Burza słoneczna i magnetyczna – przewodnika cz.2


Jaki wpływ ma aktywność Słońca na zjawiska zachodzące na Ziemi i dlaczego tak się dzieje?

Czym jest burza magnetyczna?

Jak się mierzy pogodę magnetyczną?

Pole magnetyczne Ziemi

Najbardziej prawdopodobną hipotezą dotyczącą przyczyn istnienia pola magnetycznego Ziemi jest tzw. geodynamo. Ruch obrotowy płynnego jądra ziemi tworzy wirowe prądy elektryczne czego skutkiem jest właśnie pole magnetyczne. Pole magnetyczne tworzy wokół Ziemi magnetosferę o kształcie dipola. Natężenie pola magnetycznego analizowane jest w rozbiciu na stałe pole magnetyczne (które ulega powolnym zmianom w  skali wieków) oraz składową zmienną pola, zależną od różnych zjawisk zewnętrznych.

Magnetosfera i pasy van Allena

Regularne zmiany magnetosfery są skutkiem ruchu dobowego, a na zmiany te ma wpływ oddziaływanie Księżyca i Słońca. Magnetosfera jest zniekształcona przez stałe zjawisko – wiatr słoneczny czyli strumień cząstek, głównie protonów i elektronów o dużej energii.  Powoduje on spychanie magnetosfery podobnie jak to robi podmuch z płomieniem świecy: od strony Słońca magnetosfera jest  wielkości 10-12 promieni ziemskich, a po przeciwnej stronie tworzy się warkocz magnetosferyczny nawet do 100 promieni ziemskich. Pole magnetyczne Ziemi zatrzymuje większość wiatru słonecznego, który poruszając się po liniach pola magnetycznego Ziemi zbliża się najbardziej w okolicach bieguna, jonizując atmosferę, czego efektem mogą być zorze polarne. Cząstki złapane przez magnetosferę skupiają się w obszarach zwanych pasami van Allena. Elektrony zatrzymują się wyżej, na pasie zewnętrznym, protony trafiają głębiej, tworząc wewnętrzny pas.


elektrony złapane w magnetosferę zamieszkują zewnętrzny pas, protony - wewnętrzny, poruszając się po torach podobnych do linii śrubowych.źródło: Wydział Fizyki i Astronomii, Uniwersytet w San Jose, Kalifornia USAhttp://www.physics.sjsu.edu/becker/physics51/mag_field.htm 

Pogoda na Słońcu i na Ziemi

Zmiany nieregularne w magnetosferze mają bardzo różny charakter, a ich przyczyną jest głównie aktywność Słońca. Zmiany w intensywności wiatru i gwałtowna aktywność Słońca w postaci koronalnych wyrzutów masy i rozbłysków mogą zaburzać magnetosferę Ziemi. Erupcje słoneczne (burze słoneczne) obserwowane w atmosferze Słońca rozpoczynają się rozbłyskiem słonecznym (flarą – ang. flare – czyli gwałtowną anihilacją obszaru silnego pola magnetycznego) lub protuberancją (zjawisko wznoszenia się dużych mas plazmy w koronie Słońca w formie łuków i podobnych struktur związane ze zmianami lokalnych pól magnetycznych). Protuberancje i pętle koronalne układają się wzdłuż linii pola magnetycznego. Tak jak opiłki metalu są porządkowane przez magnes, tak plazma podąża wokół linii pola magnetycznego. Linie pola otoczone są plazmą jak spiralą. Im silniej jest skręcona, tym większą ma energię. Spokojne protuberancje mogą się utrzymywać nawet przez wiele miesięcy nad powierzchnią Słońca, ale gdy znika pole magnetyczne, nagromadzona energia uwalnia się wyrzucając plazmę w przestrzeń. Burzom towarzyszą potężne eksplozje wyrzucające materię z powierzchni Słońca, czyli koronalne wyrzuty masy (CME).

Plazma wyrzucona w wyniku CME w przestrzeń kosmiczną po dotarciu w obszar magnetosfery Ziemi powoduje w niej burze magnetyczne. Nie znaczy to jednak, że każde zjawisko CME spowoduje zaburzenia geomagnetyczne. Większość obłoków plazmy ginie w przestrzeni kosmicznej, jedynie wyrzuty wycelowane prosto w kierunku Ziemi mogą dawać poważne skutki. Gwałtowne zmiany w pasach van Allena mają wpływ na urządzenia zasilane prądem i wrażliwe na zmiany natężenia pola magnetycznego. Silne promieniowanie elektromagnetyczne, niewidoczne dla oka ludzkiego może dotrzeć do powierzchni Ziemi.

Promieniowanie elektromagnetyczne dociera do Ziemi w ciągu około 8 minut (z prędkością światła), naładowane cząstki osiągają Ziemię po kilkudziesięciu minutach, ale największa i najbardziej obfita fala uderzeniowa pojawia się w magnetosferze dopiero po około 20 godzinach. Dlatego obserwowane zjawisko powoduje zaburzenie magnetosfery Ziemi dopiero następnego dnia po rozbłysku i CME. Silny wiatr słoneczny może zmieniać zasięg sygnałów radiowych, a intensywne promieniowanie ultrafioletowe, które przebije się do powierzchni Ziemi może uszkodzić baterie paneli słonecznych. Burze magnetyczne mogą powodować jasne zorze polarna na szerokościach geograficznych poza obszarami okołobiegunowymi, nawet w Polsce albo  jeszcze dalej na południe. Mogą być także przyczyną awarii aktywnych transformatorów i linii przesyłowych wysokiego napięcia.

Innym efektownym zjawiskiem jest zorza polarna.

Zorza to efekt oddziaływania na ładowanych cząstek przybyłych ze Słońca z polem magnetycznym Ziemi. Wchodząc w atmosferę nad biegunami naładowane cząstki pobudzają atmosferę ziemską do świecenia. Tlen świeci na zielono lub czerwono, azotu na różowo, niebiesko i fioletowo. Zorze występują nad biegunami, ale przy szczególnie silnych burzach mogą dotrzeć nawet nad równik. W 1859 roku pojawiły się nad Rzymem i na Hawajach, niestety z tego samego powodu zaczęły iskrzyć linie telegraficzne, a stacje telegrafu stanęły w płomieniach. Był to wówczas jedyny ludzki wynalazek podatny na działanie burz magnetycznych.

Index Kp

Badanie stanu ziemskiej magnetosfery odbywa się poprzez pomiar składowych ziemskiego pola magnetycznego. Zgromadzone w pasach van Allena cząstki tworzą prąd elektryczny (pierścieniowy). Ma on wpływ na  ziemskie pole magnetyczne. Duże zmiany składowej horyzontalnej pola wskazują na pojawienie się burz magnetycznych. Monitoring geomagnetyczny posługuje się w analizie pomiarów tzw. indeksem Kp w skali od 0 do 9. Jest to jakby odpowiednik skali Beauforta:

  • Kp<4 – pole magnetyczne Ziemi spokojne (QUIET),
  • Kp=4 – pole ziemskie niespokojne (UNSETTLED),
  • Kp>4 – burza magnetyczna (STORM),

Pomiar tych zmian odbywa się co trzy godziny. Indeks Kp jest parametrem uniwersalnym, na który różne centra obserwacyjne przeliczają swoje skale wartości zmian natężenia pola geomagnetycznego mierzonego w nanoteslach (Obserwatorium Boulder w stanie Kolorado, USA) lub we własnej skali (amerykańska agencja NOAA posługuje się skalą z parametrem G).

Bieżące pomiary można obserwować na stronie http://www.n3kl.org/sun/noaa.html


Stan magnetosfery Ziemi dnia 09-03-2012

Instrumenty pomiarowe

Rejestracją aktywności Słońca zajmuje się satelita SOHO, który posiada na pokładzie cały zespół koronografów LASCO oraz inne teleskopy obserwacyjne oraz dwie sondy STEREO, rozmieszczone na orbicie tak, by uzyskać przestrzenny obraz korony słonecznej i mapę wyrzutów typu CME.

, , , , , , , , , ,

  1. Dodaj komentarz

Skomentuj

Wprowadź swoje dane lub kliknij jedną z tych ikon, aby się zalogować:

Logo WordPress.com

Komentujesz korzystając z konta WordPress.com. Log Out / Zmień )

Zdjęcie z Twittera

Komentujesz korzystając z konta Twitter. Log Out / Zmień )

Facebook photo

Komentujesz korzystając z konta Facebook. Log Out / Zmień )

Google+ photo

Komentujesz korzystając z konta Google+. Log Out / Zmień )

Connecting to %s

%d bloggers like this: