Практические последствия космических бурь

Об изображении: Атмосфера сильно расширяется на высоких широтах во время космических погодных возмущений. В пределах красных областей на изображении, атмосферная плотность увеличилась до значений более чем 20% в течение относительно умеренного магнитного шторма. Во время пиков возмущения, эти значения могут легко превысить 100 %. Что еще более важно - эти изменения в атмосферной плотности непредсказуемы и нерегулярны. После космического погодного возмущения, буквально тысячи объектов в космосе изменяют орбиты и должны быть перемещены. (Burns, University of Michigan)

Система NORAD в США (и аналогичные отечественные системы) несут ответственность за контроль перемещения объектов, которые находятся на орбите вокруг Земли. После сильных магнитных возмущений, атмосфера нагревается и расширяется, оказывая большое влияние на спутники. Спутники замедляют движение и в результате меняются их орбиты. После большого магнитного возмущения необходимо заново идентифицировать сотни объектов и сделать запись их новых орбит.

Пределы, установленные Национальным Советом по Защите и радиационным измерениям NCRP.
Для всех миссий кроме исследовательских (например, миссия на Марс).

Предельные лучевые дозы для обывателей

Пределы, установленные Национальным Советом по Защите и радиационным измерениям (NCRP).

Механизм: вспышки ультрафиолетового света и рентгеновского излучения при вспышках на Солнце.

Всего через 8 минут после того, как вспышка происходит на Солнце, взрывная волна ультрафиолетовых и рентгеновских излучений поражает дневную сторону Земли. Эти излучения с высокими энергиями поглощаются атмосферными частицами и сталкиваются со свободными электронами в процессе фотоионизации. В низких D-и E-областях ионосферных слоев плотность немедленно увеличивается на всей дневной стороне.

Эффекты на радиоволнах.
Короткие радиоволны (в диапазоне HF) поглощаются большим количеством частиц в низких областях ионосферы, вызывающих полное затмение радио-коммуникаций. Это называется коротковолновым затуханием (SWFs).

Как долго длится затухание коротких волн?
Коротковолновые затухания длятся от нескольких минут до нескольких часов и являются наиболее серьезными в экваториальных областях.

11. Как космическая погода затрагивает трубопроводы?

Электромагнитная индукция действует на больших пространствах во время космических бурь, создавая токи величиной в миллионы ампер, текущие через ионосферу в верхних широтах. Эти токи переменные. Колебания тока создают переменные магнитные поля, которые регестрируются на поверхности Земли. Эти изменяющиеся магнитные поля вызывают токи большой амплитуды в длинных проводниках (как скалы в коре Земли, океанской воде и любых длинных искусственных структурах сделанных человеком: трубопроводы, трансокеанские кабеля, линии электропередачи). В течение больших магнитных бурь интенсивные токи, текущие в ионосфере, вызывают токи на поверхности Земли называемые GIC (геомагнитно индуцированные токи). Некоторые скалы проводят ток лучше чем другие. Вулканические породы не очень хорошо проводят электричество, таким образом потоки стремятся идти по пути наименьшего сопротивления и течь через искусственные проводники, которые присутствуют на поверхности (как трубопроводы или кабели). Области Северной Америки имеют много вулканической породы и таким образом особенно восприимчивы к эффектам GIC в искусственных системах. Токи, текущие в океане вносят свой вклад в GIC, выходя по береговым линиям. GIC - постоянный ток, который появится в сложной сети линий электропередач, которые доставляют электроэнергию по всему миру. При чрезвычайных космических погодных условиях, эти GIC могут вызвать серьезные проблемы для работы распределительных электрических сетей, разрушая работу трансформаторов, с которых поступает напряжение по сети.

13. Гидроквебекская катастрофа электросети


Гидроквебекское замыкание в марте 1989.
13 марта 1989, в 2:44 UT, поломка трансформатора на одной из главных линий электропередач в Гидроквебекской системе (Восточная Канада) привела к катастрофическому краху всей электросети. Вереница событий, которые вызвали крах, заняла всего 90 секунд от начала до конца. Не было ни минуты для принятия корректирующих действий. Отказ трансформатора был прямым следствием вызванным потоками космических погодных возмущений высоко в атмосфере. 6 миллионов человек не имели электроснабжения в период от 9 или более часов.
Космическое погодное возмущение, вследствие которого произошло отключение, было большой магнитной бурей. Большие магнитные бури - это возмущения в околоземной космической окружающей среде, которые происходят относительно редко. Они происходили в частности в феврале 1986, марте 1989, марте 1991, ноябре 1991 и мае 1992, частота больших и сильных бурь заметно увеличивается, когда мы входим в максимум деятельности солнечного цикла. Более качественное предупреждение космических погодных событий позволило бы энергетическим компаниям предпринимать меры по уменьшению нагрузки на чувствительные цепи, чтобы защитить их от развития больших понижений потенциалов путем установки чувствительных устройств, разработанных, чтобы автоматически защитить сеть в течение подобных случаев. Это - лучший способ предотвратить от дорогостоящих и опасных эффектов, вызванных космическими погодными событиями.


14. Сколько могут стоить последствия космической бури?


Гидроквебекский урок.
Замыкание Гидроквебекской электросети научило нас тому, сколько может стоить солнечный шторм. Потери Гидроквебека составили более 10 миллионов долларов. Отключение электроэнергии миллионам человек на огромной области относит стоимость этого бедствия к одной и той же категории как ураганы, и землетрясения.

Истинная стоимость затмения.
Стоимость крупномасштабного затмения, независимо от причины, имеет не только денежные потери. Во время таких явлений, коммунальное обслуживание нарушается, включая такие вещи как системы безопасности и общественный транспорт. Нарушения, которые происходят во время зимних внезапных похолоданий, могут быть опасны для жизни из-за перекрытий систем нагрева.

Космические погодные предсказания и электросети.
Поскольку электросети становятся больше, длинее и сложнее, растет их чувствительность к космической погоде. Поломка этих сетей не только доставляет неудобства, но и может иметь серъезные экономические последствия и может привести к человеческим жертвам.

15. Воздействие на живые организмы .

Рассмотрим ситуацию на примере почтовых голубей. Определенные разновидности животных на Земле (такие как почтовые голуби) в состоянии чувствовать магнитное поле Земли и использовать его в навигационных целях. Почтовые голуби, как известно, возвращались домой, пролетая 1000 миль (1600 километров) через незнакомую территорию за два дня. У почтовых голубей, эта способность была развита - отборной селекцией. Почтовые голуби использовались американскими войсками во время Первой мировой войны, Второй мировой войны и корейской войны. Во время Первой мировой войны, одна удивительная птица пролетела 25 миль за 24 минуты, чтобы доставить сообщение даже с пулевым ранением. Голуби были заменены в вооруженных силах электронными устройствами в 1956г. Однако, соревнования почтовых голубей - спорт, который любят во всем мире.

Воздействия космических погодных возмущений.
В течение космических погодных возмущений, интенсивные электрические токи, текущие в околоземном пространстве производят неустойчивые магнитные поля, которые чувствуются у поверхности Земли. Почтовые голуби, по наблюдениям, сбивались с пути во время таких возмущений и могли даже потеряться.