Jednou z kľúčových zručností každého HF DX lovca je schopnosť posúdiť podmienky v akomkoľvek danom čase. Vynikajúce vysielacie podmienky, keď na pásmach počuť veľa staníc z celého sveta, sa môžu zmeniť tak, že pásma sa vyprázdnia a hlukom a praskaním vzduchu sa prediera len málo staníc. Na pochopenie toho, čo a prečo sa deje v rádiu, ako aj na vyhodnotenie jeho schopností v danom čase, sa používajú tri hlavné indexy: slnečný tok, A p a K p . Dobré praktické pochopenie toho, čo tieto hodnoty sú a aký je ich význam, je nepopierateľnou výhodou aj pre rádioamatérov s najlepšou a najmodernejšou sadou komunikačných zariadení.
Zemská atmosféra
Ionosféru možno považovať za niečo viacvrstvové. Hranice vrstiev sú celkom ľubovoľné a sú určené oblasťami s prudkou zmenou úrovne ionizácie (obr. 1). Ionosféra má priamy vplyv na charakter šírenia rádiových vĺn, pretože v závislosti od stupňa ionizácie jej jednotlivých vrstiev sa môžu rádiové vlny lámať, to znamená, že trajektória ich šírenia prestáva byť priamočiara. Pomerne často je stupeň ionizácie dostatočne vysoký na to, aby sa rádiové vlny odrazili od vysoko ionizovaných vrstiev a vrátili sa na Zem (obr. 2).
Podmienky prechodu rádiových vĺn vo KV pásmach sa neustále menia v závislosti od zmien úrovní ionizácie ionosféry. Slnečné žiarenie, ktoré sa dostáva do horných vrstiev zemskej atmosféry, ionizuje molekuly plynu a vytvára kladné ióny a voľné elektróny. Celý tento systém je v dynamickej rovnováhe v dôsledku procesu rekombinácie, opačného smeru ionizácie; keď kladne nabité ióny a voľné elektróny navzájom interagujú, opäť tvoria molekuly plynu. Čím vyšší je stupeň ionizácie (čím viac voľných elektrónov), tým lepšie ionosféra odráža rádiové vlny. Okrem toho, čím vyššia je úroveň ionizácie, tým vyššie sú frekvencie, pri ktorých možno zabezpečiť dobré prenosové podmienky. Úroveň ionizácie atmosféry závisí od mnohých faktorov, vrátane dennej doby, ročného obdobia a najdôležitejšieho faktora - cyklu slnečná aktivita. Je spoľahlivo známe, že intenzita slnečného žiarenia závisí od počtu škvŕn na Slnku. V súlade s tým sa maximum žiarenia prijatého zo Slnka dosahuje počas období maximálnej slnečnej aktivity. Okrem toho sa v týchto obdobiach geomagnetická aktivita zvyšuje aj v dôsledku zvýšenej intenzity toku ionizovaných častíc zo Slnka. Zvyčajne je tento prietok pomerne stabilný, ale v dôsledku slnečných erupcií sa môže výrazne zvýšiť. Častice dosahujú blízkozemský priestor a interagujú s magnetickým poľom Zeme, spôsobujú poruchy a vytvárajú magnetické búrky. Okrem toho môžu tieto častice spôsobiť ionosférické búrky, počas ktorých sa krátkovlnná rádiová komunikácia stáva ťažkou a niekedy dokonca nemožnou.
Tok slnečného žiarenia
Množstvo známe ako tok slnečného žiarenia je hlavným ukazovateľom slnečnej aktivity a určuje množstvo žiarenia, ktoré Zem dostáva od Slnka. Meria sa v jednotkách slnečného toku (SFU) a je určená úrovňou rádiového šumu vyžarovaného pri 2800 MHz (10,7 cm). Penticton Radio Astronomy Observatory v Britskej Kolumbii v Kanade túto hodnotu denne zverejňuje. Tok slnečného žiarenia má priamy vplyv na stupeň ionizácie a následne na koncentráciu elektrónov v oblasti F 2 ionosféry. Výsledkom je veľmi dobrá predstava o možnosti nadviazania rádiovej komunikácie na veľké vzdialenosti.
Veľkosť slnečného toku sa môže meniť v rozmedzí 50 - 300 jednotiek. Malé hodnoty naznačujú, že maximálna využiteľná frekvencia (MUF) bude nízka a celkové podmienky rádiových vĺn budú zlé, najmä vo vysokofrekvenčných pásmach. (obr. 2) Naopak, veľké hodnoty slnečného toku naznačujú dostatočnú ionizáciu, ktorá umožňuje nadviazanie komunikácie na veľké vzdialenosti pri vyšších frekvenciách. Malo by sa však pamätať na to, že pri vysokých hodnotách slnečného toku trvá niekoľko dní v rade, kým sa podmienky prechodu výrazne zlepšia. Typicky, počas období vysokej slnečnej aktivity, slnečný tok prekročí 200 s krátkodobými výbuchmi až 300.
Geomagnetická aktivita
Existujú dva indexy, ktoré sa používajú na určenie úrovne geomagnetickej aktivity – A a K. Ukazujú veľkosť magnetických a ionosférických porúch. K index ukazuje veľkosť geomagnetickej aktivity. Každý deň, každé 3 hodiny, počnúc 00:00 UTC, sa určia maximálne odchýlky hodnoty indexu vzhľadom na hodnoty pre pokojný deň na vybranom observatóriu a vyberie sa najväčšia hodnota. Na základe týchto údajov sa vypočíta hodnota indexu K. Index K je kvázi-logaritmická hodnota, takže ho nemožno spriemerovať na získanie dlhodobého historickej maľby stav magnetického poľa Zeme. Na vyriešenie tohto problému existuje index A, ktorý predstavuje denný priemer. Vypočítava sa celkom jednoducho - každé meranie K indexu, vykonané, ako je uvedené vyššie, s 3-hodinovým intervalom, podľa Tabuľka 1
sa prevedie na ekvivalentný index. Hodnoty tohto indexu získané počas dňa sú spriemerované a výsledkom je hodnota indexu A, ktorá v bežných dňoch nepresahuje 100 a počas veľmi závažných geomagnetických búrok môže dosiahnuť 200 alebo aj viac. Hodnoty indexu A sa môžu na rôznych observatóriách líšiť, pretože poruchy magnetického poľa Zeme môžu mať lokálny charakter. Aby sa predišlo nezrovnalostiam, indexy A získané na rôznych observatóriách sa spriemerujú a získa sa výsledný globálny index Ap. Rovnakým spôsobom sa získa hodnota indexu K p - priemerná hodnota všetkých indexov K získaných na rôznych observatóriách po celom svete. Jeho hodnoty medzi 0 a 1 charakterizujú tiché geomagnetické prostredie, čo môže naznačovať prítomnosť dobrých prenosových podmienok v krátkovlnných rozsahoch za predpokladu, že intenzita toku slnečného žiarenia je dostatočne vysoká. Hodnoty medzi 2 a 4 označujú mierne alebo dokonca aktívne geomagnetické prostredie, ktoré pravdepodobne negatívne ovplyvní podmienky rádiových vĺn. Ďalej na stupnici hodnôt: 5 označuje menšiu búrku, 6 označuje silnú búrku a 7 - 9 označuje veľmi silnú búrku, v dôsledku ktorej s najväčšou pravdepodobnosťou nedôjde k prechodu na KV. Napriek tomu, že geomagnetické a ionosférické búrky spolu súvisia, opäť stojí za zmienku, že sú odlišné. Geomagnetická búrka je porucha v magnetickom poli Zeme a ionosférická búrka je porucha v ionosfére.
Interpretácia hodnôt indexu
Najjednoduchší spôsob, ako použiť hodnoty indexu, je zadať ich ako vstup do programu na predpovedanie šírenia rádiových vĺn. To vám umožní získať viac či menej spoľahlivú predpoveď. Tieto programy vo svojich výpočtoch berú do úvahy ďalšie faktory, ako sú cesty šírenia signálu, pretože vplyv magnetických búrok bude pre rôzne cesty odlišný.
Pri absencii programu si môžete sami urobiť dobrý odhad odhadu. Je zrejmé, že vysoké hodnoty indexu slnečného toku sú dobré. Vo všeobecnosti platí, že čím silnejší prietok, tým lepšie podmienky budú na vysokofrekvenčných KV pásmach vrátane pásma 6 m. Treba však brať do úvahy aj hodnoty prietokov z predchádzajúcich dní. Udržiavanie veľkých hodnôt počas niekoľkých dní zabezpečí vyšší stupeň ionizácie vrstvy F2 ionosféry. Hodnoty vyššie ako 150 zvyčajne zaručia dobrý HF prenos. Vysoká úroveň geomagnetickej aktivity má tiež nepriaznivý vedľajší účinok, ktorý výrazne znižuje MUF. Čím vyššia je úroveň geomagnetickej aktivity podľa indexov Ap a Kp, tým nižšia je MUF. Skutočné hodnoty MUF závisia nielen od sily magnetickej búrky, ale aj od jej trvania.
Záver
Neustále sledujte zmeny v indexoch slnečnej a geomagnetickej aktivity. Tieto údaje sú dostupné na stránkach www.eham.net, www.qrz.com, www.arrl.org a mnohých ďalších a možno ich získať aj cez terminál pri pripojení k DX klastrom. Dobrý prechod na KV je možný v obdobiach, keď slnečný tok prekročí 150 na niekoľko dní a Kp index zároveň zostáva pod 2. Keď sú tieto podmienky splnené, skontrolujte pásma - pravdepodobne tam už nejaký dobrý DX funguje !
Na základe porozumenia solárnym indexom od Iana Poolea, G3YWX
Geomagnetické pole (GF) je generované zdrojmi umiestnenými v magnetosfére a ionosfére. Chráni planétu a život na nej pred škodlivými vplyvmi.Jeho prítomnosť pozoroval každý, kto držal kompas a videl, ako jeden koniec šípky ukazuje na juh a druhý na sever. Vďaka magnetosfére sa urobili veľké objavy vo fyzike a jej prítomnosť sa dodnes využíva na námornú, podmorskú, leteckú a vesmírnu navigáciu.
všeobecné charakteristiky
Naša planéta je obrovský magnet. Jeho severný pól sa nachádza v „hornej“ časti Zeme, neďaleko geografického pólu, a jeho južný pól sa nachádza v blízkosti zodpovedajúceho geografického pólu. Od týchto bodov sa elektrické vedenie tiahne mnoho tisíc kilometrov do vesmíru. magnetické čiary, tvoriace samotnú magnetosféru.
Magnetický a geografický pól sú od seba dosť vzdialené. Ak medzi magnetickými pólmi nakreslíte jasnú čiaru, môžete skončiť s magnetickou osou s uhlom sklonu 11,3° k osi otáčania. Táto hodnota nie je konštantná a to všetko preto, že magnetické póly sa pohybujú vzhľadom na povrch planéty a každý rok menia svoju polohu.
Povaha geomagnetického poľa
Magnetická clona je generovaná elektrickými prúdmi (pohyblivými nábojmi), ktoré sa rodia vo vonkajšom tekutom jadre, umiestnenom vo vnútri Zeme vo veľmi slušnej hĺbke. Je to tekutý kov a pohybuje sa. Tento proces sa nazýva konvekcia. Pohybujúca sa hmota jadra vytvára prúdy a v dôsledku toho magnetické polia.
Magnetický štít spoľahlivo chráni Zem pred jej hlavným zdrojom - slnečným vetrom - pohyb ionizovaných častíc prúdiacich z magnetosféry tento nepretržitý prúd odchyľuje a presmeruje okolo Zeme, vďaka čomu tvrdé žiarenie nemá škodlivý vplyv na všetko živé. veci na modrej planéte.
Ak by Zem nemala geomagnetické pole, slnečný vietor by ju zbavil atmosféry. Podľa jednej hypotézy sa presne toto stalo na Marse. Slnečný vietor nie je zďaleka jedinou hrozbou, keďže aj Slnko uvoľňuje veľké množstvo hmoty a energie vo forme koronálnych výronov sprevádzaných silným prúdom rádioaktívnych častíc. Aj v týchto prípadoch ju však magnetické pole Zeme chráni tým, že tieto prúdy odkláňa od planéty.
Magnetický štít mení svoje póly približne každých 250 000 rokov. Severný magnetický pól zaberá miesto severného a naopak. Vedci nemajú jasné vysvetlenie, prečo sa to deje.
História štúdia
Zoznámenie ľudí s úžasnými vlastnosťami pozemského magnetizmu sa vyskytlo na úsvite civilizácie. Už v dávnych dobách si ľudstvo uvedomovalo magnetická železná ruda- magnetit. Kto a kedy zistil, že prírodné magnety sú rovnako orientované vo vesmíre vo vzťahu ku geografickým pólom planéty, nie je známe. Podľa jednej verzie Číňania tento fenomén poznali už v roku 1100, no v praxi ho začali využívať až o dve storočia neskôr. V západnej Európe sa magnetický kompas začal používať v navigácii v roku 1187.
Štruktúra a vlastnosti
Magnetické pole Zeme možno rozdeliť na:
- hlavné magnetické pole (95%), ktorého zdroje sa nachádzajú vo vonkajšom, elektricky vodivom jadre planéty;
- vytvorené anomálne magnetické pole (4 %) skaly v hornej vrstve Zeme s dobrou magnetickou susceptibilitou (jedna z najmocnejších je kurská magnetická anomália);
- vonkajšie magnetické pole (nazývané aj striedavé, 1 %) spojené s interakciami Slnka a Zeme.
Pravidelné geomagnetické variácie
Zmeny geomagnetického poľa v priebehu času pod vplyvom vnútorných aj vonkajších (vzhľadom na povrch planéty) zdrojov sa nazývajú magnetické variácie. Vyznačujú sa odchýlkou zložiek GP od priemernej hodnoty na mieste pozorovania. Magnetické variácie sa neustále preskupujú v čase a takéto zmeny sú často periodickej povahy.
Pravidelné zmeny, ktoré sa opakujú denne, sú zmeny v magnetickom poli spojené so slnečnými a lunárnymi dennými zmenami v sile MS. Variácie dosahujú maximum počas dňa a pri lunárnej opozícii.
Nepravidelné geomagnetické variácie
Tieto zmeny vznikajú v dôsledku vplyvu slnečného vetra na magnetosféru Zeme, zmien v samotnej magnetosfére a jej interakcie s ionizovanou hornou vrstvou atmosféry.
- Dvadsaťsedemdňové variácie existujú ako vzor opakovaného rastu magnetickej poruchy každých 27 dní, čo zodpovedá perióde rotácie hlavného nebeské telo vzhľadom na pozemského pozorovateľa. Tento trend je spôsobený existenciou dlhotrvajúcich aktívnych oblastí na našej domovskej hviezde, pozorovanej počas niekoľkých jej revolúcií. Prejavuje sa v podobe 27-dňovej opakovateľnosti geomagnetickej poruchy a
- Jedenásťročné variácie sú spojené s periodicitou aktivity slnečných škvŕn Slnka. Odhalilo sa, že v rokoch najväčšej akumulácie tmavých oblastí na slnečnom disku dosahuje maximum aj magnetická aktivita, no rast geomagnetickej aktivity zaostáva za rastom slnečnej aktivity v priemere o rok.
- Sezónne variácie majú dve maximá a dve minimá, ktoré zodpovedajú obdobiam rovnodennosti a času slnovratu.
- Svetské, na rozdiel od vyššie uvedených, sú vonkajšieho pôvodu, vznikajú v dôsledku pohybu hmoty a vlnových procesov v tekutom elektricky vodivom jadre planéty a sú hlavným zdrojom informácií o elektrickej vodivosti spodného plášťa. a jadro, o fyzikálnych procesoch vedúcich ku konvekcii hmoty, ako aj o mechanizme vytvárania geomagnetického poľa Zeme. Ide o najpomalšie variácie – s obdobiami od niekoľkých rokov až po rok.
Vplyv magnetického poľa na živý svet
Napriek tomu, že magnetickú obrazovku nie je vidieť, obyvatelia planéty to dokonale cítia. Napríklad sťahovavé vtáky si na nej budujú svoju trasu. Vedci predložili niekoľko hypotéz týkajúcich sa tohto javu. Jeden z nich naznačuje, že vtáky to vnímajú vizuálne. V očiach sťahovavých vtákov existujú špeciálne proteíny (kryptochrómy), ktoré sú schopné meniť svoju polohu pod vplyvom geomagnetického poľa. Autori tejto hypotézy sú presvedčení, že kryptochrómy môžu fungovať ako kompas. Magnetický štít však ako GPS navigátor využívajú nielen vtáky, ale aj morské korytnačky.
Vplyv magnetického štítu na človeka
Vplyv geomagnetického poľa na človeka je zásadne odlišný od akéhokoľvek iného, či už ide o žiarenie alebo nebezpečný prúd, pretože úplne ovplyvňuje ľudské telo.
Vedci sa domnievajú, že geomagnetické pole pôsobí v ultranízkom frekvenčnom rozsahu, v dôsledku čoho reaguje na základné fyziologické rytmy: dýchacie, srdcové a mozgové. Človek síce nič necíti, no telo na to aj tak reaguje funkčnými zmenami v nervovom, srdcovo-cievnom systéme a mozgovej činnosti. Psychiatri už dlhé roky sledujú vzťah medzi návalmi intenzity geomagnetického poľa a exacerbáciou duševných chorôb, často vedúcich k samovraždám.
"Indexovanie" geomagnetickej aktivity
Poruchy magnetického poľa spojené so zmenami v systéme magnetosféricko-ionosférického prúdu sa nazývajú geomagnetická aktivita (GA). Na určenie jej úrovne sa používajú dva indexy – A a K. Posledný ukazuje hodnotu GA. Vypočítava sa z meraní magnetického štítu, ktoré sa vykonávajú denne v trojhodinových intervaloch, počnúc 00:00 UTC (Coordinated Universal Time). Najvyššie hodnoty magnetického rušenia sa porovnávajú s hodnotami geomagnetického poľa v pokojnom dni pre konkrétnu vedeckú inštitúciu a berú sa do úvahy maximálne hodnoty pozorovaných odchýlok.
Na základe získaných údajov sa vypočíta index K. Vzhľadom na skutočnosť, že ide o kvázi-logaritmickú hodnotu (t. j. zvyšuje sa o jednotku, keď sa porucha zvýši približne 2-krát), nemožno ju spriemerovať, aby sa získala dlhodobý historický obraz o stave geomagnetického poľa planéty. Na tento účel existuje index A, ktorý predstavuje dennú priemernú hodnotu. Určuje sa celkom jednoducho – každý rozmer indexu K sa prevedie na ekvivalentný index. Hodnoty K získané počas dňa sú spriemerované, vďaka čomu je možné získať index A, ktorého hodnota v bežných dňoch nepresahuje hranicu 100 a počas období silných magnetických búrok môže prekročiť 200.
Keďže poruchy v geomagnetickom poli sa v rôznych častiach planéty prejavujú odlišne, hodnoty indexu A z rôznych vedeckých zdrojov sa môžu výrazne líšiť. Aby sa predišlo takémuto nábehu, indexy A získané observatóriami sa znížia na priemer a objaví sa globálny index Ap. To isté platí pre index Kp, čo je zlomková hodnota v rozsahu 0-9. Jeho hodnota od 0 do 1 znamená, že geomagnetické pole je normálne, čo znamená, že zostávajú optimálne podmienky pre prenos v krátkovlnných rozsahoch. Samozrejme za predpokladu dosť intenzívneho toku slnečného žiarenia. Geomagnetické pole 2 je charakterizované ako mierna magnetická porucha, ktorá mierne komplikuje prechod decimetrových vĺn. Hodnoty od 5 do 7 indikujú prítomnosť geomagnetických búrok, ktoré spôsobujú vážne rušenie uvedeného rozsahu a v prípade silnej búrky (8-9 bodov) znemožňujú prechod krátkych vĺn.
Vplyv magnetických búrok na ľudské zdravie
Negatívnym vplyvom magnetických búrok je vystavených 50 – 70 % svetovej populácie. Zároveň je nástup stresovej reakcie u niektorých ľudí zaznamenaný 1-2 dni pred magnetickou poruchou, keď sú pozorované erupcie na slnku. Pre iných na samom vrchole alebo nejaký čas po nadmernej geomagnetickej aktivite.
Ľudia závislí na pervitíne, ako aj tí, ktorí trpia chronickými chorobami, musia týždeň sledovať informácie o geomagnetickom poli, aby sa eliminoval fyzický a emocionálny stres, ako aj akékoľvek akcie a udalosti, ktoré by mohli viesť k stresu, ak je to možné. sa vyskytujú blížiace sa magnetické búrky.
Syndróm nedostatku magnetického poľa
K oslabeniu geomagnetického poľa v miestnostiach (hypogeomagnetické pole) dochádza v dôsledku konštrukčných prvkov rôznych budov, materiálov stien a magnetizovaných štruktúr. Pri pobyte na izbe s oslabeným praktickým lekárom je narušený krvný obeh a zásobovanie tkanív a orgánov kyslíkom a živinami. Oslabenie magnetického štítu ovplyvňuje aj nervový, kardiovaskulárny, endokrinný, dýchací, kostrový a svalový systém.
Japonský lekár Nakagawa „nazval“ tento jav „syndrómom nedostatku ľudského magnetického poľa“. Z hľadiska dôležitosti môže tento koncept konkurovať nedostatku vitamínov a minerálov.
Hlavné príznaky naznačujúce prítomnosť tohto syndrómu sú:
- zvýšená únava;
- znížený výkon;
- nespavosť;
- bolesť hlavy a kĺbov;
- hypo- a hypertenzia;
- poruchy tráviaceho systému;
- poruchy fungovania kardiovaskulárneho systému.
- Slnečné kozmické žiarenie (SCR) sú protóny, elektróny, jadrá vznikajúce pri slnečných erupciách a dosahujúce obežnú dráhu Zeme po interakcii s medziplanetárnym prostredím.
- Magnetosférické búrky a subbúrky spôsobené príchodom medziplanetárnej rázovej vlny na Zem spojenú s CME aj COE as vysokorýchlostnými prúdmi slnečného vetra;
- Ionizujúce elektromagnetické žiarenie (IER) zo slnečných erupcií, ktoré spôsobuje zahrievanie a dodatočnú ionizáciu hornej atmosféry;
- Zvýšenie tokov relativistických elektrónov vo vonkajšom radiačnom páse Zeme spojené s príchodom vysokorýchlostných prúdov slnečného vetra na Zem.
Slnečné kozmické žiarenie (SCR)
Energetické častice vznikajúce pri erupciách - protóny, elektróny, jadrá - po interakcii s medziplanetárnym prostredím môžu dosiahnuť obežnú dráhu Zeme. Všeobecne sa uznáva, že najväčší podiel na celkovej dávke majú slnečné protóny s energiou 20-500 MeV. Maximálny tok protónov s energiami nad 100 MeV zo silnej erupcie 23. februára 1956 bol 5000 častíc na cm -2 s -1.
(Viac podrobností nájdete v materiáloch na tému „Slnečné kozmické lúče“).
Hlavný zdroj SCR– slnečné erupcie, v ojedinelých prípadoch – rozpad výbežku (vlákna).
SCR ako hlavný zdroj radiačného nebezpečenstva v OKP
Toky slnečného kozmického žiarenia výrazne zvyšujú úroveň nebezpečenstva žiarenia pre astronautov, ako aj posádky a pasažierov vysokohorských lietadiel na polárnych trasách; viesť k strate satelitov a zlyhaniu zariadení používaných na vesmírnych objektoch. Škody, ktoré žiarenie spôsobuje živým bytostiam, sú pomerne dobre známe (podrobnejšie pozri materiály na tému „Ako ovplyvňuje vesmírne počasie naše životy?“), no okrem toho môže veľká dávka žiarenia poškodiť aj inštalované elektronické zariadenia. o kozmických lodiach (pozri Prečítajte si viac o 4. prednáške a materiáloch k témam o vplyve vonkajšieho prostredia na kozmické lode, ich prvky a materiály).
Čím zložitejší a modernejší je mikroobvod, tým menšie veľkosti každého prvku a tým väčšia je pravdepodobnosť porúch, ktoré môžu viesť k jeho nesprávnej činnosti a dokonca k zastaveniu procesora.
Uveďme jasný príklad toho, ako vysokoenergetické toky SCR ovplyvňujú stav vedeckého vybavenia inštalovaného na kozmickej lodi.
Na porovnanie, obrázok ukazuje fotografie Slnka zhotovené prístrojom EIT (SOHO) pred (07:06 UT 28/10/2003) a po silnej slnečnej erupcii, ku ktorej došlo okolo 11:00 UT 28/10/2003 , po ktorom sa toky protónov NES s energiami 40-80 MeV zvýšili takmer o 4 rády. Množstvo „snehu“ na pravom obrázku ukazuje, ako je záznamová matica zariadenia poškodená tokmi svetlíc.
Vplyv zvýšenia tokov SCR na ozónovú vrstvu Zeme
Keďže zdrojom oxidov dusíka a vodíka, ktorých obsah určuje množstvo ozónu v strednej atmosfére, môžu byť aj vysokoenergetické častice (protóny a elektróny) SCR, ich vplyv treba brať do úvahy pri fotochemickom modelovaní a interpretácii pozorovacích údajov v momentoch slnečných protónových udalostí alebo silných geomagnetických porúch.
Slnečné protónové udalosti
Úloha 11-ročných variácií GCR pri hodnotení radiačnej bezpečnosti dlhodobých vesmírnych letov
Pri posudzovaní radiačnej bezpečnosti dlhodobých vesmírnych letov (ako je napríklad plánovaná expedícia na Mars) je potrebné vziať do úvahy podiel galaktického kozmického žiarenia (GCRs) na dávke žiarenia (podrobnejšie pozri prednášku 4). Okrem toho pre protóny s energiami nad 1000 MeV sa veľkosť tokov GCR a SCR stáva porovnateľnou. Revíziou rôzne javy na Slnku a v heliosfére je v časových intervaloch niekoľkých desaťročí a viac ich určujúcim faktorom 11-ročná a 22-ročná cyklickosť slnečného procesu. Ako je zrejmé z obrázku, intenzita GCR sa mení v protifáze s Wolfovým číslom. To je veľmi dôležité, pretože pri minime SA je medziplanetárne médium slabo narušené a toky GCR sú maximálne. Majú vysoký stupeň ionizácie a sú všadeprítomné, počas období minimálnych SA GCR určujú dávkové zaťaženie ľudí pri vesmírnych a leteckých letoch. Procesy solárnej modulácie sa však ukazujú ako pomerne zložité a nemožno ich zredukovať len na antikoreláciu s Wolfovým číslom. .
Na obrázku je znázornená modulácia intenzity CR v 11-ročnom slnečnom cykle.
slnečné elektróny
Vysokoenergetické solárne elektróny môžu spôsobiť objemovú ionizáciu kozmickej lode a tiež pôsobiť ako „vražedné elektróny“ pre mikroobvody inštalované na kozmickej lodi. Vplyvom tokov SCR dochádza k prerušeniu krátkovlnnej komunikácie v polárnych oblastiach a k poruchám navigačných systémov.
Magnetosférické búrky a subbúrky
Ďalšími dôležitými dôsledkami slnečnej aktivity, ktoré ovplyvňujú stav blízkozemského priestoru, sú magnetické búrky– silné (desiatky a stovky nT) zmeny horizontálnej zložky geomagnetického poľa merané na zemskom povrchu v nízkych zemepisných šírkach. magnetosférická búrka je súbor procesov prebiehajúcich v magnetosfére Zeme počas magnetickej búrky, kedy dochádza k silnému stlačeniu hranice magnetosféry na dennej strane, ďalším výrazným deformáciám štruktúry magnetosféry a k vzniku prstencového prúdu energetických častíc v r. vnútornej magnetosféry.
Termín „substorm“ bol zavedený v roku 1961. S-I. Akasofu na označenie polárnych porúch v aurorálnej zóne trvajúcich asi hodinu. V magnetických údajoch boli poruchy v tvare zálivu identifikované ešte skôr, časovo sa zhodujúce so subbúrkou v polárnych žiarach. magnetosférická subbúrka je súbor procesov v magnetosfére a ionosfére, ktoré možno v najvšeobecnejšom prípade charakterizovať ako sled procesov akumulácie energie v magnetosfére a jej explozívneho uvoľňovania. Zdroj magnetických búrok− príchod vysokorýchlostnej slnečnej plazmy (slnečný vietor), ako aj COW a s tým súvisiace rázové vlny na Zem. Vysokorýchlostné toky slnečnej plazmy sa zasa delia na sporadické, spojené so slnečnými erupciami a CME, a kvázistacionárne, vznikajúce nad koronálnymi dierami Magnetické búrky sa podľa zdroja delia na sporadické a opakujúce sa. (Bližšie informácie nájdete v prednáške 2).
Geomagnetické indexy – Dst, AL, AU, AE
Numerickými charakteristikami odrážajúcimi geomagnetické poruchy sú rôzne geomagnetické indexy - Dst, Kp, Ap, AA a iné.
Amplitúda variácií magnetického poľa Zeme sa často používa ako najvšeobecnejšia charakteristika sily magnetických búrok. Geomagnetický index Dst obsahuje informácie o planetárnych poruchách počas geomagnetických búrok.
Trojhodinový index nie je vhodný na štúdium procesov podbúrok, počas ktorých môže podbúrka začať a skončiť. Podrobná štruktúra fluktuácií magnetického poľa v dôsledku prúdov polárnej zóny ( polárny elektrický prúd) charakterizuje index AE polárnej žiary. Na výpočet AE indexu používame magnetogramy H-zložiek observatóriá nachádzajúce sa v polárnych alebo subaurálnych zemepisných šírkach a rovnomerne rozložené podľa zemepisnej dĺžky. V súčasnosti sa AE indexy počítajú z údajov z 12 observatórií nachádzajúcich sa na severnej pologuli v rôznych zemepisných dĺžkach medzi 60 a 70° geomagnetickej šírky. Na numerický popis aktivity podbúrok sa používajú aj geomagnetické indexy AL (najväčšia negatívna zmena magnetického poľa), AU (najväčšia pozitívna zmena magnetického poľa) a AE (rozdiel medzi AL a AU).
Index Dst za máj 2005
Kr, Ar, AA indexy
Index geomagnetickej aktivity Kp sa vypočítava každé tri hodiny na základe meraní magnetického poľa na niekoľkých staniciach umiestnených v rôzne časti Zem. Má úrovne od 0 do 9, každá ďalšia úroveň stupnice zodpovedá variáciám 1,6-2 krát väčším ako predchádzajúca. Silné magnetické búrky zodpovedajú hladinám Kp väčším ako 4. Takzvané superbúrky s Kp = 9 sa vyskytujú pomerne zriedkavo. Spolu s Kp sa používa aj index Ap, ktorý sa rovná priemernej amplitúde zmien geomagnetického poľa na zemeguli za deň. Meria sa v nanotechniciach (pole zeme je približne
50 000 nT). Úroveň Kp = 4 približne zodpovedá Ap rovnému 30 a úroveň Kp = 9 zodpovedá Ap väčšiemu ako 400. Očakávané hodnoty takýchto indexov tvoria hlavný obsah geomagnetickej predpovede. Index Ap sa začal počítať v roku 1932, takže pre skoršie obdobia sa používa index AA – priemerná denná amplitúda variácií, vypočítaná z dvoch antipodálnych observatórií (Greenwich a Melbourne) od roku 1867.
Komplexný vplyv SCR a búrok na vesmírne počasie v dôsledku prenikania SCR do magnetosféry Zeme počas magnetických búrok
Z hľadiska radiačného nebezpečenstva, ktoré toky SCR predstavujú pre segmenty obežných dráh kozmických lodí ako je ISS vo vysokých zemepisných šírkach, je potrebné brať do úvahy nielen intenzitu udalostí SCR, ale aj hranice ich prieniku do magnetosféry Zeme(pozri viac prednáška 4.). Navyše, ako je možné vidieť na obrázku vyššie, SCR prenikajú pomerne hlboko aj pri magnetických búrkach s malou amplitúdou (-100 nT alebo menej).
Hodnotenie radiačného nebezpečenstva v oblastiach s vysokou zemepisnou šírkou trajektórie ISS na základe údajov z polárnych satelitov na nízkej obežnej dráhe
Porovnali sa odhady dávok žiarenia v oblastiach trajektórie ISS s vysokou zemepisnou šírkou, získané na základe údajov o spektrách a limitoch prieniku SCR do magnetosféry Zeme podľa údajov satelitu Universitetsky-Tatyana počas slnečných erupcií a magnetických búrok zo septembra 2005. s dávkami experimentálne nameranými na ISS v oblastiach s vysokou zemepisnou šírkou. Z uvedených obrázkov je jasne vidieť, že vypočítané a experimentálne hodnoty sú konzistentné, čo naznačuje možnosť odhadu dávok žiarenia na rôznych obežných dráhach pomocou údajov z polárnych satelitov v nízkej nadmorskej výške.
Mapa dávok na ISS (IBS) a porovnanie vypočítaných a experimentálnych dávok.
Magnetické búrky ako príčina narušenia rádiovej komunikácie
Magnetické búrky vedú k silným poruchám v ionosfére, ktoré následne negatívne ovplyvňujú stav rozhlasové vysielanie. V subpolárnych oblastiach a polárnych oválnych zónach je ionosféra spojená s najdynamickejšími oblasťami magnetosféry, a preto je na takéto vplyvy najcitlivejšia. Magnetické búrky vo vysokých zemepisných šírkach dokážu takmer úplne zablokovať rozhlasové vysielanie na niekoľko dní. Zároveň trpia aj iné oblasti činnosti, napríklad letecká doprava. Ďalším negatívnym efektom spojeným s geomagnetickými búrkami je strata orientácie satelitov, ktorých navigácia sa uskutočňuje pozdĺž geomagnetického poľa, ktoré počas búrky zažíva silné poruchy. Pri geomagnetických poruchách prirodzene vznikajú problémy s radarom.
Vplyv magnetických búrok na fungovanie telegrafných a elektrických vedení, potrubí, železníc
Zmeny v geomagnetickom poli, ktoré sa vyskytujú počas magnetických búrok v polárnych a polárnych šírkach (podľa známeho zákona elektromagnetickej indukcie), vytvárajú sekundárne elektrické prúdy vo vodivých vrstvách zemskej litosféry, v slanej vode a v umelých vodičoch. Indukovaný potenciálny rozdiel je malý a predstavuje približne niekoľko voltov na kilometer, ale v dlhých vodičoch s nízkym odporom - komunikačné a elektrické vedenia (elektrické vedenia), potrubia, koľajnice železnice
− celková sila indukovaných prúdov môže dosiahnuť desiatky a stovky ampérov.
Najmenej chránené pred takýmto vplyvom sú nadzemné nízkonapäťové komunikačné vedenia. Významné rušenie, ku ktorému dochádzalo počas magnetických búrok, bolo teda zaznamenané už na úplne prvých telegrafných linkách vybudovaných v Európe v prvej polovici 19. storočia. Geomagnetická aktivita môže spôsobiť značné problémy aj automatizácii železníc, najmä v polárnych oblastiach. A v ropovode a plynovodoch, ktoré sa tiahnu mnoho tisíc kilometrov, môžu indukované prúdy výrazne urýchliť proces korózie kovov, čo je potrebné vziať do úvahy pri navrhovaní a prevádzke potrubí.
Príklady vplyvu magnetických búrok na fungovanie elektrického vedenia
Veľká nehoda, ku ktorej došlo počas silnej magnetickej búrky v roku 1989 v kanadskej rozvodnej sieti, jasne preukázala nebezpečenstvo magnetických búrok pre elektrické vedenia. Vyšetrovanie ukázalo, že príčinou nehody boli transformátory. Faktom je, že zložka konštantného prúdu uvádza transformátor do neoptimálneho prevádzkového režimu s nadmernou magnetickou saturáciou jadra. To vedie k nadmernej absorpcii energie, prehrievaniu vinutí a v konečnom dôsledku k poruche celého systému. Následná analýza výkonu všetkých elektrární v Severnej Amerike odhalila štatistický vzťah medzi počtom porúch vo vysoko rizikových oblastiach a úrovňou geomagnetickej aktivity.
Vplyv magnetických búrok na ľudské zdravie
V súčasnosti existujú výsledky lekárskych štúdií, ktoré dokazujú existenciu ľudskej reakcie na geomagnetické poruchy. Tieto štúdie ukazujú, že existuje pomerne veľká kategória ľudí, na ktorých majú magnetické búrky negatívny vplyv: ľudská činnosť je brzdená, pozornosť je otupená a chronické ochorenia sa zhoršujú. Treba poznamenať, že štúdie vplyvu geomagnetických porúch na ľudské zdravie sú len na začiatku a ich výsledky sú dosť kontroverzné a rozporuplné (podrobnejšie pozri materiály na tému „Ako ovplyvňuje vesmírne počasie naše životy?“).
Väčšina výskumníkov sa však zhoduje na tom, že v tomto prípade ide o tri kategórie ľudí: na niekoho pôsobia geomagnetické poruchy depresívne, na iných, naopak, vzrušujúce a na iných nie je pozorovaná žiadna reakcia.
Ionosférické subbúrky ako faktor vesmírneho počasia
Silným zdrojom sú subbúrky elektróny vo vonkajšej magnetosfére. Toky nízkoenergetických elektrónov sa výrazne zvyšujú, čo vedie k výraznému zvýšeniu v elektrizácia kozmických lodí(podrobnejšie pozri materiály na tému „Elektrifikácia kozmických lodí“). Počas silnej subbúrkovej aktivity sa toky elektrónov vo vonkajšom radiačnom páse Zeme (ERB) zvýšia o niekoľko rádov, čo predstavuje vážne nebezpečenstvo pre satelity, ktorých obežné dráhy pretínajú túto oblasť, pretože vo vnútri kozmickej lode sa hromadí dostatočne veľké množstvo elektrónov. objemové nabíjanie vedúce k poruche palubnej elektroniky. Ako príklad môžeme uviesť problémy s prevádzkou elektronických prístrojov na satelitoch Equator-S, Polag a Calaxy-4, ktoré vznikli na pozadí dlhotrvajúcej subbúrkovej aktivity a v dôsledku toho veľmi vysokých tokov relativistických elektrónov v vonkajšej magnetosféry v máji 1998.
Podbúrky sú neoddeliteľným spoločníkom geomagnetických búrok, avšak intenzita a trvanie podbúrkovej aktivity má nejednoznačný vzťah k sile magnetickej búrky. Dôležitým prejavom spojenia „búrka-subbúrka“ je priamy vplyv sily geomagnetickej búrky na minimálnu geomagnetickú šírku, v ktorej sa subbúrky vyvíjajú. Počas silných geomagnetických búrok môže aktivita podbúrok zostúpiť z vysokých geomagnetických šírok až do stredných zemepisných šírok. V tomto prípade dôjde v stredných zemepisných šírkach k narušeniu rádiovej komunikácie spôsobenému rušivým účinkom energeticky nabitých častíc generovaných počas subbúrkovej aktivity na ionosféru.
Vzťah medzi slnečnou a geomagnetickou aktivitou - súčasné trendy
V niektorých súčasné diela venovanej problematike kozmického počasia a kozmickej klímy je vyjadrená myšlienka o potrebe oddeliť slnečnú a geomagnetickú aktivitu. Obrázok ukazuje rozdiel medzi mesačnými priemernými hodnotami slnečných škvŕn, ktoré sa tradične považujú za indikátor SA (červená) a indexom AA (modrá), ktorý ukazuje úroveň geomagnetickej aktivity. Z obrázku je vidieť, že koincidencia nie je pozorovaná pre všetky cykly SA.
Faktom je, že veľkú časť SA maxím tvoria sporadické búrky, za ktoré sú zodpovedné erupcie a CME, teda javy vyskytujúce sa v oblastiach Slnka s uzavretými siločiarami. Ale pri minimách SA sa väčšina búrok opakuje, čo je spôsobené príchodom vysokorýchlostných prúdov slnečného vetra prúdiacich na Zem z koronálnych dier - oblastí s otvorenými siločiarami. Zdroje geomagnetickej aktivity, aspoň pre SA minimá, majú teda výrazne odlišný charakter.
Ionizujúce elektromagnetické žiarenie zo slnečných erupcií
Ako ďalší dôležitý faktor vesmírne počasie Ionizujúce elektromagnetické žiarenie (IER) zo slnečných erupcií treba uviesť samostatne. Počas pokojných období je EI takmer úplne absorbovaný vo vysokých nadmorských výškach, čo spôsobuje ionizáciu atómov vzduchu. Počas slnečných erupcií sa toky EI zo Slnka zvýšia o niekoľko rádov, čo vedie k zahrievanie A dodatočná ionizácia hornej atmosféry.
Ako výsledok vykurovanie pod vplyvom elektrickej energie, je atmosféra „nafúknutá“, t.j. jeho hustota v pevnej výške sa výrazne zvyšuje. To predstavuje vážne nebezpečenstvo pre satelity v nízkej nadmorskej výške a kozmické lode s ľudskou posádkou, pretože pri vstupe do hustých vrstiev atmosféry môže kozmická loď rýchlo stratiť výšku. Tento osud postihol americkú vesmírnu stanicu Skylab v roku 1972 počas silnej slnečnej erupcie – stanica nemala dostatok paliva na návrat na predchádzajúcu obežnú dráhu.
Absorpcia krátkovlnných rádiových vĺn
Absorpcia krátkovlnných rádiových vĺn je výsledkom toho, že príchod ionizujúceho elektromagnetického žiarenia – UV a röntgenové žiarenie zo slnečných erupcií spôsobuje dodatočnú ionizáciu vrchnej atmosféry (bližšie pozri v materiáloch na tému „Prechodné svetelné javy vo vrchnej vrstve atmosféry zem"). To vedie k zhoršeniu alebo dokonca úplnému zastaveniu rádiovej komunikácie na osvetlenej strane Zeme na niekoľko hodín