ihmiskunnan riippuvuus sähköstä on saanut lisää helpotusta maailmanlaajuisesta COVID-19-pandemiasta. On mahdotonta kuvitella modernia elämää ilman sitä, puuttuu kaikkea valoista internetiin. Mitä tapahtuisi, jos se kaikki katoaisi yön aikana? Jos kaikki sähköverkkomme pettäisivät yhtäaikaisesti? Tämä on enemmän kuin dystopiaromaanin lavastus: se on todellinen mahdollisuus. Auringon laukaisema suuri geomagneettinen myrsky voi puhaltaa ulos muuntajat, jotka ovat olennainen osa sähköverkkojamme. Niin on käynyt ennenkin.

fysiikka

aurinko päästää ulos jatkuvan varautuneiden hiukkasten virran, jota kutsutaan aurinkotuuleksi. Maapallo on suurelta osin suojattu tältä tuulelta sen sisäisesti synnyttämän magneettikentän avulla. Magneettikenttä luo maan ympärille eräänlaisen kuplan, jota kutsutaan magnetosfääriksi. Magnetosfääri suojaa meitä auringon vaaralliselta säteilyltä ja estää ilmakehäämme kulkeutumasta tuulen mukana. Magneettisilla napoilla osa aurinkotuulen aineksesta pääsee maan ilmakehään. Tämä aiheuttaa revontulia, ja siksi niitä voi yleensä nähdä vain pohjoisen ja etelän magneettisten napojen ympärillä.

toisinaan aurinko voi vapauttaa voimakkaampia energiapurkauksia, joita kutsutaan koronan massapurkauksiksi (CMEs). Nämä purkaukset voivat heittää pois miljardeja tonneja materiaalia auringon laajasta ilmakehästä, auringon koronasta, ja lähettää ne sinkoilemaan avaruuden halki uskomattomalla nopeudella – toisinaan meidän suuntaamme. Ne voivat kestää useita päiviä vain 15 tuntia päästä meille. Suurimmat CMEs: t johtuvat voimakkaasti kiertyneiden magneettikenttäviivojen rentoutumisesta, johon usein liittyy auringonpurkaus. Ne esiintyvät yleensä lähellä alueita, joilla on voimakasta auringonpilkkujen aktiivisuutta, ja ovat todennäköisimpiä silloin, kun auringon aktiivisuus on huipussa, joka tunnetaan auringon maksimina auringon kiertokulussa.

historia

aurinko oli suurimmillaan vuonna 1859, jolloin sähköä ei vielä ollut laajalti ja sitä käytettiin lähinnä lennätinjärjestelmillä. Richard Carrington tarkkaili auringonpilkkuja projisoidusta auringosta syyskuun 1. päivän aamuna, kun hän huomasi kaksi uskomattoman kirkasta valopilkkua.

kuva 1: Richard Carringtonin vuonna 1859 havaitsemat auringonpilkut ja auringonpurkaukset (merkitty A ja B). Lähde: mnras

hyvin varhain seuraavana aamuna revontulet valaisivat yötaivaan ulottuen pohjoisella pallonpuoliskolla aina Karribeaan saakka. Mitä pohjoisempana, sitä kirkkaammat revontulet näkyivät, ja ne herättivät Kalliovuorilla kullankaivajat ja antoivat tarpeeksi valoa luettavaksi Koillis-Yhdysvalloissa. Euroopan ja Pohjois-Amerikan lennätinjärjestelmät pettivät ja jotkut lennätinoperaattorit saivat jopa voimakkaita sähköiskuja.

tapahtuman aiheutti tallennetun historian suurin CME. Carringtonin havaitsemat valopilkut olivat syöksyyn liittyneitä auringonpurkauksia. Tunteja myöhemmin CME saavutti maan ja nopeasti liikkuvat varatut hiukkaset tunkeutuivat magnetosfäärin läpi ilmakehään aiheuttaen loistavat revontulet, joita havaittiin kaikkialla maailmassa. Varatut hiukkaset tunkeutuivat lennätinlinjoja pitkin ja järkyttivät operaattoreita saavuttuaan loppuun.

Mitä jos se tapahtuisi tänään?

nykyiset sähköverkkomme ovat uskomattoman monimutkaisempia kuin vuoden 1859 lennätinjärjestelmät. Saman suuruusluokan vastaavan tapahtuman tarkkaa lopputulosta on mahdotonta sanoa. Lähin tapahtuma, johon voimme verrata, on vuoden 1989 geomagneettiset myrskyt, joka oli voimakkaan auringon aktiivisuuden vuosi. Maaliskuussa 1989 Quebecin provinssi (joka on lähellä pohjoista Geomagneettista napaa) menetti sähköt 9 tunniksi myrskyn laukaistua katkaisijat. Tapahtuma oli kuitenkin huomattavasti pienempi kuin vuoden 1859 tapahtuma.

tämän kokoinen tai suurempi tapahtuma voisi puhaltaa ulos muuntajia, sähköverkon olennaisia osia, jättäen monet ilman virtaa. Riippuen tarkalleen siitä, missä myrsky iskee pahiten, kuinka hyvin sähköverkko on suojattu soihduilta ja kuinka monta varamuuntajaa on helposti saatavilla, sähkökatkos voi kestää 16 päivästä pariin vuoteen ja kustannukset pelkästään Yhdysvalloille voivat olla 0,6 – 2,6 biljoonaa dollaria.

kuva 2: malli toisen Carringtonin tason tapahtuman aiheuttamasta sähkökenttien suhteellisesta voimakkuudesta. Violetti varjostus osoittaa alueita, joilla on suuremmat sähkökentät, joihin myrsky iskisi kovemmin. Pahimmat vaikutukset nähdään Atlantin rannikolla ja Kanadassa, mikä johtuu osittain siitä, että ne ovat lähellä pohjoista Geomagneettista napaa.(Lähde: Lloyd ’ sin riskiraportti.)

toinen Carringtonin tason tapahtuma on väistämätön. Revontulitietojen avulla voidaan mitata menneiden myrskyjen historiallista kokoa. Ne osoittavat, että Quebeciin iskeneen kaltaisia myrskyjä tapahtuu suunnilleen joka 50.vuosi, kun taas Carringtonin tason tapahtumia tapahtuu suunnilleen joka 150. vuosi. On kulunut 162 vuotta vuodesta 1858, mutta meidän ei tarvitse panikoida ihan vielä. 11 vuoden syklillä toimivan auringon minimi oli juuri vuosi sitten huhtikuussa 2019. Seuraava auringon maksimi, korkeimman aktiivisuuden kausi, tapahtuu vasta joskus 2023-2026 ja jotkut maksimit ovat heikompia kuin toiset.

vuoden 1989 Quebeciin iskeneen myrskyn jälkeen provinssi valmistautui päivittämällä sähköinfrastruktuuriaan kovalla etukäteishinnalla, mutta tietoisena siitä, että se säästäisi rahaa uuden myrskyn iskiessä. USA ei ole samalla tavalla valmistautunut. Vuodesta 2002 alkaen viisitoista prosenttia edelleen käytössä olevista suurista tehomuuntajista tehtiin ennen vuotta 1972 (jolloin muuntajiin otettiin käyttöön merkittävä kestävyys),. Nykyaikaisetkaan Transformerit eivät välttämättä ole varustettuja käsittelemään Carringtonin tasoista tapahtumaa, eikä Transformereista ole keskuspankkia, koska se katsottiin liian kalliiksi vuonna 2017 julkaistussa Yhdysvaltain energiaministeriön raportissa. Voimayhtiöillä on omat varantonsa, mutta niiden tarkat lukumäärät ja sijainnit katsotaan salassa pidettäviksi tiedoiksi. Yhdysvaltain keskuspankin sijaan raportissa kehotettiin hallitusta laatimaan riippumaton arvio kriittisten muuntajien luotettavuudesta ja tekemään yhteistyötä alan kanssa, jotta suurten katkosten varalle voitaisiin laatia suunnitelmia. On epäselvää, onko näin käynyt.

• tekijästä

Bryanne Mcdonoughista