La dipendenza dell’umanità dall’elettricità è stata messa in ulteriore sollievo dalla pandemia globale di COVID-19. È impossibile immaginare la vita moderna senza di essa, priva di tutto, dalle luci a Internet. Cosa succederebbe se tutto questo sparisse durante la notte? Se tutte le nostre reti elettriche fallissero essenzialmente simultaneamente? Questo è più che l’ambientazione di un romanzo distopico: è una possibilità reale. Una grande tempesta geomagnetica innescata dal sole potrebbe far esplodere i trasformatori che sono una componente essenziale delle nostre reti elettriche. Ed è già successo prima.

La fisica

Il sole emette un flusso costante di particelle cariche noto come vento solare. La Terra è in gran parte protetta da questo vento dal suo campo magnetico generato internamente. Il campo magnetico crea una sorta di bolla intorno alla Terra nota come magnetosfera. La magnetosfera ci protegge dalla pericolosa radiazione solare e impedisce alla nostra atmosfera di essere portata via con il vento. Ai poli magnetici, parte del materiale del vento solare può farsi strada nell’atmosfera terrestre. Questo è ciò che causa aurora, e perché di solito possono essere visti solo intorno ai Poli magnetici Nord e Sud.

Occasionalmente, il sole può rilasciare getti di energia più forti noti come espulsioni di massa coronale (CME). Queste espulsioni possono buttare fuori miliardi di tonnellate di materiale dall’atmosfera estesa del sole, la corona solare, e inviarli sfrecciando attraverso lo spazio a velocità incredibili – occasionalmente nella nostra direzione. Possono richiedere da diversi giorni a solo 15 ore per raggiungerci. I CME più grandi derivano dal rilassamento di linee di campo magnetico altamente contorte, spesso accompagnate da un bagliore solare. Di solito si verificano in prossimità di aree con attività di macchie solari pesanti e sono più probabili quando l’attività del sole è a un picco noto come il massimo solare nel ciclo solare.

La storia

Il sole era al massimo solare nel 1859, quando l’elettricità non era ancora diffusa e veniva utilizzata principalmente con i sistemi telegrafici. Richard Carrington stava osservando macchie solari su un’immagine proiettata del sole la mattina del 1 ° settembre quando notò due punti di luce incredibilmente luminosi.

Fig 1: Le macchie solari e i brillamenti solari (etichettati A e B) osservati da Richard Carrington nel 1859. Fonte: MNRAS

Molto presto la mattina successiva aurora illuminò il cielo notturno, estendendosi fino a sud fino ai Caraibi nell’emisfero settentrionale. Più a nord, più luminosa appariva l’aurora, svegliando i minatori d’oro nelle Montagne Rocciose e fornendo abbastanza luce da leggere negli Stati Uniti nord-orientali. I sistemi telegrafici in Europa e Nord America fallirono e alcuni operatori telegrafici ricevettero anche forti shock.

L’evento è stato causato dal più grande CME nella storia registrata. I punti luminosi di luce osservati da Carrington erano brillamenti solari che accompagnavano l’espulsione. Ore dopo, la CME raggiunse la Terra e le particelle cariche in rapido movimento sfondarono la magnetosfera ed entrarono nell’atmosfera, causando la brillante aurora che fu osservata in tutto il mondo. Quelle particelle cariche si riversarono lungo le linee del telegrafo e scioccarono gli operatori quando raggiunsero la fine.

Cosa succede se è successo oggi?

Le nostre reti elettriche oggi sono incredibilmente più complesse dei sistemi telegrafici del 1859. L’esito esatto di un evento simile della stessa grandezza è impossibile da dire. L’evento più vicino a cui possiamo confrontarlo sono le tempeste geomagnetiche del 1989, che fu un anno di forte attività solare. Nel marzo 1989, la provincia del Quebec (che è vicino al Polo Nord Geomagnetico) ha perso elettricità per 9 ore dopo che una tempesta ha fatto scattare gli interruttori. Ma quell’evento era significativamente più piccolo di quello del 1859.

Un evento di quelle dimensioni o più grande potrebbe far esplodere i trasformatori, parti essenziali della rete elettrica, lasciando molti senza energia. A seconda esattamente dove la tempesta colpisce più duramente, quanto bene la griglia è protetta contro i razzi e quanti trasformatori di ricambio sono prontamente disponibili, l’interruzione di corrente potrebbe durare da 16 giorni a un paio d’anni e il costo per gli Stati Uniti da soli potrebbe ammontare a trillion 0.6 – trillion 2.6 trilioni.

Fig 2: Un modello della forza relativa dei campi elettrici causati da un altro evento di livello Carrington. L’ombreggiatura viola indica aree con campi elettrici più grandi che sarebbero colpite più duramente da una tempesta. Gli effetti peggiori si vedono sulla costa atlantica e in Canada, in parte a causa della loro vicinanza al Polo Nord geomagnetico.(Fonte: a risk report by Lloyd’s.)

Un altro evento a livello di Carrington è inevitabile. I record aurorali possono essere utilizzati per misurare le dimensioni storiche delle tempeste passate. Indicano che tempeste come quella che ha colpito il Quebec accadono all’incirca ogni 50 anni, mentre gli eventi a livello di Carrington si verificano all’incirca ogni 150 anni. Sono passati 162 anni dal 1858, ma non abbiamo ancora bisogno di andare nel panico. Il sole, che opera su un ciclo di 11 anni, ha appena avuto un minimo solare un anno fa ad aprile 2019. Il prossimo massimo solare, il periodo di massima attività, non si verificherà fino a qualche tempo in 2023-2026 e alcuni massimi sono più deboli di altri.

Dopo la tempesta del 1989 che ha colpito il Quebec, la provincia preparato aggiornando la loro infrastruttura elettrica ad un alto costo iniziale, ma con la consapevolezza che sarebbe risparmiare denaro quando un’altra tempesta colpisce. Gli Stati Uniti non sono preparati allo stesso modo. A partire dal 2002, quindici per cento dei grandi trasformatori di potenza ancora in uso sono stati fatti pre-1972 (quando la robustezza significativa è stato introdotto per trasformatori),. Anche i trasformatori moderni non sono necessariamente equipaggiati per affrontare un evento a livello di Carrington e non esiste una Federal Reserve di trasformatori, poiché è stato ritenuto troppo costoso in un rapporto del Dipartimento dell’Energia degli Stati Uniti 2017. Le società elettriche hanno le proprie riserve, ma i numeri esatti e le posizioni di tali riserve sono considerate informazioni proprietarie. Invece di una Federal reserve, il rapporto ha esortato il governo a creare una valutazione indipendente dell’affidabilità dei trasformatori critici e lavorare con l’industria per elaborare piani in caso di interruzioni importanti. Non è chiaro se ciò sia accaduto.

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