자기권이란 무엇이며 강력한 자기 폭풍이 기술에 미치는 영향

우리 지구는 자석 — 이것은 모두에게 알려져 있습니다. 자기력선은 남극 영역을 떠나 북 자극 영역으로 들어갑니다. 지구의 자기장과 지리적 극은 약간 다릅니다. 북반구에서는 자기장이 캐나다 쪽으로 약 13° 이동했습니다.

지구 자기장의 일련의 힘선을 호출합니다. 자기권… 지구의 자기권은 행성의 자기축에 대해 대칭이 아닙니다.

태양의 측면에서는 끌리고 반대편에서는 길어집니다. 자기권의 이러한 모양은 태양풍이 그것에 미치는 지속적인 영향을 반영합니다. 태양에서 날아오는 하전 입자는 힘의 선을 "압박"하는 것으로 보입니다. 자기장, 낮에는 누르고 밤에는 당깁니다.

태양의 상황이 평온한 한 이 전체 그림은 상당히 안정적입니다. 그러나 그때 햇빛이 있었고, 태양풍은 변하여 구성 입자의 흐름이 커지고 에너지도 커졌다.자기권에 가해지는 압력이 급격히 증가하기 시작했고 낮 쪽의 힘선이 지구 표면에 더 가까워지기 시작했으며 밤 쪽에서는 자기권의 "꼬리"로 더 강하게 당겨졌습니다. 그것은 자기 폭풍(지자기 폭풍).

태양 플레어 동안 뜨거운 플라즈마의 대규모 폭발이 태양 표면에서 발생합니다. 분출하는 동안 강력한 입자 흐름이 방출되어 태양에서 지구로 고속으로 이동하여 행성의 자기장을 방해합니다.

태양풍

힘선의 "압축"은 지구 표면에서 극의 움직임을 의미하며 이는 다음을 의미합니다. 지구의 어느 지점에서나 자기장의 강도 변화... 그리고 태양풍의 압력이 강할수록 필드 라인의 압축이 더 중요하고 그에 따라 필드 강도의 변화가 더 강해집니다. 자기 폭풍이 강할수록.

동시에 자극 영역에 가까울수록 더 많은 외부 필드 라인이 표면을 만납니다. 그리고 그들은 교란된 태양풍의 가장 큰 영향을 경험하고 가장 많이 반응(이동)합니다. 이것은 자기 교란의 발현이 지자기 극(즉, 고위도)에서 가장 크고 지자기 적도에서 가장 작아야 함을 의미합니다.

1831년부터 2007년까지 자북극 이동.

지구 표면에 사는 우리에게 설명된 고위도 자기장의 변화는 또 무엇입니까?

자기 폭풍 동안 정전, 무선 통신, 이동 통신사 네트워크 및 우주선 제어 시스템 중단 또는 위성 손상이 발생할 수 있습니다.

1989년 캐나다 퀘벡에서 발생한 자기 폭풍으로 인해 변압기 화재를 비롯한 심각한 정전이 발생했습니다(이 사건에 대한 자세한 내용은 아래 참조). 2012년에 심한 자기 폭풍이 금성을 도는 유럽의 비너스 익스프레스 우주선과의 통신을 방해했습니다.

기억하자 전류 생성기 작동 방식… 정지된 자기장에서 도체(회전자)가 움직입니다(회전합니다). 그 결과 연구원에서는 EMF가 나타납니다 그리고 흐르기 시작한다 전기… 와이어가 고정되어 있고 자기장이 움직일 경우에도 마찬가지입니다(시간에 따라 변경).

자기 폭풍 동안 자기장에 변화가 있으며 자극에 가까울수록(지자기 위도가 높을수록) 이 변화가 더 강해집니다.

이것은 우리가 변화하는 자기장을 가지고 있음을 의미합니다. 음, 지구 표면의 길이에 관계없이 고정 와이어는 점유하지 않습니다. 송전선, 철로, 파이프라인... 한마디로 선택의 폭이 넓습니다. 그리고 각 도체에는 위에서 언급한 물리적 법칙에 의해 지자기장의 변화로 인해 전류가 발생합니다. 우리는 그를 부를 것이다 유도 지자기 전류(IGT).

유도 전류의 크기는 많은 조건에 따라 달라집니다. 우선, 물론 지자기장 변화의 속도와 강도, 즉 자기 폭풍의 강도에서.

그러나 같은 폭풍이 몰아치는 동안에도 전선마다 다른 효과가 발생합니다.전선의 길이와 지구 표면의 방향에 따라 달라집니다.

와이어가 길수록 더 강해집니다. 유도 전류… 또한 와이어 방향이 남북 방향에 가까울수록 강해집니다. 실제로 이 경우 가장자리에서 자기장의 변화가 가장 크므로 EMF가 가장 큽니다.

물론 이 전류의 크기는 와이어 아래 토양의 전도성을 포함하여 여러 다른 요인에 따라 달라집니다. 이 전도성이 높으면 대부분의 전류가 접지를 통과하기 때문에 IHT가 약해집니다. 작으면 심각한 IHT가 발생할 가능성이 높습니다.

현상의 물리학에 더 깊이 들어가지 않고 IHT가 자기 폭풍이 일상 생활에서 야기하는 문제의 주요 원인이라는 점만 언급합니다.

문헌에 기술된 강한 자기폭풍과 유도전류에 의한 비상상황의 예

1989년 3월 13-14일의 자기 폭풍과 캐나다의 비상 사태

자기학자는 지구 자기장의 상태를 설명하기 위해 여러 가지 방법(자기 지수라고 함)을 사용합니다. 자세히 설명하지 않고 이러한 인덱스(가장 일반적인 인덱스)가 5개 있다는 점만 언급합니다.

물론 그들 각각은 장점과 단점이 있으며 특정 상황을 설명하는 데 가장 편리하고 정확합니다.

당연히 이러한 각 지수 시스템에서 각 지자기 현상은 특정 숫자로 특징 지어집니다. 현상 기간 동안 지수 자체의 값이므로 발생한 지자기 교란의 강도를 비교할 수 있습니다. 다른 해에.

1989년 3월 13-14일의 자기 폭풍은 모든 자기 지수 시스템을 기반으로 한 계산에 따르면 예외적인 지자기 현상이었습니다.

많은 관측소의 관측에 따르면 폭풍우가 치는 동안 6일 이내에 자기 편각(나침반 바늘이 자극 방향에서 벗어나는 편차)의 크기는 10도 이상에 이릅니다. 많은 지구물리학적 기기의 작동에 대해 0.5도의 편차도 허용되지 않는다는 점을 고려하면 이것은 많은 것입니다.

이 자기 폭풍은 특별한 지자기 현상이었습니다. 그러나 그에 수반되는 여러 지역의 삶에서 극적인 사건이 아니라면 그것에 대한 관심은 좁은 범위의 전문가를 거의 초과하지 않았을 것입니다.

1989년 3월 13일 07:45 UTC에 제임스 베이(캐나다 퀘벡 북부)에서 퀘벡 남부와 미국 북부 주, 하이드로-퀘벡 네트워크까지의 고압 송전선에 강한 유도 전류가 발생했습니다.

이러한 전류는 시스템에 9,450MW의 추가 부하를 생성했으며, 이는 당시 21,350MW의 유용한 부하에 추가하기에는 너무 많았습니다. 시스템이 다운되어 600만 명의 주민에게 전기가 공급되지 않았습니다. 시스템을 정상 작동 상태로 복원하는 데 9시간이 걸렸습니다. 당시 미국 북부 소비자들은 1,325MWh 미만의 전력을 받았습니다.

3월 13-14일에 다른 전원 시스템의 고전압 라인에서도 유도 지자기 전류와 관련된 불쾌한 영향이 관찰되었습니다. 보호 계전기 작동, 전원 변압기 고장, 전압 강하, 기생 전류가 기록되었습니다.

3월 13일 최대 유도 전류 값은 Hydro-Ontario(80A) 및 Labrador-Hydro(150A) 시스템에서 기록되었습니다. 에너지 전문가가 아니어도 이러한 규모의 표류 전류가 전력 시스템에 미칠 수 있는 손상을 상상할 수 있습니다.

이 모든 것은 북미뿐만 아니라 영향을 미쳤습니다. 유사한 현상이 여러 스칸디나비아 국가에서 관찰되었습니다. 유럽의 북부가 미국의 북부보다 지자기 극에서 더 멀기 때문에 그 효과가 훨씬 약한 것이 사실입니다.

그러나 08:24 CET에 스웨덴 중부 및 남부에 있는 6개의 130kV 라인에서 전류 유도 전압 서지가 동시에 발생했지만 사고에 이르지는 않았습니다.

600만 명의 주민을 9시간 동안 전기 없이 방치하는 것이 무엇을 의미하는지 모두 알고 있습니다. 이것만으로도 3월 13-14일 자기 폭풍에 대한 전문가와 대중의 관심을 끌기에 충분합니다. 그러나 그 효과는 에너지 시스템에만 국한되지 않았습니다.

또한 미국 토양 보존국은 산에 위치한 수많은 자동 센서로부터 신호를 수신하여 토양 상태, 적설량 등을 모니터링합니다. 매일 41.5MHz 주파수의 라디오에서.

3월 13일과 14일(나중에 밝혀진 바와 같이 다른 출처의 방사선 중첩으로 인해) 이 신호는 이상한 성질을 가지고 있었고 전혀 해독할 수 없었거나 눈사태, 홍수, 이류 및 동시에 땅에 서리가...

미국과 캐나다에서는 자물쇠가 특정 주파수("열쇠")로 조정되었지만 멀리서 오는 신호의 혼란스러운 중첩에 의해 트리거된 개인 차고 문이 자발적으로 열리고 닫히는 경우가 있었습니다.

파이프라인의 유도 전류 생성

파이프라인이 현대 산업 경제에서 얼마나 큰 역할을 하는지는 잘 알려져 있습니다. 수백, 수천 킬로미터의 금속 파이프가 여러 나라를 통과합니다. 그러나 이들은 또한 도체이며 유도 전류도 발생할 수 있습니다. 물론 이 경우 변압기나 계전기를 소손시킬 수는 없지만 확실히 손상을 입힐 수 있습니다.

사실 전해 부식을 방지하기 위해 모든 파이프라인은 접지에 대해 약 850mV의 음전위를 가집니다. 각 시스템에서 이 전위 값은 일정하게 유지되고 제어되며 이 값이 650mV로 떨어지면 심각한 전해 부식이 시작되는 것으로 간주됩니다.

캐나다 석유 회사에 따르면 1989년 3월 13일 자기 폭풍의 시작과 함께 포텐셜의 급격한 급증이 시작되어 3월 14일까지 계속되었습니다. 이 경우 몇 시간 동안 음전위의 크기는 임계값보다 적고 때로는 100-200mV로 떨어집니다.

이미 1958년과 1972년에 강한 자기 폭풍 동안 유도 전류로 인해 대서양 횡단 통신 케이블 작동에 심각한 교란이 발생했습니다. 1989년의 폭풍 동안정보가 광 채널을 통해 전송되는 새 케이블이 이미 작동 중이었습니다(참조 — — 광통신 시스템) 정보 전달에 위배되는 사항이 없습니다.

그러나 3개의 큰 전압 스파이크(300, 450 및 700V)가 케이블 전원 시스템에 기록되었으며, 이는 시간에 따라 자기장의 강한 변화와 일치했습니다. 이러한 스파이크로 인해 시스템이 오작동하지는 않았지만 정상적인 작동에 심각한 위협이 될 만큼 충분히 컸습니다.

지구의 지자기장이 변하고 약해지고 있습니다. 무슨 뜻이에요?

지구의 자기장은 행성 표면을 따라 이동할 뿐만 아니라 강도도 변경합니다. 지난 150년 동안 약 10% 정도 약화되었습니다. 연구원들은 약 50만년에 한 번씩 자극의 극성이 바뀌는 것을 발견했습니다. 즉, 북극과 남극이 위치를 바꿉니다. 마지막으로 이런 일이 일어난 것은 약 백만 년 전이었습니다.

우리의 후손들은 극성 반전과 관련된 이러한 혼란과 가능한 재난을 목격할 수 있습니다. 태양의 자극이 역전되는 시점에 폭발이 일어나면 자기장으로 지구를 보호할 수 없게 되고 지구 전체에 정전과 항법 시스템 중단이 발생합니다.

위의 사례들은 강력한 자기폭풍이 인류의 일상생활에 미치는 영향이 얼마나 심각하고 다면적일 수 있는지를 생각하게 합니다.

위의 모든 것은 인간 건강과 태양 및 자기 활동의 상관 관계가 그다지 신뢰할 수 없는 것보다 우주 날씨(태양 플레어 및 자기 폭풍 포함)의 훨씬 더 인상적인 효과의 예입니다.