Едно от ключовите умения на всеки HF DX ловец е способността да оценява условията във всеки един момент. Отличните условия на предаване, когато много станции от цял свят се чуват на лентите, могат да се променят, така че лентите да са празни и само единични станции си проправят път през шума и пукането на етера. За да се разбере какво и защо се случва в радиото, както и за оценка на неговите възможности в даден момент, се използват три основни индекса: слънчев поток, A p и K p . Доброто практическо разбиране на това какви са тези стойности и какво означават е предимство дори за радиолюбител с най-добрия и най-модерен комплект комуникационно оборудване.
Земната атмосфера
Йоносферата може да се разглежда като нещо многопластово. Границите на слоевете са доста условни и се определят от области с рязка промяна в нивото на йонизация (Фиг. 1). Йоносферата оказва пряко влияние върху естеството на разпространението на радиовълните, тъй като в зависимост от степента на йонизация на отделните й слоеве, радиовълните могат да бъдат пречупени, тоест траекторията на тяхното разпространение престава да бъде праволинейна. Доста често степента на йонизация е достатъчно висока, така че радиовълните да отскочат от силно йонизирани слоеве и да се върнат на Земята. (фиг. 2).
Условията за преминаване на радиовълни в HF лентите непрекъснато се променят в зависимост от промяната в нивата на йонизация на йоносферата. Слънчевата радиация, достигаща до горните слоеве на земната атмосфера, йонизира газовите молекули, генерирайки положителни йони и свободни електрони. Цялата тази система е в динамично равновесие поради процеса на рекомбинация, обратен на йонизацията, когато положително заредените йони и свободните електрони, взаимодействащи един с друг, отново образуват газови молекули. Колкото по-висока е степента на йонизация (колкото повече свободни електрони), толкова по-добре йоносферата отразява радиовълните. Освен това, колкото по-високо е нивото на йонизация, толкова по-високи могат да бъдат честотите, при които се осигуряват добри условия на предаване. Нивото на йонизация на атмосферата зависи от много фактори, включително времето на деня, сезона и най-важния фактор - цикъла на слънчевата активност. Достоверно е известно, че интензитетът на слънчевата радиация зависи от броя на петната на Слънцето. Съответно максималната радиация, получена от Слънцето, се достига през периоди на максимална слънчева активност. Освен това през тези периоди геомагнитната активност също се увеличава поради увеличаване на интензивността на потока от йонизирани частици от Слънцето. Обикновено този поток е доста стабилен, но поради изригвания, които се появяват на Слънцето, той може да бъде значително засилен. Частиците достигат околоземното пространство и взаимодействат с магнитното поле на Земята, причинявайки неговите смущения и генерирайки магнитни бури. Освен това тези частици могат да причинят йоносферни бури, при които късовълновата радиокомуникация става трудна, а понякога дори невъзможна.
Потокът от слънчева радиация
Величина, известна като слънчев поток, е основният индикатор за слънчевата активност и определя нивото на радиация, получена от Земята от Слънцето. Измерва се в единици за слънчев поток (SFU) и се определя от нивото на радиошума, излъчван при честота от 2800 MHz (10,7 cm). Радиоастрономическата обсерватория Пентиктън в Британска Колумбия, Канада, публикува тази стойност ежедневно. Потокът от слънчева радиация оказва пряко влияние върху степента на йонизация, а оттам и върху концентрацията на електрони в F 2 областта на йоносферата. В резултат на това дава много добра представа за възможността за установяване на радио комуникации на дълги разстояния.
Стойността на слънчевия поток може да варира в рамките на 50 - 300 единици. Малките стойности показват, че максималната приложима честота (MUF) ще бъде ниска и общите условия на радиовълни ще бъдат лоши, особено във високочестотните ленти. (фиг. 2)Напротив, високите стойности на слънчевия поток показват достатъчна йонизация, което прави възможно установяване на комуникация на далечни разстояния при по-високи честоти. Трябва обаче да се помни, че са необходими няколко дни подред с високи стойности на слънчевия поток, за да се подобрят значително условията на преминаване. Обикновено, по време на периоди на висока слънчева активност, слънчевият поток надвишава 200 с краткотрайни изблици до 300.
Геомагнитна активност
Има два индекса, които се използват за определяне на нивото на геомагнитна активност – А и К. Те показват величината на магнитните и йоносферните смущения. Индекс K показва големината на геомагнитната активност. Всеки ден, на всеки 3 часа, започвайки от 00:00 UTC, се определят максималните отклонения на стойността на индекса спрямо стойностите за спокоен ден на избраната обсерватория и се избира най-голямата стойност. Въз основа на тези данни се изчислява стойността на индекса K. K индексът е квазилогаритмична стойност, поради което не може да бъде осреднен, за да се получи дългосрочна историческа картина на състоянието на магнитното поле на Земята. За да се реши този проблем, има индекс А, който е среднодневна стойност. Изчислява се съвсем просто - всяко измерване на индекса K, направено, както беше споменато по-горе, с 3-часов интервал, според Раздел. един
преобразува се в еквивалентен индекс. Стойностите на този индекс, получени през деня, се осредняват и в резултат се получава стойността на индекса А, който в обикновените дни не надвишава 100, а при много сериозни геомагнитни бури може да достигне 200 или дори повече. Стойностите на индекса А могат да се различават за различните обсерватории, тъй като смущенията на магнитното поле на Земята могат да бъдат от локален характер. За да се избегнат несъответствия, индексите A, получени в различни обсерватории, се осредняват и в резултат се получава глобалният индекс A p. По същия начин се получава стойността на индекса K p – средната стойност на всички индекси K, получени в различни обсерватории на земното кълбо. Стойностите му между 0 и 1 характеризират спокойна геомагнитна среда и това може да показва наличието на добри условия на предаване в късовълновите ленти, при условие че интензитетът на потока на слънчевата радиация е достатъчно висок. Стойностите между 2 и 4 показват умерена или дори активна геомагнитна среда, която е вероятно да повлияе неблагоприятно на условията на радиовълните. По-нататък по скалата от стойности: 5 показва слаба буря, 6 силна буря и 7 - 9 означава много силна буря, в резултат на която най-вероятно няма да има преминаване към HF. Въпреки факта, че геомагнитните и йоносферните бури са взаимосвързани, заслужава да се отбележи още веднъж, че те са различни. Геомагнитната буря е смущение на магнитното поле на Земята, а йоносферната буря е смущение в йоносферата.
Интерпретиране на индексни стойности
Най-лесният начин да използвате стойностите на индекса е да ги въведете като вход в програмата за прогнозиране на разпространението на радиовълните. Това ще ви позволи да получите повече или по-малко надеждна прогноза. В своите изчисления тези програми вземат предвид допълнителни фактори, като пътищата на разпространение на сигнала, тъй като ефектът от магнитните бури ще бъде различен за различните пътища.
При липса на програма добра приблизителна прогноза може да се направи независимо. Очевидно по-високите стойности на индекса на слънчевия поток са добри. Най-общо казано, колкото по-интензивен е потокът, толкова по-добри ще бъдат условията на високите HF ленти, включително 6 м. Въпреки това, потокът от предишния ден също трябва да се има предвид. Поддържането на високи стойности в продължение на няколко дни ще осигури по-висока степен на йонизация на слоя F2 на йоносферата. Обикновено стойности над 150 гарантират добро HF покритие. Високите нива на геомагнитна активност също имат неблагоприятен страничен ефект, който значително намалява MUF. Колкото по-високо е нивото на геомагнитна активност според индексите Ap и Kp, толкова по-ниско е MUF. Действителните стойности на MUF зависят не само от силата на магнитната буря, но и от нейната продължителност.
Заключение
Постоянно следете промените в стойностите на индексите на слънчевата и геомагнитната активност. Тези данни са достъпни на уебсайтовете www.eham.net , www.qrz.com , www.arrl.org и много други, а могат да бъдат получени и през терминала при свързване към DX клъстери. Добър ход на HF е възможен през периоди, когато слънчевият поток надвишава 150 за няколко дни, докато индексът K p остава под 2. Когато тези условия са изпълнени, проверете лентите - трябва да има добър DX, който вече работи!
Адаптирано от Разбиране на слънчевите индекси от Иън Пул, G3YWX
Геомагнитното поле (GP) се генерира от източници, разположени както в магнитосферата, така и в йоносферата. Той защитава планетата и живота на нея от вредните въздействия.Присъствието му е наблюдавано от всички, които държат компаса и виждат как единият край на стрелката сочи на юг, а другият на север. Благодарение на магнитосферата бяха направени големи открития във физиката, като досега присъствието й се използва за морска, подводна, авиационна и космическа навигация.
основни характеристики
Нашата планета е огромен магнит. Северният му полюс се намира в "горната" част на Земята, недалеч от географския полюс, а южният полюс е близо до съответния географски полюс. От тези точки магнитните силови линии се простират в космоса на много хиляди километри, съставлявайки самата магнитосфера.
Магнитният и географският полюси са доста отдалечени един от друг. Ако начертаете ясна линия между магнитните полюси, в резултат на това можете да получите магнитна ос с ъгъл на наклон от 11,3 ° спрямо оста на въртене. Тази стойност не е постоянна и всичко това, защото магнитните полюси се движат спрямо повърхността на планетата, ежегодно променяйки местоположението си.
Природата на геомагнитното поле
Магнитният щит се генерира от електрически токове (движещи се заряди), които се раждат във външното течно ядро, разположено вътре в Земята на много прилична дълбочина. Това е течен метал и се движи. Този процес се нарича конвекция. Движещата се субстанция на ядрото образува токове и, като следствие, магнитни полета.
Магнитният щит надеждно защитава Земята от основния й източник - слънчевия вятър - движението на йонизираните частици, изтичащи от магнитосферата, отклонява този непрекъснат поток, пренасочвайки го около Земята, така че твърдото излъчване да не оказва пагубно въздействие върху целия живот върху синята планета.
Ако Земята нямаше геомагнитно поле, тогава слънчевият вятър щеше да я лиши от атмосферата. Според една хипотеза точно това се е случило на Марс. Слънчевият вятър далеч не е единствената заплаха, тъй като Слънцето също отделя големи количества материя и енергия под формата на коронални изхвърляния, придружени от силен поток от радиоактивни частици. В тези случаи обаче магнитното поле на Земята го защитава, като отклонява тези течения от планетата.
Магнитният щит обръща полюсите си приблизително веднъж на всеки 250 000 години. Северният магнитен полюс заема мястото на северния и обратно. Учените нямат ясно обяснение защо това се случва.
История на изследването
Запознаването на хората с невероятните свойства на земния магнетизъм се случи в зората на цивилизацията. Още в древността магнитната желязна руда, магнетитът, е била известна на човечеството. Но кой и кога е разкрил, че естествените магнити са еднакво ориентирани в пространството по отношение на географските полюси на планетата, не е известно. Според една версия китайците вече са били запознати с това явление през 1100 г., но започват да го използват на практика едва два века по-късно. В Западна Европа магнитният компас започва да се използва в навигацията през 1187г.
Структура и характеристики
Магнитното поле на Земята може да бъде разделено на:
- основното магнитно поле (95%), чиито източници се намират във външното, проводимо ядро на планетата;
- аномално магнитно поле (4%), създадено от скали в горния слой на Земята с добра магнитна чувствителност (една от най-мощните е магнитната аномалия на Курск);
- външно магнитно поле (наричано още променливо, 1%), свързано със слънчево-земните взаимодействия.
Редовни геомагнитни вариации
Промените в геомагнитното поле във времето под влияние както на вътрешни, така и на външни (по отношение на повърхността на планетата) източници се наричат магнитни вариации. Характеризират се с отклонението на компонентите на ГП от средната стойност на мястото на наблюдение. Магнитните вариации имат непрекъснато преструктуриране във времето и често такива промени са периодични.
Редовните вариации, които се повтарят ежедневно, са промени в магнитното поле, свързани със слънчево- и лунно-дневните промени в интензитета на MS. Вариациите достигат максимум през деня и при лунна опозиция.
Неправилни геомагнитни вариации
Тези промени възникват в резултат на влиянието на слънчевия вятър върху магнитосферата на Земята, промените в самата магнитосфера и нейното взаимодействие с йонизираната горна атмосфера.
- Двадесет и седемдневни вариации съществуват като закономерност за повторното нарастване на магнитното смущение на всеки 27 дни, съответстващо на периода на въртене на основното небесно тяло спрямо земния наблюдател. Тази тенденция се дължи на съществуването на дългоживеещи активни региони на нашата родна звезда, наблюдавани по време на няколко от нейните обороти. Проявява се под формата на 27-дневно повторение на геомагнитни смущения и
- Единадесетгодишните вариации са свързани с честотата на активността, образуваща слънчеви петна. Установено е, че през годините на най-голямо натрупване на тъмни зони на слънчевия диск, магнитната активност също достига своя максимум, но растежът на геомагнитната активност изостава от растежа на слънчевата средно с една година.
- Сезонните вариации имат два максимума и два минимума, съответстващи на периодите на равноденствията и времето на слънцестоене.
- Светските, за разлика от горните, - от външен произход, се образуват в резултат на движението на материята и вълновите процеси в течното електропроводимо ядро на планетата и са основният източник на информация за електропроводимостта на долната мантия и ядро, за физическите процеси, водещи до конвекция на материята, както и за механизма генериране на земното геомагнитно поле. Това са най-бавните вариации – с периоди от няколко години до една година.
Влиянието на магнитното поле върху живия свят
Въпреки факта, че магнитният екран не се вижда, жителите на планетата го усещат перфектно. Например, прелетните птици изграждат своя маршрут, като се фокусират върху него. Учените излагат няколко хипотези относно това явление. Един от тях предполага, че птиците го възприемат визуално. В очите на мигриращите птици има специални протеини (криптохроми), които са в състояние да променят позицията си под въздействието на геомагнитното поле. Авторите на тази хипотеза са сигурни, че криптохромите могат да действат като компас. Въпреки това, не само птиците, но и морските костенурки използват магнитния екран като GPS навигатор.
Въздействието на магнитен екран върху човек
Влиянието на геомагнитното поле върху човек е коренно различно от всяко друго, независимо дали става дума за радиация или опасен ток, тъй като то засяга изцяло човешкото тяло.
Учените смятат, че геомагнитното поле работи в ултра-нисък честотен диапазон, в резултат на което реагира на основните физиологични ритми: дихателни, сърдечни и мозъчни. Човек може да не усеща нищо, но тялото все пак реагира на това с функционални промени в нервната, сърдечно-съдовата система и мозъчната дейност. Психиатрите проследяват връзката между изблици на интензитет на геомагнитно поле и обостряне на психични заболявания, често водещи до самоубийство, в продължение на много години.
"Индексиране" на геомагнитна активност
Смущенията в магнитното поле, свързани с промени в магнитосферно-йоносферната токова система, се наричат геомагнитна активност (GA). За определяне на нивото му се използват два индекса - A и K. Последният показва стойността на GA. Изчислява се от измервания на магнитен щит, правени всеки ден на тричасови интервали, започващи в 00:00 UTC (координирано по универсално време). Най-високите показатели за магнитно смущение се сравняват със стойностите на геомагнитното поле на спокоен ден за определена научна институция, като се вземат предвид максималните стойности на наблюдаваните отклонения.
Въз основа на получените данни се изчислява индексът K. Поради факта, че е квазилогаритмична стойност (т.е. нараства с единица с увеличаване на смущението около 2 пъти), той не може да бъде осреднен, за да се получи дългосрочна историческа картина на състоянието на геомагнитното поле на планетата. За да направите това, има индекс А, който е среднодневна стойност. Определя се доста просто – всяка измерение на индекса K се преобразува в еквивалентен индекс. Стойностите на K, получени през целия ден, се осредняват, благодарение на което е възможно да се получи индекс А, чиято стойност в обикновените дни не надвишава прага от 100, а по време на най-сериозните магнитни бури може да надвиши 200 .
Тъй като смущенията на геомагнитното поле в различни точки на планетата се проявяват по различен начин, стойностите на индекса А от различни научни източници могат да се различават значително. За да се избегне подобно нарастване, получените от обсерваториите индекси A се редуцират до средните и се появява глобалният индекс A p. Същото важи и за индекса K p, който е дробна стойност в диапазона 0-9. Стойността му от 0 до 1 показва, че геомагнитното поле е нормално, което означава, че се запазват оптимални условия за преминаване в късовълновите ленти. Разбира се, при доста интензивен поток от слънчева радиация. Геомагнитно поле от 2 точки се характеризира като умерено магнитно смущение, което леко затруднява преминаването на дециметровите вълни. Стойности от 5 до 7 показват наличието на геомагнитни бури, които създават сериозни смущения в споменатия диапазон, а при силна буря (8-9 точки) правят преминаването на къси вълни невъзможно.
Влияние на магнитните бури върху човешкото здраве
Отрицателните последици от магнитните бури засягат 50-70% от населението на света. В същото време появата на стресова реакция при някои хора се отбелязва 1-2 дни преди магнитно смущение, когато се наблюдават слънчеви изригвания. За други – в самия пик или известно време след прекомерна геомагнитна активност.
Метозависимите, както и тези, които страдат от хронични заболявания, трябва да следят информация за геомагнитното поле в продължение на една седмица, за да изключат физически и емоционален стрес, както и всякакви действия и събития, които могат да доведат до стрес, ако наближават магнитни бури .
Синдром на дефицит на магнитно поле
Отслабването на геомагнитното поле в помещенията (хипогеомагнитно поле) възниква поради конструктивните особености на различни сгради, стенни материали, както и намагнетизирани конструкции. Когато сте в стая с отслабен личен лекар, се нарушава кръвообращението, снабдяването с кислород и хранителни вещества на тъканите и органите. Отслабването на магнитния щит засяга и нервната, сърдечно-съдовата, ендокринната, дихателната, скелетната и мускулната система.
Японският лекар Накагава нарече това явление „синдром на дефицит на магнитно поле на човека“. По своето значение тази концепция може да се конкурира с дефицита на витамини и минерали.
Основните симптоми, които показват наличието на този синдром са:
- повишена умора;
- намаляване на работоспособността;
- безсъние;
- главоболие и болки в ставите;
- хипо- и хипертония;
- смущения в храносмилателната система;
- нарушения в работата на сърдечно-съдовата система.
- Слънчеви космически лъчи (SCR) - протони, електрони, ядра, образувани при изригвания на Слънцето и достигнали орбитата на Земята след взаимодействие с междупланетната среда.
- Магнитосферни бури и суббури, причинени от пристигането на междупланетна ударна вълна към Земята, свързана както с CME, така и с CME, както и с високоскоростни потоци от слънчев вятър;
- Йонизиращо електромагнитно лъчение (IEI) на слънчевите изригвания, което причинява нагряване и допълнителна йонизация на горните слоеве на атмосферата;
- Увеличаване на потоците на релативистки електрони във външния радиационен пояс на Земята, свързано с пристигането на високоскоростни слънчеви ветрови потоци към Земята.
Слънчеви космически лъчи (SCR)
Енергийните частици, образувани при изригвания – протони, електрони, ядра – след взаимодействие с междупланетната среда могат да достигнат до орбитата на Земята. Общоприето е, че най-голям принос за общата доза имат слънчевите протони с енергия 20-500 MeV. Максималният поток от протони с енергия над 100 MeV от мощно изригване на 23 февруари 1956 г. възлиза на 5000 частици на cm -2 s -1.
(вижте повече подробности по темата "Слънчеви космически лъчи").
Основен източник на SKL- слънчеви изригвания, в редки случаи - разпадане на издатина (нишка).
SCR като основен източник на радиационна опасност в OKP
Потоците от слънчеви космически лъчи значително повишават нивото на радиационна опасност за астронавтите, както и за екипажите и пътниците на самолети на голяма надморска височина по полярните маршрути; водят до загуба на спътници и отказ на оборудването, използвано на космически обекти. Вредата, която радиацията нанася на живите същества, е добре известна (за повече подробности вижте материалите към темата „Как космическото време влияе на живота ни?“), но освен това голяма доза радиация може да деактивира и инсталираното електронно оборудване върху космически кораб (вижте (повече за лекция 4 и материали за теми за въздействието на външната среда върху космическите кораби, техните елементи и материали).
Колкото по-сложна и модерна е микросхемата, толкова по-малък е размерът на всеки елемент и толкова по-голяма е вероятността от повреди, които могат да доведат до нейната неправилна работа и дори до спиране на процесора.
Нека дадем ясен пример за това как високоенергийните SCR потоци влияят върху състоянието на научното оборудване, инсталирано на космически кораб.
За сравнение, фигурата показва снимки на Слънцето, направени от инструмента EIT (SOHO), направени преди (07:06 UT на 28 октомври 2003 г.) и след мощно изригване на Слънцето, което се случи около 11:00 UT на октомври 28, 2003 г., след което NES потоците от протони с енергия от 40-80 MeV се увеличават с почти 4 порядъка. Количеството "сняг" в дясната фигура показва колко е повредена записващата матрица на устройството от потоци от изригващи частици.
Влияние на увеличаването на SCR потоците върху озоновия слой на Земята
Тъй като високоенергийните SCR частици (протони и електрони) също могат да бъдат източници на азотни и водородни оксиди, чието съдържание в средната атмосфера определя количеството на озона, тяхното влияние трябва да се вземе предвид при фотохимичното моделиране и интерпретацията на данните от наблюдения на моменти на слънчеви протонни събития или силни геомагнитни смущения.
Събития на слънчеви протони
Ролята на 11-годишните вариации на GCR при оценката на радиационната безопасност на дългосрочните космически полети
При оценка на радиационната безопасност на дългосрочни космически полети (като например планираната експедиция до Марс) става необходимо да се вземе предвид приносът на галактическите космически лъчи (GCR) към дозата на радиация (за подробности вж. Лекция 4). В допълнение, за протони с енергия над 1000 MeV, потоците на GCR и SCR стават сравними. При разглеждане на различни явления на Слънцето и в хелиосферата през интервали от време от няколко десетилетия или повече, определящ фактор е 11-годишната и 22-годишната цикличност на слънчевия процес. Както се вижда от фигурата, интензитетът на GCR варира в противофаза с числото на Волф. Това е много важно, тъй като междупланетната среда е слабо смущена при минимум SA, а потоците на GCR са максимални. Притежавайки висока степен на йонизация и всепроникващ, през периоди на минимален SA GCR определя дозовите натоварвания върху хората при космически и авиационни полети. Процесите на слънчева модулация обаче се оказват доста сложни и не могат да се сведат само до антикорелация с числото на Волф. .
Фигурата показва модулацията на интензитета на CR в 11-годишния слънчев цикъл.
слънчеви електрони
Високоенергийните слънчеви електрони могат да причинят обемна йонизация на космическите кораби, както и да действат като "електрони убийци" за микрочипове, инсталирани на космически кораб. Поради потоците на SCR късовълновите комуникации в полярните региони са нарушени и възникват повреди в навигационните системи.
Магнитосферни бури и суббури
Други важни последици от проявата на слънчева активност, които влияят на състоянието на околоземното пространство са магнитни буриса силни (десетки и стотици nT) промени в хоризонталната компонента на геомагнитното поле, измерени на земната повърхност на ниски географски ширини. магнитосферна буря- това е набор от процеси, протичащи в магнитосферата на Земята по време на магнитна буря, когато има силно притискане на границата на магнитосферата от дневната страна, други значителни деформации на структурата на магнитосферата и се образува пръстенен ток от енергийни частици в вътрешната магнитосфера.
Терминът "суббуря" е въведен през 1961 г. S-I Akasof за обозначаване на аврорални смущения в авроралната зона с продължителност около час. Още по-рано в магнитните данни бяха идентифицирани смущения, подобни на залив, съвпадащи във времето с суббуря в сиянията. магнитосферна суббуряе съвкупност от процеси в магнитосферата и йоносферата, които в най-общия случай могат да се характеризират като последователност от процеси на натрупване на енергия в магнитосферата и нейното експлозивно освобождаване. Източник на магнитни бури− пристигане на Земята на високоскоростна слънчева плазма (слънчев вятър), както и на CW и свързаната с тях ударна вълна. Високоскоростните слънчеви плазмени потоци от своя страна се делят на спорадични, свързани със слънчеви изригвания и CME, и квазистационарни, възникващи над короналните дупки.Според източника си магнитните бури се делят на спорадични и повтарящи се. (Вижте лекция 2 за повече подробности).
Геомагнитни индекси - Dst, AL, AU, AE
Числовите характеристики, отразяващи геомагнитните смущения, са различни геомагнитни индекси - Dst, Kp, Ap, AA и др.
Амплитудата на вариациите в магнитното поле на Земята често се използва като най-обща характеристика на силата на магнитните бури. Геомагнитен индекс Dstсъдържа информация за планетарни смущения по време на геомагнитни бури.
Тричасовият индекс не е подходящ за изучаване на процеси на суббуря; през това време суббурята може да започне и да приключи. Подробната структура на флуктуациите на магнитното поле, дължащи се на токове в авроралната зона ( аврорален електроджет) характеризира индекс на аврорална електроструя AE. За да изчислим индекса AE, използваме магнитограми на Н-компонентиобсерватории, разположени на аврорални или субаврорални ширини и равномерно разпределени по дължина. В момента AE индексите се изчисляват от данните на 12 обсерватории, разположени в северното полукълбо на различни дължини между 60° и 70° геомагнитна ширина. Геомагнитните индекси AL (най-голямата отрицателна вариация на магнитното поле), AU (най-голямата положителна вариация на магнитното поле) и AE (разликата между AL и AU) също се използват за числено описание на активността на суббурите.
Dst-индекс за май 2005г
Kr, Ar, AA индекси
Индексът на геомагнитна активност Kp се изчислява на всеки три часа чрез измерване на магнитното поле на няколко станции, разположени в различни части на Земята. Има нива от 0 до 9, всяко следващо ниво на скалата отговаря на вариации 1,6-2 пъти по-големи от предишното. Силните магнитни бури отговарят на нива на Kp по-големи от 4. Т. нар. супербури с Kp = 9 се появяват доста рядко. Наред с Kp се използва и индексът Ap, който е равен на средната амплитуда на вариациите на геомагнитното поле по земното кълбо на ден. Измерва се в нанотесла (земното поле е приблизително
50 000 nT). Нивото Kp = 4 приблизително съответства на Ap, равно на 30, а нивото Kp = 9 съответства на Ap по-голямо от 400. Очакваните стойности на такива индекси съставляват основното съдържание на геомагнитната прогноза. Индексът Ap се изчислява от 1932 г., следователно за по-ранни периоди се използва индексът AA - средната дневна амплитуда на вариациите, изчислена от две антиподни обсерватории (Гринуич и Мелбърн) от 1867 г.
Комплексно влияние на SCR и бурите върху космическото време поради проникването на SCR в магнитосферата на Земята по време на магнитни бури
От гледна точка на радиационната опасност, породена от SCR потоците за части с висока ширина на орбитите от типа на ISS, е необходимо да се вземе предвид не само интензивността на SCR събитията, но и границите на тяхното проникване в магнитосферата на Земята(виж повече лекция 4.). Освен това, както се вижда от фигурата, SCR проникват достатъчно дълбоко дори за магнитни бури с малка амплитуда (-100 nT и по-малко).
Оценка на радиационната опасност в райони с висока ширина на траекторията на МКС въз основа на данни от полярни спътници с ниска орбита
Оценки на дозите на радиация в райони с висока ширина на траекторията на МКС, получени въз основа на данни за спектрите и границите на проникване на SCR в магнитосферата на Земята според спътниковите данни Universitetsky-Tatiana по време на слънчеви изригвания и магнитни бури през септември 2005 г., бяха сравнени с дозите, експериментално измерени на ISS в региони с висока ширина. От фигурите ясно се вижда, че изчислените и експерименталните стойности са съгласни, което показва възможността за оценка на дозите на радиация в различни орбити от данните на полярни спътници на малка надморска височина.
Карта на дозата на ISS (SRK) и сравнение на изчислени и експериментални дози.
Магнитните бури като причина за прекъсване на радиокомуникациите
Магнитните бури водят до силни смущения в йоносферата, които от своя страна се отразяват неблагоприятно на състоянията радиопредаване. В субполярните области и зони на авроралния овал йоносферата е свързана с най-динамичните области на магнитосферата и следователно е най-чувствителна към такива влияния. Магнитните бури на високи географски ширини могат почти напълно да блокират радиото за няколко дни. В същото време страдат и други области на дейност, например въздушният трафик. Друг негативен ефект, свързан с геомагнитните бури, е загубата на ориентация на спътниците, чиято навигация се извършва в геомагнитното поле, което изпитва силни смущения по време на бурята. Естествено при геомагнитни смущения възникват проблеми и с радара.
Влиянието на магнитните бури върху функционирането на телеграфни линии и електропроводи, тръбопроводи, железопътни линии
Промените в геомагнитното поле, които възникват по време на магнитни бури в полярни и аврорални ширини (съгласно добре познатия закон за електромагнитната индукция), генерират вторични електрически токове в проводящите слоеве на земната литосфера, в солена вода и в изкуствени проводници. Индуцираната потенциална разлика е малка и възлиза на около няколко волта на километър, но в удължени проводници с ниско съпротивление − комуникационни и електропроводи (електропроводи), тръбопроводи, железопътни релси- общата сила на индуцираните токове може да достигне десетки и стотици ампера.
Най-малко защитени от такова влияние са въздушните комуникационни линии с ниско напрежение. По този начин значителни смущения, възникнали по време на магнитни бури, вече са отбелязани на първите телеграфни линии, построени в Европа през първата половина на 19 век. Геомагнитната активност също може да причини значителни проблеми на железопътната автоматизация, особено в субполярните региони. И в тръби от нефто- и газопроводи, простиращи се на много хиляди километри, индуцираните токове могат значително да ускорят процеса на метална корозия, което трябва да се има предвид при проектирането и експлоатацията на тръбопроводи.
Примери за въздействието на магнитните бури върху работата на електропроводите
Голяма авария, която се случи по време на най-силната магнитна буря през 1989 г. в канадската електропреносна мрежа, ясно демонстрира опасността от магнитни бури за електропроводите. Разследванията показали, че причина за аварията са трансформатори. Факт е, че компонентът с постоянен ток въвежда трансформатора в неоптимален режим на работа с прекомерно магнитно насищане на сърцевината. Това води до прекомерно поглъщане на енергия, прегряване на намотките и в крайна сметка до повреда на цялата система. Последващият анализ на ефективността на всички електроцентрали в Северна Америка разкри статистическа връзка между броя на авариите във високорискови зони и нивото на геомагнитна активност.
Влияние на магнитните бури върху човешкото здраве
В момента има резултати от медицински изследвания, доказващи наличието на човешки отговор на геомагнитни смущения. Тези проучвания показват, че има доста голяма категория хора, върху които магнитните бури имат отрицателен ефект: човешката дейност е инхибирана, вниманието е притъпено и хроничните заболявания се обострят. Трябва да се отбележи, че изследванията на въздействието на геомагнитните смущения върху човешкото здраве тепърва започват, а резултатите от тях са доста противоречиви и противоречиви (за повече подробности вижте материалите към темата „Как космическото време влияе на живота ни?“).
Въпреки това повечето изследователи са съгласни, че в този случай има три категории хора: някои геомагнитни смущения имат потискащ ефект, други, напротив, са вълнуващи, докато трети нямат никаква реакция.
Йоносферните суббури като фактор за космическото време
Суббурите са мощен източник електрони във външната магнитосфера. Потоците от нискоенергийни електрони се увеличават силно, което води до значително увеличение на електризация на космически кораб(за подробности вижте материали по темата "Електрификация на космически кораби"). По време на силна суббуря, електронните потоци във външния радиационен пояс на Земята (ERB) се увеличават с няколко порядъка, което представлява сериозна опасност за спътниците, чиито орбити пресичат този регион, тъй като достатъчно голямо количество космически заряд, водещ до повреда на бордовата електроника. Като пример можем да посочим проблеми с работата на електронните инструменти на борда на спътниците Equator-S, Polag и Calaxy-4, които възникнаха на фона на продължителна суббурева активност и в резултат на това много високи потоци от релативистки електрони във външните магнитосферата през май 1998 г.
Суббурите са неразделен спътник на геомагнитните бури, но интензивността и продължителността на активността на суббурите имат двусмислена връзка със силата на магнитната буря. Важно проявление на връзката "буря-суббуря" е прякото въздействие на мощността на геомагнитната буря върху минималната геомагнитна ширина, на която се развиват суббурите. По време на силни геомагнитни бури активността на суббурите може да се спусне от високи геомагнитни ширини, достигайки до средни ширини. В този случай в средните ширини ще има прекъсване на радиокомуникацията, причинено от смущаващия ефект върху йоносферата на енергийно заредени частици, генерирани по време на суббурйна активност.
Връзка между слънчевата и геомагнитната активност - съвременни тенденции
В някои съвременни произведения, посветени на проблема за космическото време и космическия климат, се изразява идеята за необходимостта от разделяне на слънчевата и геомагнитната активност. Фигурата показва разликата между средните месечни стойности на слънчевите петна, традиционно считани за индикатор за SA (червено), и AA индекса (син), показващ нивото на геомагнитна активност. От фигурата се вижда, че съвпадението не се наблюдава за всички SA цикли.
Въпросът е, че спорадичните бури, които са отговорни за изригвания и CME, тоест явления, възникващи в региони на Слънцето със затворени линии на полето, представляват голяма част в максимумите на SA. Но в минимумите на SA повечето бури са повтарящи се, причинени от пристигането на високоскоростни слънчеви ветрови потоци към Земята, изтичащи от коронални дупки - региони с отворени полеви линии. По този начин източниците на геомагнитна активност, поне за минимумите на SA, имат значително различна природа.
Йонизиращо електромагнитно лъчение от слънчеви изригвания
Йонизиращото електромагнитно излъчване (ERR) от слънчевите изригвания трябва да се отбележи отделно като друг важен фактор за космическото време. В тихи времена IEI се абсорбира почти напълно на голяма надморска височина, причинявайки йонизация на въздушните атоми. По време на слънчевите изригвания, EPI потоците от Слънцето се увеличават с няколко порядъка, което води до загрявкаи допълнителна йонизация на горната атмосфера.
Като резултат нагряване под въздействието на IEI, атмосферата „набъбва”, т.е. неговата плътност при фиксирана височина се увеличава значително. Това представлява сериозна опасност за спътниците на малка надморска височина и пилотираните ОС, тъй като попадайки в плътните слоеве на атмосферата, космическият кораб може бързо да загуби височина. Такава съдба сполетя американската космическа станция Skylab през 1972 г. по време на мощно слънчево изригване – станцията няма достатъчно гориво, за да се върне в предишната си орбита.
Поглъщане на късовълново радио излъчване
Поглъщане на късовълново радио излъчванее резултат от факта, че пристигането на йонизиращо електромагнитно лъчение - UV и рентгеново лъчение на слънчевите изригвания предизвиква допълнителна йонизация на горните слоеве на атмосферата (за повече подробности вижте материалите по темата "Преходни светлинни явления в горната атмосфера на Земята "). Това води до влошаване или дори до пълно спиране на радиокомуникациите на осветената страна на Земята за няколко часа.