O que é a magnetosfera e como fortes tempestades magnéticas afetam a tecnologia

nossa terra é magnético - isso é conhecido por todos. As linhas do campo magnético saem da área do pólo magnético sul e entram na área do pólo magnético norte. Lembre-se de que os pólos magnéticos e geográficos da Terra são ligeiramente diferentes - no hemisfério norte, o pólo magnético é deslocado cerca de 13° em direção ao Canadá.

O conjunto de linhas de força do campo magnético da Terra é chamado magnetosfera… A magnetosfera da Terra não é simétrica em relação ao eixo magnético do planeta.

Do lado do Sol é atraído, do lado oposto é alongado. Esta forma da magnetosfera reflete a influência constante do vento solar sobre ela. Partículas carregadas vindas do Sol parecem "espremer" as linhas de força campo magnético, pressionando-os no lado diurno e puxando-os no lado noturno.

Enquanto a situação do Sol estiver calma, todo esse quadro permanece bastante estável. Mas então surgiu a luz do Sol. O vento solar mudou — o fluxo de suas partículas constituintes tornou-se maior e sua energia maior.A pressão na magnetosfera começou a aumentar rapidamente, as linhas de força no lado diurno começaram a se aproximar da superfície da Terra e no lado noturno foram puxadas com mais força para a "cauda" da magnetosfera. Isso é tempestade magnética (tempestade geomagnética).

Durante as erupções solares, ocorrem explosões massivas de plasma quente na superfície do Sol. Durante a erupção, um forte fluxo de partículas é liberado, que se move em alta velocidade do Sol para a Terra e perturba o campo magnético do planeta.

vento solar

"Compressão" das linhas de força significa o movimento de seus pólos na superfície da Terra, o que significa - uma mudança na força do campo magnético em qualquer ponto do globo... E quanto mais forte a pressão do vento solar, mais significativa é a compressão das linhas de campo, correspondentemente, mais forte é a mudança na intensidade do campo. Quanto mais forte a tempestade magnética.

Ao mesmo tempo, quanto mais próximo da região do polo magnético, mais linhas de campo externas encontram a superfície. E eles simplesmente experimentam o maior impacto do vento solar perturbado e reagem (deslocam) mais. Isso significa que as manifestações de distúrbios magnéticos devem ser maiores nos pólos geomagnéticos (ou seja, em altas latitudes) e menores no equador geomagnético.

Mudança do pólo norte magnético de 1831 a 2007.

O que mais é a mudança descrita no campo magnético em altas latitudes para nós que vivemos na superfície da Terra?

Durante uma tempestade magnética, podem ocorrer quedas de energia, comunicações de rádio, interrupção de redes de operadoras móveis e sistemas de controle de espaçonaves ou danos a satélites.

Uma tempestade magnética de 1989 em Quebec, Canadá, causou graves interrupções de energia, incluindo incêndios em transformadores (veja abaixo os detalhes sobre este incidente). Em 2012, uma forte tempestade magnética interrompeu as comunicações com a espaçonave europeia Venus Express que orbitava Vênus.

vamos relembrar como funciona o gerador de corrente elétrica… Em um campo magnético estacionário, um condutor (rotor) se move (gira). Com isso, no pesquisador Um EMF aparece e começa a fluir eletricidade… O mesmo acontecerá se o fio estiver parado e o campo magnético se mover (mudança no tempo).

Durante uma tempestade magnética há uma mudança no campo magnético, e quanto mais próximo do polo magnético (maior a latitude geomagnética), mais forte é essa mudança.

Isso significa que temos um campo magnético variável. Bem, e fios fixos de qualquer comprimento na superfície da Terra não ocupam. Existem linhas de energia, trilhos de trem, dutos... Em uma palavra, a escolha é ótima. E em cada condutor, em virtude da lei física acima mencionada, surge uma corrente elétrica, causada por variações no campo geomagnético. vamos chamá-lo corrente geomagnética induzida (IGT).

A magnitude das correntes induzidas depende de muitas condições. Em primeiro lugar, é claro, pela velocidade e força da mudança no campo geomagnético, ou seja, pela força da tempestade magnética.

Mas mesmo durante a mesma tempestade, efeitos diferentes ocorrem em fios diferentes.Eles dependem do comprimento do fio e sua orientação na superfície da Terra.

Quanto mais longo o fio, mais forte ele será corrente induzida… Além disso, será mais forte quanto mais próxima a orientação do fio estiver da direção norte-sul. De fato, neste caso, as variações do campo magnético em suas bordas serão as maiores e, portanto, o EMF será o maior.

Obviamente, a magnitude dessa corrente depende de vários outros fatores, incluindo a condutividade do solo sob o fio. Se essa condutividade for alta, o IHT será mais fraco porque a maior parte da corrente passará pelo solo. Se for pequeno, é provável a ocorrência de TIH grave.

Sem entrar na física do fenômeno, apenas notamos que os IHTs são a principal causa dos problemas que as tempestades magnéticas causam na vida cotidiana.

Um exemplo de situações de emergência causadas por uma forte tempestade magnética e correntes induzidas descritas na literatura

Tempestades magnéticas de 13 a 14 de março de 1989 e emergência no Canadá

Os magnetologistas usam vários métodos (chamados índices magnéticos) para descrever o estado do campo magnético da Terra. Sem entrar em detalhes, notamos apenas que existem cinco desses índices (os mais comuns).

Cada um deles, é claro, tem suas vantagens e desvantagens e é mais conveniente e preciso para descrever certas situações - por exemplo, condições agitadas na zona da aurora ou, inversamente, a imagem global em condições relativamente calmas.

Naturalmente, no sistema de cada um desses índices, cada fenômeno geomagnético é caracterizado por certos números - os valores do próprio índice para o período do fenômeno, razão pela qual é possível comparar a intensidade dos distúrbios geomagnéticos ocorridos em anos diferentes.

A tempestade magnética de 13 a 14 de março de 1989 foi um evento geomagnético excepcional de acordo com cálculos baseados em todos os sistemas de índices magnéticos.

De acordo com as observações de muitas estações, durante uma tempestade, a magnitude da declinação magnética (desvio da agulha da bússola em relação ao pólo magnético) em 6 dias atinge 10 graus ou mais. Isso é muito, considerando que um desvio de até meio grau é inaceitável para a operação de muitos instrumentos geofísicos.

Esta tempestade magnética foi um fenômeno geomagnético extraordinário. No entanto, o interesse por ela dificilmente teria ultrapassado um círculo restrito de especialistas, não fossem os dramáticos acontecimentos da vida de várias regiões que a acompanharam.

Às 07:45 UTC de 13 de março de 1989, as linhas de transmissão de alta tensão de James Bay (norte de Quebec, Canadá) para o sul de Quebec e os estados do norte dos Estados Unidos, bem como a rede Hydro-Québec, experimentaram fortes correntes induzidas.

Essas correntes criaram uma carga adicional de 9.450 MW no sistema, o que era muito para somar à carga útil de 21.350 MW da época. O sistema caiu, deixando 6 milhões de residentes sem eletricidade. Demorou 9 horas para restaurar o sistema à operação normal. Os consumidores do norte dos EUA recebiam naquela época menos de 1.325 MWh de eletricidade.

Nos dias 13 e 14 de março, efeitos desagradáveis ​​​​associados às correntes geomagnéticas induzidas também foram observados nas linhas de alta tensão de outros sistemas de energia: relés de proteção funcionaram, transformadores de energia falharam, queda de tensão, correntes parasitas foram registradas.

Os maiores valores de corrente induzida em 13 de março foram registrados nos sistemas Hydro-Ontario (80 A) e Labrador-Hydro (150 A). Você não precisa ser um especialista em energia para imaginar os danos que podem ser causados ​​a qualquer sistema de energia pelo aparecimento de correntes parasitas dessa magnitude.

Tudo isso afetou não apenas a América do Norte. Fenômenos semelhantes foram observados em vários países escandinavos. É verdade que seu efeito foi muito mais fraco devido ao fato de que a parte norte da Europa está mais longe do pólo geomagnético do que a parte norte da América.

No entanto, às 08:24 CET, seis linhas de 130 kV no centro e no sul da Suécia registraram um surto de tensão induzido por corrente simultânea, mas não chegaram a um acidente.

Todo mundo sabe o que significa deixar 6 milhões de moradores sem eletricidade por 9 horas. Só isso já seria suficiente para chamar a atenção de especialistas e do público para a tempestade magnética de 13 a 14 de março. Mas seus efeitos não se limitaram aos sistemas de energia.

Além disso, o US Soil Conservation Service recebe sinais de vários sensores automáticos localizados nas montanhas e monitora as condições do solo, cobertura de neve, etc. no rádio na frequência 41,5 MHz todos os dias.

Nos dias 13 e 14 de março (como se descobriu mais tarde, devido à superposição de radiação de outras fontes), esses sinais eram de natureza estranha e não podiam ser decifrados de forma alguma, ou indicavam a presença de avalanches, inundações, fluxos de lama e gelo no chão ao mesmo tempo...

Nos Estados Unidos e no Canadá, houve casos de abertura e fechamento espontâneos de portas de garagens particulares cujas fechaduras estavam sintonizadas em uma determinada frequência ("chave"), mas foram acionadas pela sobreposição caótica de sinais vindos de longe.

Geração de correntes induzidas em dutos

É bem conhecido o grande papel que os dutos desempenham na economia industrial moderna. Centenas e milhares de quilômetros de tubos de metal passam por diferentes países. Mas estes também são condutores e correntes induzidas podem ocorrer neles também. Claro, neste caso, eles não podem queimar um transformador ou relé, mas sem dúvida causam danos.

O fato é que, para proteger contra a corrosão eletrolítica, todas as tubulações têm um potencial negativo para o aterramento de cerca de 850 mV. O valor deste potencial em cada sistema é mantido constante e controlado, sendo considerada corrosão eletrolítica significativa quando este valor cai para 650 mV.

De acordo com as empresas petrolíferas canadenses, em 13 de março de 1989, juntamente com o início da tempestade magnética, picos acentuados de potencial começaram e continuaram em 14 de março. Nesse caso, a magnitude do potencial negativo por muitas horas é menor que o valor crítico e às vezes até cai para 100-200 mV.

Já em 1958 e 1972, durante fortes tempestades magnéticas, devido a correntes induzidas, ocorreram graves perturbações no funcionamento do cabo transatlântico de telecomunicações. Durante a tempestade de 1989um novo cabo já estava em operação, no qual as informações eram transmitidas por um canal óptico (consulte - Sistemas de comunicação óptica), portanto não há violações na transmissão de informações.

No entanto, três grandes picos de tensão (300, 450 e 700 V) foram registrados no sistema de energia do cabo, que coincidiram no tempo com fortes mudanças no campo magnético. Embora esses picos não causassem mau funcionamento do sistema, eles eram grandes o suficiente para representar uma séria ameaça ao seu funcionamento normal.

O campo geomagnético da Terra está mudando e enfraquecendo. O que isso significa?

O campo magnético da Terra não apenas se move ao longo da superfície do planeta, mas também muda sua intensidade. Nos últimos 150 anos, enfraqueceu cerca de 10%. Os pesquisadores descobriram que aproximadamente uma vez a cada 500.000 anos, a polaridade dos polos magnéticos muda – os polos norte e sul trocam de lugar. A última vez que isso aconteceu foi há cerca de um milhão de anos.

Nossos descendentes podem testemunhar essa confusão e possíveis desastres associados à inversão de polaridade. Se houver uma erupção no momento da inversão dos pólos magnéticos do Sol, o escudo magnético não será capaz de proteger a Terra e haverá queda de energia e interrupção dos sistemas de navegação em todo o planeta.

Os exemplos dados acima fazem pensar em quão grave e multifacetado pode ser o impacto de fortes tempestades magnéticas na vida cotidiana da humanidade.

Todos os itens acima são um exemplo de um efeito muito mais impressionante do clima espacial (incluindo erupções solares e tempestades magnéticas) do que correlações não muito confiáveis ​​da atividade solar e magnética com a saúde humana.