मैग्नेटोस्फीयर क्या है और कैसे मजबूत चुंबकीय तूफान प्रौद्योगिकी को प्रभावित करते हैं

हमारी पृथ्वी है चुंबक - यह सभी को पता है। चुंबकीय क्षेत्र रेखाएं दक्षिणी चुंबकीय ध्रुव के क्षेत्र को छोड़कर उत्तरी चुंबकीय ध्रुव के क्षेत्र में प्रवेश करती हैं। याद रखें कि पृथ्वी के चुंबकीय और भौगोलिक ध्रुव थोड़े भिन्न हैं—उत्तरी गोलार्ध में, चुंबकीय ध्रुव कनाडा की ओर लगभग 13° स्थानांतरित हो गया है।

पृथ्वी के चुंबकीय क्षेत्र की बल रेखाओं के समुच्चय को कहा जाता है चुंबकमंडल... पृथ्वी का मैग्नेटोस्फीयर ग्रह के चुंबकीय अक्ष के बारे में सममित नहीं है।

सूर्य की ओर यह आकर्षित होता है, विपरीत दिशा में यह लंबा होता है। मैग्नेटोस्फीयर का यह आकार उस पर सौर हवा के निरंतर प्रभाव को दर्शाता है। सूर्य से उड़ने वाले आवेशित कण बल की रेखाओं को "निचोड़" देते हैं चुंबकीय क्षेत्र, उन्हें दिन की तरफ दबाना और रात की तरफ खींचना।

जब तक सूर्य की स्थिति शांत रहती है तब तक यह पूरी तस्वीर काफी स्थिर रहती है। लेकिन तब सूरज की रोशनी थी।सौर हवा बदल गई है-इसके घटक कणों का प्रवाह अधिक हो गया है, और उनकी ऊर्जा अधिक हो गई है।मैग्नेटोस्फीयर पर दबाव तेजी से बढ़ने लगा, दिन की ओर बल की रेखाएं पृथ्वी की सतह के करीब जाने लगीं, और रात की तरफ उन्हें मैग्नेटोस्फीयर की "पूंछ" में अधिक मजबूती से खींचा गया। यह है चुंबकीय तूफान (भूचुंबकीय तूफान).

सौर ज्वालाओं के दौरान, सूर्य की सतह पर गर्म प्लाज्मा के बड़े पैमाने पर विस्फोट होते हैं। विस्फोट के दौरान, कणों की एक मजबूत धारा निकलती है, जो सूर्य से पृथ्वी की ओर तेज गति से चलती है और ग्रह के चुंबकीय क्षेत्र को बाधित करती है।

सौर पवन

बल की रेखाओं के "संपीड़न" का अर्थ है पृथ्वी की सतह पर उनके ध्रुवों की गति, जिसका अर्थ है - ग्लोब पर किसी भी बिंदु पर चुंबकीय क्षेत्र की ताकत में परिवर्तन... और सौर हवा का दबाव जितना मजबूत होता है, क्षेत्र रेखाओं का संपीड़न उतना ही अधिक महत्वपूर्ण होता है, तदनुसार, क्षेत्र की ताकत में परिवर्तन उतना ही मजबूत होता है। चुंबकीय तूफान जितना मजबूत होगा।

इसी समय, चुंबकीय ध्रुव क्षेत्र के करीब, अधिक बाहरी क्षेत्र रेखाएं सतह से मिलती हैं। और वे बस परेशान सौर हवा के सबसे बड़े प्रभाव का अनुभव करते हैं और सबसे अधिक प्रतिक्रिया (विस्थापन) करते हैं। इसका मतलब यह है कि चुंबकीय गड़बड़ी की अभिव्यक्तियाँ भू-चुंबकीय ध्रुवों (अर्थात् उच्च अक्षांशों पर) पर सबसे बड़ी और भू-चुंबकीय भूमध्य रेखा पर सबसे कम होनी चाहिए।

1831 से 2007 तक चुंबकीय उत्तरी ध्रुव का स्थानांतरण।

उच्च अक्षांशों पर चुंबकीय क्षेत्र में वर्णित परिवर्तन पृथ्वी की सतह पर रहने वाले हमारे लिए और क्या है?

एक चुंबकीय तूफान के दौरान, बिजली आउटेज, रेडियो संचार, मोबाइल ऑपरेटर नेटवर्क और अंतरिक्ष यान नियंत्रण प्रणाली में व्यवधान, या उपग्रहों को नुकसान हो सकता है।

कनाडा के क्यूबेक में 1989 के एक चुंबकीय तूफान के कारण ट्रांसफॉर्मर में आग लगने सहित गंभीर बिजली की कटौती हुई (इस घटना के विवरण के लिए नीचे देखें)। 2012 में, एक गंभीर चुंबकीय तूफान ने शुक्र की परिक्रमा कर रहे यूरोपीय वीनस एक्सप्रेस अंतरिक्ष यान के साथ संचार को बाधित कर दिया।

आइए याद करते हैं विद्युत प्रवाह जनरेटर कैसे काम करता है… एक स्थिर चुंबकीय क्षेत्र में, एक कंडक्टर (रोटर) चलता है (घूर्णन करता है)। नतीजतन, शोधकर्ता में एक ईएमएफ प्रकट होता है और यह बहने लगता है बिजली... वही होगा यदि तार स्थिर है और चुंबकीय क्षेत्र गति करेगा (समय में परिवर्तन)।

एक चुंबकीय तूफान के दौरान चुंबकीय क्षेत्र में परिवर्तन होता है, और चुंबकीय ध्रुव के करीब (भू-चुंबकीय अक्षांश जितना अधिक होता है), यह परिवर्तन उतना ही मजबूत होता है।

इसका मतलब है कि हमारे पास एक बदलते चुंबकीय क्षेत्र है। ठीक है, और पृथ्वी की सतह पर किसी भी लम्बाई के स्थिर तार नहीं लगते हैं। बिजली की लाइनें हैं, रेलवे ट्रैक हैं, पाइपलाइनें हैं... एक शब्द में, चुनाव बढ़िया है। और प्रत्येक कंडक्टर में, उपर्युक्त भौतिक कानून के आधार पर, एक विद्युत प्रवाह उत्पन्न होता है, जो भू-चुंबकीय क्षेत्र में भिन्नता के कारण होता है। हम उसे बुलाएंगे प्रेरित भू-चुंबकीय धारा (आईजीटी).

प्रेरित धाराओं का परिमाण कई स्थितियों पर निर्भर करता है। सबसे पहले, बेशक, भू-चुंबकीय क्षेत्र में परिवर्तन की गति और ताकत से, यानी चुंबकीय तूफान की ताकत से।

लेकिन एक ही तूफान के दौरान भी अलग-अलग तारों में अलग-अलग प्रभाव पड़ते हैं।वे तार की लंबाई और पृथ्वी की सतह पर इसके अभिविन्यास पर निर्भर करते हैं।

तार जितना लंबा होगा, उतना ही मजबूत होगा प्रेरित प्रवाह… इसके अलावा, यह तार के उन्मुखीकरण के उत्तर-दक्षिण दिशा के जितना करीब होगा, उतना ही मजबूत होगा। वास्तव में, इस मामले में, इसके किनारों पर चुंबकीय क्षेत्र की भिन्नता सबसे बड़ी होगी और इसलिए ईएमएफ सबसे बड़ी होगी।

बेशक, इस धारा का परिमाण कई अन्य कारकों पर निर्भर करता है, जिसमें तार के नीचे की मिट्टी की चालकता भी शामिल है। यदि यह चालकता अधिक है, तो IHT कमजोर होगा क्योंकि अधिकांश धारा जमीन से होकर जाएगी। यदि यह छोटा है, तो गंभीर IHT होने की संभावना है।

घटना के भौतिकी में आगे जाने के बिना, हम केवल यह ध्यान देते हैं कि IHT उन परेशानियों का मुख्य कारण है जो चुंबकीय तूफान रोजमर्रा की जिंदगी में पैदा करते हैं।

साहित्य में वर्णित एक मजबूत चुंबकीय तूफान और प्रेरित धाराओं के कारण आपातकालीन स्थितियों का एक उदाहरण

13-14 मार्च, 1989 के चुंबकीय तूफान और कनाडा में आपातकाल

पृथ्वी के चुंबकीय क्षेत्र की स्थिति का वर्णन करने के लिए मैग्नेटोलॉजिस्ट कई तरीकों (चुंबकीय सूचकांक कहा जाता है) का उपयोग करते हैं। विवरण में जाने के बिना, हम केवल ध्यान दें कि पांच ऐसे सूचकांक हैं (सबसे आम)।

बेशक, उनमें से प्रत्येक के अपने फायदे और नुकसान हैं और कुछ स्थितियों का वर्णन करने में सबसे सुविधाजनक और सटीक है - उदाहरण के लिए, उरोरा क्षेत्र में उत्तेजित स्थिति या, इसके विपरीत, अपेक्षाकृत शांत परिस्थितियों में वैश्विक तस्वीर।

स्वाभाविक रूप से, इनमें से प्रत्येक सूचकांक की प्रणाली में, प्रत्येक भू-चुंबकीय घटना को कुछ संख्याओं की विशेषता होती है - घटना की अवधि के लिए स्वयं सूचकांक के मूल्य, यही कारण है कि होने वाली भू-चुंबकीय गड़बड़ी की तीव्रता की तुलना करना संभव है अलग-अलग वर्षों में।

13-14 मार्च, 1989 का चुंबकीय तूफान सभी चुंबकीय सूचकांक प्रणालियों पर आधारित गणना के अनुसार एक असाधारण भू-चुंबकीय घटना थी।

कई स्टेशनों की टिप्पणियों के अनुसार, एक तूफान के दौरान, 6 दिनों के भीतर चुंबकीय झुकाव (कम्पास सुई की दिशा से चुंबकीय ध्रुव तक विचलन) का परिमाण 10 डिग्री या उससे अधिक तक पहुंच जाता है। यह बहुत कुछ है, यह देखते हुए कि कई भूभौतिकीय उपकरणों के संचालन के लिए आधा डिग्री का विचलन भी अस्वीकार्य है।

यह चुंबकीय तूफान एक असाधारण भू-चुंबकीय घटना थी। हालाँकि, इसमें रुचि शायद ही विशेषज्ञों के एक संकीर्ण दायरे से अधिक होगी, यदि इसके साथ आने वाले कई क्षेत्रों के जीवन में नाटकीय घटनाओं के लिए नहीं।

13 मार्च 1989 को 07:45 UTC पर, जेम्स बे (उत्तरी क्यूबेक, कनाडा) से दक्षिणी क्यूबेक और संयुक्त राज्य अमेरिका के उत्तरी राज्यों के साथ-साथ हाइड्रो-क्यूबेक नेटवर्क तक हाई-वोल्टेज ट्रांसमिशन लाइनों ने मजबूत प्रेरित धाराओं का अनुभव किया।

इन धाराओं ने सिस्टम पर 9,450 मेगावाट का अतिरिक्त भार बनाया, जो उस समय 21,350 मेगावाट के उपयोगी भार में जोड़ने के लिए बहुत अधिक था। बिजली के बिना 6 मिलियन निवासियों को छोड़कर, सिस्टम नीचे चला गया। सिस्टम को सामान्य ऑपरेशन में बहाल करने में 9 घंटे लग गए। उस समय उत्तरी अमेरिका में उपभोक्ताओं को 1,325 MWh से कम बिजली प्राप्त होती थी।

13-14 मार्च को, अन्य बिजली प्रणालियों की उच्च-वोल्टेज लाइनों पर प्रेरित भू-चुंबकीय धाराओं से जुड़े अप्रिय प्रभाव भी देखे गए: सुरक्षात्मक रिले काम कर रहे थे, बिजली ट्रांसफार्मर विफल हो गए, वोल्टेज गिर गया, परजीवी धाराएं दर्ज की गईं।

13 मार्च को सबसे बड़ा प्रेरित वर्तमान मान हाइड्रो-ओंटेरियो (80 ए) और लैब्राडोर-हाइड्रो (150 ए) सिस्टम में दर्ज किया गया था। इस परिमाण की आवारा धाराओं के प्रकट होने से किसी भी बिजली व्यवस्था को होने वाले नुकसान की कल्पना करने के लिए आपको ऊर्जा विशेषज्ञ होने की आवश्यकता नहीं है।

यह सब न केवल उत्तरी अमेरिका को प्रभावित करता है। कई स्कैंडिनेवियाई देशों में इसी तरह की घटनाएं देखी गई हैं। यह सच है कि उनका प्रभाव इस तथ्य के कारण बहुत कमजोर था कि यूरोप का उत्तरी भाग अमेरिका के उत्तरी भाग की तुलना में भू-चुंबकीय ध्रुव से अधिक दूर है।

हालांकि, 08:24 सीईटी पर, मध्य और दक्षिणी स्वीडन में छह 130-केवी लाइनों ने एक साथ वर्तमान-प्रेरित वोल्टेज वृद्धि दर्ज की लेकिन दुर्घटना नहीं हुई।

हर कोई जानता है कि 60 लाख निवासियों को 9 घंटे बिजली के बिना रहने का क्या मतलब है। 13-14 मार्च के चुंबकीय तूफान पर विशेषज्ञों और जनता का ध्यान आकर्षित करने के लिए अकेले ही पर्याप्त होगा। लेकिन इसका प्रभाव ऊर्जा प्रणालियों तक ही सीमित नहीं था।

साथ ही, अमेरिकी मृदा संरक्षण सेवा पहाड़ों में स्थित कई स्वचालित सेंसरों से संकेत प्राप्त करती है और मिट्टी की स्थिति, बर्फ के आवरण आदि की निगरानी करती है। हर दिन 41.5 मेगाहर्ट्ज की आवृत्ति पर रेडियो पर।

13 और 14 मार्च को (जैसा कि बाद में पता चला, अन्य स्रोतों से विकिरण के सुपरपोजिशन के कारण), ये संकेत एक अजीब प्रकृति के थे और या तो बिल्कुल भी नहीं समझे जा सकते थे, या हिमस्खलन, बाढ़, मडफ्लो और की उपस्थिति का संकेत दिया था। एक ही समय में जमीन पर पाला...

अमेरिका और कनाडा में, निजी गैराज के दरवाज़ों के स्वत: खुलने और बंद होने के मामले सामने आए हैं, जिनके ताले एक निश्चित आवृत्ति ("कुंजी") पर ट्यून किए गए थे, लेकिन दूर से आने वाले संकेतों के अराजक ओवरलैप द्वारा ट्रिगर किए गए थे।

पाइपलाइनों में प्रेरित धाराओं का निर्माण

यह सर्वविदित है कि आधुनिक औद्योगिक अर्थव्यवस्था में पाइपलाइनों की कितनी बड़ी भूमिका है। सैकड़ों और हजारों किलोमीटर धातु के पाइप विभिन्न देशों से होकर गुजरते हैं। लेकिन ये भी चालक हैं और इनमें भी प्रेरित धाराएँ उत्पन्न हो सकती हैं। बेशक, इस मामले में, वे ट्रांसफार्मर या रिले को जला नहीं सकते, लेकिन वे निस्संदेह नुकसान पहुंचाते हैं।

तथ्य यह है कि इलेक्ट्रोलाइटिक जंग से बचाने के लिए, सभी पाइपलाइनों में लगभग 850 mV की नकारात्मक क्षमता होती है। प्रत्येक प्रणाली में इस क्षमता का मान स्थिर और नियंत्रित रखा जाता है। जब यह मान 650 mV तक गिर जाता है तो महत्वपूर्ण इलेक्ट्रोलाइटिक क्षरण को शुरू माना जाता है।

कनाडाई तेल कंपनियों के अनुसार, 13 मार्च, 1989 को, चुंबकीय तूफान की शुरुआत के साथ, संभावित रूप से तेज उछाल शुरू हुआ और 14 मार्च को जारी रहा। इस मामले में, कई घंटों के लिए नकारात्मक क्षमता का परिमाण महत्वपूर्ण मान से कम होता है, और कभी-कभी 100-200 mV तक भी गिर जाता है।

पहले से ही 1958 और 1972 में, मजबूत चुंबकीय तूफानों के दौरान, प्रेरित धाराओं के कारण, ट्रान्साटलांटिक दूरसंचार केबल के संचालन में गंभीर गड़बड़ी हुई। 1989 के तूफान के दौरानएक नया केबल पहले से ही काम कर रहा था, जिसमें एक ऑप्टिकल चैनल पर सूचना प्रसारित की गई थी (देखें - ऑप्टिकल संचार प्रणाली), इसलिए सूचना के प्रसारण में कोई उल्लंघन नहीं है।

हालांकि, केबल पावर सिस्टम में तीन बड़े वोल्टेज स्पाइक्स (300, 450 और 700 वी) दर्ज किए गए थे, जो समय के साथ चुंबकीय क्षेत्र में मजबूत बदलाव के साथ मेल खाते थे। हालांकि इन स्पाइक्स के कारण सिस्टम खराब नहीं हुआ, लेकिन वे इसके सामान्य ऑपरेशन के लिए गंभीर खतरा पैदा करने के लिए काफी बड़े थे।

पृथ्वी का भू-चुंबकीय क्षेत्र बदल रहा है और कमजोर हो रहा है। इसका मतलब क्या है?

पृथ्वी का चुंबकीय क्षेत्र न केवल ग्रह की सतह के साथ चलता है, बल्कि इसकी तीव्रता भी बदलता है। पिछले 150 वर्षों में, यह लगभग 10% कमजोर हो गया है। शोधकर्ताओं ने पाया कि लगभग हर 500,000 वर्षों में एक बार, चुंबकीय ध्रुवों की ध्रुवीयता बदल जाती है - उत्तरी और दक्षिणी ध्रुव स्थान बदल लेते हैं। पिछली बार ऐसा लगभग एक लाख साल पहले हुआ था।

हमारे वंशज इस भ्रम और ध्रुवीयता के उत्क्रमण से जुड़ी संभावित आपदाओं को देख सकते हैं। यदि सूर्य के चुंबकीय ध्रुवों के उत्क्रमण के समय एक विस्फोट होता है, तो चुंबकीय ढाल पृथ्वी की रक्षा करने में सक्षम नहीं होगी और पूरे ग्रह पर बिजली गुल हो जाएगी और नेविगेशन सिस्टम में रुकावट आएगी।

ऊपर दिए गए उदाहरण यह सोचने पर मजबूर करते हैं कि शक्तिशाली चुंबकीय तूफानों का प्रभाव मानवता के दैनिक जीवन पर कितना गंभीर और बहुआयामी हो सकता है।

उपरोक्त सभी मानव स्वास्थ्य के साथ सौर और चुंबकीय गतिविधि के बहुत विश्वसनीय सहसंबंधों की तुलना में अंतरिक्ष मौसम (सौर फ्लेयर्स और चुंबकीय तूफानों सहित) के अधिक प्रभावशाली प्रभाव का एक उदाहरण है।