Conditions géomagnétiques 2 points. Structure et caractéristiques

31.10.2012

Les niveaux d'activité géomagnétique sont exprimés à l'aide de deux indices - A et K, montrant l'ampleur des perturbations magnétiques et ionosphériques. L'indice K est calculé sur la base de mesures champ magnétique tenue quotidiennement avec un intervalle de trois heures, à partir de zéro heure selon l'heure universelle (sinon - UTC, monde, greenwich).

Les valeurs maximales de la perturbation magnétique sont comparées aux valeurs du champ magnétique d'une journée calme pour un observatoire particulier, et la plus grande valeur des écarts notés est prise en compte. Ensuite, selon un tableau spécial, la valeur obtenue est convertie en l'indice K. L'indice K est une valeur quasi-logarithmique, c'est-à-dire que sa valeur augmente de un lorsque la perturbation du champ magnétique est approximativement doublée, ce qui rend il est difficile de calculer la valeur moyenne.

Comme les perturbations du champ magnétique ne se manifestent pas uniformément en différents points de la Terre, une telle table existe pour chacun des 13 observatoires géomagnétiques situés à des latitudes géomagnétiques de 44 à 60 degrés dans les deux hémisphères de la planète. C'est généralement avec un grand nombre mesures pour Longtemps permet de calculer l'indice K p planétaire moyen, qui est une valeur fractionnaire comprise entre 0 et 9.

L'indice A est une valeur linéaire, c'est-à-dire qu'avec une augmentation des perturbations géomagnétiques, il augmente de manière similaire, de sorte que l'utilisation de cet indice a souvent plus de sens physique. Les valeurs de l'indice A p sont en corrélation avec les valeurs de l'indice K p et représentent les indicateurs moyens de la variation du champ magnétique. L'indice A p est exprimé en nombres entiers de 0 à > 400. Par exemple, l'intervalle K p de 0 o à 1+ correspond aux valeurs de A p de 0 à 5, et K p de 9 à 9 0 - 300 et > 400, respectivement. Pour déterminer la valeur de l'indice A p, il existe également une table spéciale.

V application pratique L'indice K est pris en compte pour déterminer la transmission des ondes radio. Le niveau de 0 à 1 correspond à un environnement géomagnétique calme et de bonnes conditions pour le passage des HF. Les valeurs de 2 à 4 indiquent une perturbation géomagnétique modérée, ce qui rend la plage d'ondes courtes quelque peu difficile à franchir. Les valeurs à partir de 5 désignent des orages géomagnétiques qui interfèrent sérieusement avec la portée spécifiée et, lors de fortes tempêtes (8 et 9), rendent impossible le passage des ondes courtes.

Prévision et suivi des orages magnétiques pendant un mois

Niveau de tempête géomagnétique

Le graphique ci-dessous montre l'indice de perturbation géomagnétique. Cet indice détermine le niveau orages magnétiques.

Plus il est grand, plus l'indignation est forte. Le planning est mis à jour automatiquement toutes les 15 minutes. L'heure indiquée est Moscou

L'état du champ magnétique en fonction de l'indice Kp

Kp< 2 - спокойное;
K p = 2, 3 - légèrement perturbé;
K p = 4 - indigné;
K p = 5, 6 - orage magnétique;
K p = 7, 8 - fort orage magnétique;
K p = 9 - très fort orage géomagnétique.

Un orage magnétique est une perturbation du champ magnétique de notre planète. Ce phénomène naturel dure généralement de plusieurs heures à une journée ou plus.

Où est l'aurore visible maintenant?

Vous pouvez regarder les aurores polaires en ligne.

Dans l'image ci-dessous, vous pouvez observer l'émission de flux de rayonnement par notre Soleil lors d'éruptions. Une prévision particulière des orages magnétiques. La terre est indiquée par un point jaune, et l'heure et la date sont indiquées dans le coin supérieur gauche.

L'état de l'atmosphère solaire

Ci-dessous brève information sur l'état de l'atmosphère solaire, de la magnétosphère terrestre, ainsi qu'une prévision à trois jours de l'activité magnétique pour Moscou et Saint-Pétersbourg.

• Les rayons cosmiques solaires (SCR) sont des protons, des électrons, des noyaux formés lors d'éruptions sur le Soleil et atteignant l'orbite terrestre après avoir interagi avec le milieu interplanétaire.
• Tempêtes et sous-orages magnétosphériques causés par l'arrivée sur Terre d'une onde de choc interplanétaire associée à la fois au CME et au KOV, et à des courants de vent solaire à grande vitesse ;
• Ionisant un rayonnement électromagnétique(IEI) éruptions solaires, provoquant un échauffement et une ionisation supplémentaire de la haute atmosphère ;
• Augmentation des flux d'électrons relativistes dans la ceinture de rayonnement externe de la Terre, associée à l'arrivée de flux à grande vitesse du vent solaire sur la Terre.

Rayons cosmiques solaires (SCR)

Les particules énergétiques formées dans les éruptions - protons, électrons, noyaux - après avoir interagi avec le milieu interplanétaire, peuvent atteindre l'orbite terrestre. Il est généralement admis que la plus grande contribution à la dose totale est apportée par les protons solaires d'une énergie de 20 à 500 MeV. Le flux maximal de protons d'énergie supérieure à 100 MeV provenant d'une puissante éruption du 23 février 1956 était de 5 000 particules par cm -2 s -1.
(voir plus de détails sur le sujet "Rayons cosmiques solaires").
La principale source de SCR- éruptions solaires, dans de rares cas - décroissance d'une proéminence (filament).

SKL comme principale source de risque d'irradiation dans l'OKP

Les flux de rayons cosmiques solaires augmentent considérablement le niveau de risque de rayonnement pour les cosmonautes, ainsi que pour les équipages et les passagers des avions à haute altitude sur les routes polaires ; entraîner la perte de satellites et la défaillance des équipements utilisés dans les objets spatiaux. Les dommages que les rayonnements causent aux êtres vivants sont bien connus (pour plus de détails, voir les documents sur le thème « Comment la météo spatiale affecte-t-elle notre vie ?"), Mais en plus, une forte dose de rayonnement peut désactiver les équipements électroniques installés sur les engins spatiaux (voir plus de détails la leçon 4 et les matériaux sur les thèmes de l'impact de l'environnement extérieur sur les engins spatiaux, leurs éléments et matériaux).
Plus le microcircuit est complexe et moderne, plus le tailles plus petites de chaque élément et plus il risque de tomber en panne, ce qui peut conduire à son dysfonctionnement voire à l'arrêt du processeur.
Donnons un exemple clair de la façon dont les flux SCR à haute énergie affectent l'état des équipements scientifiques installés sur les engins spatiaux.

A titre de comparaison, la figure montre des photographies du Soleil prises par l'instrument EIT (SOHO), prises avant (07:06 UT le 28/10/2003) et après une puissante éruption solaire qui s'est produite vers 11h00 UT le 10/ 28/2003, après quoi au NCP les flux de protons avec des énergies de 40-80 MeV ont augmenté de près de 4 ordres de grandeur. La quantité de "neige" sur la figure de droite montre à quel point la matrice d'enregistrement de l'appareil est endommagée par des flux de particules de torche.

Influence de l'augmentation des flux SCR sur la couche d'ozone de la Terre

Étant donné que les particules de haute énergie (protons et électrons) des SCR peuvent également être des sources d'oxydes d'azote et d'hydrogène, dont la teneur dans la moyenne atmosphère détermine la quantité d'ozone, leur influence doit être prise en compte dans la modélisation photochimique et l'interprétation des données d'observation. données au moment d'événements de protons solaires ou de fortes perturbations géomagnétiques.

Événements de protons solaires

Le rôle des variations sur 11 ans du GCR dans l'évaluation de la sûreté radiologique des vols spatiaux à long terme

Lors de l'évaluation radioprotection des vols spatiaux de longue durée (comme par exemple l'expédition prévue vers Mars), il devient nécessaire de prendre en compte la contribution des rayons cosmiques galactiques (GCR) à la dose de rayonnement (pour plus de détails, voir leçon 4). De plus, pour les protons d'énergie supérieure à 1000 MeV, l'amplitude des flux GCR et SCR devient comparable. Lorsque l'on considère divers phénomènes sur le Soleil et dans l'héliosphère à des intervalles de temps de plusieurs décennies ou plus, le facteur déterminant est la cyclicité de 11 ans et de 22 ans du processus solaire. Comme on peut le voir sur la figure, l'intensité du GCR change en antiphase avec le nombre de Wolf. Ceci est très important, car le milieu interplanétaire est faiblement perturbé au minimum SA, et les flux GCR sont maximum. Ayant haut degré l'ionisation et étant omniprésente, pendant les périodes de minimum SA GCR déterminent les charges de dose sur une personne dans les vols spatiaux et aériens. Cependant, les processus de modulation solaire s'avèrent assez complexes et ne peuvent se réduire à la seule anticorrélation avec le nombre de Wolf. ...

La figure montre la modulation de l'intensité CR dans le cycle solaire de 11 ans.

Électrons solaires

Les électrons solaires à haute énergie peuvent provoquer une ionisation volumétrique des engins spatiaux et agir également comme des « électrons tueurs » pour les microcircuits installés sur les engins spatiaux. En raison des flux SCR, la communication en ondes courtes dans les régions circumpolaires est perturbée et des dysfonctionnements se produisent dans les systèmes de navigation.

Orages et sous-orages magnétosphériques

D'autres conséquences importantes de la manifestation de l'activité solaire, affectant l'état de l'espace proche de la Terre, sont orages magnétiques- de fortes variations (des dizaines et des centaines de nT) de la composante horizontale du champ géomagnétique mesurée à la surface de la Terre aux basses latitudes. Orage magnétosphérique Est un ensemble de processus se produisant dans la magnétosphère terrestre pendant un orage magnétique, lorsqu'il y a une forte compression de la limite de la magnétosphère du côté diurne, d'autres déformations importantes de la structure de la magnétosphère, un courant annulaire de particules énergétiques se forme dans la magnétosphère interne .
Le terme « substorm » a été introduit en 1961. SI. Akasofu pour désigner les perturbations aurorales dans la zone aurorale d'une durée d'environ une heure. Même plus tôt, des perturbations ressemblant à des baies ont été identifiées dans les données magnétiques, qui coïncidaient dans le temps avec un sous-orage dans les aurores boréales. Sous-orage magnétosphérique Est un ensemble de processus dans la magnétosphère et l'ionosphère, qui dans le cas le plus général peut être caractérisé comme une séquence de processus d'accumulation d'énergie dans la magnétosphère et sa libération explosive. Source d'orages magnétiques- l'arrivée du plasma solaire à grande vitesse (vent solaire) sur Terre, ainsi que le KOV et l'onde de choc associée. Les flux de plasma solaire à grande vitesse, à leur tour, sont divisés en sporadiques, associés aux éruptions solaires et aux CME, et quasi-stationnaires, se produisant au-dessus des trous coronaux.Les orages magnétiques, en fonction de leur source, sont divisés en sporadiques et récurrents. (Voir leçon 2 pour plus de détails.)

Indices géomagnétiques - Dst, AL, AU, AE

Les caractéristiques numériques reflétant les perturbations géomagnétiques sont divers indices géomagnétiques - Dst, Kp, Ap, AA et autres.
L'amplitude des variations du champ magnétique terrestre est souvent utilisée comme la caractéristique la plus générale de la force des orages magnétiques. Indice géomagnétique Heure d'été contient des informations sur les perturbations planétaires pendant les orages géomagnétiques.
L'indice de trois heures n'est pas adapté à l'étude des processus de sous-orage ; pendant ce temps, un sous-orage peut commencer et se terminer. La structure détaillée des fluctuations du champ magnétique dues aux courants dans la zone aurorale ( électrojet auroral) caractérise indice de jet électrique auroral AE... Pour calculer l'indice AE, utilisez magnétogrammes des composants H observatoires situés aux latitudes aurorales ou subaurorales et uniformément répartis en longitude. Actuellement, les indices AE sont calculés à partir des données de 12 observatoires situés dans l'hémisphère nord à différentes longitudes entre 60 et 70° de latitude géomagnétique. Les indices géomagnétiques АL (la plus grande variation négative du champ magnétique), АU (la plus grande variation positive du champ magnétique) et AE (la différence entre АL et АU) sont également utilisés pour la description numérique de l'activité des sous-orages.

Indice Dst pour mai 2005

Indices Kr, Ap, AA

L'indice d'activité géomagnétique Kp est calculé toutes les trois heures à partir de mesures du champ magnétique à plusieurs stations situées à Différents composants Terre. Il a des niveaux de 0 à 9, chaque niveau suivant de l'échelle correspond à des variations 1,6 à 2 fois plus importantes que le précédent. Les orages magnétiques forts correspondent à des niveaux de Kp supérieurs à 4. Les super-orages avec Kp = 9 se produisent assez rarement. Avec Kp, l'indice Ap est également utilisé, qui est égal à l'amplitude moyenne des variations du champ géomagnétique sur la terre pendant une journée. Il est mesuré en nanoteslas (le champ terrestre est d'environ
50 000 nT). Le niveau Кр = 4 correspond approximativement à Ap, égal à 30, et le niveau Кр = 9 correspond à Ap supérieur à 400. Les valeurs attendues de tels indices constituent le contenu principal de la prévision géomagnétique. Ap-index a été calculé depuis 1932, donc pour plus premières périodes l'indice AA est utilisé - l'amplitude quotidienne moyenne des variations, calculée par deux observatoires antipodaux (Greenwich et Melbourne) depuis 1867.

Influence complexe du SCR et des tempêtes sur la météo spatiale en raison de la pénétration du SCR dans la magnétosphère terrestre pendant les orages magnétiques

Du point de vue du risque de rayonnement que les flux SCR portent pour les régions de haute latitude des orbites des engins spatiaux de type ISS, il est nécessaire de prendre en compte non seulement l'intensité des événements SCR, mais aussi les limites de leur pénétration dans la magnétosphère terrestre(voir leçon 4 pour plus de détails). De plus, comme le montre la figure, les SCR pénètrent suffisamment profondément même pour les orages magnétiques de faible amplitude (-100 nT et moins).

Évaluation des risques radiologiques dans les régions de haute latitude de la trajectoire de l'ISS sur la base des données des satellites polaires en orbite basse

Estimations des doses de rayonnement dans les régions de haute latitude de la trajectoire de l'ISS, obtenues sur la base de données sur les spectres et les limites de pénétration du SCR dans la magnétosphère terrestre à partir des données du satellite Universitetsky-Tatyana lors des éruptions solaires et des orages magnétiques de septembre 2005, ont été comparées aux doses mesurées expérimentalement sur l'ISS dans les zones de haute latitude. Il ressort clairement des figures ci-dessus que les valeurs calculées et expérimentales sont en accord, ce qui indique la possibilité d'estimer les doses de rayonnement sur différentes orbites à partir des données des satellites polaires à basse altitude.

Carte de dose pour l'ISS (SRK) et comparaison des doses calculées et expérimentales.

Les orages magnétiques comme cause de perturbation des communications radio

Les orages magnétiques entraînent de fortes perturbations dans l'ionosphère, qui à leur tour affectent négativement les états une émission de radio... Dans les régions circumpolaires et les zones de l'ovale auroral, l'ionosphère est associée aux régions les plus dynamiques de la magnétosphère et, par conséquent, est la plus sensible à de telles influences. Les orages magnétiques aux latitudes élevées peuvent bloquer presque complètement l'air radio pendant plusieurs jours. Dans le même temps, d'autres domaines d'activité, par exemple le trafic aérien, souffrent également. Un autre effet négatif associé aux orages géomagnétiques est la perte d'orientation des satellites, dont la navigation s'effectue le long du champ géomagnétique, subissant de fortes perturbations lors de l'orage. Naturellement, lors de perturbations géomagnétiques, des problèmes surviennent avec le radar.

Influence des orages magnétiques sur le fonctionnement des lignes télégraphiques et des lignes électriques, des pipelines, des chemins de fer

Les variations du champ géomagnétique qui se produisent pendant les orages magnétiques aux latitudes polaires et aurorales (selon la loi bien connue de l'induction électromagnétique) génèrent des effets secondaires courants électriques dans les couches conductrices de la lithosphère terrestre, dans l'eau salée et dans les conducteurs artificiels. La différence de potentiel induite est faible et est d'environ quelques volts par kilomètre, mais dans les conducteurs longs à faible résistance - lignes de communication et de transport d'électricité (lignes de transport d'électricité), pipelines, rails les chemins de fer - l'intensité totale des courants induits peut atteindre des dizaines et des centaines d'ampères.
Les lignes de communication aériennes à basse tension sont les moins protégées contre une telle influence. Ainsi, d'importantes interférences survenues lors d'orages magnétiques ont déjà été constatées sur les toutes premières lignes télégraphiques construites en Europe dans la première moitié du XIXe siècle. L'activité géomagnétique peut également causer des problèmes importants pour les automatismes ferroviaires, en particulier dans les régions polaires. Et dans les conduites d'oléoducs et de gazoducs s'étendant sur plusieurs milliers de kilomètres, les courants induits peuvent accélérer considérablement le processus de corrosion des métaux, qui doit être pris en compte lors de la conception et de l'exploitation des pipelines.

Exemples d'impact des orages magnétiques sur le fonctionnement des lignes électriques

Accident majeur qui s'est produit lors du plus fort orage magnétique en 1989 dans le réseau électrique du Canada, a clairement démontré le danger des orages magnétiques pour les lignes électriques. Des études ont montré que les transformateurs étaient à l'origine de l'accident. Le fait est que la composante constante du courant introduit le transformateur dans un mode de fonctionnement non optimal avec une saturation magnétique excessive du noyau. Cela conduit à une absorption d'énergie excessive, à une surchauffe des enroulements et, finalement, à une défaillance de l'ensemble du système. L'analyse subséquente de l'opérabilité de toutes les centrales électriques en Amérique du Nord a révélé une relation statistique entre le nombre de pannes dans les zones à haut risque et le niveau d'activité géomagnétique.

L'impact des orages magnétiques sur la santé humaine

Actuellement, il existe des résultats de recherche médicale prouvant la présence d'une réponse humaine aux perturbations géomagnétiques. Les données de recherche montrent qu'il existe une catégorie assez importante de personnes sur lesquelles les orages magnétiques ont un effet négatif: l'activité humaine est inhibée, l'attention est émoussée, les maladies chroniques sont exacerbées. Il convient de noter que les études sur l'impact des perturbations géomagnétiques sur la santé humaine ne font que commencer et que leurs résultats sont assez controversés et contradictoires (pour plus de détails, voir les documents sur le thème "Comment la météo spatiale affecte-t-elle nos vies?").
Cependant, la plupart des chercheurs s'accordent à dire qu'il existe dans ce cas trois catégories de personnes : les perturbations géomagnétiques agissent de manière déprimante sur certaines, sur d'autres, au contraire excitantes, tandis que d'autres n'observent aucune réaction.

Les sous-orages ionosphériques comme facteur de météorologie spatiale

Les sous-orages sont une source puissante électrons dans la magnétosphère externe... Les flux d'électrons de basse énergie augmentent fortement, ce qui entraîne une augmentation significative de vaisseau spatial électrisant(pour plus de détails, voir les documents sur le thème "Électrification des engins spatiaux"). Lors d'une forte activité sous-orageuse, les flux d'électrons dans la ceinture de rayonnement externe (ERB) de la Terre augmentent de plusieurs ordres de grandeur, ce qui constitue un grave danger pour les satellites dont les orbites traversent cette région, car un charge volumétrique causant des dommages à l'électronique embarquée... A titre d'exemple, on peut citer les problèmes de fonctionnement des dispositifs électroniques sur les satellites Equator-S, Polar et Calaxy-4, qui sont apparus dans le contexte d'une activité suborageuse prolongée et, par conséquent, de flux très élevés d'électrons relativistes dans la magnétosphère externe en mai 1998.
Les sous-orages font partie intégrante des orages géomagnétiques ; cependant, l'intensité et la durée de l'activité des sous-orages ont une relation ambiguë avec la force de l'orage magnétique. Une manifestation importante de la relation "orage-sous-orage" est l'influence directe de la puissance d'un orage géomagnétique sur la latitude géomagnétique minimale à laquelle les sous-orages se développent. Lors de fortes tempêtes géomagnétiques, l'activité des sous-orages peut descendre des hautes latitudes géomagnétiques pour atteindre les latitudes moyennes. Dans ce cas, aux latitudes moyennes, il y aura une violation des communications radio causée par l'effet perturbateur sur l'ionosphère des particules chargées énergétiques générées lors de l'activité sous-orageuse.

La relation entre l'activité solaire et géomagnétique - tendances actuelles

Dans certaines oeuvres contemporaines consacré au problème de la météorologie spatiale et du climat spatial, l'idée est exprimée sur la nécessité de séparer l'activité solaire et géomagnétique. La figure montre la différence entre les valeurs moyennes mensuelles des taches solaires, traditionnellement considérées comme l'indicateur CA (rouge), et l'indice AA (bleu), qui montre le niveau d'activité géomagnétique. On peut voir sur la figure que la coïncidence n'est pas observée pour tous les cycles d'AS.
Le fait est que dans les maxima SA, une grande partie sont des tempêtes sporadiques, dont les éruptions et les CME sont responsables, c'est-à-dire des phénomènes se produisant dans les régions du Soleil avec des les lignes électriques... Cependant, aux minimums SA, la plupart des tempêtes sont récurrentes, dont la cause est l'arrivée de courants de vent solaire à grande vitesse sur la Terre, émanant de trous coronaux - des régions avec des lignes de champ ouvertes. Ainsi, les sources d'activité géomagnétique, au moins pour les minima SA, ont une nature sensiblement différente.

Rayonnement électromagnétique ionisant des éruptions solaires

Comme un autre facteur important la météo spatiale doit être notée séparément les éruptions solaires à rayonnement électromagnétique ionisant (IEI). En période de calme, l'IEI est presque complètement absorbé à haute altitude, provoquant l'ionisation des atomes d'air. Lors des éruptions solaires, les flux IEI du Soleil augmentent de plusieurs ordres de grandeur, ce qui conduit à échauffement et ionisation supplémentaire de la haute atmosphère.
Par conséquent chauffage sous l'influence de l'IEI, l'atmosphère « gonfle », c'est-à-dire sa densité à une hauteur fixe augmente considérablement. Cela représente un grave danger pour les satellites à basse altitude et les engins spatiaux habités, car, pénétrant dans les couches denses de l'atmosphère, l'engin spatial peut rapidement perdre de l'altitude. Un tel sort est arrivé à la station spatiale américaine "Skylab" en 1972 lors d'une puissante éruption solaire - la station n'avait pas assez de carburant pour retourner sur son ancienne orbite.

Absorption radio à ondes courtes

Absorption radio à ondes courtes est le résultat du fait que l'arrivée du rayonnement électromagnétique ionisant - les rayonnements UV et X des éruptions solaires provoque une ionisation supplémentaire de la haute atmosphère (voir plus de détails dans les matériaux sur le thème "Phénomènes de lumière transitoire dans la haute atmosphère de la Terre"). Cela conduit à une détérioration voire à l'arrêt complet des communications radio du côté éclairé de la Terre pendant plusieurs heures)