Magnetinės audros – kas tai ir kaip jos veikia žmones bei techniką

Šiandien papasakosiu kas yra magnetinės audros, kaip jos veikia techniką ir žmones bei kodėl ne visomis geomagnetinėmis prognozėmis galima pasitikėti.

Kas yra magnetinės audros

Magnetinės audros – tai stiprūs Žemės magnetinio lauko sutrikimai, kurie staiga pakeičia jo įprastą eigą ir gali trukti nuo kelių valandų iki kelių parų. Joms vykstant, jos stebimos vienu metu visoje planetoje.

Magnetinės, arba tiksliau – geomagnetinės audros, yra Žemės kosminių orų dalis. Jos sukelia pašvaistes, gali neigiamai paveikti techniką tiek orbitoje, tiek Žemėje, taip pat kai kurių žmonių savijautą.

Kodėl kyla magnetinės audros

Saulės vėjas – tai įelektrintų dalelių srautas, sklindantis nuo Saulės – nuolat veikia išorinę, aukščiausią Žemės magnetinio lauko dalį (magnetosferą). Dėl to ji visą laiką būna iškreiptoje būsenoje:

Tačiau saulės vėjo srautas toli gražu ne visada yra stabilus ir gali svyruoti. Jo sutrikimus sukelia vainikinės skylės ir masės išsiveržimai (pastarieji dažnai painiojami su Saulės žybsniais).

Audros, sukeltos masės išsiveržimų, yra pačios stipriausios. Jų metu artimiausia mums žvaigždė išmeta milijardus tonų plazmos. Tai panašu į tūkstančio branduolinių bombų sprogimą vienu metu. Jei srautas nukreiptas Žemės link, dalelės gali ją pasiekti. Paprastai tam prireikia dviejų–trijų dienų, tačiau esant galingiems išsiveržimams plazma gali įveikti 150 milijonų kilometrų atstumą vos per 18 valandų.

Kai srautas pasiekia mūsų planetą, jis sukelia smūginę bangą, kuri suspaudžia Žemės magnetosferą. Saulės vėjo protonams susidūrus su mūsų atmosferos vandenilio atomais, susidaro elektros srovė. Pamažu, audrai rimstant, magnetosfera grįžta į normalią būseną, o srovė išsiskaido.

Vainikinių skylių poveikio principas šiek tiek kitoks. Šiose Saulės paviršiaus srityse magnetinis laukas yra silpnesnis nei likusioje žvaigždės dalyje. Todėl iš jų sklinda saulės vėjo srautas, kuris juda greičiau nei įprastai – 500–800 kilometrų per sekundę, palyginti su 300–500. Toks srautas gali sukelti silpnas magnetines audras. Tačiau jos kartais trunka daug ilgiau ir sukuria daugiau energijos.

Todėl magnetinių audrų dažnis yra tiesiogiai susijęs su Saulės aktyvumu. Pastarasis didėja ir mažėja, sudarydamas vidutiniškai 11 metų trunkančius ciklus. Dėl to per mėnesį Saulės aktyvumo piko metu gali įvykti iki aštuonių magnetinių audrų, o esant minimaliam aktyvumui – neįvykti nė viena. Tačiau didelis Saulės aktyvumas dar nereiškia, kad tikrai kils stiprūs geomagnetiniai sutrikimai.

Ar galima išmatuoti magnetinės audros stiprumą

Magnetinių audrų intensyvumas matuojamas specialiais indeksais. Mokslininkai dažniausiai naudoja Dst indeksą: jis apskaičiuojamas pagal kelių magnetinių stočių, esančių Žemės magnetiniame pusiaujyje, magnetometrų duomenis. Duomenys atnaujinami kas valandą. Esant ramiai būsenai, Dst svyruoja nuo −20 iki 20 nanoteslų. Audra laikoma prasidėjusia, kai šis rodiklis nukrenta žemiau −50 nanoteslų.

Paprastiems žmonėms labiau suprantamas G indeksas, kuris vertina magnetines audras pagal jų pavojingumą. Išskiriami penki lygiai:

• G1 – nežymios magnetinės audros. Įvyksta maždaug 1 700 kartų per Saulės ciklą. Gali sukelti silpnus elektros tinklo svyravimus, šiek tiek paveikti palydovų veiklą, sukelia pašvaistes.
• G2 – vidutinio stiprumo. Įvyksta maždaug 660 kartų per ciklą. Kartais sukelia įtampos svyravimus ir transformatorių pažeidimus šiaurės platumose, daro įtaką kosminių aparatų judėjimui. Dėl tokių audrų pašvaistės gali pasirodyti toliau nuo ašigalių.
• G3 – stiprios. Įvyksta apie 200 kartų per ciklą. Dėl jų gali prireikti reguliuoti įtampą energetikos sistemose. Kartais įvyksta klaidingas saugiklių suveikimas, kyla trikdžių palydovinėje navigacijoje ir radijo ryšyje. Pašvaistės gali būti matomos dar arčiau pusiaujo.
• G4 – sunkios. Įvyksta maždaug 100 kartų per ciklą. Dažni įtampos kontrolės sutrikimai ir klaidingas apsauginių įrenginių suveikimas. Tokios audros gali sukelti elektros srovių atsiradimą vamzdynuose, trikdyti radijo ryšį ir palydovinę navigaciją. Kartais pašvaistės matomos net ir Vidurio Europos platumose.
• G5 – ekstremaliai stiprios. Įvyksta apie 4 kartus per ciklą. Gali sukelti didelio masto elektros tinklų sutrikimus (kai kurios sistemos visiškai sugenda arba išsijungia), rimtus palydovų veikimo sutrikimus. Gali susidaryti stiprios elektros srovės vamzdynuose, o radijo ryšys gali dingti kelioms dienoms. Pašvaistės galimos net subtropinėse vietovėse, pavyzdžiui, Kaire.

Kaip magnetinės audros veikia techniką

Stiprios magnetinės audros trikdo signalų sklidimą jonosferoje. Dėl to, kaip jau minėta, atsiranda klaidų ir sutrikimų GPS veikime, aukšto dažnio radijo ryšyje bei kai kuriose karinėse ankstyvojo perspėjimo sistemose.

Be to, magnetinės audros trumpam tarsi „išplečia“ atmosferą. Tai sulėtina Žemės orbitoje skriejančius palydovus, ir jie gali pradėti prarasti aukštį. Pavyzdžiui, dėl šios priežasties anksčiau nei planuota į Žemę nukrito sovietinė kosminė stotis „Saliut-7“.

Tačiau didžiausias problemas sukelia magnetinių audrų gebėjimas suformuoti elektros sroves visuose metaliniuose objektuose. Kuo šie objektai didesni – tuo stipresnės ir srovės. Tekėdamos per įrenginius, jos gali juos sugadinti: technika perdega dėl per didelės įtampos. Labiausiai nuo to nukenčia transformatoriai.

Kokie stiprių magnetinių audrų padariniai jau buvo istorijoje

Didžiausia pasekmių mastu šiuolaikinė audra (−589 nanoteslų) įvyko 1989 metų kovo 13 dieną. Tada visa Kanados Kvebeko provincija liko be elektros 12 valandų. Infrastruktūra nustojo veikti per mažiau nei 2 minutes.

Magnetinis sutrikimas buvo toks stiprus, kad Šiaurės pašvaistė buvo matoma net Kuboje ir Floridoje. JAV ir Kanadoje užfiksuoti elektros tinklų sutrikimai ir galios praradimai, nors be Kvebeko niekas daugiau rimtai nenukentėjo.

Kai kurie palydovai kelioms valandoms prarado ryšį su Žeme. Problemų kilo ir JAV erdvėlaivyje „Discovery“. Be to, trumpam nutrūko radijo stoties „Laisvoji Europa“ pogrindinis transliavimas Sovietų Sąjungos teritorijoje.

1972 metais stipri magnetinė audra sukėlė masinius elektros tiekimo ir ryšio sutrikimus JAV. Vietname dėl jos sprogo kelios dešimtys amerikiečių pastatytų jūrinių minų su magnetiniais sprogdikliais.

Dar viena stipri audra įvyko 2003 metų lapkritį. Tada amerikiečių GPS duomenų korekcijos sistema (WAAS) nustojo veikti 30 valandų, daugelio palydovų darbas buvo sutrikdytas, o japonų palydovas ADEOS-2 patyrė rimtų pažeidimų.

Stipriausia magnetinė audra per visą stebėjimų istoriją (−1760 nanoteslų) įvyko dar 1859 metais. Ji sudegino kelias telegrafo linijas JAV, pašvaistės buvo matomos tropikų platumose, o dėl itin ryškaus dangaus naktį buvo šviesu kaip dieną. Šis įvykis vadinamas Keringtono vardu – pagal astronomą Ričardą-Kristoferį Keringtoną, kuris jį užfiksavo.

Prie ko stipri magnetinė audra gali privesti šiandien

Tikimybė, kad mus netolimoje ateityje pasieks toks pat stiprus išsiveržimas kaip per Keringtono įvykį, yra gana maža. Vis dėlto mokslininkai tokios galimybės neatmeta. Ir jie neturi vieningos nuomonės dėl to, kokios rimtos galėtų būti pasekmės.

Yra skaičiavimų, pagal kuriuos vien tik JAV Keringtono lygio audra galėtų sukelti 1–2 trilijonų dolerių nuostolių. Ir tai tik per pirmuosius metus. Pažeistų sistemų remontas gali trukti kelerius metus. O elektros energijos trūkumas keltų grėsmę maisto tiekimo grandinėms.

Ramina tai, kad tokie įvykiai, pasak fizikų, įvyksta ne dažniau kaip kartą per 500 metų. Juk Saulė ne visada nukreipia plazmos srautus Žemės link. Pavyzdžiui, stiprus išsiveržimas 2012 metų liepą nukreipė daleles į kosmosą ir nesukėlė reikšmingų magnetinių audrų Žemėje.

Be to, ne visi stiprūs sutrikimai sukelia katastrofiškas pasekmes. 2000 metų liepą įvyko audra, kurios stiprumas siekė –300 nanoteslų, tačiau ji neturėjo jokios įtakos elektros tinklams.

Tiesa, nauja audra gali būti net stipresnė už Keringtono. Radiokarboninės analizės duomenys iš senųjų japoniškų kedrų rodo, kad 774 metais įvykęs magnetinio lauko sutrikimas buvo 20 kartų stipresnis nei 1859-aisiais.

Kaip magnetinės audros veikia žmones

Kai kurie tiki, kad magnetinės audros kaltos dėl nuotaikos svyravimų, nuovargio, agresyvumo, depresijos ir sveikatos problemų. Saulės aktyvumu neretai aiškinamas didesnis nelaimių pavojus ar net kai kurie istoriniai įvykiai. Tačiau kaip yra iš tikrųjų?

Pasaulio mokslinė bendruomenė mano, kad Žemės geomagnetinis laukas ir jo svyravimai tiesioginės įtakos sveikatai nedaro. Infarktai, insultai ir kiti kritiniai žmogaus būklės pokyčiai nepriskiriami prie pavojų, kuriuos sukelia magnetinės audros.

Nors anksčiau mokslininkai teigė, kad audros veikia širdies ir kitų vidaus organų darbą. Buvo atlikta daug tyrimų — tačiau dabar jiems kyla pagrįstų klausimų. Štai ką svarbu žinoti apie šiuos tyrimus:

• Dauguma mokslinių straipsnių apie heliobiologiją (mokslą, tiriantį saulės aktyvumo poveikį organizmams) buvo parašyti Rusijoje. Vėliau Vakarų mokslininkai bandė pakartoti rezultatus, bet jiems to padaryti nepavyko.
• Šiuose darbuose išvados grindžiamos žmonių grupių būklės palyginimu su saulės aktyvumu, o ne eksperimentais, ilgalaikiais stebėjimais ar duomenų analize.
• Tie tyrimai, kuriuose visgi buvo atlikti eksperimentai, laikomi nereikšmingais. Kai kuriose studijose dalyvavo per mažai tiriamųjų, o ryšys tarp magnetinių sutrikimų ir sveikatos pokyčių buvo minimalus. Kituose eksperimentai net nebuvo atlikti su žmonėmis.
• Heliobiologijos pradininkas – Aleksandras Čiževskis – savo darbuose, kuriais remiasi daugelis tyrėjų, dėsningumus nustatinėjo remdamasis ne statistika. Jis tiesiog ieškojo išorinių panašumų tarp saulės aktyvumo rodiklių ir biologinių bei socialinių įvykių. Tuo pačiu metu Čiževskis visiškai ignoravo tuos geomagnetinių svyravimų periodus, kai nieko reikšmingo neįvyko.

O kokybiški moksliniai tyrimai nepatvirtina magnetinių audrų poveikio žmogui.

Pavyzdžiui, 20 metų duomenų analizė neatskleidė jokio ryšio tarp saulės aktyvumo ir simptomų pokyčių žmonėms, sergantiems depresija. Vienintelė tendencija, kurią pavyko pastebėti mokslininkams, — tai vyrų, turinčių depresiją, dažnesni apsilankymai pas gydytojus. Visgi tikslios šio reiškinio priežastys taip ir liko neaiškios.

Dėl magnetinių audrų kai kurie žmonės visgi gali jausti įvairius simptomus — dažniausiai todėl, kad yra įsitikinę, jog turėtų pasijusti blogai. Dėl streso ir nerimo tai iš tikrųjų gali įvykti. Tokiems žmonėms reikėtų iš anksto pasiruošti audrai: pasirūpinti gydytojo paskirtais vaistais ir įspėti artimuosius.

Mokslininkai taip pat nerado jokių dėsningumų tarp geomagnetinio aktyvumo ir žmonių elgesio — visa tai tėra fikcija.

Kaip apsisaugoti nuo magnetinių audrų

NASA kartu su Nacionaline vandenynų ir atmosferos administracija (NOAA), JAV Federaline ekstremalių situacijų valdymo agentūra ir kitomis institucijomis rengė strategiją ir veiksmų planą blogėjančių kosminių orų atveju. Buvo siekiama sustiprinti gyventojų bei energetikos objektų apsaugą nuo elektromagnetinių impulsų.

Pavyzdžiui, jeigu tinklo komponentai sugestų, gali būti naudojami atsarginiai mobilūs transformatoriai. Jie leidžia greitai atkurti elektros tinklo veikimą laikinam laikotarpiui, kol bus suremontuotas stacionarus įrenginys.

Kritinius objektus nuo gėdimų galima apsaugoti su specialia įranga: kondensatorių baterijomis, kurios kaupia perteklinę energiją, arba Faradėjaus dėžėmis, kurie ją išsklaido.

Visgi geriausias būdas – laiku išjungti elektros tinklą ir įspėti žmones. O tam būtina mokėti prognozuoti saulės aktyvumą.

Ar galima prognozuoti magnetines audras?

Taip, magnetines audras galima prognozuoti. JAV tuo užsiima Kosminės orų prognozės centras (SWPC), priklausantis NOAA agentūrai. Prognozėms SWPC ir NOAA darbuotojai naudoja duomenis iš Žemės palydovų bei stebėjimų rezultatus apie kosminius kūnus. Mokslininkai kuria ir tobulina naudojamus modelius, kurie padeda prognozuoti kosminius reiškinius panašiai, kaip meteorologai prognozuoja orus Žemėje.

Tačiau svarbu suprasti, kad jokios patikimos magnetinių audrų prognozės savaitei ar mėnesiui į priekį šiuo metu neįmanomos — situacija Saulėje gali pasikeisti vos per kelias minutes. Net jei mokslininkai užfiksuoja, kad įvyko vainikinės masės išmetimas, jie ne visada gali tiksliai pasakyti, ar jis pataikys į Žemę.

Ilgiausia prognozė, kurią galima sudaryti — tai 27 dienų ciklas, pagrįstas Saulės sukimusi aplink savo ašį. Ji nenurodo tikslios datos ar laiko, kada įvyks audra, bet įspėja apie tikimybę, kad aktyvios Saulės zonos gali atsisukti Žemės kryptimi.

Tiksliausios geomagnetinių audrų prognozės pateikiamos likus dienai ar kelioms valandoms iki jų atėjimo. Jos grindžiamos duomenimis iš astronominių palydovų, fiksuojančių Saulės vėjo pokyčius. Naujausią informaciją galima rasti NOAA svetainėje.