Влияние космической погоды на Землю: от сбоев GPS до отключения энергосетей

Космическая погода относится к изменениям в околоземном пространстве, вызванным активностью Солнца. Всё начинается на поверхности Солнца, на расстоянии примерно 150 миллионов километров от Земли. Солнечные вспышки и корональные выбросы массы выбрасывают огромные объёмы радиации или плазмы в космос. Когда такой выброс направлен к Земле, он может вызывать значительные сбои для современного общества. Магнитное поле Земли и атмосфера защищают людей от большей части солнечной радиации. Но сильные всплески всё же могут влиять на мир, который всё больше полагается на технологии.

Спутники находятся на орбите за пределами защитной атмосферы Земли, что делает их более уязвимыми. Солнечная радиация может повреждать детали и электронику спутников, что приводит к системным ошибкам. Со временем радиация разрушает солнечные батареи и выводит из строя инструменты. Сильные солнечные бури также нагревают верхнюю атмосферу Земли, слегка расширяя её и изменяя плотность. Это изменение увеличивает аэродинамическое сопротивление для спутников на низкой околоземной орбите. Спутники могут замедляться или терять высоту, рискуя столкнуться с другими спутниками или космическим мусором.

Геомагнитные бури вызывают большие токи в земной поверхности, называемые геомагнитно-индуцированными токами. Эти токи текут в проводники, такие как линии электропередач, и повреждают высоковольтные трансформаторы. В прошлом они приводили к массовым отключениям электроэнергии. Геомагнитно-индуцированные токи также влияют на нефте- и газопроводы, которые сделаны из стали со специальным покрытием для защиты от коррозии. Эти токи могут ускорять коррозию, вызывая повреждения и сокращая срок службы трубопроводов.

Энергия от солнечных вспышек может изменять состав верхней атмосферы Земли, ионизируя молекулы. Увеличение количества свободных электронов может нарушать высокочастотные радиосигналы вплоть до полного радиовещательного отключения на освещённой солнцем стороне Земли. Отключение повлияет на авиадиспетчеров, военных и радиолюбителей, которые используют высокочастотные радиосигналы. Сильные солнечные вспышки также влияют на GPS. Эффекты могут варьироваться от ошибок в несколько метров до полной потери сигнала. Даже небольшие ошибки влияют на навигацию в таких отраслях, как судоходство, авиация и сельское хозяйство.

Ежедневно по миру летает более 100 000 самолётов. В полярных регионах Земли отверстия в магнитном поле направляют заряженные частицы вниз, позволяя им сталкиваться с атмосферными газами. Солнечная активность может влиять на GPS и радиосвязь в этих районах. Пилотов, летящих на большой высоте по трансполярным маршрутам, предупреждают заранее о возможной потере радиосигнала. Хотя самолёты имеют резервные системы, иногда им приходится менять маршрут. В экстремальных случаях рейсы перенаправляются ради здоровья пассажиров и экипажа, которые могут подвергнуться более высокой дозе радиации.

Для астронавтов за пределами атмосферы и магнитного поля Земли события космической погоды представляют значительный риск для здоровья. Воздействие может привести к острой лучевой болезни и другим долгосрочным последствиям для здоровья.

Вопрос остаётся открытым. Если человечество всё больше зависит от спутников, GPS и энергосетей, а Солнце приближается к пику своей активности в 25-м цикле, то готовы ли системы раннего предупреждения и защитные механизмы к следующей сильной геомагнитной буре? И сколько времени потребуется для восстановления после события, сравнимого с Каррингтонским событием 1859 года, которое вывело из строя телеграфные линии по всей Европе и Северной Америке?