Manyetosfer nedir ve manyetik fırtınaların teknolojiyi ne kadar güçlü etkilediği
Dünyamız mıknatıs - bu herkes tarafından bilinir. Manyetik alan çizgileri güney manyetik kutbun alanını terk eder ve kuzey manyetik kutbun alanına girer. Dünyanın manyetik ve coğrafi kutuplarının biraz farklı olduğunu hatırlayın; kuzey yarımkürede, manyetik kutup Kanada'ya doğru yaklaşık 13° kaydırılmıştır.
Dünyanın manyetik alanının kuvvet çizgileri kümesine denir. manyetosfer… Dünyanın manyetosferi, gezegenin manyetik eksenine göre simetrik değildir.
Güneş'in tarafında çekilir, karşı tarafında uzar. Manyetosferin bu şekli, güneş rüzgarının onun üzerindeki sürekli etkisini yansıtır. Güneş'ten uçan yüklü parçacıklar, kuvvet çizgilerini "sıkıştırıyor" gibi görünüyor manyetik alan, gündüz tarafında bastırıp gece tarafında çekerek.
Güneş'in durumu sakin olduğu sürece, tüm bu resim oldukça sabit kalır. Ama sonra güneş ışığı vardı, güneş rüzgarı değişti - onu oluşturan parçacıkların akışı daha büyük ve enerjileri daha büyük oldu.Manyetosfer üzerindeki basınç hızla artmaya başladı, gündüz tarafındaki kuvvet çizgileri Dünya yüzeyine yaklaşmaya başladı ve gece tarafında daha güçlü bir şekilde manyetosferin "kuyruğuna" çekildi. Bu manyetik fırtına (jeomanyetik fırtına).
Güneş patlamaları sırasında, Güneş'in yüzeyinde büyük miktarda sıcak plazma patlamaları meydana gelir. Patlama sırasında, Güneş'ten Dünya'ya yüksek hızda hareket eden ve gezegenin manyetik alanını bozan güçlü bir parçacık akışı salınır.
Güneş rüzgarı
Kuvvet çizgilerinin "sıkıştırılması", kutuplarının Dünya yüzeyindeki hareketi anlamına gelir, yani - dünyanın herhangi bir noktasında manyetik alanın gücündeki değişiklik... Ve güneş rüzgarının basıncı ne kadar güçlüyse, alan çizgilerinin sıkıştırması o kadar önemlidir ve buna bağlı olarak alan gücündeki değişiklik o kadar güçlüdür. Manyetik fırtına ne kadar güçlüyse.
Aynı zamanda manyetik kutup bölgesine ne kadar yakınsa dış alan çizgileri yüzeyle o kadar fazla buluşur. Ve onlar sadece tedirgin güneş rüzgarının en büyük etkisini yaşarlar ve en çok tepki verirler (yer değiştirirler). Bu, manyetik bozuklukların tezahürlerinin jeomanyetik kutuplarda (yani yüksek enlemlerde) en büyük ve jeomanyetik ekvatorda en küçük olması gerektiği anlamına gelir.
Manyetik kuzey kutbunun 1831'den 2007'ye kayması.
Yüksek enlemlerde manyetik alanda açıklanan değişiklik, Dünya yüzeyinde yaşayan bizler için başka ne ile doludur?
Bir manyetik fırtına sırasında elektrik kesintileri, radyo iletişimleri, mobil operatör ağlarının ve uzay aracı kontrol sistemlerinin kesintiye uğraması veya uyduların hasar görmesi meydana gelebilir.
Kanada, Quebec'te 1989'da meydana gelen bir manyetik fırtına, trafo yangınları da dahil olmak üzere ciddi elektrik kesintilerine neden oldu (bu olayla ilgili ayrıntılar için aşağıya bakın). 2012'de şiddetli bir manyetik fırtına, Venüs'ün yörüngesinde dönen Avrupa Venüs Ekspres uzay aracıyla iletişimi kesintiye uğrattı.
hatırlayalım elektrik akımı üreteci nasıl çalışır… Sabit bir manyetik alanda bir iletken (rotor) hareket eder (döner). Sonuç olarak, araştırmacıda Bir EMF belirir ve akmaya başlar elektrik... Tel sabitse ve manyetik alan hareket ederse (zaman içinde değişir) aynı şey olur.
Bir manyetik fırtına sırasında manyetik alanda bir değişiklik olur ve manyetik kutba ne kadar yakınsa (jeomanyetik enlem ne kadar yüksekse), bu değişiklik o kadar güçlü olur.
Bu, değişen bir manyetik alana sahip olduğumuz anlamına gelir. Eh, ve dünyanın yüzeyinde herhangi bir uzunlukta sabit teller yer kaplamaz. Elektrik hatları, demiryolu hatları, boru hatları var... Tek kelimeyle, seçim harika. Ve her bir iletkende, yukarıda bahsedilen fizik kanunu gereğince, jeomanyetik alandaki değişimlerin neden olduğu bir elektrik akımı ortaya çıkar. onu arayacağız indüklenmiş jeomanyetik akım (IGT).
İndüklenen akımların büyüklüğü birçok koşula bağlıdır. Her şeyden önce, elbette, jeomanyetik alandaki değişimin hızından ve gücünden, yani manyetik fırtınanın gücünden.
Ancak aynı fırtına sırasında bile farklı tellerde farklı etkiler meydana gelir.Telin uzunluğuna ve Dünya yüzeyindeki yönüne bağlıdırlar.
Tel ne kadar uzun olursa, o kadar güçlü olur indüklenen akım… Ayrıca, tel yönü kuzey-güney yönüne ne kadar yakınsa o kadar güçlü olacaktır. Aslında, bu durumda, kenarlarındaki manyetik alanın varyasyonları en büyük olacak ve bu nedenle EMF en büyük olacaktır.
Tabii ki, bu akımın büyüklüğü, telin altındaki toprağın iletkenliği de dahil olmak üzere başka birçok faktöre bağlıdır. Bu iletkenlik yüksekse, akımın çoğu topraktan geçeceği için IHT daha zayıf olacaktır. Küçükse, ciddi IHT oluşması muhtemeldir.
Olayın fiziğine daha fazla girmeden, sadece IHT'lerin manyetik fırtınaların günlük yaşamda neden olduğu sıkıntıların ana nedeni olduğunu not ediyoruz.
Literatürde açıklanan güçlü bir manyetik fırtına ve indüklenen akımların neden olduğu acil durumlara bir örnek
13-14 Mart 1989'daki manyetik fırtınalar ve Kanada'da acil durum
Manyetologlar, Dünya'nın manyetik alanının durumunu tanımlamak için çeşitli yöntemler (manyetik indeksler olarak adlandırılır) kullanırlar. Ayrıntılara girmeden, yalnızca bu tür beş dizin olduğunu (en yaygın olanları) not ediyoruz.
Elbette her birinin avantajları ve dezavantajları vardır ve belirli durumları tanımlamada en uygun ve doğrudur - örneğin, aurora bölgesindeki çalkantılı koşullar veya tersine, nispeten sakin koşullarda küresel resim.
Doğal olarak, bu endekslerin her birinin sisteminde, her jeomanyetik fenomen belirli sayılarla karakterize edilir - fenomenin periyodu için indeksin kendi değerleri, bu nedenle meydana gelen jeomanyetik bozulmaların yoğunluğunu karşılaştırmak mümkündür. farklı yıllarda
13-14 Mart 1989 manyetik fırtınası, tüm manyetik indeks sistemlerine dayalı hesaplamalara göre istisnai bir jeomanyetik olaydı.
Birçok istasyonun gözlemlerine göre, bir fırtına sırasında 6 gün içindeki manyetik sapmanın (pusula iğnesinin yönden manyetik kutba sapması) büyüklüğü 10 derece veya üzerine ulaşır. Birçok jeofizik aletin çalışması için yarım derecelik bir sapmanın bile kabul edilemez olduğu düşünüldüğünde, bu çok fazla.
Bu manyetik fırtına olağanüstü bir jeomanyetik fenomendi. Bununla birlikte, ona eşlik eden bir dizi bölgenin yaşamındaki dramatik olaylar olmasaydı, ona olan ilgi dar bir uzman çevresini pek aşamazdı.
13 Mart 1989'da 07:45 UTC'de, James Körfezi'nden (kuzey Quebec, Kanada) güney Quebec'e ve Amerika Birleşik Devletleri'nin kuzey eyaletlerine kadar olan yüksek voltaj iletim hatları ve Hydro-Québec ağı, güçlü indüklenmiş akımlara maruz kaldı.
Bu akımlar, o dönemde 21.350 MW olan faydalı yüke eklenemeyecek kadar fazla olan 9.450 MW'lık ek bir sisteme yük oluşturmuştur. Sistem çöktü ve 6 milyon sakini elektriksiz bıraktı. Sistemi normal çalışmaya döndürmek 9 saat sürdü. O zamanlar kuzey ABD'deki tüketiciler 1.325 MWh'den daha az elektrik alıyordu.
13-14 Mart tarihlerinde, diğer güç sistemlerinin yüksek gerilim hatlarında da indüklenen jeomanyetik akımlarla ilgili hoş olmayan etkiler gözlemlendi: koruyucu röleler çalıştı, güç trafoları arızalandı, voltaj düştü, parazit akımlar kaydedildi.
13 Mart'ta en büyük indüklenen akım değerleri Hydro-Ontario (80 A) ve Labrador-Hydro (150 A) sistemlerinde kaydedildi. Bu büyüklükte kaçak akımların ortaya çıkmasının herhangi bir güç sistemine verebileceği zararı hayal etmek için bir enerji uzmanı olmanıza gerek yok.
Bütün bunlar sadece Kuzey Amerika'yı etkilemedi. Bazı İskandinav ülkelerinde de benzer olaylar gözlemlendi. Avrupa'nın kuzey kısmının Amerika'nın kuzey kısmına göre jeomanyetik kutba daha uzak olması nedeniyle etkilerinin çok daha zayıf olduğu doğrudur.
Bununla birlikte, 08:24 CET'de, orta ve güney İsveç'teki altı 130 kV hat, eşzamanlı akım kaynaklı bir voltaj dalgalanması kaydetti, ancak bir kazaya ulaşmadı.
6 milyon vatandaşı 9 saat elektriksiz bırakmanın ne demek olduğunu herkes biliyor. Bu bile uzmanların ve kamuoyunun dikkatini 13-14 Mart manyetik fırtınasına çekmeye yeter. Ancak etkileri enerji sistemleriyle sınırlı kalmadı.
Ayrıca ABD Toprak Koruma Servisi, dağlarda bulunan ve toprak koşullarını, kar örtüsünü vb. izleyen çok sayıda otomatik sensörden sinyaller alır. radyoda her gün 41.5 MHz frekansında.
13 ve 14 Mart'ta (daha sonra diğer kaynaklardan gelen radyasyonun üst üste binmesi nedeniyle ortaya çıktığı gibi), bu sinyaller tuhaf bir yapıya sahipti ve ya hiç deşifre edilemedi ya da çığların, sellerin, çamur akışlarının varlığını gösterdi ve aynı anda yerde don...
ABD ve Kanada'da, kilitleri belirli bir frekansa ("anahtar") ayarlanmış, ancak uzaktan gelen sinyallerin kaotik üst üste binmesiyle tetiklenen özel garaj kapılarının kendiliğinden açılıp kapandığı durumlar olmuştur.
Boru hatlarında indüklenen akımların üretimi
Modern endüstriyel ekonomide boru hatlarının ne kadar büyük bir rol oynadığı iyi bilinmektedir. Yüzlerce ve binlerce kilometrelik metal borular farklı ülkelerden geçiyor. Ancak bunlar aynı zamanda iletkendir ve bunlarda da indüklenen akımlar meydana gelebilir. Elbette bu durumda bir trafoyu veya röleyi yakamazlar ama şüphesiz zarar verirler.
Gerçek şu ki, elektrolitik korozyona karşı koruma sağlamak için, tüm boru hatları yaklaşık 850 mV'luk bir negatif topraklama potansiyeline sahiptir. Her sistemdeki bu potansiyelin değeri sabit tutulur ve kontrol edilir.Bu değer 650 mV'a düştüğünde önemli elektrolitik korozyonun başladığı kabul edilir.
Kanadalı petrol şirketlerine göre, 13 Mart 1989'da manyetik fırtınanın başlamasıyla birlikte potansiyelde keskin artışlar başladı ve 14 Mart'ta da devam etti. Bu durumda saatlerce negatif potansiyelin büyüklüğü kritik değerin altında kalır ve hatta bazen 100-200 mV'a kadar düşer.
Zaten 1958 ve 1972'de, güçlü manyetik fırtınalar sırasında, indüklenen akımlar nedeniyle, transatlantik telekomünikasyon kablosunun çalışmasında ciddi rahatsızlıklar meydana geldi. 1989 fırtınası sırasındabilgilerin bir optik kanal üzerinden iletildiği yeni bir kablo zaten kullanımdaydı (bkz. Optik haberleşme sistemleri), bu nedenle bilgi aktarımında herhangi bir ihlal yoktur.
Bununla birlikte, kablo güç sisteminde manyetik alandaki güçlü değişikliklerle zaman içinde çakışan üç büyük voltaj artışı (300, 450 ve 700 V) kaydedildi. Bu yükselmeler sistemin arızalanmasına neden olmasa da normal çalışmasına ciddi bir tehdit oluşturacak kadar büyüktü.
Dünyanın jeomanyetik alanı değişiyor ve zayıflıyor. Bu ne anlama geliyor?
Dünyanın manyetik alanı sadece gezegenin yüzeyi boyunca hareket etmez, aynı zamanda yoğunluğunu da değiştirir. Son 150 yılda yaklaşık %10 zayıfladı. Araştırmacılar, yaklaşık olarak her 500.000 yılda bir, manyetik kutupların kutuplarının değiştiğini, yani kuzey ve güney kutuplarının yer değiştirdiğini buldular. Bu en son yaklaşık bir milyon yıl önce olmuştu.
Torunlarımız bu karışıklığa ve kutupların tersine dönmesiyle bağlantılı olası felaketlere tanık olabilir. Güneş'in manyetik kutuplarının yer değiştirmesi anında bir patlama olursa, manyetik kalkan Dünya'yı koruyamaz ve gezegenin her yerinde elektrik kesintisi ve navigasyon sistemleri kesintiye uğrar.
Yukarıda verilen örnekler, güçlü manyetik fırtınaların insanoğlunun günlük yaşamına etkisinin ne kadar ciddi ve çok yönlü olabileceğini düşündürüyor.
Yukarıdakilerin tümü, güneş ve manyetik aktivitenin insan sağlığı ile pek güvenilir olmayan korelasyonlarından çok daha etkileyici bir uzay havasının (güneş patlamaları ve manyetik fırtınalar dahil) bir örneğidir.