Космос. Подробная погода
Автор
Опубликовано 01.08.2011 07:02
Число просмотров: 337562
|
|
|
Космическая Погода.
Воздействие Космоса на Землю.
Влияние солнечной активности и магнитных бурь.
Относительно недавно многие ученые считали, что Земля окружена пустым пространством - вакуумом, но запуск первых спутников в конце 1950-х изменил наши представления.
Теперь мы знаем - космос заполнен осколками кометного вещества; вечно изменяющимся, дующим со скоростью миллионы километров в час солнечным ветром; радиационными поясами и авроральными токовыми струями. Солнечные вспышки и корональные выбросы ухудшают радиосвязь и могут разрушить энергетические сети на Земле. Доза радиационного облучения для космонавтов и вероятность повреждения космических кораблей в космосе могут быть слишком велики.
Космическая погода - относительно молодая область науки, изучающая влияние солнечных явлений на Землю.
Ученые работающие в этой области пытаются прогнозировать солнечные вспышки и корональные выбросы, геомагнитные бури и другие явления связанные с воздействием Космоса на Землю.
Изображения Солнца в реальном времени
получены с борта спутника SDO и обновляются каждые 5 минут
Изображение солнечной атмосферы в длинне волны AIA: 335Åf | Fe XVI active-region corona
|
Изображение солнечной атмосферы в длинне волны AIA: 94Åf | Fe XVIII flaring regions (partial readout
possible)
|
Изображение солнечной атмосферы в длинне волны AIA: 193Åf | Fe XII, XXIV corona and hot flare plasma
|
Изображение солнечной атмосферы в длинне волны AIA: 304Åf | He II chromosphere, transition region
|
|
|
|
|
Изображение солнечной атмосферы в длинне волны AIA: 131Åf | Fe VIII, XX, XXIII flaring regions (partial readout possible)
|
Изображение солнечной атмосферы в длинне волны AIA: 211Åf | Fe XIV active-region corona
|
Изображение солнечной атмосферы в длинне волны AIA: 171Åf | He IX quiet corona, upper transition region
|
Изображение солнечной атмосферы в длинне волны AIA: SDO/HMI Quick-Look Magnetogram
|
|
|
|
|
Составные изображение Солнечной активности
получены с борта спутника SDO и обновляются каждые 5 минут
Составное изображение солнечной атмосферы в длинне волны AIA: 211Åf + 193Åf + 171Åf
|
Составное изображение солнечной атмосферы в длинне волны AIA: 304Åf + 211Åf + 171Åf
|
Составное изображение солнечной атмосферы в длинне волны AIA: 094Åf + 335Åf + 193Åf
|
Составное изображение солнечной атмосферы в длинне волны AIA: 171Åf + HMI Magnetogram
|
|
|
|
|
Научные данные о солнечной активности
|
За последние 24 часа |
В настоящее время |
Классификация "NOAA Space Weather" |
Геомагнитные бури |
 |
 |
Описание шкалы силы геомагнитных бурь
Геомагнитные бури |
Kp индекс определяется каждые 3 часа |
Число бурь с указанным значением Kp; (число штормовых дней) |
Балл |
Возможные эффекты |
Физические величины |
Средняя частота (1 цикл = 11 лет) |
G 5
Экстремально суровый
(Extreme)
|
Энергетические системы:
Возможны разрушения энергетических систем и повреждения трансформаторов.
Системы управления КК:
Обширный поверхностный заряд, проблемы с ориентацией, связью и слежением за космическими кораблями (КК).
Другие системы:
Токи через трубопроводы достигают сотен ампер, один или два дня невозможна высокочастотная связь во многих района, ухудшение точности спутниковых систем навигации, низкочастотная радио-навигация выходит из строя на несколько часов, полярные сияния видны вплоть до экватора.
|
Kp = 9 |
4 за цикл (4 дня за цикл) |
G 4
Суровый или Жёсткий
(Severe)
|
Энергетические системы:
Возможны проблемы со стабильностью напряжения, частичные разрушения энергетических систем и отключение защитных систем.
Системы управления КК:
Поверхностный заряд и проблемы слежения и ориентации, необходима коррекция.
Другие системы:
Наведенные токи в трубопроводах требуют мер защиты, спорадическое прохождение ВЧ радиоволн, ухудшение спутниковой навигации на несколько часов, отказ низкочастотной радионавигации, и полярные сияния видны до тропиков.
|
Kp = 8, включая и Kp = 9 |
100 за цикл (60 дней за цикл) |
G 3
Сильный
(Strong)
|
Энергетические системы:
Неoбходима коррекция напряжения, ложные срабатывания систем защиты и высокий "газ в масле" в масляных трансформаторах.
Системы управления КК:
Поверхностный заряд на элементах КК, увеличение сноса с орбиты КК, и проблемы ориентации требующие коррекции.
Другие системы:
Перерывы в спутниковой навигации и проблемы низкочастотной радионавигации, прерывания ВЧ радиосвязи, полярные сияния видны до средних широт.
|
Kp = 7 |
200 за цикл (130 дней за цикл) |
G 2
Умеренный
(Moderate)
|
Энергетические системы:
Воздействие на высокоширотные энергетические системы.
Системы управления КК:
Необходимы корректирующие действия с центров управления; отличия от прогнозируемого орбитального сноса КК.
Другие системы:
Ухудшение распространения ВЧ радиоволн на высоких широтах, полярные сияния видны до широты 50 градусов.
|
Kp = 6 |
600 за цикл (360 дней за цикл) |
G 1
Малый
(Minor)
|
Энергетические системы:
Слабые флуктуации в энергетических системах.
Системы управления КК:
Небольшие влияния на системы управления КК
Другие системы:
Полярные сияния видны на высоких широтах (до 60 градусов); влияние на начало миграций животных.
|
Kp = 5 |
1700 за цикл (900 дней за цикл) |
[свернуть]
|
Всплески солнечной радиации |
 |
 |
Описание шкалы уровней солнечной радиации
Нарушения радиосвязи |
Балл рентгеновской вспышки (мощность потока лучей*) |
Число событий; (число штормовых дней) |
Балл |
Возможные эффекты |
Физическая величина |
Средняя частота (1 цикл = 11 лет) |
R 5
Чрезвычайно суровый
Extreme
|
ВЧ радиодиапазон:
Полное отсутствие ВЧ связи на дневной стороне Земли длящееся несколько часов. Нет ВЧ контакта с морскими судами и самолётами в воздухе.
Навигация:
НЧ навигационный сигнал, используемый в морских и авиационных системах, прекращает функционировать на дневной стороне в течение многих часов, приводит к потере положения.
Повышенное количество ошибок в спутниковой навигации в течение нескольких часов на дневной стороне, которое может распространяться и на ночную сторону Земли.
|
X20 (2 x 10-3) |
Меньше чем 1 за цикл |
R 4
Суровый или Жёсткий
Severe
|
ВЧ радиодиапазон:
Прекращение связи в ВЧ диапазоне на один или два часа в большинстве регионов на дневной стороне Земли. Потеря ВЧ радиоконтакта в течение этого времени с морскими судами и самолетами во время полётов.
Навигация:
Исчезновение низкочастотного навигационного сигнала приводит к увеличению ошибок в определении координат морских судов и самолётов в течение одного-двух часов. Возможны небольшие сбои в спутниковой навигации на дневной стороне Земли.
|
X10 (10-3) |
8 за цикл (8 дней за цикл) |
R 3
Сильный
Strong
|
ВЧ радиодиапазон:
Широкомасштабные нарушения связи в ВЧ диапазоне, потеря радиоконтакта с морскими судами и авиацией на освещенной стороне Земли.
Навигация:
Падение низкочастотного навигационного сигнала примерно на один час, влияющее на ориентацию морских судов и авиации.
|
X1 (10-4) |
175 за цикл (140 дней за цикл) |
R 2
Умеренный
Moderate
|
ВЧ радиодиапазон:
Ограниченные потери ВЧ радиосигнала на дневной стороне, потеря радиоконтакта на десятки минут с морскими судами и самолетами.
Навигация:
Падение низкочастотного навигационного сигнала на десятки минут влияет на точность определения координат морских судов и самолетов.
|
M5 (5 x 10-5) |
350 за цикл (300 дней за цикл) |
R 1
Слабый
Minor
|
ВЧ радиодиапазон:
Небольшие ослабления ВЧ радиосигнала на дневной стороне редкие потери радиоконтакта с судами и самолетами.
Навигация:
Ослабление низкочастотного навигационного сигнала на короткие промежутки времени влияет на точность определения координат в мореходстве и авиации.
|
M1 (10-5) |
2000 за цикл (950 дней за цикл) |
* Поток, измеряется в диапазоне 0,1-0,8 нм, в Вт·м-2.
[свернуть]
|
Нарушения радиосвязи |
 |
 |
Описание шкалы уровней нарушений радиосвязи
Всплески солнечной радиации |
Уровень потока частиц (ионов) с энергией >10MeV * |
Число событий с указанным значением потока (число штормовых дней**) |
Балл |
Возможные эффекты |
Физическая величины |
Средняя частота (1 цикл = 11 лет) |
S 5
Экстремально суровый
(Extreme)
|
Биологические:
Неизбежное высокое радиационное облучение космонавтов при работе в открытом космосе; высокий уровень радиации для пассажиров и экипажа коммерческих реактивных самолетов на высоких широтах (примерно в 100 раз выше, чем при рентгене грудной клетки).
Системы управления КК:
Потеря некоторых спутников, сбои в электронике приводящие к потере контроля, значительные шумы в видео данных, звёздные датчики неспособны определить объект, локальные повреждения солнечных батарей.
Другие системы:
Невозможна связь в ВЧ диапазоне на высоких широтах, ошибки в системах навигации делают её чрезвычайно затруднительной.
|
105 |
Около 1 за цикл |
S 4
Суровый или Жёсткий
(Severe)
|
Биологические:
Неизбежное радиационное облучение при работе в открытом космосе; повышенное радиационное облучение пассажиров и экипажа коммерческих реактивных самолетов на высоких широтах (примерно в 10 раз выше, чем при рентгене грудной клетки).
Системы управления КК:
Сбои электронной памяти, шумы в каналах изображений, проблемы в системах ориентации по звёздным датчикам и ухудшение работы солнечных батарей.
Другие системы:
Нарушение ВЧ радиосвязи в полярных районах и увеличение ошибок навигации в течение нескольких дней.
|
104 |
3 за цикл |
S 3
Сильный
(Strong)
|
Биологические:
Радиационная опасность для космонавтов при работе в открытом космосе; пассажиры и экипаж коммерческих реактивных самолётов на высоких широтах подвергаются небольшому облучению (примерно как при рентгене грудной клетки).
Системы управления КК:
Одиночные сбои, шумы в видиосистемах, локальные повреждения открытых узлов/детекторов и падение мощности солнечных батарей.
Другие системы:
Падение распространения ВЧ радиоволн через полярную область и ошибки в определении координат в системах навигации.
|
103 |
10 за цикл |
S 2
Умеренный
(Moderate)
|
Биологические:
Никаких.
Системы управления КК:
Редкие одиночные сбои.
Другие системы:
Небольшое воздействие на распространение ВЧ радиосигнала через полярную область и ухудшение навигации в полярных районах.
|
102 |
25 за цикл |
S 1
Слабый
(Minor)
|
Биологические:
Никаких.
Системы управления КК:
Никаких.
Другие системы:
Небольшие нарушения ВЧ связи в полярных районах.
|
10 |
50 за цикл |
* Средний поток за 5 мин. Поток в частицах·с-1·стер-1·см-2
** Эти события могут длится более одного дня.
[свернуть]
|
|
|
Изображение Cолнца полученное с американского геостационарного спутника GOES-15, который работает на орбите 35 785 км. (22 236 миль) от Земли.
GOES-15, ранее известный как GOES-Р, метеорологический спутник, построенный Boeing, чтобы помочь ученым NOAA отслеживать опасные погодные явления и солнечную активность.
Слева представлена цветовая шкала активности Солнца
|
|
|
|
На графике представлен общий поток рентгеновского излучения Солнца получаемый со спутников серии GOES в режиме реального времени.
Солнечные вспышки видны в виде всплесков интенсивности. Во время мощных вспышек происходят нарушения радиосвязи в ВЧ диапазоне на дневной стороне Земли.
Степень этих нарушений зависит от мощности вспышки. Балл (C,M,X) вспышек и их мощность в Вт/м2 указаны на левой оси координат в логарифмическом масштабе.
Вероятный уровень нарушений радиосвязи по шкале NOAA (R1-R5) показан справа.
На вертикальной шкале графика - отметки событий в октябре 2003г.
|
|
|
|
Минут через 10 - 15 после мощных солнечных вспышек к Земле приходят протоны высоких энергий - > 10 Мэв или так называемые солнечные космические лучи (СКЛ).
В западной литературе - High energy proton flux and Solar Radiation Storms т.е. поток протонов высоких энергий или солнечная радиационная буря.
Этот радиационный удар может вызывать нарушения и поломки в аппаратуре космических аппаратов, приводить к опасному облучению космонавтов и получению повышенной дозы радиации пассажирами и экипажами реактивных самолётов на высоких широтах.
Соответствующий уровень радиации по шкале NOAA (S1-S5) от слабого до экстремального указан на правой оси координат.
В вертикальной шкале отображены данные за 28-30 октября 2003г. во время мощного всплеска активности на Солнце.
Горизонтальный участок на уровне чуть более 104 - это, к сожалению, всего-лишь предел используемого датчика протонов.
Данные о мощности потока протонов высоких энергий поступают с КК ACE в режиме реального времени
|
|
|
|
Усиление потока солнечного ветра и приход ударных волн корональных выбросов вызывают сильные вариации геомагнитного поля - магнитные бури.
По данным, поступающим с космических аппаратов серии GOES, в режиме реального времени вычисляется уровень возмущённости геомагнитного поля, который и представлен на графике.
Здесь дан пример развития мощной геомагнитной бури наивысшего балла - 9, которая произошла 29 октября 2003г через сутки после солнечной вспышки.
Для сравнения приведена диаграмма трёхчасового планетарного Kp индекса по данным всемирной сети геомагнитных станций.
|
Влияние солнечной активности и магнитного поля Земли на человека
Магнитные бури
Приходящие в окрестность Земли солнечные корпускулы создают сильные электрические токи, которые воздействуют на земной магнетизм и порождают так называемые магнитные бури.
Во время бурь Земля окружена внешним магнитным полем, силовые линии которого приблизительно параллельны направлению оси постоянного поля Земли. Направление этого внешнего поля между первой и второй фазами бури должно быстро меняться на обратное.
Магнитные бури делятся несколько произвольно на два класса - в соответствии с величиной возмущений.
В отличии от вспышечных магнитных бурь, рекуррентные повторяются в течении нескольких солнечных оборотов, а иногда даже 10-15 оборотов. Вневспышечные магнитные бури связаны с неоднородностью солнечного ветра и прежде всего долгоживущими областями на солнце.
Если число вспышечных магнитных бурь достигает максимальной величины в эпоху максимума 11-ти летнего цикла, то максимальное число рекуррентных магнитных бурь отмечается на его ветви спада, за 2-3 года до эпохи минимума.
2012 — год нового 11-ти летнего цикла Солнечной активности.
В середине 18-го столетия астрономы любители Г.Швабе и Р.Вольф впервые установили факт изменения числа солнечных пятен со временем, причем средний период этого изменения состовляет ~ 11 лет.
Вольф ввел индекс относительных чисел солнечных пятен и сумел по различным материалам наблюдений астрономов-любителей и профессионалов восстановить его с 1749 г. Интервалы времени между годами максимальных (или минимальных) чисел Вольфа довольно сильно различаются.
Известно. Что с 1749 г. до наших дней продолжительность их колебалась от 7 до 17 лет между годами максимумов и от 9 до 14 лет между годами минимумов относительного числа солнечных пятен.
|
Приблизительное соотношение размеров Солнца, Земли и солнечной вспышки для сравнения
|
Влияние геомагнитных бурь и солнечной активности
на биосферу Земли и человека.
Медики обратили внимание на то обстоятельство, что число внезапных смертей и случаев обострения заболеваний сердечно-сосудистой системы, тесно связано с солнечной активностью и обусловлено геомагнитной возмущенностью магнитного поля Земли. Ученый П. В. Василик сделал интересное открытие.
Он обнаружил, что между магнитным полем Земли (оно связано с колебаниями активности Солнца) и ростом человека существует обратная зависимость. С уменьшением магнитного поля Земли ускоряется рост, происходит акселерация.
С увеличением магнитного поля Земли возникает обратный процесс — замедление роста — ретардация.
Длительность периода изменения магнитного поля Земли достаточно велика и исчисляется десятками столетий.
Археологические раскопки показали, что с середины V тыс. до н. э. до середины IV тыс. до н. э. был период акселерации, что соответствовало уменьшению магнитного поля Земли.
С середины IV тыс. до н. э. и до первых веков н. э. наблюдается уменьшение роста человека. Этот период совпал с постепенным увеличением магнитного поля Земли. С I в. н. э. до настоящего времени идет процесс акселерации, соответствующий уменьшению магнитного поля Земли.
Космические супер-бури и их последствия за последние годы
Цикл 23 (1996- )
Резкий всплеск активности в октябре-ноябре 2003г, через 3,5 года после максимума 11-ти летнего цикла. Магнитная буря 28 октября 2003г. полностью прервала радиосвязь в Швеции, вывела из строя два японских спутника и нарушила радиосвязь и радио-навигацию воздушного и морского транспорта, вывела из строя прибор для измерения радиации на орбитальной станции КК НАСА "Марс Одиссей". Повреждения были относительно небольшими т.к. прогноз был сделан своевременно и енергетические компании и службы обеспечения связи с искуственными спутниками заранее приняли соответствующие меры.
Многие спутники связи вышли из строя из-за воздействия космических факторов:
- "Телстар 401" (11 января 1997г.)
- "Галакси IV" (17 мая 1998г.)
- "Темпо-2" (11 апреля 1997г.)
- "Адеос" (20 сентября 1997г.)
- Семь спутников системы "Иридиум" вышли из строя между апрелем и августом 1998г.
Индустрия страхования выплатила более 800 миллионов US$ по требованиям за вышедшие из строя спутники.
Цикл 22 (1989-1995)
13 марта 1989г. - мощное полярное сияние, которое распространилось далеко на юг вплоть до Средиземного моря и Японии.
Из-за магнитной бури сгорел силовой трансформатор на гидроэлектростанции в провинции Квебек в Канаде. В результате вся провинция оказалась без электричества в течение 9 часов.
Многие спутники подверглись прямому воздействию - по данным Объединенного командования ПВО США и Канады, почти 1300 объектов существенно изменили свои орбиты.
Спутник "Марекс-1" вышел из строя 25 марта 1991г. "Аник Е-1" вышел из строя и "Аник Е-2" был поврежден из-за состояния космической погоды 21 января 1994г.
Данные получены из источников:
SDO Solar Dynamics Observatory |
|
AIA Atmospheric Imaging Assembly |
|
NOAA Nacional Oceanographic Data Center |
|
Astronomical Observatory of Kharkov National University
Харьковская станция солнечного мониторинга |
Число просмотров: 337562