Космическая погода
Последнее обновление страницы:14 May 2025
Роль австралийской компании Geoscience в мониторинге космической погоды
Представьте, что все электрические сети и устройства в мире внезапно перестали бы работать или все спутники, находящиеся в настоящее время на орбите, вышли из строя, что привело бы к отсутствию спутниковой связи и GPS.
В нашем современном мире это было бы катастрофой. Экономике был бы нанесен сокрушительный удар, человеческие жизни оказались бы в опасности, а вся инфраструктура пострадала бы.
Космическая погода, также известная как активность электромагнитных бурь, потенциально может вызвать такие воздействия.
Это одна из причин, по которой Geoscience Australia поддерживает сеть геомагнитных обсерваторий. Наши обсерватории являются частью глобальной сети и участвуют в работе австралийских служб мониторинга космической погоды. Этот мониторинг позволяет снизить потенциальные опасности, вызванные магнитными бурями, защищая население за счет минимизации воздействия на австралийскую инфраструктуру, такую как электрические сети.
Что именно представляет собой активность геомагнитных бурь и почему она может вызвать такой хаос?
Геомагнитные бури возникают в результате возмущений магнитного поля Земли, вызванных солнечной активностью. Магнитное поле Земли создается движением расплавленного внешнего ядра. Солнце выпускает заряженные частицы, известные как солнечный ветер, по всей Солнечной системе. Магнитное поле Земли простирается далеко в космос, где оно сталкивается с движущейся плазмой солнечного ветра. Иногда мощные извержения на поверхности Солнца вызывают корональные выбросы массы (КВМ), воздействуя на магнитные поля по всей Солнечной системе. Большую часть времени наше геомагнитное поле защищает Землю от солнечного ветра, отклоняя частицы высокой энергии. Однако иногда Солнце проявляет большую активность, и солнечный ветер становится сильнее.
Возникающие в результате этого геомагнитные бури, или космическая погода, могут выводить из строя спутники и вызывать токи в длинных проводниках (например, линиях электропередач) на поверхности Земли, перегружая электрическую систему и повреждая трансформаторы. Активность геомагнитных бурь потенциально может существенно и пагубно повлиять на наш доступ к космическим службам (например, к спутниковым) и серьезно ухудшить высокочастотную радиосвязь. Это также может привести к усилению полярных сияний.
Как мы узнаем о потенциальном воздействии космической погоды? Что ж, такое случалось и раньше.
160 лет назад произошла мощная геомагнитная буря, известная как Каррингтонское событие. Названная в честь одного из британских астрономов, который наблюдал и зафиксировал ее, буря привела к разрушению недавно введенных в действие телеграфных систем, в результате чего некоторых телеграфистов ударило током, а оборудование искрилось.
Ллойд-сподсчитано, что если бы сегодня произошла сильная геомагнитная буря такого же масштаба, то могли бы произойти перебои в электроснабжении, на восстановление которых потребовались бы месяцы или годы, а общие экономические издержки только для Северной Америки исчислялись бы триллионами долларов США.
А в марте 1989 года небольшая геомагнитная буря вызвала девятичасовое отключение электроэнергии в Квебеке.
Хотя вероятность возникновения экстремальной геомагнитной бури невелика, рано или поздно она произойдет почти неизбежно. Геомагнитные бури, подобные той, что произошла в 1989 году, происходят примерно раз в 50 лет, в то время как бури с магнитудой Кэррингтонского события, как ожидается, будут происходить примерно раз в 150 лет.
На самом деле, в 2012 году Земля пережила “катастрофу на грани срыва”, когда CME, сравнимый с тем, который вызвал событие в Кэррингтоне, прорвался через земную орбиту, но не задел Землю. Если бы извергающаяся область Солнца была направлена прямо на Землю, это, вероятно, имело бы глобальные последствия.
Что мы можем сделать, чтобы подготовиться к геомагнитной буре? Мы следим за магнитным полем Земли.
Данные, которые мы собираем с помощью нашей сети геомагнитных обсерваторий, позволяют правительствам и промышленным кругам готовиться к геомагнитным бурям и смягчать их последствия.
У нас работают десять геомагнитных обсерваторий: шесть на материковой части Австралии, две в Антарктиде, одна на острове Маккуори и одна на Кокосовых островах.
Расположение геомагнитных обсерваторий Geoscience Australia. Вверху справа: Обсерватория и станция на острове Маккуори. Внизу справа: Обсерватория на острове Маккуори (MCQ).
Геомагнитные обсерватории Австралии являются частью глобальной сети, которая постоянно следит за магнитным полем Земли, ежесекундно фиксируя изменения.
Наши геомагнитные обсерватории состоят из:
- Один или несколько 3-осевых вариометров fluxgate собирают данные в режиме реального времени в магнитной зоне для предотвращения антропогенного воздействия на собираемые данные. Этот прибор дополнен дополнительным магнитометром для обеспечения достоверности данных и контроля качества.
- Наблюдатель на месте регулярно проводит абсолютные измерения магнитного поля для калибровки данных вариометра
Данные, поступающие из обсерваторий, используются в Международной сети магнитных обсерваторий реального времени (INTERMAGNET), которая определяет стандарты работы геомагнитных обсерваторий.
Магнитное поле, измеряемое на поверхности Земли, состоит из множества источников.
- Большая часть магнитного поля генерируется ядром Земли, и эта составляющая, как правило, меняется очень медленно с течением времени.
- Другой вклад вносит земная кора, в основном благодаря магнитным минералам.
- Более быстрые колебания вызываются космической погодой и электрическими токами в верхних слоях атмосферы Земли, в основном в результате колебаний солнечного ветра, которые также вызывают полярные сияния.
Геомагнитные данные могут быть использованы для сбора информации обо всех этих источниках, начиная от ядра Земли и заканчивая земной корой и верхними слоями атмосферы, и даже для выявления последствий активности, происходящей на поверхности Солнца.
Теперь у нас есть данные, что нам с ними делать?
Имея эти данные, мы можем осуществлять непрерывный мониторинг возмущений магнитного поля в режиме реального времени. Это позволяет отслеживать и регистрировать магнитные возмущения, что позволяет снизить воздействие на уязвимую инфраструктуру и избежать негативных последствий геомагнитных бурь.
Компания Geoscience Australia предоставляет эти геомагнитные данные в режиме реального времени Метеорологическому бюро Службы космической погоды и аналогичным международным агентствам, где они, наряду с другими наземными и космическими данными, используются для составления ежедневных прогнозов космической погоды. Возможность заблаговременного прогнозирования крупных возмущений позволяет соответствующим сторонам при необходимости осуществлять планы по смягчению последствий космической погоды. Это может включать отключение уязвимой инфраструктуры или изменение направления электроэнергии, что дает время для подготовки мер реагирования и восстановления, а также для возобновления подачи электроэнергии в кратчайшие сроки после события.
Мы также используем магнитные данные из сети обсерваторий для калибровки авиационных компасов, магнитопеленгаторного оборудования и спутниковых магнитометров. Данные обсерватории обрабатываются для получения точных данных, очищаются от всплесков и смещений, калибруются с использованием абсолютных измерений; для получения данных временных рядов, отражающих абсолютные значения магнитного поля в обсерватории.
Мы разрабатываем математические модели геомагнитного поля в Австралийском регионе и вносим данные в Международную модель опорного геомагнитного поля (IGRF). Результаты этих моделей отображаются на топографических и аэронавигационных картах.
Мы также публикуем отчеты о геомагнитной активности, чтобы внести свой вклад в глобальные индексы магнитной активности, и ежемесячные отчеты о быстрых геомагнитных колебаниях.
Наконец, мы проводим исследования по моделированию электропроводности Земли, что важно для прогнозирования воздействия космической погоды на крупные электрические провода, такие как трубопроводы и электросети. Токи, вызванные геомагнитным полем, в этих крупных проводниках зависят от вариаций геомагнитного поля и геологической проводимости местности. Исследования компании Geoscience Australia, посвященные моделям электропроводности Земли, дают важнейшее представление о том, как правильно подготовиться к опасности, связанной с геомагнитными бурями.
Северное сияние, Виктория, Австралия. Источник: Данноган
Полярные сияния
Магнитные бури часто приводят к наблюдению полярных сияний - красочных явлений, которые появляются в ночном небе в местах, расположенных гораздо ближе к экватору, чем обычно. Полярные сияния обычно наблюдаются в районах, прилегающих к полярным регионам Земли. В Южном полушарии их часто называют Южным сиянием или Северным сиянием Аустралис, а в Северном полушарии - Северным сиянием. Полярные сияния - это динамичное и визуально яркое проявление магнитных бурь на Земле.
Полярные сияния возникают, когда заряженные частицы от Солнца попадают в магнитосферу. Оказавшись внутри, геомагнитное поле направляет их к северному и южному магнитным полюсам. Двигаясь с высокой скоростью, частицы сталкиваются с молекулами газа и атомами в атмосфере, что заряжает их энергией. Видимое свечение появляется, когда молекулы газа высвобождают энергию и возвращаются в свое основное состояние, во многом подобно тому, как работает флуоресцентный свет.
Когда начинается магнитная буря, полярные сияния распространяются от полярных областей к экватору, иногда создавая впечатляющие зрелища для жителей регионов со средними широтами. Во время интенсивной магнитной активности полярные сияния наблюдались даже на севере, в Квинсленде.
Различные цвета полярных сияний обусловлены различными газами в атмосфере. На больших высотах легкие газы, такие как водород и гелий, создают синие и фиолетовые полярные сияния, а высокогорный кислород (около 320 км) является источником красного излучения. На небольших высотах (около 100 км) кислород дает яркий желто-зеленый цвет - самый яркий и распространенный цвет полярного сияния. Ионизированный азот дает синий свет, а нейтральный азот дает красное свечение (но его оттенок отличается от цвета высокогорного кислорода). Азот также может создавать пурпурно-красные нижние границы и волнистые края полярного сияния.
Вы можете получить доступ к нашим геомагнитным данным через нашГеомагнетизм - услуги и данныестраница.
Чтобы узнать больше о нашей работе, получить доступ к нашим последним данным или инструментам оценки опасности, посетитеОбщественная безопасностьстраница.