zależność ludzkości od elektryczności została jeszcze bardziej złagodzona przez globalną pandemię COVID-19. Nie sposób wyobrazić sobie współczesnego życia bez niego, pozbawionego wszystkiego, od świateł po internet. Co by się stało, gdyby to wszystko zniknęło w nocy? Jeśli wszystkie nasze sieci elektryczne zawiodą zasadniczo jednocześnie? To coś więcej niż scenografia dystopijnej powieści: to realna możliwość. Duża burza geomagnetyczna wywołana przez słońce może zdmuchnąć transformatory, które są niezbędnym elementem naszych sieci elektrycznych. I to zdarzyło się wcześniej.

Fizyka

słońce wypuszcza stały strumień naładowanych cząstek znany jako wiatr słoneczny. Ziemia jest w dużej mierze chroniona przed tym wiatrem przez jego wewnętrznie generowane pole magnetyczne. Pole magnetyczne tworzy rodzaj bańki wokół Ziemi znanej jako magnetosfera. Magnetosfera chroni nas przed niebezpiecznym promieniowaniem słonecznym i chroni naszą atmosferę przed wiatrem. Na biegunach magnetycznych część materiału wiatru słonecznego może przedostać się do atmosfery ziemskiej. To jest to, co powoduje aurora, i dlaczego zwykle można je zobaczyć tylko wokół północnych i południowych biegunów magnetycznych.

czasami słońce może wyzwalać silniejsze tryski energii znane jako koronalne wyrzuty masy (CME). Te wyrzuty mogą wyrzucać miliardy ton materiału z rozszerzonej atmosfery słońca, korony słonecznej, i wysyłać je w kosmos z niewiarygodną prędkością-czasami w naszym kierunku. Dotarcie do nas może zająć od kilku dni do zaledwie 15 godzin. Największe CME powstają w wyniku rozluźnienia silnie skręconych linii pola magnetycznego, któremu często towarzyszy rozbłysk słoneczny. Zwykle występują w pobliżu obszarów o dużej aktywności plam słonecznych i są najbardziej prawdopodobne, gdy aktywność słońca jest na szczycie znanym jako maksimum Słońca w cyklu słonecznym.

Historia

słońce było na maksimum słonecznym w 1859 roku, kiedy energia elektryczna nie była jeszcze rozpowszechniona i była głównie używana w systemach telegraficznych. Richard Carrington obserwował plamy słoneczne na projekcyjnym obrazie słońca rankiem 1 września, kiedy zauważył dwie niezwykle jasne plamy światła.

rys 1: plamy słoneczne i rozbłyski słoneczne (oznaczone jako a i B) zaobserwowane przez Richarda Carringtona w 1859 roku. Źródło: MNRAS

bardzo wcześnie następnego ranka Zorza polarna rozświetliła nocne niebo, rozciągając się aż na południe, aż do Karaibów na półkuli północnej. Im dalej na północ, tym jaśniejsza aurora pojawiła się, budząc górników złota w Górach Skalistych i dostarczając wystarczająco dużo światła, aby odczytać je w północno-wschodnich Stanach Zjednoczonych. Systemy telegraficzne w Europie i Ameryce Północnej zawiodły, a niektórzy operatorzy telegraficzni otrzymali nawet silne wstrząsy.

wydarzenie było spowodowane największym CME w historii. Jasnymi plamami światła obserwowanymi przez Carringtona były rozbłyski słoneczne towarzyszące wyrzutowi. Godziny później CME dotarł do ziemi, a szybko poruszające się naładowane cząstki przebiły się przez magnetosferę i weszły do atmosfery, powodując błyskotliwą zorzę polarną, która była obserwowana na całym świecie. Naładowane cząstki spadały na linie telegraficzne i wstrząsnęły operatorami, gdy dotarli do końca.

a gdyby to się stało dzisiaj?

nasze sieci elektryczne są dziś niesamowicie bardziej złożone niż systemy telegraficzne z 1859 roku. Dokładny wynik podobnego zdarzenia o tej samej wielkości jest niemożliwy do określenia. Najbliższe Zdarzenie, do którego możemy go porównać, to burze geomagnetyczne z 1989 roku, który był rokiem silnej aktywności słonecznej. W marcu 1989 roku Prowincja Quebec (która znajduje się w pobliżu północnego bieguna geomagnetycznego) straciła energię elektryczną na 9 godzin po tym, jak burza potknęła się o wyłączniki. Wydarzenie to było jednak znacznie mniejsze niż w 1859 roku.

Zdarzenie o takiej lub większej wielkości może zdmuchnąć transformatory, istotne części sieci elektrycznej, pozostawiając wiele bez zasilania. W zależności od tego, gdzie burza uderza najbardziej, jak dobrze sieć jest chroniona przed flarami i ile zapasowych transformatorów jest łatwo dostępnych, przerwa w zasilaniu może trwać od 16 dni do kilku lat, a koszt dla samych USA może wynieść 0,6 – 2,6 biliona dolarów.

Rys. 2: Model względnej siły pola elektrycznego spowodowanej innym zdarzeniem Carringtona. Fioletowe cieniowanie wskazuje obszary z większymi polami elektrycznymi, które byłyby bardziej dotknięte przez burzę. Najgorsze skutki obserwuje się na wybrzeżu Atlantyku i w Kanadzie, częściowo ze względu na ich bliskość do północnego bieguna geomagnetycznego.(Źródło: raport o ryzyku Lloyd ’ s.)

kolejne zdarzenie na poziomie Carringtona jest nieuniknione. Rekordy zorzy polarnej mogą być używane do pomiaru historycznej wielkości minionych burz. Wskazują one, że burze, takie jak te, które nawiedziły Quebec, zdarzają się mniej więcej co 50 lat, podczas gdy Wydarzenia na poziomie Carringtona zdarzają się mniej więcej co 150 lat. Minęły 162 lata od 1858 roku, ale nie musimy jeszcze panikować. Słońce, które działa w cyklu 11 lat, właśnie miał minimum słoneczne rok temu w kwietniu 2019. Kolejne maksimum słoneczne, okres największej aktywności, pojawi się dopiero w latach 2023-2026, a niektóre maksimum są słabsze od innych.

Po burzy z 1989 roku, która nawiedziła Quebec, Prowincja przygotowała modernizację infrastruktury elektrycznej przy wysokich kosztach początkowych, ale ze świadomością, że zaoszczędzi to pieniądze, gdy uderzy kolejna burza. USA nie są tak przygotowane. Począwszy od 2002 roku, piętnaście procent transformatorów dużej mocy nadal w użyciu zostały wykonane przed 1972 (kiedy znaczna wytrzymałość została wprowadzona do transformatorów),. Nawet nowoczesne transformatory niekoniecznie są przystosowane do radzenia sobie z wydarzeniami na poziomie Carringtona i nie ma Rezerwy Federalnej transformatorów, ponieważ zostało to uznane za zbyt kosztowne w raporcie Departamentu Energii USA z 2017 roku. Przedsiębiorstwa energetyczne mają własne rezerwy, ale dokładne numery i lokalizacje tych rezerw są uważane za Informacje Zastrzeżone. Zamiast Rezerwy Federalnej, raport wezwał rząd do stworzenia niezależnej oceny niezawodności krytycznych transformatorów i współpracy z przemysłem, aby wymyślić plany w przypadku poważnych awarii. Nie jest jasne, czy tak się stało.

• o autorze

o autorze