Геомагнитные воздействия на наземные системы

Как быстрые, так и медленные флуктуации магнитного поля Земли возникают вследствие изменения скорости и плотности солнечного ветра, а особенно из-за воздействия сгустков плазмы, выбрасываемых во время вспышек на Солнце и выбросов коронального вещества. Эти флуктуации индуцируют электрический ток в металлических структурах большой протяженности, таких как линии электропитания, трубопроводы, телефонные кабели и железнодорожные пути. Токи, возбуждаемые в линиях электропередачи, сдвигают рабочие точки трансформаторов. При большой нагрузке это может привести к насыщению сердечника и к перегреву обмоток. Однако мощные магнитные бури, подобные той, что произошла 13 марта 1989 года, вызывают намного более сильные токи, что может привести к мгновенному отказу трансформаторов, как случилось в канадском городе Квебек. Это происшествие стало причиной выхода из строя распределительной сети энергоснабжения более чем на 9 часов. Экономический ущерб от отказа инфраструктуры, связанный с потерями в промышленном производстве, составил порядка 1 млрд. долл. США.

РИСУНОК 0.4

Трансформатор распределительной сети энергоснабжения,
сгоревший в результате солнечной вспышки
13 марта 1989 года

Токи, индуцируемые в рельсах железнодорожных путей, могут создавать помехи системам сигнализации и датчиковым системам определения местоположения поездов. Кроме того, эти токи создают небольшую разность потенциалов между неоднородностями металла трубопроводов и между сварными швами, тем самым ускоряя катодную коррозию.

Трубопроводы, протяженность которых может составлять тысячи километров, зачастую проходят по территориям со сложными условиями рельефа и неблагоприятным климатом. В таких местах проверка и обслуживание трубопроводов обходятся весьма дорого. При этом любая неисправность может обойтись еще дороже и нанести серьезный ущерб окружающей среде. Следовательно, необходимо разработать концепции проверки и обслуживания, основанные на геомагнитной активности.

Тенденции развития радиоастрономии

В настоящее время основным направлением развития радиоастрономии является увеличение чувствительности на всех частотах. В связи с тем что современные приемники приближаются к квантовому порогу на многих частотах, технологии развиваются в сторону увеличения собирающей площади антенн и использования более широких рабочих полос пропускания. Действующие телескопы подвергаются реконструкции, предусматривающей возможность работы с широкополосными приемниками (от 1 до 8 ГГц в зависимости от частоты) для наблюдений как в непрерывном спектре, так и в спектральных линиях. На международном уровне реализуется ряд проектов по созданию радиотелескопов нового поколения, обладающих значительно большей собирающей площадью антенн.

Вот несколько примеров:

1)     проект антенной решетки площадью в 1 кв. км (SKA), предусматривающий строительство гигантской сети радиоинтерферометров с суммарной собирающей площадью в 1 кв. км и протяженностью базовых линий до 3000 км, работающей в диапазоне частот от 100 МГц до 25 ГГц;

2)     низкочастотная антенная решетка (LOFAR), развернутая в Нидерландах и соседних странах, представляет собой сеть радиоинтерферометров с суммарной собирающей поверхностью в 100 000 кв. м и протяженностью базовых линий до 1000 км, работающую в диапазоне частот от 30 до 250 МГц;

3)     большая миллиметровая/субмиллиметровая антенная решетка в Атакаме (ALMA) содержит 64 антенны, расположенных на плато в Андах на высоте 5 км, и работает в диапазоне частот от 30 до 850 ГГц.

Выводы

Радиоастрономия открыла совершенно новые и непредсказуемые радиофизические явления, такие как космическое микроволновое фоновое (реликтовое) излучение, межзвездный ионизированный газ и плазма, а также пульсары, квазары и черные дыры. С помощью радиоастрономии удалось неоднократно проверить некоторые фундаментальные теории физики, такие как общая теория относительности. Радиоастрономические исследования стали своеобразной лабораторией для фундаментальных явлений физики, которые не поддаются изучению другими методами.

Спектр, который использует радиоастрономическая служба, имеет большое социально-экономическое значение. Однако его полезные свойства трудно оценить в количественном выражении, поскольку они используются обществом в целом, часто в рамках прикладных задач, решаемых другими технологиями. Зачастую они реализуются на протяжении длительных периодов времени, с трудом поддаваясь прогнозированию. Радиоастрономическая служба разработала технологии, которые широко применяются в столь различных областях, как медицинская диагностика, электросвязь, стандарты времени и частоты, наблюдение Земли, методы вычислений, навигация, геофизика и горнодобывающая промышленность.

Многие виды деятельности в рамках службы РАС организуются на глобальном уровне, следовательно, вопросы, связанные с использованием спектра, должны рассматриваться в мировом масштабе. Односторонние решения в данном случае могут оказывать глобальное влияние на использование соответствующих частот и проведение возможных измерений.

Нестабильность магнитного поля Солнца является причиной возникновения энергетических солнечных вспышек и выбросов коронального вещества. Эти явления могут напрямую ухудшить или повредить многие электронные системы и наземную инфраструктуру, причиняя тем самым значительный экономический ущерб. Наземный мониторинг солнечного радиоизлучения обеспечивает надежный, постоянный и экономически выгодный способ контроля солнечной активности на протяжении более 60 лет. Эта технология, хорошо изученная и проверенная временем, гарантирует своевременное предупреждение о нестационарных процессах.

ГЛАВА 1

Введение