Помощь

Что представляет собой космическая погода? Здесь рассмотрим только самые основные вопросы, необходимые для общего понимания этого термина. Для более детального пояснения с изображениями к различным полезными инструментам, рекомендуется посмотреть ссылки под каждым абзацем. Если у вас все еще останутся вопросы, пожалуйста, оставьте сообщение на форуме, мы сделаем все возможное, чтобы помочь вам.

Основы космической погоды

Космическая погода начинается на Солнце. Солнце - это нечто большее, чем светящаяся горячая сфера в середине нашей Солнечной системы. Солнце очень динамично и играет ключевую роль во всей Солнечной системе.

Первое, что необходимо понимать, - пространство не так пусто, как могло бы показаться на первый взгляд. Пространство заполнено постоянным потоком, состоящим из высокозаряженных частиц (электронов), которые генерируется Солнцем. Этот поток называется солнечным ветром. Магнитное поле, окружающее Землю, достатотно надежно защищает природу от солнечного ветра. Если бы вокруг Земли не было магнитного поля, она была бы такой же как Марс: без атмосферы, бесплодной и безжизненной планетой. Замечательно, что вокруг Земли есть магнитное поле, однако, оно не на все 100% непроницаемо. Солнечный ветер вполне способен проникать сквозь атмосферу вблизи слабых участков в форме овала вокруг магнитных полюсов Земли. Солнечный ветер сталкиваясь с атомами кислорода и азота входящих в состав атмосферы приблизительно на высоте от 80 до 600 километров, при этом они получают импульс энергии. Эта энергия заставляет атомы испускать фотоны, которые является формой энергии и наблюдаем ее в виде свечения. Атомы излучают свет некоторое время, до тех пор, пока не успокоятся.

Первая часть загадки связанной с космической погодой, которую предстоит разгадать - солнечный ветер. Вторая часть этой загадки связана с межпланетным магнитным полем (IMF). Межпланетное магнитное поле переносится солнечным ветром по всей солнечной системе с непрерывным изменением его мощьности и направления. Для наблюдения авроры нам хотелось бы, что бы общая сила межпланетного магнитного поля была как можно больше (обозначена Bt) и что бы Z-компонента (Bz) межпланетного магнитного поля была направлена на юг. На графике, который вы можете найти на сайте, когда Z-компонента (Bz) межпланетного магнитного поля направлена на юг она имеет отрицательные значения.

Но почему так важно, чтобы Z-компонента межпланетного магнитного поля была направлена именно на юг? Это довольно простой вопрос. Вы когда-либо играли со стержневыми магнитами? Если взять два магнита и совместить оба одноименных (северных или южных) полюса вместе, в этом случае магниты будут отталкиватся друг от друга. При совмещении разноименных полюсов, магниты будут притягиваться друг к другу! Противоположные полярности притягивают друг друга! Точно такой же принцип происходит в пространстве, где межпланетное магнитное поле и магнитное поле Земли взаимодействуют друг с другом, как линии магнитного поля от точки Земли с юга на север. Это Z-компонента магнитного поля Земли, и она всегда указывает на север.

Предположим, что Z-компонента (Bz) межпланетного магнитного поля направлена на юг. Теперь мы знаем, что, поскольку магнитное поле Земли указывает на север, межпланетное магнитное поле с южной Z-компонентой имеет гораздо более легкое взаимодействие с магнитным полем Земли. Вспомните о стержневых магнитах! Юг и север притягиваются друг к друга! Благодаря этому притяжению солнечный ветер будет намного легче проникать в атмосферу. На графике, который вы можете найти сайте, мы хотели бы видеть отрицательные значения. Это означает, что Z-компонента (Bz) межпланетного магнитного поля направлена на юг.

Параметры солнечного ветера и межпланетного магнитного поля, такие как мощьность, направление, плотность и скорость, постоянно изменяются. На Земле, в спокойных условиях солнечный ветер имеет скорость около 300 км/с. Однако, эта скорость может увеличиться до 1.000 и более км/с, благодаря определенным событиям на Солнце. Плотность солнечного ветра (количество частиц солнечного ветра на квадратный сантиметр) также может быть совершенно разной. Также межпланетное магнитное поле может резко увеличиться по мощьности, что в свою очередь может вызвать гораздо более драматичный отклик при взаимодействии с магнитным полем Земли. При высокой скорости, плотности солнечного ветра и направлении на юг межпланетного магнитного поля, наблюдается перегрузка солнечным ветром магнитного поля Земли. Это приводит к проникновению в атмосферу Земли большего количества частиц солнечного ветра. Аврора будет становится ярче, а авроральный овал будет расширяться до более низких широт. Когда это происходит, мы говорим о геомагнитной буре. Мы вернемся к этому вопросу позже, сначала нам нужно узнать, что вызывает эти улучшенные космические погодные условия. Чтобы найти причину, нужно еще раз обратить внимание на Солнце. Есть два разных явления, которые нужно рассмотреть: корональные отверстия и выбросы корональной массы.

Корональные отверстия

Начнем с корональных отверстий. Корональная дыра - это область на Солнце, где магнитные полевые линии Солнца простираются далеко в космос, что приводит к образованию отверстия в короне, внешнем слое Солнца. Корональные отверстия являются областями на Солнце, где солнечный ветер может иметь гораздо более высокую, чем обычно скорость. Когда такая область обращена в сторону Земли ее солнечный ветер начнет догонять значительно медленный, нормальный (фоновый) солнечный ветер. Это приводит к образованию ударной волны где солнечный ветер имеет более высокую плотность и несет с собой гораздо более сильное межпланетное магнитное поле. Когда ударная волна проходит, плотность и мощьность межпланетного магнитного поля уменьшаются, а скорость возрастает.

Выбросы корональной массы

Самые драматические события космической погоды связаны с так называемыми выбросами корональной массы. Выброс корональной массы (или сокращенно CME лат.) представляет собой гигантское облако солнечной плазмы, удерживаемое солнечными магнитными полевыми линиями, которое вытесняется Солнцем во внешнее космическое пространство во время солнечных вспышек или извержений нити. О том, что представляют собой солнечные вспышки и извержения нитей, речь пойдет познее, сейчас нужно просто запомнить эти два термина, так как они часто встречаются в наших анализах!

Рассмотрим более подробно выбросы корональной массы. Выброс корональной массы представляет собой огромное облако частиц солнечного ветра, которое намного быстрее и плотнее окружающего солнечного ветра. Межпланетное магнитное поле внутри выброса намного сильнее. Вблизи поверхности Земли его плотность (Bt) обычно около 6nT (нано Тесла), но внутри выброса корональной массы это значение может быть 40 и более nТ! Можно представить на сколько бурно может реагировать магнитное поле Земли под воздействием такого мощьного межпланетного магнитного поля!

Важно понимать, что выбросы корональной массы могут иметь различные направления. Чаще они направлены в сторону от Земли. Если повезет и существует приближающееся к Земле облако плазмы, то с некоторой долей вероятности, можно ожидать, появления возможности насладиться фантастическими по красоте авроральными проявлениями, даже на более низких, чем обычно, широтах.

Солнечные пятна, вспышки и нити

Мы рассмотрели выброс корональной массы, но каким образом происходит вытеснение этих огромных облаков плазмы? Выброс корональной массы происходит в результате солнечных вспышек. Солнечные вспышки - это интенсивные взрывы на Солнце происходящие в областях солнечных пятен. Мощность солнечных вспышек высока настолько, что представить это очень трудно. Мощьность солнечных вспышк сопоставима с мощностью взрыва миллиона ядерных бомб. Такие взрывы способны нарушать линии магнитного поля вблизи области солнечных пятен и выбрасывать часть солнечной атмосферы (короны) в космос. Плазма, которая выбрасывается и начинает свое путешествие через межпланетное пространство, называется выбросом корональной массы.

Однако, вернемся к солнечным пятнам поскольку без них у нас не будет солнечных вспышек. Солнечные пятна, более темные и прохладные области на поверхности Солнца, где силовые линии магнитного поля выходят из нутри сквозь поверхность Солнца. Когда эти линии магнитного поля конкурируя друг с другом переключаются на другие линии, выделяется огромное количество энергии, что вызывает образование солнечной вспышкой. Однако, солнечные пятна не всегда есть на Солнце. Активность Солнца подвержена циклическим изменениям в течении периода около 11 лет, когда она меняется от почти полного отсутствия солнечных пятен (минимума солнечной активности), до очень большого их количества (максимума).

Так называемые извержения нитей, также могут вызвать выбросы корональной массы в космос. Нити представляют собой облака ионизованного газа, которые формируются над солнечнной поверхностю между областями с противоположной магнитной полярностью. Когда нить становится неустойчивой, она разрушается и поглощается Солнцем. Однако, некоторые нити не поглощаются Солнцем, а извергаются и мощность энергии такого извержения настолько велика, что позволяет преодолевать гравитацию Солнца, получившееся в результате плазменное облако называется… действительно, вы догадались… выбросом корональной массы.

Сильные солнечные события, такие как солнечные вспышки и извержения нитей, иногда выбрасывают в космос большое количество заряженных частиц. Наиболее важные частицы - это протоны, которые могут повредить спутники и сделать высокочастотную радиосвязь в полярных широтах трудной или даже невозможной. Когда эти протоны превышают определенный порог, мы говорим о солнечной радиации шторм.

Аврора

Мы рассмотрели основные вопросы о космической погоде: космическая погода начинается на Солнце, где постоянный поток сильно заряженных частиц, называемый солнечным ветром, ускользает от Солнца. Иногда наблюдается резкое увеличение количества солнечного ветра, который покидает Солнце: солнечный ветер из корональных отверстий и выбросы корональной массы. Солнечный ветер уносит с собой магнитное поле Солнца, которое называется межпланетным магнитным полем. Когда Z-компонент (Bz) межпланетного магнитного поля направлен на юг (отрицательный), это приводит к более сильному воздействию на магнитное поле Земли, что в свою очередь облегчает проникновение солнечного ветра в земную атмосферу. Когда происходит резкое увеличение авроральной активности, полярное сияние становится видимым на более низких широтах, чем обычно, что называется геомагнитной бурей.

Таким образом, геомагнитная буря является результатом потока солнечного ветра коронального отверстия или поступившего на Землю выброса корональной массы. Когда появляется вероятность повышения авроральной активности, пришло время проверить показания магнитометров. Магнитометры - очень чувствительные приборы, расположеные по всему земному шару, они измеряют возмущения магнитного поля Земли. В Интернете, можно найти большое количество графиков показаний магнитометров по всему миру и если объединить все эти данные, можно довольно точно определить, силу геомагнитной бури в данный момент и на каких широтах можно наблюдать полярное сияние. С помощью данных магнитометров можно определить значение Kp для геомагнитного возмущения. Kp-индекс измеряется в баллах от 0 до 9. Геомагнитная буря начинается с Kp-индекса равного 5 баллам, которая является незначительной геомагнитной бурей и доходит до Kp-идекс = 9 баллам, что соответствует экстремальной геомагнитной буре. Таким образом, Kp-индекс является основным параметром определяющим величину аврорального овала и интенсивность сияния.

С помощью програмного обеспечения можно сделать прогноз, какой именно Kp-индекс будет в ближайшем будущем, используя данные солнечного ветра и IМF. Он не всегда на 100% надежен, однако, для новичков это отличный инструмент для грубого прогнозирования вероятности появления северного сияния в ближайшее время. Для более детальной информации можно ознакомиться с приведенными ниже статьями.

<< Перейти на предыдущую страницу