แมกนีโตสเฟียร์คืออะไรและพายุแม่เหล็กแรงสูงส่งผลต่อเทคโนโลยีอย่างไร

โลกของเราคือ แม่เหล็ก - เรื่องนี้รู้กันทุกคน เส้นสนามแม่เหล็กออกจากบริเวณขั้วแม่เหล็กใต้และเข้าสู่บริเวณขั้วแม่เหล็กเหนือ จำไว้ว่าขั้วแม่เหล็กโลกและขั้วทางภูมิศาสตร์แตกต่างกันเล็กน้อย ในซีกโลกเหนือ ขั้วแม่เหล็กจะเคลื่อนไปทางแคนาดาประมาณ 13°

ชุดของเส้นแรงของสนามแม่เหล็กโลกเรียกว่า สนามแม่เหล็ก… แมกนีโตสเฟียร์ของโลกไม่สมมาตรกับแกนแม่เหล็กของดาวเคราะห์

ด้านดวงอาทิตย์ถูกดึงดูด ด้านตรงข้ามยืดออก รูปร่างของแมกนีโตสเฟียร์นี้สะท้อนถึงอิทธิพลที่คงที่ของลมสุริยะที่มีต่อมัน อนุภาคมีประจุที่บินจากดวงอาทิตย์ดูเหมือนจะ "บีบ" เส้นแรง สนามแม่เหล็กให้กดด้านกลางวันและดึงด้านกลางคืน

ตราบใดที่สถานการณ์ของดวงอาทิตย์สงบ ภาพรวมนี้ก็ยังค่อนข้างคงที่ แต่แล้วก็มีแสงแดด ลมสุริยะเปลี่ยนไป—การไหลเวียนของอนุภาคที่เป็นองค์ประกอบมีมากขึ้นและพลังงานของพวกมันก็มากขึ้นแรงกดดันต่อชั้นแมกนีโตสเฟียร์เริ่มเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว เส้นแรงในด้านกลางวันเริ่มเคลื่อนเข้าใกล้พื้นผิวโลกมากขึ้น และในด้านกลางคืน แรงจะถูกดึงเข้าไปใน "หาง" ของชั้นแมกนีโตสเฟียร์มากขึ้น มันคือ พายุแม่เหล็ก (พายุแม่เหล็กโลก).

ในช่วงเปลวสุริยะ การระเบิดของพลาสมาร้อนจำนวนมากเกิดขึ้นบนพื้นผิวของดวงอาทิตย์ ในระหว่างการปะทุจะมีการปลดปล่อยอนุภาคจำนวนมากซึ่งเคลื่อนที่ด้วยความเร็วสูงจากดวงอาทิตย์มายังโลกและรบกวนสนามแม่เหล็กของดาวเคราะห์

ลมสุริยะ

"การบีบอัด" ของเส้นแรง หมายถึงการเคลื่อนที่ของขั้วของมันบนพื้นผิวโลก ซึ่งหมายความว่า — การเปลี่ยนแปลงความแรงของสนามแม่เหล็ก ณ จุดใดๆ บนโลก... และยิ่งแรงดันของลมสุริยะแรงมากเท่าไหร่ แรงอัดของเส้นสนามก็ยิ่งมีความสำคัญมากขึ้นตามไปด้วย การเปลี่ยนแปลงความแรงของสนามก็จะยิ่งแรงขึ้นเท่านั้น พายุแม่เหล็กยิ่งแรง

ในเวลาเดียวกัน ยิ่งเข้าใกล้บริเวณขั้วแม่เหล็กมากเท่าไร เส้นสนามภายนอกจะบรรจบกับพื้นผิวมากขึ้นเท่านั้น และพวกเขาก็สัมผัสกับผลกระทบที่ยิ่งใหญ่ที่สุดของลมสุริยะที่ก่อกวนและตอบสนอง (แทนที่) ได้มากที่สุด ซึ่งหมายความว่าสัญญาณรบกวนทางแม่เหล็กควรเกิดขึ้นมากที่สุดที่ขั้วแม่เหล็กโลก (นั่นคือที่ละติจูดสูง) และน้อยที่สุดที่เส้นศูนย์สูตรแม่เหล็กโลก

การเปลี่ยนแปลงของขั้วแม่เหล็กเหนือตั้งแต่ปี 1831 ถึง 2007

การเปลี่ยนแปลงที่อธิบายไว้ในสนามแม่เหล็กที่ละติจูดสูงซึ่งเต็มไปด้วยสิ่งที่เราอาศัยอยู่บนพื้นผิวโลกคืออะไร

ในระหว่างเกิดพายุแม่เหล็ก ไฟฟ้าดับ วิทยุสื่อสาร เครือข่ายผู้ให้บริการโทรศัพท์เคลื่อนที่และระบบควบคุมยานอวกาศขัดข้อง หรือความเสียหายต่อดาวเทียมอาจเกิดขึ้นได้

พายุแม่เหล็กในควิเบก ประเทศแคนาดา พ.ศ. 2532 ทำให้ไฟฟ้าดับอย่างรุนแรง รวมถึงไฟไหม้หม้อแปลง (ดูรายละเอียดเกี่ยวกับเหตุการณ์นี้ด้านล่าง) ในปี 2555 พายุแม่เหล็กรุนแรงทำให้การสื่อสารกับยานอวกาศ European Venus Express โคจรรอบดาวศุกร์หยุดชะงัก

มาจำกัน วิธีการทำงานของเครื่องกำเนิดกระแสไฟฟ้า… ในสนามแม่เหล็กที่อยู่นิ่ง ตัวนำ (โรเตอร์) จะเคลื่อนที่ (หมุน) ส่งผลให้ผู้วิจัย EMF ปรากฏขึ้น และมันเริ่มไหล ไฟฟ้า… สิ่งเดียวกันนี้จะเกิดขึ้นหากเส้นลวดอยู่กับที่และสนามแม่เหล็กจะเคลื่อนที่ (เปลี่ยนเวลา)

ในช่วงที่เกิดพายุแม่เหล็กจะมีการเปลี่ยนแปลงในสนามแม่เหล็ก และยิ่งเข้าใกล้ขั้วแม่เหล็กมากขึ้น (ละติจูด geomagnetic ยิ่งสูง) การเปลี่ยนแปลงนี้จะยิ่งแรงขึ้น

ซึ่งหมายความว่าเรามีสนามแม่เหล็กที่เปลี่ยนแปลง และสายไฟคงที่ที่มีความยาวใด ๆ บนพื้นผิวโลกจะไม่ถูกครอบครอง มีสายไฟ รางรถไฟ ท่อส่ง...พูดได้คำเดียวว่าเป็นทางเลือกที่ดี และในตัวนำแต่ละตัว โดยอาศัยกฎทางกายภาพที่กล่าวถึงข้างต้น กระแสไฟฟ้าเกิดขึ้นซึ่งเกิดจากการเปลี่ยนแปลงของสนามแม่เหล็กโลก เราจะโทรหาเขา กระแสแม่เหล็กโลกเหนี่ยวนำ (IGT).

ขนาดของกระแสเหนี่ยวนำขึ้นอยู่กับหลายเงื่อนไข ประการแรก แน่นอน จากความเร็วและความแรงของการเปลี่ยนแปลงในสนามแม่เหล็กโลก นั่นคือ จากความแรงของพายุแม่เหล็ก

แต่แม้ในช่วงพายุเดียวกัน ผลกระทบที่แตกต่างกันเกิดขึ้นในสายต่างๆขึ้นอยู่กับความยาวของเส้นลวดและการวางแนวบนพื้นผิวโลก

ลวดยิ่งยาวก็จะยิ่งแข็งแรง กระแสเหนี่ยวนำ… นอกจากนี้ การวางแนวลวดในทิศทางเหนือ-ใต้จะยิ่งแรงมากขึ้น ในความเป็นจริง ในกรณีนี้ การแปรผันของสนามแม่เหล็กที่ขอบจะมากที่สุด ดังนั้น EMF จะยิ่งใหญ่ที่สุด

แน่นอน ขนาดของกระแสนี้ขึ้นอยู่กับปัจจัยอื่นๆ อีกหลายอย่าง รวมทั้งค่าการนำไฟฟ้าของดินที่อยู่ใต้เส้นลวด ถ้าค่าการนำไฟฟ้านี้สูง IHT จะอ่อนลงเนื่องจากกระแสส่วนใหญ่จะผ่านลงกราวด์ หากมีขนาดเล็ก มีโอกาสเกิด IHT ที่รุนแรงได้

หากไม่ลงลึกถึงฟิสิกส์ของปรากฏการณ์ เราทราบแต่เพียงว่า IHT เป็นสาเหตุหลักของปัญหาที่เกิดจากพายุแม่เหล็กในชีวิตประจำวัน

ตัวอย่างสถานการณ์ฉุกเฉินที่เกิดจากพายุแม่เหล็กแรงสูงและกระแสเหนี่ยวนำที่อธิบายไว้ในเอกสาร

พายุแม่เหล็กในวันที่ 13-14 มีนาคม 2532 และเหตุฉุกเฉินในแคนาดา

นักแม่เหล็กวิทยาใช้วิธีการหลายอย่าง (เรียกว่าดัชนีแม่เหล็ก) เพื่ออธิบายสถานะของสนามแม่เหล็กโลก โดยไม่ต้องลงรายละเอียด เราเพียงแต่ทราบว่ามีดัชนีดังกล่าวอยู่ห้ารายการ (ดัชนีที่พบบ่อยที่สุด)

แน่นอนว่าแต่ละข้อมีข้อดีและข้อเสียต่างกันไป และสะดวกและแม่นยำที่สุดในการอธิบายสถานการณ์บางอย่าง ตัวอย่างเช่น สภาวะปั่นป่วนในเขตแสงออโรร่า หรือในทางกลับกัน ภาพรวมของโลกในสภาวะที่ค่อนข้างสงบ

โดยธรรมชาติแล้ว ในระบบของดัชนีแต่ละรายการ ปรากฏการณ์แม่เหล็กโลกแต่ละรายการจะมีลักษณะเฉพาะด้วยตัวเลขที่แน่นอน — ค่าของดัชนีเองสำหรับช่วงเวลาของปรากฏการณ์ ซึ่งเป็นเหตุผลว่าทำไมจึงเป็นไปได้ที่จะเปรียบเทียบความเข้มของการรบกวนของคลื่นแม่เหล็กโลกที่เกิดขึ้น ในปีต่างๆ

พายุแม่เหล็กในวันที่ 13-14 มีนาคม พ.ศ. 2532 เป็นเหตุการณ์ทางแม่เหล็กโลกที่โดดเด่นตามการคำนวณตามระบบดัชนีแม่เหล็กทั้งหมด

จากการสังเกตของหลายสถานี ในช่วงพายุ ขนาดของการลดลงของสนามแม่เหล็ก (ความเบี่ยงเบนของเข็มเข็มทิศจากทิศทางไปยังขั้วแม่เหล็ก) ภายใน 6 วันถึง 10 องศาหรือมากกว่านั้น นี่เป็นจำนวนมาก เมื่อพิจารณาว่าการเบี่ยงเบนแม้เพียงครึ่งองศาเป็นสิ่งที่ยอมรับไม่ได้สำหรับการทำงานของเครื่องมือทางธรณีฟิสิกส์จำนวนมาก

พายุแม่เหล็กนี้เป็นปรากฏการณ์ทางธรณีแม่เหล็กที่ไม่ธรรมดา อย่างไรก็ตาม ความสนใจในเรื่องนี้แทบจะไม่เกินวงแคบของผู้เชี่ยวชาญ หากไม่ใช่เพราะเหตุการณ์ที่น่าทึ่งในชีวิตของหลายภูมิภาคที่มาพร้อมกับมัน

เมื่อเวลา 07:45 น. UTC ของวันที่ 13 มีนาคม พ.ศ. 2532 สายส่งไฟฟ้าแรงสูงจากอ่าวเจมส์ (ทางตอนเหนือของควิเบก ประเทศแคนาดา) ไปยังทางตอนใต้ของควิเบกและรัฐทางตอนเหนือของสหรัฐอเมริกา ตลอดจนเครือข่ายไฮโดร-ควิเบก ประสบกระแสน้ำเหนี่ยวนำที่รุนแรง

กระแสน้ำเหล่านี้สร้างโหลดเพิ่มเติม 9,450 เมกะวัตต์ในระบบ ซึ่งมากเกินไปที่จะเพิ่มให้กับโหลดที่มีประโยชน์ 21,350 เมกะวัตต์ในขณะนั้น ระบบหยุดทำงาน ทำให้ประชาชน 6 ล้านคนไม่มีไฟฟ้าใช้ ใช้เวลา 9 ชั่วโมงในการกู้คืนระบบกลับสู่การทำงานปกติ ผู้บริโภคในภาคเหนือของสหรัฐฯ ในขณะนั้น ได้รับไฟฟ้าน้อยกว่า 1,325 เมกะวัตต์ชั่วโมง

ในวันที่ 13-14 มีนาคม ยังพบผลกระทบที่ไม่พึงประสงค์ที่เกี่ยวข้องกับกระแสแม่เหล็กโลกที่เหนี่ยวนำในสายไฟฟ้าแรงสูงของระบบไฟฟ้าอื่น ๆ ด้วย: รีเลย์ป้องกันทำงาน, หม้อแปลงไฟฟ้าล้มเหลว, แรงดันไฟฟ้าตก, กระแสกาฝากถูกบันทึกไว้

ค่ากระแสเหนี่ยวนำที่ใหญ่ที่สุดในวันที่ 13 มีนาคมถูกบันทึกไว้ในระบบ Hydro-Ontario (80 A) และ Labrador-Hydro (150 A) คุณไม่จำเป็นต้องเป็นผู้เชี่ยวชาญด้านพลังงานเพื่อจินตนาการถึงความเสียหายที่อาจเกิดขึ้นกับระบบไฟฟ้าใด ๆ โดยการปรากฏตัวของกระแสหลงทางขนาดนี้

ทั้งหมดนี้ไม่ได้ส่งผลกระทบต่ออเมริกาเหนือเท่านั้น มีการสังเกตปรากฏการณ์ที่คล้ายกันนี้ในหลายประเทศในแถบสแกนดิเนเวีย เป็นความจริงที่ว่าผลกระทบของพวกเขาอ่อนแอกว่ามากเนื่องจากทางตอนเหนือของยุโรปอยู่ห่างจากขั้วแม่เหล็กโลกมากกว่าทางตอนเหนือของอเมริกา

อย่างไรก็ตาม เมื่อเวลา 08:24 น. CET สายไฟขนาด 130 กิโลโวลต์ 6 เส้นในภาคกลางและภาคใต้ของสวีเดนได้บันทึกการเกิดไฟกระชากที่เกิดจากกระแสไฟพร้อมกัน แต่ไม่เกิดอุบัติเหตุ

ทุกคนทราบดีว่าการปล่อยให้ผู้อยู่อาศัย 6 ล้านคนไม่มีไฟฟ้าใช้เป็นเวลา 9 ชั่วโมงหมายความว่าอย่างไร เพียงอย่างเดียวก็เพียงพอแล้วที่จะดึงความสนใจของผู้เชี่ยวชาญและสาธารณชนมาที่พายุแม่เหล็กในวันที่ 13-14 มีนาคม แต่ผลกระทบไม่ได้จำกัดเฉพาะระบบพลังงานเท่านั้น

นอกจากนี้ US Soil Conservation Service ยังรับสัญญาณจากเซ็นเซอร์อัตโนมัติจำนวนมากที่ตั้งอยู่ในภูเขาและตรวจสอบสภาพดิน หิมะปกคลุม ฯลฯ ทางวิทยุความถี่ 41.5 MHz ทุกวัน

ในวันที่ 13 และ 14 มีนาคม (ซึ่งปรากฏในภายหลังเนื่องจากการซ้อนทับของรังสีจากแหล่งอื่น) สัญญาณเหล่านี้มีลักษณะแปลกและไม่สามารถถอดรหัสได้เลย หรือบ่งชี้ว่ามีหิมะถล่ม น้ำท่วม โคลนไหล และ น้ำแข็งเกาะพื้นพร้อมๆ กัน...

ในสหรัฐอเมริกาและแคนาดา มีกรณีของการเปิดและปิดประตูโรงรถส่วนตัวโดยไม่ได้ตั้งใจ ซึ่งล็อกได้รับการปรับความถี่ ("กุญแจ") แต่ถูกกระตุ้นโดยสัญญาณที่ซ้อนทับกันอย่างวุ่นวายที่มาจากระยะไกล

การสร้างกระแสเหนี่ยวนำในท่อ

เป็นที่ทราบกันดีว่าท่อมีบทบาทสำคัญอย่างไรในระบบเศรษฐกิจอุตสาหกรรมสมัยใหม่ ท่อโลหะหลายร้อยหลายพันกิโลเมตรผ่านประเทศต่างๆ แต่สิ่งเหล่านี้ยังเป็นตัวนำและกระแสเหนี่ยวนำก็สามารถเกิดขึ้นได้เช่นกัน แน่นอนในกรณีนี้พวกเขาไม่สามารถเผาหม้อแปลงหรือรีเลย์ได้ แต่จะทำให้เกิดความเสียหายอย่างไม่ต้องสงสัย

ความจริงก็คือเพื่อป้องกันการกัดกร่อนของอิเล็กโทรไลต์ ท่อทั้งหมดมีศักยภาพเชิงลบถึงกราวด์ประมาณ 850 mV ค่าของศักยภาพนี้ในแต่ละระบบจะคงที่และถูกควบคุม การกัดกร่อน ด้วยไฟฟ้าที่มีนัยสำคัญจะเริ่มต้นเมื่อค่านี้ลดลงถึง 650 mV

ตามที่ บริษัท น้ำมันของแคนาดาเมื่อวันที่ 13 มีนาคม พ.ศ. 2532 พร้อมกับการโจมตีของพายุแม่เหล็ก ศักยภาพที่แหลมคมเริ่มขึ้นและดำเนินต่อไปในวันที่ 14 มีนาคม ในกรณีนี้ ขนาดของศักย์ไฟฟ้าลบเป็นเวลาหลายชั่วโมงจะน้อยกว่าค่าวิกฤต และบางครั้งก็ลดลงถึง 100-200 mV

ในปี พ.ศ. 2501 และ พ.ศ. 2515 ในช่วงที่เกิดพายุแม่เหล็กแรงสูง เนื่องจากกระแสเหนี่ยวนำ การรบกวนอย่างร้ายแรงเกิดขึ้นในการทำงานของสายเคเบิลโทรคมนาคมข้ามมหาสมุทรแอตแลนติก ในช่วงพายุปี 2532สายเคเบิลใหม่ใช้งานได้แล้ว ซึ่งข้อมูลถูกส่งผ่านช่องออปติก (ดู — ระบบสื่อสารด้วยแสง) ดังนั้นจึงไม่มีการละเมิดในการส่งข้อมูล

อย่างไรก็ตาม แรงดันไฟฟ้าขนาดใหญ่สามขั้ว (300, 450 และ 700 V) ถูกบันทึกไว้ในระบบไฟฟ้าของสายเคเบิล ซึ่งเกิดขึ้นพร้อมกันกับการเปลี่ยนแปลงที่รุนแรงของสนามแม่เหล็ก แม้ว่าการพุ่งสูงขึ้นเหล่านี้ไม่ได้ทำให้ระบบทำงานผิดปกติ แต่ก็มีขนาดใหญ่พอที่จะคุกคามการทำงานตามปกติได้

สนามแม่เหล็กโลกกำลังเปลี่ยนแปลงและอ่อนกำลังลง มันหมายความว่าอะไร?

สนามแม่เหล็กโลกไม่เพียงแต่เคลื่อนที่ไปตามพื้นผิวของดาวเคราะห์เท่านั้น แต่ยังเปลี่ยนความเข้มของมันด้วย ในช่วง 150 ปีที่ผ่านมา ลดลงประมาณ 10% นักวิจัยพบว่าทุกๆ 500,000 ปีโดยประมาณ ขั้วของแม่เหล็กจะเปลี่ยนไป ขั้วเหนือและใต้จะสลับที่กัน ครั้งสุดท้ายที่สิ่งนี้เกิดขึ้นเมื่อประมาณหนึ่งล้านปีก่อน

ลูกหลานของเราอาจพบเห็นความสับสนและหายนะที่อาจเกิดขึ้นซึ่งเกี่ยวข้องกับการกลับขั้ว หากมีการปะทุในเวลาที่ขั้วแม่เหล็กของดวงอาทิตย์กลับขั้ว โล่แม่เหล็กจะไม่สามารถปกป้องโลกได้ และจะเกิดไฟฟ้าดับและการหยุดชะงักของระบบนำทางทั่วโลก

ตัวอย่างที่ให้ไว้ข้างต้นทำให้เรานึกถึงผลกระทบของพายุแม่เหล็กที่รุนแรงและหลากหลายแง่มุมที่มีต่อชีวิตประจำวันของมนุษยชาติ

จากทั้งหมดข้างต้นเป็นตัวอย่างของผลกระทบที่น่าประทับใจของสภาพอากาศในอวกาศ (รวมถึงแสงจ้าจากดวงอาทิตย์และพายุแม่เหล็ก) มากกว่าความสัมพันธ์ที่ไม่น่าเชื่อถือของกิจกรรมของดวงอาทิตย์และแม่เหล็กกับสุขภาพของมนุษย์