В.И. Трухин, К.В. Показеев, В.Е. Куницын - Общая и экологическая геофизика (1119248), страница 55
Текст из файла (страница 55)
Космическая погода изменяет ьгакже интенсивность радиационных поясов магнитосферы. Космическая погода определяется главным образом воздействием Солнца на область межпланетного пространства за пределами досягаемости магнитного поля Земли. Эта область заполнена потоком плазмы из внешней атмосферы Солнца вместе с его магнитным полем, которые в совокупности и формируют солнечный ветер. О возмущенных штормовых (буревых) условиях космической погоды обычно судят по отклонениям магнитного поля, которые измеряются на спутниках и наземными инструментами.
Об этих возмущениях можно также заключить по условиям в верхней атмосфере и ионосфере, где происходят интенсивные полярные сияния. События, которые произошли на максимумах солнечной активности в течение последних солнечных циклов, изменили наше восприятие космической погоды. Одни из самых больших потоков солнечного излучения были измерены в августе 1972 г. между двумя посадками аАполлонаа на Луну. Если бы такие вспышки произошли, когда американские астронавты были на Луне, .то они получили бы потенциально смертельные дозы облучения. На Земле была быстро повреждена одна из главных телекоммуникационных линий в США, а спутники на геостационарных орбитах подверглись воздействию энергичных частиц, испущенных с Солнца, которые оказали неблагоприятное влияние на спутниковые энергетические системы [169~.
В период магнитной бури в марте 1989 г. трансформаторы на электростанциях в Канаде подверглись воздействию мощного импульса тока, индуцированного переменными магнитными полями на земной поверхности. Это событие привело к отключению электроэнергии в Квебеке, которое продолжалось несколько Вл. 1б. Верхняя атмосфера, ионосфера и ближний космос 305 часов. Вдобавок, в результате воздействия индуцированного тока был выведен из строя трансформатор на атомной электростанции в Нью-Джерси. Геомагнитные обсерватории подтвердили, что эти инциденты были связаны с возникновением крупных возмущений в Космосе. Последние четыре цикла показали, что возможны один-два экстраординарных эпизода в течение цикла. Возмущения космической погоды значительно увеличивают риск потери космических аппаратов.
При буревых условиях спутники, .расположенныс на внешних границах радиационных поясов, могут внезапно оказаться под воздействием разрушающих потоков излучений. Более того., поскольку сигналы связи со спутниками проходят через ионосферу, существует большой риск, что сигналы управляющего центра будут искажаться при буревой космической погоде. Работа нескольких дорогих спутников, включая спутники «1п1е!вас» и «СОЕЙ-8» в 1995 г. и «Те1ева1» в 1996 г., пострадала при возмущениях космической погоды, а также в 1997 гн когда был потерян спутник «Те1в1аг».
Можно указать и на пример потери японского спутника осенью 2003 г. Таким образом, развивающиеся космические технологии, например, различные системы связи или системы СРЯ и ГЛОНАСС для глобальной навигации, являются уязвимыми для сильных возмущений, которые могут возбуждаться солнечной активностью. С другой стороны, повышение интенсивности УФ излучения заметно разогревает верхнюю атмосферу и приводит к ее расширеникь Возрастающее в результате увеличения плотности атмосферы на высоте спутника трение затормаживает спутник и меняет его орбиту. В частности, в 1970-х гг. американская космическая станция «Скайлэб» преждевременно вернулась в атмосферу Земли вслед за всплеском высокой солнечной активности. Возможное увеличение атмосферного торможения и сейчас является предметом беспокойства в отношении космического телескопа «Хаббл».
Как известно, поведение и выброс энергии ближайшей к нам звезды меняется в соответствии с циклом, длительность которого приблизительно 11 лет. Такое поведение прослеживалось столетиями по подсчету числа солнечных пятен — темных областей, которые появляются и исчезают на видимой «поверхности» Солнца. В последние годы поведение Солнца изучают по эффектным изображениям, получаемым с космических аппаратов типа «БОНО» (Яо!аг апс1 Не1юврЬебс ОЬвегиа1огу). Сейчас широко признано, что магнитные или геомагнитные бури, определяющие состояние космической погоды, являются !'л.
15. Верхнлл атмосфера, ионосфера и блилсний космос откликами на особый тип солнечной активности, известный как выброс корональной массы, который был открыт несколько десятилетий назад в ходе наблюдений полного солнечного затмения. Внешняя атмосфера Солнца, которая называется короной, состоит из сильно ионизованного водорода и обычно невидима из-за яркого света хромосферы — кажущейся поверхности Солнца. Однако во время полного солнечного затмения корона становится видимой, поскольку белый свет из фотосферы рассеивается электронами во внешней атмосфере. Многочисленные лучеподобные структуры видны, когда электронная плотность выше, чем средняя. Эта структура изменяется во времени и является наиболее сложной, когда Солнце активно. С 1930-х гг.
структура короны исследуется с помощью коронографов — приборов, закрывающих видимый диск Солнца и позволяющих исгтедовать корону. Структура короны определяется изменяющимся магнитным полем Солнца. Это поле близко к простому дипольному в период солнечного минимума, но во время максимума активности в нем преобладают гармоники высших порядков. Высшие гармоники формируют множество локализованных петель, связанных с активными областями на Солнце. Наблюдатели затмений могут видеть детали, напоминающие пузыри или языки материи, которые, по всей вероятности, и являются выбросами корональной массы.
Современные представления коронвльпой физики предполагают, что выбросы являются локализованными крупномасштабными изменениями в короне. Эти изменения охватывают выброс материи, в основном в форме протонно-электронной плазмы, который превышает обычный уровень выноса плазмы, уносимой солнечным ветром. Кроме того, явление выбросов (извержений) предполагает, что в процесс вовлекаются скрученные магнитные петли, которые расширяются в межпланетное пространство. Скорости этих петель были измерены по последовательностям изображений коропографа. Начальные скорости лежат в диапазоне значений от десятков до 2000 км,!с, что заметно превышает типичные скорости солнечного ветра. Выбросы сопровождаются вспышками радиоволн и мягкого рентгеновского излучения, которые длятся несколько часов.
Рентгеновское излучение представляет собой тепловое излучение светящихся «аркад» .-. серий петель, образованных разогретой плазмой. Взаимосвязь этих аркад и выбросов корональной массы до сих пор в гладив исследования. Видимый свет также присутствует в эмиссии аркад, по оп слишком слаб по сравнению с ярким светом видимого диска фотосферы. Между тем, вращающиеся электроны, которые Гл. 1о. Верхняя атмосфера, ионосфера и блион:ний космос 307 претерпели ускорение в короне или при взаимодействии между выбросом корональной массы и солнечным ветром, излучают радиоволны. Вспышки являются проявлениями солнечной активности меньших масштабов, которые питают энергией коронвльную плазму вблизи сложных групп развивающихся солнечных пятен или активных областей. Вспышки часто, хотя и не всегда, связаны с выбросом коронвльной массы. Хотя принято считать, что выбросы приводят к изменениям крупномасштабных корональных магнитных полей, точные физические причины этих явлений остаются предметом интенсивных исследований.
Исследования космической погоды активно развиваются в последние годы, они обьединяют анализ и интерпретацию солнечных, межпланетных наблюдений и наблюдений Земля-Космос. Существующая и планируемая международная система спутников вместе с наземной астрономией и наблюдениями Солнца дают возможность проводить мониторинг космической погоды. Из функционирующих спутников следует упомянуть «БОНО» и «ТКАСЕ» (Уо1«оп Тгапз111оп Нея!оп ап«1 Согопа1 Ехр1огег), которые осуществляют мониторинг Солнца. Вдобавок, «БОНО» вместе с «АСЕ» (Ае!хансе«1 Сошроябоп Ехр!огег) и спутник 5!АЯА «%!пс!» проводят измерения в межпланетной среде около Земли. Состояние магнитосферы исследуется спутниками «Ро1аг», «Интербол», «Сео1а11» и «ЯАМРЕХ» (Яо!аг Апоша!опв Маяпе1оэрйепс Рагбс!е Ехр!огег). Ряд систем, включая спутники ОеГепэе Ме1еого!оя1са1 Яа(е1111е Ргоягапппе, измеряют отклик верхней атмосферы на внешние воздействия.
На Земле оптические и радиотелескопы осуществляют наблюдения Солнца. Аэрономические обсерватории проводят мониторинг состояния верхней атмосферы и ионосферы с помощью радаров, ионозондов и фотометров, разработанных для авроральных наблюдений. Магнитные обсерватории по всему миру определяют геомагнитные индексы, которые используются для оценки состояния космической погоды. В заключение полезно привести некоторые сведения о магпитосферах и ионосферах других планет.
Отличия от земной ионосферы обусловлены химическим составом атмосфер планет и разницей расстояний от Солнца. Днем максимум электронной концентрации на Марсе составляет 2. 10' см з на высоте 130 140 км, на Венере -- 5 10" см ' на высоте 140 150 км.
На Венере, лишенной магнитного поля, днем существует низко расположенная плазмопауза ( 300 км), что обусловлено действием солнечного ветра. На Юпитере с его сильным магнитным полем обнаружены полярные сияния и радиационный пояс, значительно более интенсивные, чем па Земле. Глава 16 Электромагнитные явления в атмосфере, распространение электромагнитных волн Атмосферное электричество В этой главе будет дано краткое описание атмосферных явлений, связанных с электромагнитными полями. Строение магнитного поля, .структура магнитосферы и магнитные вариации обсуждались ранее.
Рассмотрим электрическое поле Земли н вопросы распространения в атмосфере электромагнитных волн различных диапазонов, включая оптические и радиоволны. В атмосфере постоянно присутствует электрическое поле. Частицы воды (туманы, облака и осадки) и пыли имеют электрический заряд. Принято называть зонами «хорошей погодыь зоны, где отсутствуют источники сильной ионизации и значительные скопления аэрозолей.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
