades a la zona de l'aurora o, per contra, la imatge global en condicions relativament tranquil·les.

Naturalment, en el sistema de cadascun d'aquests índexs, cada fenomen geomagnètic es caracteritza per certs números: els valors del propi índex per al període del fenomen, per això és possible comparar la intensitat de les pertorbacions geomagnètiques que es van produir. en diferents anys.

La tempesta magnètica del 13 al 14 de març de 1989 va ser un esdeveniment geomagnètic excepcional segons càlculs basats en tots els sistemes d'índex magnètic.

Segons les observacions de moltes estacions, durant una tempesta, la magnitud de la declinació magnètica (desviació de l'agulla de la brúixola de la direcció al pol magnètic) en 6 dies arriba als 10 graus o més. Això és molt, tenint en compte que una desviació de fins i tot mig grau és inacceptable per al funcionament de molts instruments geofísics.

Aquesta tempesta magnètica va ser un fenomen geomagnètic extraordinari. No obstant això, l'interès per ell amb prou feines hauria superat un estret cercle d'especialistes, si no fos pels esdeveniments dramàtics de la vida de diverses regions que l'acompanyaven.

A les 07:45 UTC del 13 de març de 1989, les línies de transmissió d'alta tensió des de la badia de James (nord del Quebec, Canadà) fins al sud del Quebec i els estats del nord dels Estats Units, així com la xarxa Hydro-Québec, van experimentar forts corrents induïts.

Aquests corrents van crear una càrrega addicional de 9.450 MW al sistema, que era massa per afegir a la càrrega útil de 21.350 MW en aquell moment. El sistema va caure i va deixar 6 milions de residents sense electricitat. Va trigar 9 hores a restaurar el sistema al funcionament normal. En aquell moment, els consumidors del nord dels EUA rebien menys de 1.325 MWh d'electricitat.

Del 13 al 14 de març, també es van observar efectes desagradables associats als corrents geomagnètics induïts a les línies d'alta tensió d'altres sistemes elèctrics: funcionaven relés de protecció, fallaven transformadors de potència, caiguda de tensió, es van registrar corrents paràsits.

Els majors valors de corrent induït el 13 de març es van registrar als sistemes Hydro-Ontario (80 A) i Labrador-Hydro (150 A). No cal ser un expert en energia per imaginar el dany que es pot fer a qualsevol sistema elèctric amb l'aparició de corrents vagabunds d'aquesta magnitud.

Tot això va afectar no només a Amèrica del Nord. S'han observat fenòmens similars en diversos països escandinaus. És cert que el seu efecte va ser molt més feble pel fet que la part nord d'Europa està més lluny del pol geomagnètic que la part nord d'Amèrica.

No obstant això, a les 08:24 CET, sis línies de 130 kV al centre i el sud de Suècia van registrar una pujada de tensió induïda per corrent simultània, però no van arribar a cap accident.

Tothom sap què significa deixar 6 milions de residents sense electricitat durant 9 hores. Només amb això n'hi hauria prou per cridar l'atenció dels especialistes i del públic sobre la tempesta magnètica del 13 al 14 de març. Però els seus efectes no es limitaven als sistemes energètics.

Així mateix, el Servei de Conservació del Sòl dels EUA rep senyals de nombrosos sensors automàtics situats a les muntanyes i que controlen les condicions del sòl, la coberta de neu, etc. a la ràdio a la freqüència de 41,5 MHz cada dia.

Els dies 13 i 14 de març (com va resultar després, a causa de la superposició de radiacions d'altres fonts), aquests senyals eren de caràcter estrany i o bé no es podien desxifrar gens, o bé indicaven la presència d'allaus, riuades, colades de fang i gelades al terra alhora...

Als Estats Units i al Canadà, hi ha hagut casos d'obertura i tancament espontani de portes de garatge privat els panys de les quals estaven sintonitzats a una determinada freqüència ("clau"), però es van desencadenar per la superposició caòtica de senyals que venien de lluny.

Generació de corrents induïts en canonades

És ben conegut el gran paper que tenen els gasoductes en l'economia industrial moderna. Centenars i milers de quilòmetres de canonades metàl·liques passen per diferents països. Però aquests també són conductors i també es poden produir corrents induïdes. Per descomptat, en aquest cas, no poden cremar un transformador o relé, però sens dubte causen danys.

El fet és que per protegir-se de la corrosió electrolítica, totes les canonades tenen un potencial negatiu a terra d'uns 850 mV. El valor d'aquest potencial en cada sistema es manté constant i controlat, es considera que s'inicia una corrosió electrolítica important quan aquest valor baixa a 650 mV.

Segons les companyies petrolieres canadenques, el 13 de març de 1989, juntament amb l'inici de la tempesta magnètica, van començar i van continuar pujades de potencial el 14 de març. En aquest cas, la magnitud del potencial negatiu durant moltes hores és inferior al valor crític i, de vegades, fins i tot baixa a 100-200 mV.

Ja els anys 1958 i 1972, durant les fortes tempestes magnètiques, a causa de corrents induïdes, es van produir greus pertorbacions en el funcionament del cable transatlàntic de telecomunicacions. Durant la tempesta de 1989un cable nou ja estava en funcionament, en el qual la informació es transmetia per un canal òptic (vegeu — Sistemes de comunicació òptica), de manera que no hi ha infraccions en la transmissió d'informació.

Tanmateix, es van registrar tres grans pics de tensió (300, 450 i 700 V) al sistema d'alimentació del cable, que van coincidir en el temps amb forts canvis en el camp magnètic. Tot i que aquests pics no van provocar un mal funcionament del sistema, eren prou grans com per suposar una greu amenaça per al seu funcionament normal.

El camp geomagnètic de la Terra està canviant i debilitant. Què vol dir?

El camp magnètic terrestre no només es mou al llarg de la superfície del planeta, sinó que també canvia la seva intensitat. Durant els darrers 150 anys, s'ha debilitat al voltant d'un 10%. Els investigadors van trobar que aproximadament una vegada cada 500.000 anys, la polaritat dels pols magnètics canvia: els pols nord i sud canvien de lloc. L'última vegada que això va passar va ser fa un milió d'anys.

Els nostres descendents poden presenciar aquesta confusió i possibles desastres associats a la inversió de polaritat. Si hi ha una erupció en el moment de la inversió dels pols magnètics del Sol, l'escut magnètic no podrà protegir la Terra i es produirà un tall de subministrament elèctric i una interrupció dels sistemes de navegació a tot el planeta.

Els exemples donats anteriorment fan pensar en com de greu i multifacètic pot ser l'impacte de les fortes tempestes magnètiques en la vida quotidiana de la humanitat.

Tot l'anterior és un exemple d'un efecte molt més impressionant del clima espacial (incloses les erupcions solars i les tempestes magnètiques) que les correlacions poc fiables de l'activitat solar i magnètica amb la salut humana.