Космическая погода

Любое явление космической погоды берет свое начало на Солнце. Именно здесь происходит одно из двух явлений, порождающих около Земли явления, опасные для современного общества, не только доя людей, но и для техники.

Это либо солнечные вспышки, мощные выбросы электромагнитной энергии – света и радиации, или же выбросы огромных объемов заряжены частиц – корональные выбросы массы.

Достигая планет, плазма или электромагнитное излучение приводит к явлениям космической погоды. Особенно они интересны около Земли. Не только потому что здесь эти явления оказывают влияние на нашу жизнь, но еще потому, что у Земли есть мощное магнитное поле. Некоторые из основных явлений космической погоды связаны именно с ним. К наиболее важным явлениям относятся геомагнитные бури, радиационные бури и перебои в радиосвязи.

Геомагнитные бури

Пожалуй, самое известное и распространенное из явлений космической погоды – геомагнитная буря. Многие люди боятся этих бурь из-за возможного ухудшения самочувствия. Геомагнитная буря происходит, когда магнитосфера – область пространства, в которой движение заряженных частиц определяется магнитным полем Земли – быстро и периодично изменяет форму. При этом магнитное поле в каждой точке пространства быстро меняет направление и величину, что приводит к перекачке электромагнитной энергии из одного места в другое. Разумеется, искривить магнитосферу может любой поток заряженных частиц, но только плазма Солнца, высвободившаяся в результате коронального выброса массы, имеет достаточно большую скорость и количество для заметного влияния на магнитосферу.

Геомагнитная буря начинается, когда определенный тип плазмы достигает границы магнитосферы. При этом важно, чтобы плазма двигалась не одним фронтом, на длинным потоком, воздействуя на магнитосферу в течение длительного времени. Заряженные частицы Солнца движутся после выброса вместе со своим собственным магнитным полем. Если это поле имеет примерно то же направление, что и Земное, то заряженные частицы просто обходят Землю по линиям магнитного поля нашей планеты, вызывая небольшие изменения. Но если направление внешнего поля другое, в особенности противоположное, это сильно изменяет суммарное поле вокруг Земли. Это – начало геомагнитной бури.

Следующий, основной, этап может длиться часы или даже дни. Частицы, входя в магнитосферу, приобретают энергию и скорость. Они подходят все ближе к планете, вызывая в атмосфере полярные сияния далеко от полюса (так как они движутся по измененному полю, а не внутреннему Земному, линии магнитного поля которого ходят в планету в магнитных полюсов, расположенных недалеко от географических). Эти заряженные частицы могут повредить аппараты, находящиеся на низкой орбите и имеющие меньшую защиту от радиации, чем аппараты высоких орбит или дальнего космоса.

Последний этап геомагнитной бури длится несколько дней, в течение которых магнитосфера принимает свою начальную форму.

Вторая причина, способная вызвать геомагнитную бурю, правда не особо мощную – солнечный ветер. Это слабый регулярный вариант коронального выброса массы – постоянный поток частиц от Солнца. Если при этом более быстрый поток нагоняет более медленный, их взаимодействие создает сложные нерегулярные магнитные поля, взаимодействующие с магнитосферой Земли вызывающие слабые и средние магнитные бури.

Геомагнитные бури наблюдаются наземными инструментами. Основная часть измерений – изменение горизонтальной (параллельной поверхности Земли) компоненты магнитного поля. Исходя из этих данных, штормы присваивается категория от 1 до 5. В случае бури пятого класса возможны повреждения трансформаторов сетей электропитания, бортовых систем космических аппаратов, высокочастотная радиосвязь и работа глобальных навигационных систем может быть недоступна.

Радиационные штормы

Как и предполагает название, это явление связано с мощным потоком радиации от Солнца. Корональные выбросы массы и вспышки могут приводить к таким потокам протонов и других заряженных частиц. Радиация останавливается магнитным полем и атмосферой Земли, так что она не может достичь поверхности планеты. Они также почти не несут опасности для людей на околоземной орбите и тем более для пассажиров самолетов. Однако, это явление представляет серьезную угрозу для человека, летящего к Луне или дальше. Кроме того, это явление может вызвать перебои в высокочастотной радиосвязи. Поэтому во время таких штормов пути самолетов, лежащие через приполярные регионы, где нельзя использовать навигационные системы и необходимо полагаться на радиопередачи, могут изменяться на низкие широты.

Радиационные бури измеряются по шкале от 1 до 5, отражающей количество высокоэнергетических заряженных частиц проходит через заданную область атмосферы. В случае мощнейшей радиационной бури может быть полностью прекращена передача на высоких частотах, повреждена электроника. Космонавты, находящиеся вне магнитосферы Земли, могут получить значительную дозу радиации.

Перебои в работе радио

Такие перебои случаются, когда мощное рентгеновское излучение солнечной вспышки достигает земной атмосферы, нарушая передачу радиосигнала и на длинных, и на коротких волнах. Рентгеновские лучи возмущают ионосферу, собственную оболочку заряженных частиц Земли, через которую передаются радиоволны. Постоянные изменения в форме ионосферы, вызываемые излучением, приводят к изменению пути радиоволн и ухудшению сигнала. Ухудшение качества сигнала на низких частотах может привести к возрастанию ошибки позиционирования при помощи глобальной системы на несколько километров. Перебои пятого класса означают полное радиомолчание и неправильную работу глобальных систем позиционирования в течение нескольких часов.