Как возникают магнитные бури

Магнитная буря — это сильное возмущение магнитного поля Земли, которое резко нарушает его обычный ход и длится от нескольких часов до нескольких суток. Во время магнитных бурь радиосвязь начинает «шуметь», GPS иногда даёт сбои, а спутники в космосе могут временно выйти из строя. Также магнитные бури могут негативно сказываться на здоровье людей. Общественная служба новостей расскажет, как возникают магнитные бури.

Взаимодействие солнечного ветра с магнитосферой Земли

На Солнце периодически происходят вспышки — процессы по высвобождению световой, тепловой и кинетической энергии. Их периодичность зависит от фазы солнечного цикла. В результате такого высвобождения энергии в межпланетном пространстве образуются магнитные облака. Это области солнечного ветра — потока выбрасываемых Солнцем ионизированных частиц. Когда потоки заряженных частиц от Солнца достигают Земли, они сталкиваются с её магнитным полем, вызывая сложные физические процессы.

Формирование ударной волны

При столкновении высокоскоростного солнечного ветра с магнитосферой Земли возникает ударная волна. Её фронт формируется на расстоянии около 13–15 радиусов Земли (примерно 80 000–90 000 км) от планеты. Ударная волна замедляет и отклоняет поток частиц, создавая область турбулентности, известную как магнитослой.

Возмущения в магнитосфере

Магнитное поле Земли сжимается под давлением солнечного ветра, особенно во время прихода КВМ. Это приводит к деформации силовых линий на дневной стороне и их растяжению на ночной стороне, формируя магнитный хвост. В хвосте накапливается энергия, которая может высвобождаться в виде суббурь — кратковременных усилений полярных сияний и токов в ионосфере.

Пересоединение магнитных линий

Пересоединение магнитных линий — процесс, при котором противоположно направленные магнитные линии разрываются и соединяются заново, высвобождая энергию. На дневной стороне магнитосферы пересоединение позволяет солнечному ветру проникать в околоземное пространство. На ночной стороне оно запускает суббури, ускоряя частицы вдоль силовых линий в верхние слои атмосферы.

Динамика ионосферы во время магнитных бурь

Магнитные бури оказывают сильное влияние на ионосферу — заряженный слой атмосферы, критически важный для радиосвязи и навигационных систем.

Ионизация атмосферы

Ионосфера — слой атмосферы на высотах 60–1000 км, где солнечное излучение ионизирует атомы и молекулы. Во время магнитных бурь потоки заряженных частиц из магнитосферы усиливают ионизацию, особенно в полярных регионах. Это приводит к образованию плотных плазменных слоёв, влияющих на распространение радиоволн.

Токи в ионосфере

Магнитные бури вызывают усиление кольцевого тока в радиационных поясах Земли и горизонтальных токов в ионосфере. Кольцевой ток, состоящий из захваченных протонов и электронов, уменьшает напряжённость магнитного поля на поверхности планеты. Ионосферные токи создают дополнительные магнитные возмущения.

Полярные сияния

Полярные сияния возникают при столкновении ускоренных в магнитосфере электронов с атомами кислорода и азота в верхней атмосфере. Во время бурь зона сияний расширяется до средних широт.

Влияние магнитных бурь на технику и живые организмы

Магнитные бури способны нарушать работу энергосетей, спутников и даже влиять на здоровье людей:

1. Заряженные частицы во время бурь повреждают электронику спутников, вызывая сбои в работе и сокращая срок их службы. Ионосферные неоднородности нарушают передачу GPS-сигналов, увеличивая погрешность позиционирования до десятков метров. Коротковолновая радиосвязь, зависящая от отражения от ионосферы, становится нестабильной.

2. Быстрые изменения магнитного поля индуцируют токи в проводящих объектах, таких как линии электропередач и трубопроводы. Эти токи вызывают перегрев трансформаторов и ускоряют их износ.

3. Наблюдается связь между магнитными бурями и увеличением числа обращений за медицинской помощью из-за сердечно-сосудистых заболеваний. Механизмы этого влияния остаются предметом исследований, но предполагается роль изменения вязкости крови.

4. Низкоорбитальные спутники сталкиваются с увеличением плотности верхней атмосферы из-за её нагрева, что приводит к ускоренному снижению орбиты. Высокоэнергетические частицы в радиационных поясах повреждают солнечные панели и датчики, а также вызывают программные сбои.

5. Усиление потоков частиц в полярных регионах приводит к образованию оксидов азота, которые разрушают озон. Это временно снижает концентрацию озона в средних широтах на 5–10%, влияя на ультрафиолетовое излучение, достигающее поверхности Земли.

6. Долгосрочные исследования показывают, что интенсивные магнитные бури могут влиять на атмосферную циркуляцию. Например, изменения в ионосферных токах модулируют электрическое поле в тропосфере, что потенциально воздействует на формирование облаков и осадков. Однако эти эффекты остаются слабо изученными и статистически незначительными на фоне естественной климатической изменчивости.

Читайте также по теме:

Что такое квазары

Чем метеорит отличается от метеора, болида и астероида

Что такое космическая пыль

Что такое карликовая планета

 Как образуются полярные сияния