Wat is de magnetosfeer en hoe sterke magnetische stormen de technologie beïnvloeden

Onze aarde is magneet - dit is bij iedereen bekend. De magnetische veldlijnen verlaten het gebied van de magnetische zuidpool en gaan het gebied van de magnetische noordpool binnen. Bedenk dat de magnetische en geografische polen van de aarde enigszins verschillen - op het noordelijk halfrond is de magnetische pool ongeveer 13° verschoven in de richting van Canada.

De reeks krachtlijnen van het magnetische veld van de aarde wordt genoemd magnetosfeer… De magnetosfeer van de aarde is niet symmetrisch rond de magnetische as van de planeet.

Aan de kant van de zon wordt het aangetrokken, aan de andere kant wordt het verlengd. Deze vorm van de magnetosfeer weerspiegelt de constante invloed van de zonnewind erop. Geladen deeltjes die van de zon vliegen, lijken de krachtlijnen te "knijpen". magnetisch veld, druk ze aan de dagkant en trek ze aan de nachtkant.

Zolang de situatie van de Zon kalm is, blijft dit hele plaatje redelijk stabiel. Maar toen was er zonlicht.De zonnewind is veranderd - de stroom van de samenstellende deeltjes is groter geworden, en hun energie groter.De druk op de magnetosfeer begon snel toe te nemen, de krachtlijnen aan de dagzijde begonnen dichter bij het aardoppervlak te komen en aan de nachtzijde werden ze sterker in de "staart" van de magnetosfeer getrokken. Het is magnetische storm (geomagnetische storm).

Tijdens zonnevlammen vinden enorme explosies van heet plasma plaats op het oppervlak van de zon. Tijdens de uitbarsting komt een sterke stroom deeltjes vrij, die met hoge snelheid van de zon naar de aarde bewegen en het magnetisch veld van de planeet verstoren.

zonnewind

"Compressie" van de krachtlijnen betekent de beweging van hun polen op het aardoppervlak, wat betekent - een verandering in de sterkte van het magnetische veld op een willekeurig punt op de aardbol... En hoe sterker de druk van de zonnewind, des te belangrijker is de compressie van de veldlijnen, dienovereenkomstig, des te sterker is de verandering in de veldsterkte. Hoe sterker de magnetische storm.

Tegelijkertijd, hoe dichter bij het magnetische poolgebied, hoe meer externe veldlijnen het oppervlak ontmoeten. En ze ervaren simpelweg de grootste impact van de verstoorde zonnewind en reageren (verplaatsen) het meest. Dit betekent dat de manifestaties van magnetische verstoringen het grootst zouden moeten zijn bij de geomagnetische polen (dat wil zeggen op hoge breedtegraden) en het kleinst bij de geomagnetische evenaar.

Verschuiving van de magnetische noordpool van 1831 naar 2007.

Wat is nog meer de beschreven verandering in het magnetisch veld op hoge breedtegraden waar ons leven op het aardoppervlak mee te maken heeft?

Tijdens een magnetische storm kunnen stroomuitval, radiocommunicatie, verstoring van netwerken van mobiele operators en besturingssystemen van ruimtevaartuigen of schade aan satellieten optreden.

Een magnetische storm in 1989 in Quebec, Canada, veroorzaakte ernstige stroomuitval, waaronder transformatorbranden (zie hieronder voor meer informatie over dit incident). In 2012 verstoorde een zware magnetische storm de communicatie met het Europese ruimtevaartuig Venus Express in een baan om Venus.

Laten we het ons herinneren hoe de stroomgenerator werkt… In een stationair magnetisch veld beweegt (roteert) een geleider (rotor). Met als resultaat de onderzoeker Er verschijnt een EMF en het begint te stromen elektriciteit… Hetzelfde zal gebeuren als de draad stilstaat en het magnetische veld zal bewegen (verandering in de tijd).

Tijdens een magnetische storm is er een verandering in het magnetische veld, en hoe dichter bij de magnetische pool (hoe hoger de geomagnetische breedtegraad), hoe sterker deze verandering.

Dit betekent dat we een veranderend magnetisch veld hebben. Welnu, vaste draden van welke lengte dan ook op het aardoppervlak zijn niet bezet. Er zijn hoogspanningsleidingen, spoorlijnen, pijpleidingen... Kortom, de keuze is groot. En in elke geleider ontstaat krachtens de bovengenoemde natuurkundige wet een elektrische stroom, veroorzaakt door variaties in het aardmagneetveld. We zullen hem bellen geïnduceerde geomagnetische stroom (IGT).

De grootte van geïnduceerde stromen is afhankelijk van veel omstandigheden. Allereerst natuurlijk door de snelheid en kracht van de verandering in het geomagnetische veld, dat wil zeggen door de kracht van de magnetische storm.

Maar zelfs tijdens dezelfde storm treden verschillende effecten op in verschillende draden.Ze zijn afhankelijk van de lengte van de draad en de oriëntatie op het aardoppervlak.

Hoe langer de draad, hoe sterker hij zal zijn geïnduceerde stroom… Het zal ook sterker zijn naarmate de richting van de draad dichter bij de noord-zuidrichting ligt. In dit geval zullen de variaties van het magnetische veld aan de randen het grootst zijn en daarom zal de EMF het grootst zijn.

Natuurlijk hangt de grootte van deze stroom af van verschillende andere factoren, waaronder de geleidbaarheid van de grond onder de draad. Als deze geleidbaarheid hoog is, zal de IHT zwakker zijn omdat de meeste stroom door de grond gaat. Als het klein is, is het optreden van ernstige IHT waarschijnlijk.

Zonder verder in te gaan op de fysica van het fenomeen, merken we alleen op dat IHT's de hoofdoorzaak zijn van de problemen die magnetische stormen in het dagelijks leven veroorzaken.

Een voorbeeld van noodsituaties veroorzaakt door een sterke magnetische storm en geïnduceerde stromingen beschreven in de literatuur

Magnetische stormen van 13-14 maart 1989 en noodsituatie in Canada

Magnetologen gebruiken verschillende methoden (magnetische indices genoemd) om de toestand van het aardmagnetisch veld te beschrijven. Zonder in details te treden, merken we slechts op dat er vijf van dergelijke indexen zijn (de meest voorkomende).

Elk van hen heeft natuurlijk zijn voor- en nadelen en is het gemakkelijkst en nauwkeurigst in het beschrijven van bepaalde situaties - bijvoorbeeld geagiteerde omstandigheden in de aurora-zone of, omgekeerd, het wereldbeeld in relatief rustige omstandigheden.

Natuurlijk wordt in het systeem van elk van deze indices elk geomagnetisch fenomeen gekenmerkt door bepaalde getallen - de waarden van de index zelf voor de periode van het fenomeen, daarom is het mogelijk om de intensiteit van opgetreden geomagnetische verstoringen te vergelijken in verschillende jaren.

De magnetische storm van 13-14 maart 1989 was een uitzonderlijke geomagnetische gebeurtenis volgens berekeningen op basis van alle magnetische indexsystemen.

Volgens de waarnemingen van veel stations bereikt de grootte van de magnetische declinatie (afwijking van de kompasnaald van de richting naar de magnetische pool) tijdens een storm binnen 6 dagen 10 graden of meer. Dit is veel, aangezien een afwijking van zelfs een halve graad onaanvaardbaar is voor de werking van veel geofysische instrumenten.

Deze magnetische storm was een buitengewoon geomagnetisch fenomeen. De belangstelling ervoor zou echter nauwelijks een kleine kring van specialisten hebben overtroffen, ware het niet voor de dramatische gebeurtenissen in het leven van een aantal regio's die ermee gepaard gingen.

Op 13 maart 1989 om 07:45 UTC ondervonden hoogspanningstransmissielijnen van James Bay (noordelijk Quebec, Canada) naar het zuiden van Quebec en de noordelijke staten van de Verenigde Staten, evenals het Hydro-Québec-netwerk, sterke geïnduceerde stromingen.

Deze stromen veroorzaakten een extra belasting van 9.450 MW op het systeem, wat te veel was om toe te voegen aan de nuttige belasting van 21.350 MW op dat moment. Het systeem viel uit, waardoor 6 miljoen inwoners zonder elektriciteit kwamen te zitten. Het duurde 9 uur om het systeem weer normaal te laten werken. Consumenten in het noorden van de VS ontvingen op dat moment minder dan 1.325 MWh elektriciteit.

Op 13 en 14 maart werden ook onaangename effecten waargenomen die verband houden met geïnduceerde geomagnetische stromen op de hoogspanningslijnen van andere elektriciteitssystemen: beveiligingsrelais werkten, stroomtransformatoren vielen uit, spanning daalde, parasitaire stromen werden geregistreerd.

De grootste geïnduceerde stroomwaarden op 13 maart werden geregistreerd in de systemen Hydro-Ontario (80 A) en Labrador-Hydro (150 A). U hoeft geen energie-expert te zijn om u de schade voor te stellen die aan elk energiesysteem kan worden toegebracht door het verschijnen van zwerfstromen van deze omvang.

Dit alles trof niet alleen Noord-Amerika. Soortgelijke verschijnselen zijn waargenomen in een aantal Scandinavische landen. Het is waar dat hun effect veel zwakker was vanwege het feit dat het noordelijke deel van Europa verder van de geomagnetische pool verwijderd is dan het noordelijke deel van Amerika.

Om 08:24 CET registreerden zes 130-kV-lijnen in Midden- en Zuid-Zweden echter een gelijktijdige stroomstoot, maar veroorzaakten geen ongeval.

Iedereen weet wat het betekent om 6 miljoen inwoners 9 uur zonder elektriciteit te laten zitten. Dat alleen al zou voldoende zijn om de aandacht van specialisten en het publiek te vestigen op de magnetische storm van 13-14 maart. Maar de effecten bleven niet beperkt tot energiesystemen.

Ook ontvangt de US Soil Conservation Service signalen van tal van automatische sensoren in de bergen die de bodemgesteldheid, sneeuwbedekking, enz. dagelijks op de radio op frequentie 41,5 MHz.

Op 13 en 14 maart (zoals later bleek vanwege de superpositie van straling van andere bronnen) waren deze signalen van vreemde aard en konden ze helemaal niet worden ontcijferd, of wezen op de aanwezigheid van lawines, overstromingen, modderstromen en vorst op de grond tegelijk...

In de VS en Canada zijn er gevallen geweest van het spontaan openen en sluiten van privégaragedeuren waarvan de sloten waren afgestemd op een bepaalde frequentie ("sleutel") maar werden geactiveerd door de chaotische overlapping van signalen die van ver kwamen.

Opwekking van geïnduceerde stromen in pijpleidingen

Het is bekend welke grote rol pijpleidingen spelen in de moderne industriële economie. Honderden en duizenden kilometers metalen buizen gaan door verschillende landen. Maar dit zijn ook geleiders en daarin kunnen ook geïnduceerde stromen voorkomen. In dit geval kunnen ze natuurlijk geen transformator of relais doorbranden, maar ze veroorzaken ongetwijfeld schade.

Feit is dat alle pijpleidingen ter bescherming tegen elektrolytische corrosie een negatief potentiaal naar aarde hebben van ongeveer 850 mV. De waarde van deze potentiaal wordt in elk systeem constant gehouden en gecontroleerd.Aanzienlijke elektrolytische corrosie begint wanneer deze waarde daalt tot 650 mV.

Volgens de Canadese oliemaatschappijen begonnen op 13 maart 1989, samen met het begin van de magnetische storm, scherpe pieken in het potentieel en gingen door op 14 maart. In dit geval is de grootte van het negatieve potentieel gedurende vele uren kleiner dan de kritische waarde en soms zelfs tot 100-200 mV.

Reeds in 1958 en 1972 deden zich tijdens sterke magnetische stormen, als gevolg van geïnduceerde stromingen, ernstige storingen voor in de werking van de transatlantische telecommunicatiekabel. Tijdens de storm van 1989er was al een nieuwe kabel in gebruik, waarbij informatie over een optisch kanaal werd verzonden (zie — Optische communicatiesystemen), dus er zijn geen overtredingen bij de overdracht van informatie.

Er werden echter drie grote spanningspieken (300, 450 en 700 V) geregistreerd in het kabelnet, die in de tijd samenvielen met sterke veranderingen in het magnetische veld. Hoewel deze pieken er niet voor zorgden dat het systeem defect raakte, waren ze groot genoeg om een ​​ernstige bedreiging te vormen voor de normale werking ervan.

Het aardmagneetveld van de aarde verandert en verzwakt. Wat betekent het?

Het magnetische veld van de aarde beweegt niet alleen langs het oppervlak van de planeet, maar verandert ook de intensiteit ervan. In de afgelopen 150 jaar is het met ongeveer 10% verzwakt. De onderzoekers ontdekten dat ongeveer eens in de 500.000 jaar de polariteit van de magnetische polen verandert: de noord- en zuidpool wisselen van plaats. De laatste keer dat dit gebeurde was ongeveer een miljoen jaar geleden.

Onze nakomelingen kunnen getuige zijn van deze verwarring en mogelijke rampen die verband houden met polariteitsomkering. Als er een uitbarsting is op het moment van de omkering van de magnetische polen van de zon, zal het magnetische schild de aarde niet kunnen beschermen en zal er een stroomstoring zijn en een onderbreking van navigatiesystemen over de hele planeet.

Bovenstaande voorbeelden doen nadenken over hoe ernstig en veelzijdig de impact van sterke magnetische stormen kan zijn op het dagelijks leven van de mensheid.

Al het bovenstaande is een voorbeeld van een veel indrukwekkender effect van ruimteweer (inclusief zonnevlammen en magnetische stormen) dan niet erg betrouwbare correlaties van zonne- en magnetische activiteit met de menselijke gezondheid.