Как солнечная буря может оставить Землю без электричества и интернета
В условиях постоянно растущей зависимости человечества от электроэнергии и технологий любой сбой в сети может подвергнуть жизни людей опасности и обернуться потерями в триллионы долларов, считает Дэвид Уоллес, доцент в области электротехники Университета штата Миссисипи.
РБК Тренды публикуют перевод материала Уоллеса, вышедшего в издании Fast Company.
Соприкосновение Солнца с Землей: как это возможно
В самом начале сентября 1859 года телеграфные системы по всему миру дали катастрофический сбой. Операторы сообщали о поражениях, вызванных электрическим током, о возгорании телеграфной бумаги и оборудования, которое начинало работать без подключения к аккумулятору. По вечерам северное сияние можно было наблюдать вплоть до юга Колумбии, хотя в те годы, как и сейчас, оно было заметно только в более высоких широтах.
То, что случилось в 1859-м, теперь известно как «событие Кэррингтона» — это была мощнейшая за всю историю наблюдений геомагнитная буря. Сильные геомагнитные бури возникают, когда на Солнце происходит корональный выброс массы в сторону нашей планеты: большой пузырь перегретого газа, называемого плазмой, отходит от поверхности светила и попадает на Землю.
Плазма коронального выброса состоит из облака протонов и электронов — электрически заряженных частиц. Достигая Земли, эти частицы взаимодействуют с магнитным полем, окружающим планету, вызывая его искажение и ослабление.
Не единственный случай: когда были бури мощнее
«Событие Кэррингтона» 1859 года является крупнейшим, но не единственным зарегистрированным случаем геомагнитной бури. Их история идет с начала XIX века, однако научные данные, полученные из образцов керна антарктического льда, свидетельствуют, что в 774 году нашей эры произошла еще более масштабная геомагнитная буря, известное сейчас как событие Мияке. Эта солнечная вспышка вызвала самый большой и быстрый рост содержания радиоактивного изотопа углерода — углерода-14.
Позже, в 993 году нашей эры, на Землю обрушилась геомагнитная буря на 60% слабее события 774 г. н. э. Согласно анализу образцов ледяных кернов, крупномасштабные геомагнитные бури, по силе и интенсивности равные тем, что случились в 774 году нашей эры и в 1859 году, происходят в среднем раз в 500 лет.
Для измерения силы солнечных «извержений» Национальное управление океанических и атмосферных исследований использует шкалу геомагнитных бурь: от G1 к G5, где 1 — незначительная мощность, а 5 — экстремальная. Событие Кэррингтона оценивают в категории G5. Представьте, где на этой шкале находится буря, произошедшая в 774 году.
Оценить силу события ученым удалось на основе колебаний магнитного поля Земли, зафиксированных обсерваториями XIX века. Точно узнать, что происходило во время события Мияке, невозможно. Поэтому исследователи измерили содержание углерода-14 в стволовых кольцах деревьев, росших в тот период. Оказалось, оно увеличено на 12%. Для сравнения после события Кэррингтона содержание этого радиоактивного нуклида выросло менее чем на 1%.
Не сбой, а отключение: что произойдет с электричеством
Сегодня геомагнитная буря такой же интенсивности, как событие Кэррингтона, затронет не только телеграфные провода. Учитывая постоянно растущую зависимость от электричества и технологий, любой сбой может привести к денежным потерям в триллионы долларов и риску для жизни людей, которые зависят от электронных систем. Шторм ударит по большинству оборудования, которым мы пользуемся каждый день.
Геомагнитные бури генерируют наведенные токи, которые проходят через электрическую сеть. Те, сила которых может превышать 100 ампер, влияют на электрические приборы, подключенные к сети: трансформаторы, реле и датчики. Сто ампер эквивалентны электроснабжению многих домашних хозяйств: токи такой силы могут вызвать внутреннее повреждение оборудования, что приведет к масштабному отключению электроэнергии.
У истории геомагнитных бурь есть этому подтверждение. В 1989 году в канадском Квебеке зарегистрировали событие, по интенсивности в три раза меньше, чем то, что случилось в 1859 году. Эта буря привела к разрушению электрической сети Hydro-Quebec: большие магнитно-индуцированные токи повредили трансформатор в Нью-Джерси и отключили автоматические выключатели сети. Пять миллионов человек остались без электричества на девять часов.
Потеря связи: почему интернет не будет работать
Связь может быть нарушена во всем мире, если будут наблюдаться сбои в работе интернет-провайдеров. Наземно-воздушная, коротковолновая и корабельно-береговая радиосвязь — высокочастотные системы также будут подвержены сбоям. Печатные платы спутников, находящихся на орбите Земли, могут сгореть. Это приведет к перебоям в работе спутниковой телефонной связи, интернета, радио и телевидения.
Пострадают и навигационные системы. Практически все виды транспорта, от автомобилей до самолетов, используют GPS, ГЛОНАСС и другие группировки спутников для навигации и слежения. Даже портативные устройства — сотовые телефоны, умные часы и метки слежения — задействуют сигналы спутниковых систем геопозиционирования. Также спутники координируют военные системы. Альтернативные им варианты обнаружения — загоризонтные радары — могут быть также выведены из строя, что помешает национальной обороне многих стран мира.
Помимо этого, обрушиваясь на Землю, мощные геомагнитные бури приводят к изменению плотности атмосферы. Когда атмосфера поглощает энергию магнитных бурь, она нагревается и расширяется. Это расширение увеличивает плотность термосферы, слоя атмосферы, который находится примерно на расстоянии от 80 км до 1000 км над поверхностью Земли. Более высокая плотность означает большее сопротивление, что может оказаться проблемой для спутников, находящихся на орбите в этом пространстве. Именно подобная ситуация привела к гибели спутников SpaceX Starlink в феврале 2022 года.
Геомагнитная буря масштаба события Кэррингтона может повлиять на оборудование в центрах обработки данных, где хранится все: от электронной почты и текстовых сообщений до научной информации и инструментов искусственного интеллекта. Это потенциально может нарушить работу всего интернета и лишить серверы возможности соединяться друг с другом.
Что можно сделать, чтобы обезопасить Землю уже сейчас
Сложно сказать, когда на Землю обрушится еще одна мощная геомагнитная буря, но довольно легко предположить масштаб ущерба, который грозит электрическим и коммуникационным системам по всему миру. Если мощность волны будет сопоставима с событием Кэррингтона, перебои в работе будут продолжаться неделями. Буря уровня события Мияке вызовет еще более катастрофические последствия: перебои в работе продолжительностью в месяцы, если не дольше. Основная сложность заключается в том, что даже при наличии предупреждений от Центра прогнозирования космической погоды NOAA, у мира будет всего несколько минут (возможно, часов) на подготовку.
Автор материала Fast Company, Дэвид Уоллес, считает, что сейчас крайне важно продолжать исследовать способы защиты электрических систем от последствий геомагнитных бурь. Один из вариантов сделать это — установить устройства, защищающие уязвимое оборудование (такое как трансформаторы), а также разработать стратегии по регулированию нагрузки сети при приближении солнечных бурь.