Космическая погода — это совокупность физических процессов и явлений, происходящих в околоземном космическом пространстве и определяемых активностью Солнца, а также взаимодействием солнечного ветра с магнитосферой и атмосферой Земли. В отличие от традиционной погоды в тропосфере, космическая погода проявляется в форме потоков заряженных частиц, электромагнитного излучения, плазменных возмущений и геомагнитных бурь. Она формируется главным образом за счет солнечной активности и имеет прямое воздействие на биосферу, техносферу и климатическую систему планеты.
1. Солнечная активность Главным фактором, определяющим динамику космической погоды, являются процессы на Солнце:
2. Межпланетная среда Солнечные потоки заряженных частиц распространяются в межпланетном пространстве, взаимодействуя с магнитными полями и создавая турбулентные структуры. Именно в этой среде формируются ударные волны, которые затем достигают магнитосферы Земли.
3. Магнитосфера и ионосфера Земли При попадании солнечного ветра в область земного магнитного поля происходят процессы переноса энергии и частиц, что приводит к магнитным бурям, ионосферным возмущениям и полярным сияниям.
Солнечные вспышки Являются наиболее мощными проявлениями солнечной активности. За секунды выделяется энергия, сопоставимая с миллиардами мегатонн тротила. Влияние на Землю проявляется в усилении радиационного фона и возмущениях в радиосвязи.
Корональные выбросы массы Объемные облака плазмы, содержащие до 10¹³ кг вещества, движутся со скоростями в сотни и тысячи км/с. При столкновении с магнитосферой Земли они провоцируют сильные магнитные бури.
Магнитные бури Это глобальные возмущения магнитного поля Земли, вызванные вариациями солнечного ветра и межпланетного магнитного поля. Бури приводят к индуцированным токам в проводящих системах, что опасно для электроэнергетики, спутников и средств связи.
Полярные сияния Оптическое проявление космической погоды. Возникают вследствие возбуждения молекул атмосферы при столкновении с высокоэнергетическими частицами, пришедшими из магнитосферы.
Энергетический обмен Солнечный ветер переносит кинетическую и магнитную энергию, которая частично проникает в магнитосферу Земли. Ключевым процессом является магнитное пересоединение — перестройка силовых линий магнитного поля, сопровождаемая выбросом энергии.
Ионосферные токи При возмущениях формируются токи в ионосфере — так называемые токи Беркланда, замыкающиеся через верхние слои атмосферы. Эти токи являются причиной геомагнитных вариаций, фиксируемых наземными магнитометрами.
Индуцированные токи на поверхности Земли В результате изменения геомагнитного поля в проводящей литосфере и в длинных проводниках (линии электропередачи, трубопроводы) возникают наведенные токи. Это может приводить к авариям и разрушениям инфраструктуры.
Космическая погода оказывает воздействие на биологические системы:
Для изучения и предсказания космической погоды используется совокупность методов:
Современная физика окружающей среды уделяет особое внимание созданию комплексных моделей космической погоды, включающих данные о солнечных процессах, межпланетной среде и геомагнитных реакциях. Особое значение имеют разработки систем раннего предупреждения, которые способны минимизировать ущерб от магнитных бурь и радиационных поясов для энергетики, транспорта и здоровья человека.