Полярные сияния могут нанести ущерб инфраструктуре

Автор: Harrison Haines from Pexels

Полярные сияния на протяжении тысячелетий вдохновляли мифы и предзнаменования, но только сейчас, когда современные технологии зависят от электричества, мы осознаем их истинную силу. Те же силы, которые вызывают полярные сияния, также вызывают токи, которые могут повредить инфраструктуру, проводящую электричество, например, трубопроводы.

Теперь ученые, пишущие в Frontiers in Astronomy and Space Sciences, продемонстрировали, что угол воздействия межпланетных толчков является ключом к силе течений, что дает возможность прогнозировать опасные толчки и защищать критически важную инфраструктуру.

«Полярные сияния и геомагнитно-индуцированные токи вызываются схожими факторами космической погоды», — объяснил доктор Денни Оливейра из Центра космических полетов имени Годдарда НАСА, ведущий автор статьи. «Полярное сияние — это визуальное предупреждение, которое указывает на то, что электрические токи в космосе могут генерировать геомагнитно-индуцированные токи на Земле».

«Авроральная область может значительно расшириться во время сильных геомагнитных бурь», — добавил он. «Обычно его самая южная граница проходит около 70 градусов широты, но во время экстремальных явлений она может опускаться до 40 градусов или даже дальше, что, безусловно, произошло во время шторма в мае 2024 года — самого сильного шторма за последние два десятилетия».

Свет, цвет, действие

Полярные сияния вызываются двумя процессами: либо частицы, выброшенные Солнцем, достигают магнитного поля Земли и вызывают геомагнитную бурю, либо межпланетные толчки сжимают магнитное поле Земли.

Эти толчки также генерируют геомагнитно-индуцированные токи, которые могут повредить инфраструктуру, проводящую электричество. Более мощные межпланетные толчки означают более мощные течения и полярные сияния, но частые и менее мощные толчки также могут нанести ущерб.

«Возможно, наиболее сильное пагубное воздействие на энергетическую инфраструктуру произошло в марте 1989 года после сильной геомагнитной бури: система Hydro-Quebec в Канаде была отключена почти на девять часов, оставив миллионы людей без электричества», — сказал Оливейра.

«Но более слабые и более частые события, такие как межпланетные толчки, со временем могут представлять угрозу для заземляющих проводников. Наша работа показывает, что значительные геоэлектрические токи возникают довольно часто после толчков, и они заслуживают внимания».

Считается, что толчки, которые поражают Землю в лоб, а не под углом, вызывают более сильные геомагнитно-индуцированные токи, поскольку они сильнее сжимают магнитное поле. Ученые исследовали, как на геомагнитно-индуцированные токи влияют толчки под разными углами и в разное время суток.

Для этого они взяли базу данных межпланетных толчков и сопоставили ее с показаниями геомагнитно-индуцированных токов из газопровода в Мянтсяля, Финляндия, который в активное время обычно находится в авроральной области.

Чтобы рассчитать свойства этих толчков, такие как угол и скорость, они использовали данные межпланетного магнитного поля и солнечного ветра. Ударные толчки были разделены на три группы: высоконаклонные толчки, умеренно наклонные толчки и почти фронтальные толчки.

Угол атаки

Они обнаружили, что большее количество фронтальных толчков вызывает более высокие пики геомагнитно-индуцированных токов как сразу после толчка, так и во время следующей суббури. Особенно интенсивные пики наблюдались около магнитной полуночи, когда северный полюс находился между Солнцем и Мянтсяля. Локализованные суббури в это время также вызывают поразительное усиление полярных сияний.

«Умеренные течения возникают вскоре после воздействия возмущения, когда в Мянтсяля наступают сумерки по местному времени, тогда как более интенсивные течения возникают около полуночи по местному времени», — сказал Оливейра.

Поскольку углы этих толчков можно предсказать за два часа до удара, эта информация может позволить нам установить защиту электросетей и другой уязвимой инфраструктуры до того, как нанесут самые сильные и лобовые толчки.

«Одна вещь, которую операторы энергетической инфраструктуры могут сделать для защиты своего оборудования, — это управлять несколькими конкретными электрическими цепями при срабатывании оповещения о ударе», — предположил Оливейра. «Это предотвратит возникновение геомагнитно-индуцированных токов, сокращающих срок службы оборудования».

Однако ученые не обнаружили сильной корреляции между углом удара и временем, которое требуется, чтобы он ударил и затем вызвал ток. Возможно, это связано с тем, что для исследования этого аспекта необходимо больше записей течений на разных широтах.

«Текущие данные были собраны только в определенном месте, а именно в системе газопроводов Мянтсяля», — предупредил Оливейра.

«Хотя Мянтсяля находится в критическом месте, оно не дает глобальной картины. Кроме того, данные Мянтсяля отсутствуют на несколько дней за исследуемый период, что заставило нас исключить многие события из нашей базы данных шоков. Было бы неплохо иметь энергетические компании всего мира делают свои данные доступными для изучения учёным».

Больше информации: First direct observations of interplanetary shock impact angle effects on actual geomagnetically induced currents: The case of the Finnish natural gas pipeline system, Frontiers in Astronomy and Space Sciences (2024). DOI: 10.3389/fspas.2024.1392697

Источник: Frontiers