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

Optonica SA-2121H: ресивер, где проще заменить транзисторы, чем один конденсатор

В 1975 году японская Sharp выделила звуковое направление в отдельное подразделение Optonica. Задумывали его как конкурента признанным производителям hi-fi аппаратуры, и линейка получилась широкая:...

Аккумуляторы из вторсырья превзошли новые заводские батареи: как модернизация катода и графита увеличила их ресурс в два раза

Литий-ионные аккумуляторы окружают нас повсюду: они питают смартфоны, ноутбуки, электроинструменты, системы хранения энергии и электромобили. У всех этих батарей есть общая проблема — со...

7300 лет назад супервулкан засыпал Японию пеплом. Почему одни племена вымерли, а другие пережили демографический скачок

Около 7300 лет назад в Восточно-Китайском море, всего в тридцати километрах к югу от японского острова Кюсю, проснулся подводный вулкан Кикай. Это извержение получило в науке двойное имя...

Лось способен нырять за кормом на несколько метров: зачем сухопутному гиганту подводная жизнь

Лось кажется животным, которому вода нужна разве что для питья и спасения от жары. Высокие ноги, тяжёлое тело, огромная голова — всё в нём будто рассчитано на болота и лесные просеки, но...

Ракетная Tesla полетела, а также развитие ситуации с датацентрами в РФ: главное за неделю

Самые интересные новости финансов и технологий в России и мире за неделю: ЦОДы Судного дня в России, Генпрокуратура отступилась от Freedom Holding, Нобелевка по экономике...