Магнитные бури — это природные явления, возникающие в результате взаимодействия солнечного ветра с магнитным полем Земли. Солнечный ветер — это поток заряженных частиц, испускаемых Солнцем, а магнитное поле нашей планеты служит щитом, защищающим нас от этих частиц. Когда на Солнце происходят мощные вспышки, огромные потоки энергии устремляются в космос, проникают в атмосферу Земли и вызывают нарушения в магнитном поле.
Этот процесс может оказывать влияние как на окружающую среду, так и на здоровье человека. Магнитное поле Земли помогает поддерживать стабильность жизни на планете, но при сильных возмущениях оно не всегда справляется с защитой. В результате магнитные бури могут воздействовать на спутники, системы навигации, радиосвязь, а также на состояние людей.
Основные источники магнитных бурь
Солнечный ветер и его вариативность — постоянный поток плазмы, исходящий от Солнца. При усилении скорости и плотности ветра возрастает воздействие на магнитосферу.
Корональные выбросы массы (CME) — крупные облака плазмы и магнитного поля, которые при столкновении с магнитосферой могут вызвать сильные бури.
Солнечные вспышки — выброс энергии в виде электромагнитного излучения и ускоренных частиц. Сами по себе вспышки дают радиационные эффекты и иногда сопровождаются CME.
Потоки высокоскоростного солнечного ветра, исходящие из корональных дыр, вызывают длительные умеренные возмущения.
Как измеряют магнитные бури
Индекс Kp — глобальный 3-часовой индекс геомагнитической активности (0–9). Значения Kp ≥5 принято считать геомагнитической бурей. Источник: NOAA/Space Weather Prediction Center.
Индекс Dst — измеряет изменение кольцевого магнитного поля на экваторе (наноТесла); отрицательные значения указывают на интенсивность бури. Dst ≤ −50 нТл — умеренная буря, ≤ −100 нТл — сильная.
Местные магнитные обсерватории и спутники (ACE, DSCOVR, SOHO, STEREO) дают данные о параметрах солнечного ветра и полярности магнитного поля.
Классификация по интенсивности
- Немагнитные условия: Kp 0–1
- Спокойные: Kp 2–3
- Возмущенные: Kp 4
- Геомагнитическая буря: Kp ≥5
- Сильные бури: Kp 7–9, Dst ≤ −100 нТл
Влияние магнитных бурь на здоровье человека
Научные данные ВОЗ неоднозначны: прямая причинно-следственная связь между магнитными бурями и массой различных заболеваний не доказана, однако имеются подтверждённые статистические корреляции и механистические гипотезы.
Сердечно-сосудистая система. Ряд эпидемиологических исследований находит увеличение числа инфарктов, инсультов, нарушений сердечного ритма и госпитализаций в периоды геомагнитной активности. Механизмы обсуждаются: влияние через автономную нервную систему, изменение свертываемости крови, воспалительные реакции и локальное повышение радиации. Данные неоднозначны по величине эффекта и зависят от методик исследований.
Нервная система и психоэмоциональное состояние. Некоторые исследования сообщают об увеличении числа жалоб на головные боли, бессонницу, раздражительность и изменение артериального давления. Механизмы неясны, возможна роль таких факторов как: световое полярное сияние или тревога.
Радиационный фон и космонавты/авиаперсонал. При сильных вспышках и CME увеличивается поток высокоэнергетических частиц, полёты на больших широтах и в космосе получают повышенную дозу радиации. Для авиаперсонала и пассажиров в полярных рейсах в периоды сильной активности рекомендуют учитывать риски.
Влияние на технику и инфраструктуру
Энергосети и трансформаторы. Быстрые вариации магнитного поля индуцируют геомагнитно-индуцированные токи (GIC) в проводящих сетях. GIC могут перегружать и разрушать трансформаторы, вызывать отключения. Примеры: крупный сбой в Квебеке (Канада) в 1989 году — вследствие сильной бури трансформаторы и система энергоснабжения вышли из строя.
Спутники и космические аппараты. Увеличение потока заряженных частиц повреждает электронику (одиночные события — SEU), вызывает дрейф орбит из‑за нагрева атмосферы (возростание плотности, увеличивается сопротивление) и сокращает срок службы. Исключения: повреждения электроники, потеря ориентации, временные перебои связи.
Связь и навигация. Сильные бури нарушают работу HF-радиосвязи (ионизация изменяет отражающие слои), ухудшают сигнал GPS/GNSS (из‑за плазменных задержек и фреймов), что влияет на авиацию, морское судоходство, сельское хозяйство и др.
Трубопроводы. GIC вызывают коррозию и ошибки в системе катодной защиты.
Транспорт. Возможны сбои в системах управления и навигации, особенно для авиации в полярных широтах; маршруты иногда изменяют, чтобы избежать радиосбоев и увеличения радиационного фона.
Влияние на природу и атмосферу
Полярные сияния. Очевидный и визуальный эффект — расширение полярных сияний к более низким широтам во время сильных бурь. Примеры: в ночь с 12 на 13 августа 2024 года на севере Камчатского края наблюдались полярные сияния, вызванные действием мощных магнитных бурь; также полярные сияния наблюдались в некоторых районах Забайкальского края, таких как Оловяннинский, Хилокский, Нерчинский и другие.
Ионосфера и радиация. Изменяется плотность и состав ионосферы, что влияет на распространение радиоволн, электрохимические процессы и может влиять на озоновый слой через космические лучи и ионизацию в верхних слоях атмосферы.
Климатические связи. Долгосрочные связи между солнечной активностью, геомагнитной активностью и климатом сложны и остаются предметом исследований, прямых доказательств, что магнитные бури напрямую управляют климатом Земли, нет.
Последствия магнитных бурь
1 и 2 сентября 1859 года на Земле наблюдалась самая крупная магнитная буря за всю историю наблюдений. Комплекс событий, включающий в себя бурю и вызвавшие её мощные активные явления на Солнце, называют «Событием Кэррингтона» или «Солнечным суперштормом».
В результате бури по всей Европе и Северной Америке отказали телеграфные системы, телеграфные опоры не выдерживали напряжения и выдавали снопы искр, а некоторых операторов даже ударило током. По всему миру наблюдались полярные сияния.
Май 1921 года, США. В стране полностью отключилась телефонная связь, сломались предохранители, сбоило электричество и происходили пожары. Позже о неприятных последствиях сообщили в Европе и Южном полушарии: в некоторых городах были полностью нарушены подводные телеграфные кабели. При этом впервые в истории северное сияние дошло до самых низких широт.
13 марта 1989 года, Квебек (Канада). На девять часов было отключено электричество и вся инфраструктура вышла из строя всего за две минуты. Часть спутников потеряли связь с Землей на несколько часов. Были утрачены изображения, погода, последние данные GPS, были сбои в радиосвязи. Северное сияние во время бури наблюдалось в Мексике и Крыму.
Прогнозирование
Прогнозирование магнитных бурь – сложный процесс, который включает в себя наблюдение за солнечной активностью и мониторинг изменений в магнитном поле Земли.
Один из основных инструментов для прогнозирования магнитных бурь – мониторинг солнечной активности. Другой – мониторинг магнитного поля Земли.
Для снижения рисков, связанных с геомагнитными бурями, крайне важно разработать протоколы реагирования и повысить устойчивость критически важной инфраструктуры. Это включает в себя обновление технологий , обучение персонала и международное сотрудничество в области мониторинга и реагирования на явления космической погоды.
Мифы и заблуждения о магнитных бурях
Магнитные бури не вызывают массовых эпидемий или природных катастроф. Их влияние реально, но чаще связано с техникой и здоровьем.
Не все люди чувствуют магнитные бури напрямую, субъективные ощущения варьируются и могут быть связаны с психологическими факторами.
Магнитные бури не влияют на повседневную жизнь в регионах с надёжной инфраструктурой, но в отдельных случаях могут приводить к локальным и временным сбоям.
В чем разница между геомагнитной бурей и солнечной?
Хотя оба термина звучат похоже и связаны с солнечной активностью, это не одно и то же. Солнечная буря относится к различным явлениям, происходящим на Солнце, включая корональные выбросы массы (CME) и солнечные вспышки. Эти события связаны с выбросом большого количества энергии и частиц в космос, которые могут быть направлены в сторону Земли. Интенсивность и характер этих вспышек могут различаться, но все они возникают на Солнце и свидетельствуют о его динамической активности.
С другой стороны, геомагнитная буря – это воздействие солнечных явлений, в частности корональных выбросов массы (КВМ), на магнитное поле Земли. Когда частицы, выбрасываемые Солнцем, попадают в магнитосферу Земли, они могут вызывать возмущения, которые временно изменяют структуру и поведение магнитного поля. Эти возмущения мы называем геомагнитными бурями. Таким образом, в то время как солнечные бури возникают на Солнце, геомагнитные бури являются следствием подобных взаимодействий, происходящих в околоземном космическом пространстве.
Заключение
Магнитные бури — естественное явление, связанное с активностью Солнца и взаимодействием её с магнитным полем Земли. Они воздействуют на технические системы (энергосети, спутники, связь, навигацию), могут оказывать влияние на здоровье определённых групп людей и увеличивать радиационные риски для авиации и космонавтики.
Современная наука и мониторинг позволяют прогнозировать большинство сильных событий и принимать защитные меры, что значительно снижает потенциальный ущерб. Для обычного человека важно быть информированным, следовать официальным предупреждениям и при необходимости — соблюдать простые меры предосторожности.
Источники информации:
- NOAA Space Weather Prediction Center (SWPC) — www.swpc.noaa.gov
- NASA Goddard Space Flight Center — https://www.nasa.gov
- Международная комиссия по радиационной защите (ICRP) — https://www.icrp.org
- Обзоры в Journal of Geophysical Research, Space Weather, Space Science Reviews
