Причины солнечно-суточных вариаций

Особенности протекания ССВ магнитного поля связаны с суточными и сезонными колебаниями проводимости ионосферы и слабо связаны с состоянием магнитосферы. Источники спокойных ССВ удобнее представить в виде некоторой системы электрических токов в верхних слоях атмосферы – в ионосфере. Если представить измеренные значения вариаций в виде диаграмм векторов в горизонтальной и вертикальной плоскостях, то можно видеть, что в северном полушарии вектор Т в дневные часы всегда направлен в сторону некоего центра, который находится на предполуденном меридиане и на параллели 30^о, а в южном полушарии он направлен от центра, находящегося на том же меридиане и параллели – 30⁰. При анализе векторных диаграмм в вертикальной плоскости отмечаем, что центры, к которым направлены векторы Т, лежат выше земной поверхности.

Эти центры можно отождествлять с осью вихревого тока, а суточные вариации связывают с существованием в атмосфере системы замкнутых вихревых токов, которые остаются неподвижными в пространстве и под которыми вращается земной шар.

Система токов, имеющая центр на широте 30^о на полуденном меридиане, остается неподвижной в пространстве между Солнцем и Землей, а наблюдатель на Земле, вращаясь относительно этой системы, фиксирует в течение суток все значения поля, вызываемого этими токами на широте наблюдателя. Процесс генерации солнечно-суточных вариаций двумя полуденными токовыми вихрями в слоях ионосферы подтвержден ракетными измерениями в области экваториальной электроструи.

2.8.4. Лунно-суточные вариации

Существуют вариации периодического характера, связанные с положением Луны по отношению к горизонту. Период этих вариаций совпадает с промежутками времени между двумя последовательными прохождениями Луны через меридиан места наблюдения, т.е. он равен лунным полусуткам. Амплитуда колебаний не превышает 1-2 нТл.

2.8.5. Геомагнитные возмущения. Магнитные бури

Геомагнитными возмущениями называют любые отклонения элементов геомагнитного поля от спокойного состояния. Амплитуда этих отклонений может быть от единиц до тысяч нТл, а длительность их – от секунд до суток. При наложении этих флуктуаций друг на друга наблюдается картина хаотических и на первый взгляд совершенно произвольных изменений магнитного поля. Бури по величине амплитуды принято делить на слабые, умеренные и большие. Интенсивность магнитных бурь возрастает от низких геомагнитных широт к высоким, а частота их проявления зависит от солнечной активности в различное время года.

Принято выделять магнитные бури с внезапным началом и с постепенным началом. При бурях с внезапным началом на фоне спокойного хода магнитных элементов внезапно происходит скачок, отмечаемый одновременно на всех станциях земного шара. Особенно резко такой скачок проявляется в изменении величины горизонтальной составляющей магнитного поля, которая внезапно увеличивается на десятки нанотесл. При бурях с постепенным началом возмущения возникают в виде постоянного увеличения амплитуды всех элементов, при этом начальный их момент определить не удается. В этом случае моменты начала бури, определяемые на разных станциях, могут отстоять друг от друга на час и больше. Причиной, вызывающей развитие магнитной бури, является мощный выброс солнечной плазмы, при которой происходит вспышка.

Еще одним проявлением взаимодействия солнечного ветра с магнитосферой является развитие кратковременного возмущения, называемого авральной суббурей. Суббуря проявляется в изменении различных параметров ионосферы, магнитного поля, состояния плазмы во внутренней магнитосфере.

Вопрос о природе магнитных бурь рассматривался многими исследователями. Еще в начале 30-х г. прошлого столетия на основе изучения взаимосвязи потока солнечной плазмы (солнечного ветра) с магнитным полем Земли было высказано предположение, что причиной магнитных бурь может быть сжатие магнитного поля под давлением солнечного ветра. По мере приближения к Земле давление солнечного ветра уравновешивает геомагнитное поле и образует полость, внутрь которой солнечный ветер не проникает, а на границе магнитного поля возникает узкий слой токов, вызывающих магнитные бури. Токовый слой имеет ширину порядка 100 км. Современными исследованиями магнитного поля Земли космическими аппаратами подтверждена реальность существования токового слоя.

Рис. 2.12. Магнитные вариации Т на расстоянии 500 м от железной дороги Пермь – Екатеринбург

Кроме того, японским геофизиком Т. Рикитаки была высказана мысль, что причиной аномального распределения магнитных бурь могут быть электрические токи, индуцированные в недрах Земли.

Заслуживает внимания магнитная буря, проявляющаяся в форме берегового эффекта – геомагнитной вариации, протекающей в окрестностях границы между океаном и континентом и обусловленной резким различием электропроводности суши и морской воды. Береговой эффект был обнаружен в Новой Зеландии, на Сахалине, Курильских островах и во многих других регионах земного шара.

Возмущающие физические процессы в магнитосфере могут влиять на наземные технологические системы и представлять опасность для жизни или здоровья человека. Вариационные изменения в магнитном поле Земли могут стать причиной неполадок в работе спутников, коммуникационных и навигационных систем, сетей электроснабжения, вычислительных систем. В историю вошла глобальная авария 13 марта 1987 г., когда индуцированные магнитной бурей токи вывели из строя электросистему провинции Квебек в Канаде. 11 января 1997 г. из-за мощного прорыва плазмы внутрь магнитосферы прекратил работу спутник «Телстар-401». Институт земного магнетизма ионосферы и распределения радиоволн Российской академии наук (ИЗМИРАН) сообщил, что самая сильная за 70-летнюю историю наблюдений магнитная буря бушевала на Земле осенью 2004 г. К вечеру 4 ноября после взрыва на Солнце крупного пятна поток ионизированного газа достиг границ магнитосферы. Зашкалило детекторы, со стороны Солнца земную магнитосферу этим потоком «сплющило» в два раза. Такое же явление наша планета переживала в 1989 г., когда из-за солнечной активности прервалась трансатлантическая телеграфная связь между Великобританией и США.

Повышение потоков заряженных частиц во внутренних частях магнитосферы несет опасность радиационного облучения для экипажей обитаемых космических аппаратов и пассажиров самолетов, летающих на больших высотах.

Естественные возмущения магнитного поля усиливаются и искажаются действием промышленного электромагнитного поля (рис.2.12). Все изменения магнитного поля во времени в околоземном пространстве вносят значительные искажения в магнитные измерения, выполняемые при поисковых и разведочных работах. Учет геомагнитных вариаций, являющихся помехами, имеет актуальное значение в магниторазведке. Особо тщательный учет геомагнитных вариаций требуется при проведении высокоточных работ, поэтому необходимы разработки новых программ и методик их регистраций.