Событие Кэррингтона: уязвимости, которые показал супершторм 1859 года

✦ ИИ  Этот пост, предположительно, был создан при помощи искусственного интеллекта
Пост опубликован в блогах iXBT.com, его автор не имеет отношения к редакции iXBT.com

Первого сентября 1859 года британский любитель астрономии Ричард Кэррингтон поднялся в свою приватную обсерваторию под Лондоном, направил телескоп на Солнце и спроецировал изображение на белый экран. На диске светила выделялась группа аномально крупных темных пятен.

В 11:18 по местному времени прямо поверх этих пятен вспыхнули две ослепительные белые дуги. Вспышка длилась от силы минут пять. Кэррингтон бросился искать свидетеля, но когда вернулся к телескопу, свечение уже заметно ослабло, а через несколько минут исчезло вовсе.

Тогда ученый еще не понимал значения увиденного и не знал, что примерно через 17 часов Земля столкнется с последствиями этой вспышки.

На схеме показано взаимодействие магнитосферы Земли и солнечного ветра
На схеме показано взаимодействие магнитосферы Земли и солнечного ветра
Автор: NASA Источник: ru.wikipedia.org

Свет посреди ночи

К ночи 2 сентября планету накрыло. К Земле добрался корональный выброс массы — облако солнечной плазмы, двигавшееся с необычно высокой скоростью. Обычно такие структуры достигают Земли примерно за трое суток. Эта добралась за 17,5 часа.

Полярные сияния наблюдались на необычно низких широтах. Их видели на Кубе, Ямайке, Гавайях. В Скалистых горах золотоискатели проснулись посреди ночи, посмотрели на ярко-зеленое небо и спокойно начали жарить бекон, решив, что наступило утро. В Бостоне среди ночи сияние было настолько ярким, что газеты можно было читать без ламп. В Южной Каролине жители в панике выбегали из домов, думая, что соседние города охвачены гигантским пожаром — настолько кроваво-красным казался горизонт.

Все выглядело красиво и почти безобидно. Для эпохи, когда главным источником энергии оставался уголь, а транспортом — лошадь, планетарный магнитный шторм казался просто грандиозным небесным спектаклем.

Полярное сияние во время мощного геомагнитного шторма. Иллюстративное фото: вид с борта МКС 24 мая 2010 года (снимок даёт представление о том, как это выглядело при легендарной буре 1859 года)
Полярное сияние во время мощного геомагнитного шторма. Иллюстративное фото: вид с борта МКС 24 мая 2010 года (снимок даёт представление о том, как это выглядело при легендарной буре 1859 года)
Автор: ISS Expedition 23 crew. Mission — Public domain Источник: ru.wikipedia.org

Сильнее всего шторм проявил себя в работе телеграфных сетей.

В телеграфных конторах по всему миру началось сумасшествие. Геомагнитная индукция породила в длинных проводах мощнейшие токи. Аппараты искрили. В Вашингтоне оператору отбросило голову токовым ударом, когда он случайно коснулся заземления. В некоторых офисах от искр загорелась бумажная лента.

Одним из самых необычных эпизодов того шторма стала история операторов из Бостона и Портленда. Они полностью отключили от сети батареи, питавшие линию, и продолжали обмениваться сообщениями в течение двух часов, используя только ток, который наводила в проводах геомагнитная индукция.

Земля превратилась в гигантский генератор и событие Кэррингтона оказалось крупнейшей геомагнитной бурей за всю историю регистрации.

Проявление геомагнитной индукции в линиях телеграфа, вольная интерпретация
Проявление геомагнитной индукции в линиях телеграфа, вольная интерпретация
Автор: ИИ Gemini Источник: gemini.google.com

Антенна планетарного масштаба

Здесь стоит сделать паузу и посмотреть на физику процесса. Когда мощное возмущение изменяет магнитное поле Земли, на поверхности возникает индуцированное электрическое поле. В протяжённых проводниках под его воздействием возникают геомагнитно индуцированные токи.

Такие токи имеют очень низкую частоту и по сравнению с обычным переменным током фактически действуют как квазипостоянная составляющая. В трансформаторе она может вызвать полупериодическое насыщение магнитопровода, сопровождающееся ростом тока намагничивания, появлением гармоник и дополнительным нагревом.

Чем длиннее проводник и чем сильнее воздействует на него наведённое электрическое поле, тем выше потенциально окажется напряжение между его концами.

В 1859 году длины телеграфных линий хватило для возникновения опасных токов и снопов искр. За прошедшие полтора века ситуация радикально изменилась. Суша покрылась протяжёнными магистральными ЛЭП и длинными трубопроводами. По сути, человечество собственными руками построило колоссальную приемную антенну, оплетающую всю планету.

Одна из мощнейших мировых ЛЭП «Итат — Экибастуз — Кокшетау — Челябинск» (1150 кВ) в Челябинской области. На снимке видны характерные опоры ПОГ-1150
Одна из мощнейших мировых ЛЭП «Итат — Экибастуз — Кокшетау — Челябинск» (1150 кВ) в Челябинской области. На снимке видны характерные опоры ПОГ-1150
Автор: Роман Дергунов. Источник: ru.wikipedia.org

И если в XIX веке шторм класса Кэррингтона просто нарушил работу телеграфных сетей на несколько дней, то сегодня последствия аналогичного события будут совсем другими.

Заменить мощный высоковольтный трансформатор — не лампочку в подъезде вкрутить. Речь идет о многотонных агрегатах с длительным циклом производства и поставки.

Тихий апокалипсис

В популярных фильмах-катастрофах конец света обычно сопровождается взрывами, цунами или падающими метеоритами. В случае с геомагнитным штормом сверхвысокой мощности все будет выглядеть удивительно тихо.

С 1859 года на Земле происходили и другие экстремальные геомагнитные бури — от разрушительной Майской бури 1921 года до масштабного геошторма в мае 2024 года, — и эта история уже дала несколько наглядных примеров того, как всё может произойти.

Полярное сияние при геомагнитной буре в 2024 году. Краков. Польша
Полярное сияние при геомагнитной буре в 2024 году. Краков. Польша
Автор: Dwxn Источник: ru.wikipedia.org

Сильная геомагнитная буря способна серьезно нарушить работу спутниковых систем. Верхние слои атмосферы от нагрева расширяются, плотность газа на низких орбитах растет, а вместе с ней увеличивается аэродинамическое сопротивление. В 2003 году во время «Хэллоуинского шторма» операторам пришлось переводить в защитный режим десятки космических аппаратов, а японский научный спутник ADEOS-II впоследствии был потерян.

Возмущения ионосферы также критически влияют на навигацию: во время геошторма в мае 2024 года по всему миру фиксировались массовые сбои высокоточного GPS, из-за чего в США часть сельскохозяйственной техники, использующей системы точного позиционирования, пришлось временно вывести из работы.

Нарушение в работе GPS. Вольная интерпретация
Нарушение в работе GPS. Вольная интерпретация
Автор: ИИ Gemini Источник: gemini.google.com

Энергосети находятся под еще большим ударом. В наиболее уязвимых узлах возможны отключения и каскадные аварии.

Классический пример произошёл 13 марта 1989 года в Канаде: из-за геомагнитно-индуцированных токов в системе Hydro-Québec сработала автоматическая защита, и в течение 92 секунд после начала аварийного процесса целая провинция с населением около шести миллионов человек погрузилась в темноту на девять часов. Затяжной блэкаут такого рода способен запустить цепную реакцию: без электроэнергии нарушается работа насосных станций водоснабжения, усложняется доставка топлива для резервных генераторов и возникают проблемы с охлаждением в центрах обработки данных.

Подстанция Микуа компании Hydro-Québec на Северном берегу Квебека. Объект преобразует напряжение 315 кВ от гидроэлектростанций в 735 кВ и является частью высоковольтной сети, затронутой геомагнитной бурей 1989 года
Подстанция Микуа компании Hydro-Québec на Северном берегу Квебека. Объект преобразует напряжение 315 кВ от гидроэлектростанций в 735 кВ и является частью высоковольтной сети, затронутой геомагнитной бурей 1989 года
Автор: Claude Boucher Источник: en.wikipedia.org

Возникнет опасность и для информационных сетей. Интернет привычно воспринимается как абстрактная облачная структура, хотя в реальности держится на вполне конкретном физическом железе, полностью зависимом от энергоснабжения с подстанций. Оптическое волокно ток не проводит, но в подводных магистральных кабелях проложена медная жила для дистанционного питания промежуточных усилителей (репитеров).

Геомагнитно индуцированные токи в этих длинных проводниках способны нарушить работу питающей аппаратуры, а отказ нескольких магистральных систем связи может серьёзно осложнить связь между континентами. При масштабных отключениях энергоснабжения на суше отдельные сегменты сети начнут терять доступность, а оборудование оптических узлов связи потребует резервного питания.

Парадокс: человечество создало систему глобальных коммуникаций огромной сложности, но ее устойчивость напрямую зависит от капризов космической погоды и уязвимости базовой наземной инфраструктуры.

Как же все-таки защитить инфраструктуру?

Полностью защитить инфраструктуру от явления планетарного масштаба невозможно, но уменьшить последствия сильной геомагнитной бури вполне реально. На словах всё просто: получить предупреждение, подготовить сеть и снизить последствия бури. На практике энергосистема слишком сложна для одного универсального сценария — нужно заранее определить уязвимые узлы и успеть изменить режим их работы.

В зависимости от скорости коронального выброса массы на подготовку может оставаться от нескольких часов до нескольких суток. Последние данные поступают со спутников в районе точки Лагранжа L1, например DSCOVR: примерно за 15-60 минут до прихода солнечного потока к Земле они непосредственно измеряют его параметры.

Времени катастрофически мало. Провести масштабную перенастройку энергосистемы за полчаса невозможно, поэтому операторы заранее разрабатывают процедуры реагирования, а автоматика выполняет критические защитные действия. При необходимости меняется конфигурация сети, перераспределяется нагрузка и принимаются меры для снижения риска перегрузки наиболее уязвимых элементов.

Для защиты силовых трансформаторов от геомагнитно-индуцированных токов применяют устройства, ограничивающие постоянную составляющую тока через заземлённую нейтраль трансформатора. Это уменьшает подмагничивание магнитопровода и снижает риск перегрева обмоток и сердечника.

В 1859 году телеграфисты узнавали о проблеме уже по искрам в собственных аппаратах. Сегодня у нас есть возможность заранее обнаружить угрозу и подготовить инфраструктуру к приходу геомагнитной бури.

Изображение в превью:
Автор: ИИ Gemini
Источник: gemini.google.com

0 комментариев

Добавить комментарий

Сейчас на главной

Новости

Публикации

Чувствуют ли кошки стресс хозяина: ученые выяснили, как питомцы реагируют на наши гормоны

Взаимодействие человека и домашних животных привлекает внимание биологов уже несколько десятилетий. Однако подавляющая часть накопленных научных данных касается собак. Исследования неоднократно...

Зачем на советских усилителях была кнопка „Тонкомпенсация“ и когда её стоило нажимать

Стоило вечером убавить громкость, и знакомая запись словно теряла часть звучания. Голос оставался хорошо различимым, а бас становился слабее, ударные — менее выразительными. Нажатие...

На статуях Терракотовой армии нашли 79 отпечатков пальцев: кто создавал глиняную армию императора

Весной 1974 года крестьяне, копавшие колодец недалеко от китайского города Сиань, наткнулись на твердые обожженные черепки и глиняные головы. Вскоре на это место прибыли археологи. Так начались...

Карболит: куда исчезла знаменитая чёрная пластмасса СССР, из которой делали практически всё

В СССР из карболита делали корпуса радиоприёмников, выключатели, электрические вилки, ручки кастрюль и множество других бытовых вещей. Эти вещи служили десятилетиями и до сих пор встречаются в...

Жёлтые липкие капли появились на листьях комнатного растения: это сок самого цветка или следы незаметного вредителя

На листе фикуса, шеффлеры, гибискуса или другого комнатного растения вдруг появляется прозрачная или желтоватая липкая капля. Иногда таких капель немного, иногда блестящей плёнкой покрываются сразу...