Магнитные бури: почему возникают, какое влияние оказывают и к каким проблемам могут приводить

В сентябре, по прогнозам ученых, на Земле ожидается несколько магнитных бурь. Одну из них специалисты прогнозируют вечером 10 сентября. «Профиль» разбирался, почему возникают магнитные бури и к каким последствиям могут приводить.

Что представляют собой магнитные бури

Это возмущение геомагнитного поля планеты. Термин был введен немецким географом, естествоиспытателем и путешественником Александром фон Гумбольдтом в начале XIX века. Впоследствии открытие солнечного ветра привело к созданию современной концепции магнитной бури. Как отмечают специалисты МГУ, магнитная буря происходит при взаимодействии магнитосферы Земли с плотными, ускоренными потоками солнечного ветра. Источником таких бурь являются активные процессы на Солнце.

В чем суть и причины возникновения магнитных бурь

На Солнце периодически происходят вспышки, во время которых происходит мощное выделение энергии (световой, тепловой и кинетической). Как отмечают специалисты Лаборатории солнечной астрономии Института космических исследований Российской академии наук и Института солнечно-земной физики (ИСЗФ) Сибирского отделения Российской академии наук (ИКИ РАН и ИСЗФ СО РАН), количество энергии, высвобождаемой за время вспышки, может достигать миллиардов мегатонн в тротиловом эквиваленте. Энергия солнечной вспышки проявляется во множестве форм: в виде излучения (оптического, ультрафиолетового, рентгеновского, гамма-излучения), заряженных частиц, гидродинамических течений плазмы.

Излучение от вспышки быстро достигает Земли. Потом к нашей планете приходят мощные и быстрые потоки заряженных частиц, а через два-три дня – и облака плазмы, провоцирующие магнитные бури.

Как связаны магнитные бури и выбросы корональной массы на Солнце

Некоторые длительные и сильные солнечные вспышки также могут привести к появлению выброса корональной массы – выбрасываемых из Солнца гигантских облаков магнитной плазмы. В ИКИ РАН и ИСЗФ СО РАН указывают: вероятно, именно вещество корональных выбросов, достигающее Земли, является ключевой причиной возмущений магнитосферы нашей планеты и магнитных бурь. При этом природа выбросов и причины, по которым они происходят, понятны ученым не до конца. В частности, не установлен механизм связи корональных выбросов и солнечных вспышек.

Как часто происходят магнитные бури и от чего зависит их сила

Их частота зависит от активности Солнца. Также есть связь между интенсивностью геомагнитного шторма и частотой, с которой такое явление возникает. По принятой Национальным управлением океанических и атмосферных исследований США (NOAA) шкале, есть пять уровней магнитных бурь – от G1 (наиболее слабых) до G5 (экстремально сильных).

Магнитные бури уровня G1 происходят часто, порядка 1700 раз за один цикл солнечной активности (в среднем он продолжается 11 лет). Бури уровня G5 возникают примерно четыре раза за цикл солнечной активности.

Сила магнитной бури во многом зависит от того, как будет сориентировано магнитное поле облака относительно магнитного поля Земли.

Как магнитные бури влияют на людей, технику и приборы

Во время магнитных бурь, особенно умеренных и сильных, у метеозависимых людей может возникать недомогание. Возможны головная боль, упадок сил, обострение хронических заболеваний, указывают специалисты центра погоды «Фобос». Ряд исследований ученых позволяет предположить, что магнитные бури могут влиять на артериальное давление и ассоциироваться с увеличением риска инсульта.

Магнитные бури могут приводить к серьезным нарушения в работе различных технологических систем. Наиболее уязвимыми оказываются электросети, системы связи и навигации, радиоэлектронное оборудование.

Образующиеся во время магнитных бурь индуцированные геомагнитные токи могут повреждать трансформаторы и генераторы, приводить к сбоям в работе систем связи, навигации, управления космическими спутниками. Сильные магнитные бури могут приводить к масштабным авариям на линиях электропередач и отключениям электричества. Слабые магнитные бури уровня G1 могут вызывать незначительные колебания электросети, немного влиять на работу спутников.

Умеренные магнитные бури уровня G2 – приводить к перепадам напряжения в сети, вносить коррективы в траекторию движения космических аппаратов.

При более сильных магнитных бурях уровня G3 возможны ложные срабатывания предохранителей, перебои в работе систем навигации и радиосвязи.

Сильные магнитные бури класса G4 могут вызвать проблемы с контролем напряжения в сети, радиосвязью и спутниковой навигацией.

Экстремальные магнитные бури класса G5 могут способны привести к серьезным проблемам с энергосетью, глобальным неполадкам в работе спутников. Так, в результате одной из таких экстремально сильных бурь в марте 1989 года часть космических спутников потеряла связь с Землей, а канадская провинция Квебек почти полдня была без электричества. В 2003 году сильная буря спровоцировала многочасовое отключение системы поправок к данным GPS и прервала работу многих космических спутников. А японский спутник связи «Кодама» вначале стал передавать неверную информацию, а затем отключился.

Также сильные геомагнитные бури приводят к изменению плотности атмосферы Земли. Подобная ситуация привела к гибели нескольких спутников SpaceX Starlink в феврале 2022 года.

В понедельник ИКИ РАН и ИСЗФ СО РАН предупредили, что к Земле движутся два облака солнечной плазмы, которые могут вызвать магнитную бурю длиной в сутки. 7 сентября произошел крупный выброс плазмы на видимой солнечной стороне, который может задеть Землю. Из-за этого вечером 10 сентября ожидаются магнитные бури уровня G1-G2. Также утром 9 сентября Солнце выбросило еще одно облако плазмы. По предварительным данным, солнечные массы приблизятся к нашей планете в середине дня 11 сентября. Такой сценарий означает, что два удара по Земле могут слиться в одну магнитную бурю, которая будет длиться около 24 часов.

В июне мощная вспышка на Солнце привела к глобальному полярному сиянию в атмосфере Марса. Астрономы могли видеть увидеть волны частиц, одна за другой «поражающие» планету. Как отмечают ученые, магнитная среда и атмосфера Марса значительно слабее, чем у Земли. Поэтому последствия солнечных вспышек там выглядят иначе.