Вчені виявили, що міжпланетні поштовхи, які вражають магнітне поле Землі, спричиняють більш потужні електричні струми на рівні землі, що загрожує трубопроводам і підводним кабелям.
Полярні сяйва спричиняються сонячними частинками, які потрапляють на магнітне поле Землі, але ці удари також спричиняють геомагнітно індуковані струми на рівні землі, які можуть пошкодити інфраструктуру, що проводить електрику. Вчені, які вивчають ці течії для захисту критичної інфраструктури, провели перше дослідження, яке порівнює міжпланетні поштовхи з вимірюваннями геомагнітно індукованих струмів у реальному часі, показуючи, що кут удару поштовхів є ключовим для прогнозування можливої шкоди інфраструктурі: поштовхів, які вражають магнітне поле під кутом створює менш потужні струми.
Вплив міжпланетних потрясінь на інфраструктуру
Протягом тисячоліть полярні сяйва надихали міфи та провісники, але лише зараз, коли сучасні технології залежать від електрики, ми оцінюємо їх справжню силу. Ті самі сили, які викликають полярне сяйво, також викликають струми, які можуть пошкодити інфраструктуру, яка проводить електрику, як-от трубопроводи. Зараз вчені, які пишуть у Frontiers in Astronomy and Space Sciences, продемонстрували, що кут удару міжпланетних поштовхів є ключовим для сили течій, що дає можливість прогнозувати небезпечні поштовхи та захистити критичну інфраструктуру.
«Полярне сяйво та геомагнітно індуковані струми викликані схожими факторами космічної погоди», — пояснив доктор Денні Олівейра з Центру космічних польотів імені Годдарда NASA , провідний автор статті. «Полярне сяйво — це візуальне попередження, яке вказує на те, що електричні струми в космосі можуть породжувати ці геомагнітно індуковані струми на землі».
«Авроральна область може значно розширитися під час сильних геомагнітних бур», — додав він. «Зазвичай його найпівденніша межа проходить на широті 70 градусів, але під час екстремальних подій вона може опускатися до 40 градусів або навіть далі, що, безумовно, сталося під час травневого шторму 2024 року — найсильнішого шторму за останні два десятиліття».
Світло, колір, дія
Полярні сяйва викликані двома процесами: або частинки, викинуті Сонцем, досягають магнітного поля Землі та викликають геомагнітну бурю, або міжпланетні поштовхи стискають магнітне поле Землі. Ці поштовхи також створюють геомагнітно індуковані струми, які можуть пошкодити інфраструктуру, яка проводить електрику. Більш потужні міжпланетні поштовхи означають більш потужні течії та полярні сяйва, але часті, менш потужні поштовхи також можуть завдати шкоди.
«Можливо, найсильніший згубний вплив на енергетичну інфраструктуру стався в березні 1989 року після сильної геомагнітної бурі — система Hydro-Quebec у Канаді була відключена майже на дев’ять годин, залишивши мільйони людей без електрики», — сказав Олівейра. «Але слабші, більш часті події, такі як міжпланетні поштовхи, з часом можуть становити загрозу для заземлюючих провідників. Наша робота показує, що значні геоелектричні струми виникають досить часто після поштовхів, і вони заслуговують на увагу».
Вважається, що поштовхи, які вдаряють Землю в лоб, а не під кутом, викликають сильніші геомагнітно-індуковані струми, оскільки вони сильніше стискають магнітне поле. Вчені дослідили, як на геомагнітно індуковані струми впливають поштовхи під різними кутами та в різні години доби.
Для цього вони взяли базу даних міжпланетних поштовхів і порівняли її з показаннями геомагнітно індукованих струмів від газопроводу в Мянтселя, Фінляндія, який зазвичай знаходиться в авроральному регіоні під час активного періоду. Для розрахунку властивостей цих поштовхів, таких як кут і швидкість, вони використовували дані міжпланетного магнітного поля та сонячного вітру. Поштовхи були розділені на три групи: сильно нахилені поштовхи, помірно нахилені поштовхи та майже фронтальні поштовхи.
Кут атаки
Вони виявили, що більша кількість фронтальних поштовхів викликає вищі піки геомагнітно індукованих струмів як відразу після поштовху, так і під час наступної суббурі. Особливо інтенсивні піки мали місце близько півночі магнітного поля, коли північний полюс знаходився між сонцем і Мянцяля. Локалізовані суббурі в цей час також спричиняють вражаюче авроральне освітлення.
«Помірні течії виникають невдовзі після впливу збурення, коли Мянцяля настає сутінки за місцевим часом, тоді як більш інтенсивні течії виникають близько опівночі за місцевим часом», — сказав Олівейра.
Оскільки кути цих поштовхів можна передбачити за дві години до удару, ця інформація може дозволити нам встановити захист для електричних мереж та іншої вразливої інфраструктури до того, як настане найпотужніший і найбільш лобовий поштовх.
«Оператори енергетичної інфраструктури можуть зробити одне, щоб захистити своє обладнання, — це керувати кількома електричними ланцюгами, коли видається попередження про ураження електричним струмом», — запропонував Олівейра. «Це запобіжить геомагнітним індукованим струмам, які скорочують термін служби обладнання».
Однак вчені не виявили сильної кореляції між кутом удару та часом, який потрібен для того, щоб він вдарився, а потім викликав струм. Це може бути тому, що для дослідження цього аспекту потрібні додаткові записи течій на різних широтах.
«Поточні дані були зібрані лише в певному місці, а саме в системі газопроводу Мянцяля», — попередив Олівейра. «Хоча Мянцяля знаходиться в критичному місці, це не дає картини в усьому світі. Крім того, у даних Mäntsälä відсутні кілька днів протягом досліджуваного періоду, що змусило нас відкинути багато подій у нашій базі даних шоків. Було б чудово, щоб світові енергетичні компанії зробили свої дані доступними для вчених для вивчення».
