mänsklighetens beroende av el har kastats i ytterligare lättnad av den globala COVID-19-pandemin. Det är omöjligt att föreställa sig det moderna livet utan det, saknar allt från ljus till internet. Vad skulle hända om allt försvann över natten? Om alla våra elnät misslyckades i huvudsak samtidigt? Detta är mer än inställningen av en dystopisk roman: det är en verklig möjlighet. En stor geomagnetisk storm som utlöses av solen kan blåsa ut transformatorerna som är en viktig del av våra elnät. Och det har hänt tidigare.

fysiken

solen släpper ut en konstant ström av laddade partiklar som kallas solvinden. Jorden skyddas till stor del från denna Vind av sitt internt genererade magnetfält. Magnetfältet skapar en slags bubbla runt jorden som kallas magnetosfären. Magnetosfären skyddar oss från den farliga solstrålningen och håller vår atmosfär från att tas bort med vinden. Vid de magnetiska polerna kan en del av solvindmaterialet ta sig in i jordens atmosfär. Detta är vad som orsakar aurora, och varför de vanligtvis bara kan ses runt norra och Södra magnetiska poler.

Ibland kan solen frigöra starkare sprutor av energi som kallas coronal mass ejections (CME). Dessa utstötningar kan kasta ut miljarder ton material från solens utökade atmosfär, solkorona, och skicka dem rusar genom rymden med otroliga hastigheter – ibland i vår riktning. De kan ta allt från flera dagar till bara 15 timmar för att nå oss. De största CME: erna är resultatet av avkoppling av mycket vridna magnetfältlinjer, ofta åtföljda av en solflare. De förekommer vanligtvis nära områden med tung solfläckaktivitet och är troligtvis när solens aktivitet är på en topp som kallas solmaximum i solcykeln.

historien

solen var högst 1859, då El ännu inte var utbredd och mestadels användes med telegrafsystem. Richard Carrington observerade solfläckar på en projicerad bild av solen på morgonen den 1 September när han märkte två otroligt ljusa ljuspunkter.

Fig 1: solfläckar och solfläckar (märkta A och B) observerade av Richard Carrington 1859. Källa: mnras

mycket tidigt nästa morgon lyste aurora upp natthimlen och sträckte sig så långt söderut som Karibien på norra halvklotet. Ju längre norrut, desto ljusare aurora dök upp, vakna guldgruvarbetare i Rocky Mountains och ge tillräckligt med ljus för att läsa av i nordöstra USA. Telegrafsystemen i Europa och Nordamerika misslyckades och vissa telegrafoperatörer fick till och med starka chocker.

händelsen orsakades av den största CME i inspelad historia. De ljusa fläckarna av ljus Carrington observerade var solfläckar som följde utstötningen. Timmar senare nådde CME jorden och de snabbt rörliga laddade partiklarna bröt igenom magnetosfären och kom in i atmosfären, vilket orsakade den lysande aurora som observerades över hela världen. De laddade partiklarna tappade ner telegraflinjerna och chockade operatörerna när de nådde slutet.

vad händer om det hände idag?

våra elnät idag är otroligt mer komplexa än telegrafsystemen 1859. Det exakta resultatet av en liknande händelse av samma storlek är omöjligt att säga. Den närmaste händelsen Vi kan jämföra den med är de geomagnetiska stormarna 1989, vilket var ett år med stark solaktivitet. I mars 1989 förlorade provinsen Quebec (som ligger nära den norra geomagnetiska Polen) el i 9 timmar efter att en storm utlöste brytarna. Men den händelsen var betydligt mindre än den 1859.

en händelse av den storleken eller större kan blåsa ut transformatorer, väsentliga delar av elnätet, vilket lämnar många utan ström. Beroende exakt var stormen träffar hårdast, hur väl nätet är skyddat mot fläckar och hur många reservtransformatorer som är lättillgängliga, kan strömavbrottet vara från 16 dagar till ett par år och kostnaden för USA ensam kan uppgå till $0.6 – $2.6 trillion.

Fig 2: en modell av den relativa styrkan hos elektriska fält orsakade av en annan Carrington-nivå händelse. Den lila skuggningen indikerar områden med större elektriska fält som skulle drabbas hårdare av en storm. De värsta effekterna ses på Atlantkusten och Kanada, delvis på grund av deras närhet till den norra geomagnetiska Polen.(Källa: en riskrapport från Lloyd ’ s.)

en annan Carrington-nivå händelse är oundviklig. Aurorala register kan användas för att mäta den historiska storleken på tidigare stormar. De indikerar att stormar som den som drabbade Quebec händer ungefär var 50: e år, medan Carrington-nivåhändelser inträffar ungefär var 150: e år. Det har gått 162 år sedan 1858 men vi behöver inte få panik ännu. Solen, som fungerar på en 11-årig cykel, hade bara ett solminimum för ett år sedan i April 2019. Nästa Sol maximum, perioden med högsta aktivitet, kommer inte att inträffa förrän någon gång i 2023-2026 och vissa maximum är svagare än andra.efter stormen 1989 som drabbade Quebec bereddes provinsen genom att uppgradera sin elektriska Infrastruktur till en hög kostnad, men med vetskapen om att det skulle spara pengar när en annan storm träffar. USA är inte på samma sätt förberett. Från och med 2002 gjordes femton procent av stora krafttransformatorer som fortfarande användes före 1972 (när betydande robusthet introducerades till transformatorer),. Även moderna transformatorer är inte nödvändigtvis utrustade för att hantera en Carrington-nivå händelse och det finns ingen federal reserve of transformers, eftersom det ansågs för dyrt i en 2017 US Department of Energy rapport. Kraftföretag har egna reserver, men exakta antal och platser för dessa reserver anses vara proprietär information. I stället för en Federal reserve uppmanade rapporten regeringen att skapa en oberoende bedömning av tillförlitligheten hos kritiska transformatorer och arbeta med branschen för att komma med planer vid stora avbrott. Det är oklart om detta har hänt.

• Om författaren

om Bryanne McDonough