Μια τεράστια ηλιακή καταιγίδα θα μπορούσε να χτυπήσει έξω το ηλεκτρικό δίκτυο και το διαδίκτυο – ένας ηλεκτρολόγος μηχανικός εξηγεί πώς

By | December 23, 2023

Την 1 και 2 Σεπτεμβρίου 1859, τα τηλεγραφικά συστήματα σε όλο τον κόσμο απέτυχαν καταστροφικά. Οι χειριστές τηλεγράφων ανέφεραν ότι έλαβαν ηλεκτροπληξία, το τηλεγραφικό χαρτί έπιασε φωτιά και ότι ήταν σε θέση να λειτουργήσουν εξοπλισμό με αποσυνδεδεμένες μπαταρίες. Κατά τη διάρκεια της νύχτας, το βόρειο σέλας, πιο γνωστό ως βόρειο σέλας, μπορούσε να δει κανείς στο νότιο τμήμα της Κολομβίας. Συνήθως, αυτά τα φώτα είναι ορατά μόνο σε μεγαλύτερα γεωγραφικά πλάτη, στον βόρειο Καναδά, τη Σκανδιναβία και τη Σιβηρία.

Αυτό που βίωσε ο κόσμος εκείνη την ημέρα, γνωστό πλέον ως Γεγονός Carrington, ήταν μια τεράστια γεωμαγνητική καταιγίδα. Αυτές οι καταιγίδες συμβαίνουν όταν μια μεγάλη φυσαλίδα υπερθερμασμένου αερίου που ονομάζεται πλάσμα εκτοξεύεται από την επιφάνεια του Ήλιου και χτυπά τη Γη. Αυτή η φυσαλίδα είναι γνωστή ως εκτίναξη μάζας στέμματος.

Το πλάσμα από μια στεφανιαία εκτόξευση μάζας αποτελείται από ένα νέφος πρωτονίων και ηλεκτρονίων, τα οποία είναι ηλεκτρικά φορτισμένα σωματίδια. Όταν αυτά τα σωματίδια φτάνουν στη Γη, αλληλεπιδρούν με το μαγνητικό πεδίο που περιβάλλει τον πλανήτη. Αυτή η αλληλεπίδραση προκαλεί παραμόρφωση και αποδυνάμωση του μαγνητικού πεδίου, γεγονός που με τη σειρά του οδηγεί στην παράξενη συμπεριφορά του βόρειου σέλας και σε άλλα φυσικά φαινόμενα. Ως ηλεκτρολόγος μηχανικός που ειδικεύεται στο ηλεκτρικό δίκτυο, μελετώ πώς οι γεωμαγνητικές καταιγίδες απειλούν επίσης να προκαλέσουν διακοπές ρεύματος και διαδικτύου και πώς να προστατευτώ από αυτές.

Γεωμαγνητικές καταιγίδες

Το συμβάν Carrington του 1859 είναι η μεγαλύτερη καταγεγραμμένη αναφορά γεωμαγνητικής καταιγίδας, αλλά δεν είναι ένα μεμονωμένο γεγονός.

Οι γεωμαγνητικές καταιγίδες έχουν καταγραφεί από τις αρχές του 19ου αιώνα και τα επιστημονικά δεδομένα από τους πυρήνες πάγου της Ανταρκτικής έδειξαν στοιχεία για μια ακόμη πιο μαζική γεωμαγνητική καταιγίδα που εκδηλώθηκε γύρω στο 774 μ.Χ., τώρα γνωστή ως Γεγονός Miyake. Αυτή η ηλιακή έκλαμψη προκάλεσε τη μεγαλύτερη και ταχύτερη αύξηση άνθρακα-14 που έχει καταγραφεί ποτέ. Οι γεωμαγνητικές καταιγίδες απελευθερώνουν μεγάλες ποσότητες κοσμικών ακτίνων στην ανώτερη ατμόσφαιρα της Γης, οι οποίες με τη σειρά τους παράγουν άνθρακα-14, ένα ραδιενεργό ισότοπο άνθρακα.

Μια γεωμαγνητική καταιγίδα 60% μικρότερη από το Γεγονός Miyake συνέβη γύρω στο 993 μ.Χ. Δείγματα πυρήνα πάγου έδειξαν στοιχεία ότι μεγάλης κλίμακας γεωμαγνητικές καταιγίδες με εντάσεις παρόμοιες με αυτές των γεγονότων Miyake και Carrington συμβαίνουν με μέσο ρυθμό μία φορά κάθε 500 χρόνια.

Σήμερα η Εθνική Υπηρεσία Ωκεανών και Ατμόσφαιρας χρησιμοποιεί την κλίμακα Geomagnetic Storms για να μετρήσει την ισχύ αυτών των ηλιακών εκλάμψεων. Η “κλίμακα G” έχει βαθμολογία από 1 έως 5, με το G1 να είναι δευτερεύον και το G5 να είναι ακραίο. Το συμβάν Carrington θα είχε ταξινομηθεί ως G5.

Γίνεται ακόμα πιο τρομακτικό όταν συγκρίνεις το Carrington Event με το Miyake Event. Οι επιστήμονες ήταν σε θέση να εκτιμήσουν την ισχύ του Γεγονότος Κάρινγκτον με βάση τις διακυμάνσεις στο μαγνητικό πεδίο της Γης, όπως καταγράφηκαν από τα παρατηρητήρια εκείνης της εποχής. Δεν υπήρχε τρόπος να μετρηθεί η μαγνητική διακύμανση του γεγονότος Miyake. Αντίθετα, οι επιστήμονες μέτρησαν την αύξηση του άνθρακα-14 στους δακτυλίους δέντρων κατά τη διάρκεια αυτής της περιόδου. Το Miyake Event προκάλεσε αύξηση 12% στον άνθρακα-14. Συγκριτικά, το Carrington Event παρήγαγε λιγότερο από 1% αύξηση στο Carbon-14, οπότε το Miyake Event πιθανότατα ξεπέρασε το G5 Carrington Event.

Κατεβάζοντας την εξουσία

Σήμερα, μια γεωμαγνητική καταιγίδα της ίδιας έντασης με το Γεγονός του Κάρινγκτον θα επηρέαζε πολύ περισσότερο από τα τηλεγραφικά καλώδια και θα μπορούσε να είναι καταστροφική. Με την αυξανόμενη εξάρτηση από την ηλεκτρική ενέργεια και την αναδυόμενη τεχνολογία, οποιαδήποτε διακοπή θα μπορούσε να οδηγήσει σε χρηματικές απώλειες τρισεκατομμυρίων δολαρίων και σε κινδύνους για ζωές που εξαρτώνται από τα συστήματα. Η καταιγίδα θα επηρεάσει τα περισσότερα ηλεκτρικά συστήματα που χρησιμοποιούν οι άνθρωποι καθημερινά.

Οι γεωμαγνητικές καταιγίδες δημιουργούν επαγόμενα ρεύματα, τα οποία ρέουν μέσω του ηλεκτρικού δικτύου. Γεωμαγνητικά επαγόμενα ρεύματα, τα οποία μπορεί να υπερβούν τα 100 αμπέρ, ρέουν σε συνδεδεμένα στο δίκτυο ηλεκτρικά εξαρτήματα όπως μετασχηματιστές, ρελέ και αισθητήρες. Τα εκατό αμπέρ ισοδυναμούν με την ηλεκτρική υπηρεσία που παρέχεται σε πολλά σπίτια. Ρεύματα αυτού του μεγέθους μπορεί να προκαλέσουν εσωτερική ζημιά στα εξαρτήματα, οδηγώντας σε μεγάλης κλίμακας διακοπές ρεύματος.

Μια γεωμαγνητική καταιγίδα τρεις φορές μικρότερη από το συμβάν Carrington συνέβη στο Κεμπέκ του Καναδά τον Μάρτιο του 1989. Η καταιγίδα προκάλεσε την κατάρρευση του ηλεκτρικού δικτύου Hydro-Quebec. Κατά τη διάρκεια της καταιγίδας, υψηλά μαγνητικά επαγόμενα ρεύματα κατέστρεψαν έναν μετασχηματιστή στο Νιου Τζέρσεϋ και σκόνταψαν τους διακόπτες κυκλώματος του δικτύου. Σε αυτή την περίπτωση, η διακοπή ρεύματος άφησε πέντε εκατομμύρια ανθρώπους χωρίς ρεύμα για εννέα ώρες.

Διακοπή συνδέσεων

Εκτός από τις ηλεκτρικές βλάβες, οι επικοινωνίες θα διακόπτονταν σε παγκόσμια κλίμακα. Οι πάροχοι υπηρεσιών Διαδικτύου θα μπορούσαν να μειωθούν, κάτι που με τη σειρά του θα εξαλείψει την ικανότητα των διαφορετικών συστημάτων να επικοινωνούν μεταξύ τους. Τα συστήματα επικοινωνιών υψηλής συχνότητας, όπως το ραδιόφωνο εδάφους-αέρα, τα βραχέα κύματα και το ραδιόφωνο από πλοίο σε ακτή, θα διαταραχθούν. Οι δορυφόροι σε τροχιά γύρω από τη Γη μπορεί να καταστραφούν από γεωμαγνητικά ρεύματα που προκαλούνται από καταιγίδες που καίνε τις πλακέτες κυκλωμάτων τους. Αυτό θα οδηγούσε σε διακοπές στην τηλεφωνία, το διαδίκτυο, το ραδιόφωνο και τη δορυφορική τηλεόραση.

[Get fascinating science, health and technology news. Sign up for The Conversation’s weekly science newsletter.]

Επιπλέον, καθώς οι γεωμαγνητικές καταιγίδες χτυπούν τη Γη, η αυξημένη ηλιακή δραστηριότητα προκαλεί την επέκταση της ατμόσφαιρας προς τα έξω. Αυτή η επέκταση αλλάζει την πυκνότητα της ατμόσφαιρας όπου βρίσκονται σε τροχιά οι δορυφόροι. Η ατμόσφαιρα υψηλότερης πυκνότητας δημιουργεί αντίσταση στον δορυφόρο, η οποία τον επιβραδύνει. Και αν δεν οδηγηθεί σε υψηλότερη τροχιά, θα μπορούσε να πέσει πίσω στη Γη.

Ένας άλλος τομέας διακοπής που θα μπορούσε ενδεχομένως να επηρεάσει την καθημερινή ζωή είναι τα συστήματα πλοήγησης. Σχεδόν όλες οι μορφές μεταφοράς, από αυτοκίνητα μέχρι αεροπλάνα, χρησιμοποιούν GPS για πλοήγηση και παρακολούθηση. Ακόμη και φορητές συσκευές όπως κινητά τηλέφωνα, έξυπνα ρολόγια και ετικέτες παρακολούθησης βασίζονται σε σήματα GPS που αποστέλλονται από δορυφόρους. Τα στρατιωτικά συστήματα βασίζονται σε μεγάλο βαθμό στο GPS για συντονισμό. Άλλα στρατιωτικά συστήματα ανίχνευσης, όπως τα ραντάρ πάνω από τον ορίζοντα και τα συστήματα ανίχνευσης υποβρυχίων, θα μπορούσαν να διαταραχθούν, γεγονός που θα έβλαπτε την εθνική άμυνα.

Όσον αφορά το Διαδίκτυο, μια γεωμαγνητική καταιγίδα στην κλίμακα του γεγονότος Carrington θα μπορούσε να προκαλέσει γεωμαγνητικά ρεύματα στα υποθαλάσσια και χερσαία καλώδια που αποτελούν τη ραχοκοκαλιά του διαδικτύου, καθώς και στα κέντρα δεδομένων που αποθηκεύουν και επεξεργάζονται τα πάντα, από email και γραπτά μηνύματα. σε επιστημονικά σύνολα δεδομένων και εργαλεία τεχνητής νοημοσύνης. Αυτό ενδέχεται να διαταράξει ολόκληρο το δίκτυο και να αποτρέψει τη σύνδεση των διακομιστών μεταξύ τους.

Απλά θέμα χρόνου

Είναι μόνο θέμα χρόνου να χτυπηθεί η Γη από άλλη μια γεωμαγνητική καταιγίδα. Μια καταιγίδα στο μέγεθος της εκδήλωσης Carrington θα ήταν εξαιρετικά επιζήμια για τα ηλεκτρικά και επικοινωνιακά συστήματα σε όλο τον κόσμο, με διακοπές να διαρκούν εβδομάδες. Εάν η καταιγίδα έχει το μέγεθος της εκδήλωσης Miyake, τα αποτελέσματα θα ήταν καταστροφικά για τον κόσμο, με πιθανές διακοπές να διαρκούν μήνες, αν όχι περισσότερο. Ακόμη και με τις προειδοποιήσεις για τον καιρό στο διάστημα από το Κέντρο Πρόβλεψης του Διαστημικού Καιρού της NOAA, ο κόσμος θα έχει μόνο λίγα λεπτά έως λίγες ώρες ειδοποίηση.

Πιστεύω ότι είναι κρίσιμο να συνεχιστεί η έρευνα τρόπων για την προστασία των ηλεκτρικών συστημάτων από τις επιπτώσεις των γεωμαγνητικών καταιγίδων, για παράδειγμα με την εγκατάσταση συσκευών που μπορούν να προστατεύσουν τον ευάλωτο εξοπλισμό, όπως μετασχηματιστές, και την ανάπτυξη στρατηγικών για τη ρύθμιση των φορτίων του δικτύου όταν πρόκειται να χτυπήσουν ηλιακές καταιγίδες. συμβούν. Εν ολίγοις, είναι σημαντικό να εργαστείτε τώρα για να ελαχιστοποιήσετε την αναστάτωση από την επερχόμενη εκδήλωση Carrington.

Αυτό το άρθρο αναδημοσιεύεται από το The Conversation, έναν ανεξάρτητο, μη κερδοσκοπικό οργανισμό ειδήσεων που σας φέρνει αξιόπιστα γεγονότα και αναλύσεις για να σας βοηθήσει να κατανοήσετε τον περίπλοκο κόσμο μας. Σας αρέσει αυτό το άρθρο; Εγγραφείτε στο εβδομαδιαίο ενημερωτικό δελτίο μας.

Το έγραψε ο: David Wallace, Κρατικό Πανεπιστήμιο του Μισισιπή.

Δείτε περισσότερες πληροφορίες:

Ο David Wallace δεν εργάζεται, δεν συμβουλεύεται, δεν κατέχει μετοχές ή δεν λαμβάνει χρηματοδότηση από οποιαδήποτε εταιρεία ή οργανισμό που θα επωφεληθεί από αυτό το άρθρο και δεν έχει αποκαλύψει σχετικές σχέσεις πέρα ​​από τον ακαδημαϊκό του διορισμό.

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *