závislost Lidstva na elektřině byl obsazen do další úlevy globální COVID-19 pandemie. Je nemožné si představit moderní život bez něj, chybí vše od světel po internet. Co by se stalo, kdyby to všechno zmizelo přes noc? Pokud všechny naše elektrické sítě selhaly v podstatě současně? To je více než nastavení dystopického románu: je to skutečná možnost. Velké geomagnetické bouře vyvolané sluncem mohl sfouknout transformátory, které jsou nezbytnou součástí našich elektrických sítí. A už se to stalo.

fyzika

slunce vypouští konstantní proud nabitých částic známých jako sluneční vítr. Země je z velké části chráněna před tímto větrem svým vnitřně generovaným magnetickým polem. Magnetické pole vytváří kolem Země jakousi bublinu známou jako magnetosféra. Magnetosféra nás chrání před nebezpečným slunečním zářením a chrání naši atmosféru před větrem. Na magnetických pólech se část materiálu slunečního větru může dostat do zemské atmosféry. To způsobuje polární záři a proč je lze obvykle vidět pouze kolem severních a jižních magnetických pólů.

občas může slunce uvolňovat silnější proudy energie známé jako ejekce koronální hmoty(CME). Tyto výtrysky mohou vyhodit miliardy tun materiálu z rozšířené atmosféry slunce, sluneční koróny, a poslat je se řítí vesmírem na neuvěřitelnou rychlostí – občas naším směrem. Mohou trvat od několika dnů do pouhých 15 hodin, než se k nám dostanou. Největší CME jsou výsledkem uvolnění vysoce zkroucených čar magnetického pole, často doprovázených sluneční erupcí. Obvykle se vyskytují v blízkosti oblastí s těžkou aktivitou slunečních skvrn a jsou nejpravděpodobnější, když je aktivita slunce na vrcholu známém jako sluneční maximum ve slunečním cyklu.

Historie

slunce ve sluneční maximum v roce 1859, kdy elektřina ještě nebyla rozšířená a byl většinou používán s telegrafní systémy. Richard Carrington pozoroval sluneční skvrny na promítaném snímku slunce ráno 1. září, když si všiml dvou neuvěřitelně jasných světelných skvrn.

Obr 1: sluneční skvrny a sluneční erupce (označené a a B) dodržovat Richard Carrington v roce 1859. Zdroj: MNRAS

velmi brzy ráno aurora rozsvítila noční oblohu a táhla se až na jih jako Karibik na severní polokouli. Dále na sever, tím jasnější polární záře objevila, probuzení zlatokopů ve Skalistých Horách a poskytuje dostatek světla ke čtení tím, že na Severovýchodě Spojených Států. Telegrafní systémy v Evropě a Severní Americe selhaly a někteří telegrafní operátoři dokonce dostali silné šoky.

událost způsobila největší CME v zaznamenané historii. Jasné skvrny světla, které Carrington pozoroval, byly sluneční erupce, které doprovázely vyhazování. O několik hodin později CME dosáhne Země a rychle se pohybující nabité částice prorazil magnetosféry a vstoupila do atmosféry, což způsobuje brilantní aurora, které byly pozorovány na celém světě. Tyto nabité částice se valily po telegrafních linkách a šokovaly operátory, když dosáhly konce.

Co kdyby se to stalo dnes?

naše elektrické sítě jsou dnes neuvěřitelně složitější než telegrafní systémy z roku 1859. Přesný výsledek podobné události stejné velikosti nelze říci. Nejbližší událostí, se kterou ji můžeme přirovnat, jsou geomagnetické bouře z roku 1989, což byl rok silné sluneční aktivity. V březnu 1989 ztratila provincie Quebec (která se nachází v blízkosti severního geomagnetického pólu) elektřinu po dobu 9 hodin poté, co bouře zakopla jističe. Tato událost však byla výrazně menší než ta v roce 1859.

událost této velikosti nebo větší by mohla sfouknout transformátory, základní části elektrické sítě, a mnoho z nich by zůstalo bez energie. V závislosti, kde přesně udeří bouře, nejtěžší, jak dobře mřížka je chráněna proti světlice a jak mnoho náhradních transformátory jsou k dispozici, výpadek mohl trvat od 16 dnů do několika let a náklady do USA sám mohl výši 0,6 až 2,6 bilionu dolarů.

Obr 2: model relativní síly elektrického pole způsobené jinou Carrington-úroveň akce. Fialové stínování označuje oblasti s většími elektrickými poli, které by bouře zasáhla silněji. Nejhorší účinky jsou vidět na pobřeží Atlantiku a Kanadě, částečně kvůli jejich blízkosti k Severnímu Geomagnetickému pólu.

další událost na úrovni Carringtonu je nevyhnutelná. Aurorální záznamy lze použít k měření historické velikosti minulých bouří. Naznačují, že bouře jako ta, která zasáhla Quebec, se dějí zhruba každých 50 let, zatímco události na úrovni Carringtonu se vyskytují zhruba každých 150 let. Je to 162 let od roku 1858, ale zatím nemusíme panikařit. Slunce, které pracuje na 11letém cyklu, mělo před rokem v dubnu 2019 sluneční minimum. Další sluneční maximum, období nejvyšší aktivity, nastane až někdy v letech 2023-2026 a některá maxima jsou slabší než jiná.

po bouři v roce 1989, která zasáhla Quebec, se provincie připravila modernizací své elektrické infrastruktury za vysoké počáteční náklady, ale s vědomím, že ušetří peníze, když udeří další bouře. USA nejsou podobně připravené. Od roku 2002 bylo patnáct procent velkých výkonových transformátorů, které se stále používají, vyrobeno před rokem 1972 (kdy byla do transformátorů zavedena značná robustnost). Dokonce i moderní transformátory nemusí být nutně vybaven tak, aby vypořádat s Carrington-úroveň události, a není tam žádný federální rezervní systém transformátorů, jako to bylo považováno za příliš nákladné v roce 2017 AMERICKÉHO Ministerstva Energetiky zpráva. Energetické společnosti mají své vlastní rezervy, ale přesné počty a umístění těchto rezerv se považují za vlastnické informace. Namísto Federálního rezervního systému zpráva vyzvala vládu, aby vytvořila nezávislé hodnocení spolehlivosti kritických transformátorů a spolupracovala s průmyslem, aby přišla s plány v případě velkých výpadků. Není jasné, zda se tak stalo.

• O Autorovi

O Bryanne McDonough