Вот как достаточно сильная солнечная буря может полностью изменить мир

1 и 2 сентября 1859 года телеграфные системы по всему миру дали катастрофический сбой. Операторы телеграфов сообщали, что получали электрические разряды, телеграфная бумага загоралась, а оборудование могло работать при отключенных батареях.

По вечерам аврору бореалис, более известную как северное сияние, можно было наблюдать вплоть до юга Колумбии. Обычно это сияние можно увидеть только в более высоких широтах, на севере Канады, в Скандинавии и Сибири.

То, что пережил мир в тот день, теперь известно как событие Каррингтона, было сильной геомагнитной бурей. Такие бури возникают, когда большой пузырь перегретого газа, называемого плазмой, выбрасывается с поверхности Солнца и попадает на Землю. Этот пузырь известен как корональный выброс массы.

Плазма коронального выброса массы состоит из облака протонов и электронов - электрически заряженных частиц. Когда эти частицы достигают Земли, они взаимодействуют с магнитным полем, окружающим планету.

Это взаимодействие приводит к искажению и ослаблению магнитного поля, что, в свою очередь, приводит к странному поведению авроры бореалис и другим природным явлениям. Как инженер-электрик, специализирующийся на электросетях, я изучаю, как геомагнитные бури также угрожают вызвать перебои в электроснабжении и Интернете и как от этого защититься.

Геомагнитные бури
Каррингтонское событие 1859 года является крупнейшим зарегистрированным случаем геомагнитной бури, но это не единичный случай.

Геомагнитные бури регистрируются с начала XIX века, а научные данные, полученные из образцов керна антарктического льда, свидетельствуют о еще более масштабной геомагнитной буре, которая произошла около 774 года н.э. и известна как событие Мияке. Эта солнечная вспышка вызвала самый большой и быстрый рост содержания углерода-14 за всю историю наблюдений. Геомагнитные бури вызывают большое количество космических лучей в верхних слоях атмосферы Земли, которые, в свою очередь, производят углерод-14, радиоактивный изотоп углерода.

Геомагнитная буря на 60% меньше, чем событие Мияке, произошла около 993 года нашей эры. Образцы ледяных кернов показали, что крупномасштабные геомагнитные бури такой же интенсивности, как события Мияке и Каррингтона, происходят в среднем раз в 500 лет.

В настоящее время Национальное управление океанических и атмосферных исследований использует шкалу геомагнитных бурь для измерения силы этих солнечных извержений. Шкала "G" имеет рейтинг от 1 до 5, где G1 - незначительная, а G5 - экстремальная. Каррингтонское событие было бы оценено как G5.

Еще страшнее становится, если сравнить событие Каррингтона с событием Мияке. Ученые смогли оценить силу события Каррингтона на основе колебаний магнитного поля Земли, зафиксированных обсерваториями того времени. Измерить магнитные колебания события Мияке не было возможности. Вместо этого ученые измерили увеличение содержания углерода-14 в кольцах деревьев того периода.

Событие Мияке привело к 12-процентному увеличению содержания углерода-14. Для сравнения, событие Каррингтон привело к увеличению содержания углерода-14 менее чем на 1 процент, поэтому событие Мияке, вероятно, затмило событие G5 Каррингтон.

Отключение электричества

Сегодня геомагнитная буря такой же интенсивности, как событие Каррингтона, затронула бы не только телеграфные провода и могла бы стать катастрофой. Учитывая постоянно растущую зависимость от электричества и развивающихся технологий, любой сбой может привести к денежным потерям на триллионы долларов и риску для жизни людей, зависящих от этих систем. Шторм затронет большинство электрических систем, которыми люди пользуются каждый день.

Геомагнитные бури генерируют индуцированные токи, которые проходят через электрическую сеть. Геомагнитно индуцированные токи, которые могут превышать 100 ампер, попадают в электрические компоненты, подключенные к сети, такие как трансформаторы, реле и датчики.

Сто ампер эквивалентны электрическим услугам, предоставляемым многим домашним хозяйствам. Токи такого размера могут вызвать внутреннее повреждение компонентов, что приведет к масштабным отключениям электроэнергии.

Геомагнитная буря, в три раза меньшая, чем событие Каррингтона, произошла в Квебеке, Канада, в марте 1989 года. Эта буря привела к разрушению электрической сети Hydro-Quebec.

Во время бури высокие магнитно-индуцированные токи повредили трансформатор в Нью-Джерси и отключили автоматические выключатели сети. В этом случае отключение привело к тому, что пять миллионов человек остались без электричества на девять часов.

Разрыв связи

В дополнение к сбоям в электроснабжении, связь может быть нарушена в мировом масштабе. Могут выйти из строя интернет-провайдеры, что, в свою очередь, лишит различные системы возможности общаться друг с другом. Могут быть нарушены высокочастотные системы связи, такие как наземно-воздушная, коротковолновая и корабельно-береговая радиосвязь.

Спутники, находящиеся на орбите вокруг Земли, могут быть повреждены индуцированными токами геомагнитной бури, в результате чего сгорят их печатные платы. Это приведет к сбоям в работе спутниковой телефонной связи, Интернета, радио и телевидения.

Кроме того, когда геомагнитные бури обрушиваются на Землю, повышение солнечной активности приводит к расширению атмосферы наружу. Это расширение изменяет плотность атмосферы в местах орбиты спутников. Более высокая плотность атмосферы создает сопротивление для спутника, что замедляет его движение. И если его не перевести на более высокую орбиту, он может упасть обратно на Землю.

Еще одна область, которая потенциально может повлиять на повседневную жизнь, - это навигационные системы. Практически все виды транспорта, от автомобилей до самолетов, используют GPS для навигации и слежения. Даже портативные устройства, такие как сотовые телефоны, умные часы и метки слежения, полагаются на сигналы GPS, посылаемые со спутников.

Военные системы в значительной степени зависят от GPS для координации. Другие военные системы обнаружения, такие как загоризонтные радары и системы обнаружения подводных лодок, могут быть выведены из строя, что помешает национальной обороне.

Что касается интернета, то геомагнитная буря масштаба события Каррингтона может вызвать геомагнитные токи в подводных и наземных кабелях, которые составляют основу интернета, а также в центрах обработки данных, где хранится и обрабатывается все - от электронной почты и текстовых сообщений до научных данных и инструментов искусственного интеллекта. Это потенциально может нарушить работу всей сети и лишить серверы возможности соединяться друг с другом.

Вопрос времени

Очередная геомагнитная буря на Земле - лишь вопрос времени. Буря масштаба события Кэррингтона нанесет огромный ущерб электрическим и коммуникационным системам по всему миру, а перебои в работе будут продолжаться неделями.

Если буря будет размером с Событие Мияке, результаты будут катастрофическими для всего мира с потенциальными перебоями в работе, длящимися месяцами, если не дольше. Даже при наличии предупреждений о космической погоде от Центра прогнозирования космической погоды NOAA, мир будет предупрежден всего за несколько минут - несколько часов.

Я считаю, что крайне важно продолжать исследования способов защиты электрических систем от последствий геомагнитных бурь, например, путем установки устройств, защищающих уязвимое оборудование, такое как трансформаторы, и разработки стратегий по регулированию нагрузки на сеть при приближении солнечных бурь. Короче говоря, важно работать сейчас, чтобы свести к минимуму нарушения в результате следующего события Кэррингтона. Беседа

Дэвид Уоллес, ассистент клинического профессора электротехники, Университет штата Миссисипи.