Кредит: Харрисон Хейнс из Pexels
Полярные сияния вдохновляли мифы и предзнаменования на протяжении тысячелетий, но только сейчас, с современными технологиями, зависящими 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.
Ученые, работающие в журнале Frontiers in Astronomy and Space Sciences, продемонстрировали, что угол падения межпланетных ударных волн является ключевым фактором силы течений, что дает возможность прогнозировать опасные удары и защищать критически важную инфраструктуру.
«Полярные сияния и геомагнитно-индуцированные токи вызываются схожими факторами космической погоды», — пояснил доктор Денни Оливейра из Центра космических полетов имени Годдарда НАСА, ведущий автор статьи. «Полярное сияние — это визуальное предупреждение, указывающее на то, что электрические токи в космосе могут генерировать эти геомагнитно-индуцированные токи на земле».
«Авроральная область может значительно расширяться во время сильных геомагнитных бурь», — добавил он. «Обычно ее самая южная граница находится около широты 70 градусов, но во время экстремальных событий она может опускаться до 40 градусов и даже ниже, что, безусловно, и 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, выбрасываемые Солнцем, достигают магнитного поля Земли и вызывают геомагнитную бурю, либо межпланетные удары сжимают магнитное поле Земли.
Эти толчки также генерируют геомагнитно-индуцированные токи, которые могут повредить инфраструктуру, проводящую электричество. Более мощные межпланетные толчки означают более мощные токи и полярные сияния, но частые, менее мощные толчки также могут нанести ущерб.
«Возможно, наиболее серьезные пагубные последствия для энергетической инфраструктуры имели место в марте 1989 года после сильной геомагнитной бури — система Hydro-Quebec в Канаде была отключена почти на девять часов, в результате чего миллионы людей остались без электричества», — сказал Оливейра.
«Но более слабые, но 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 удары, которые попадают в Землю лоб в лоб, а не под углом, вызывают более сильные геомагнитно-индуцированные токи, поскольку они сильнее сжимают магнитное поле. Ученые исследовали, как геомагнитно-индуцированные токи подвергаются влиянию ударов 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 активные периоды обычно находится в зоне полярных сияний.
Для расчета свойств этих ударов, таких как угол и скорость, они использовали данные о межпланетном магнитном поле и солнечном ветре. Удары были разделены на три группы: сильно наклоненные удары, умеренно наклоненные удары и почти фронтальные удары.
Угол атаки
Они обнаружили, что больше фронтальных толчков вызывают более высокие пики в геомагнитно-индуцированных токах как сразу после толчка, так и во время последующей суббури. Особенно интенсивные пики имели место около магнитной полуночи, когда северный полюс находился бы между солнцем и Мянтсяля. Локализованные суббури в это время также вызывают поразительное авроральное осветление.
«Умеренные течения возникают вскоре после воздействия возмущения, когда Мянтсяля находится около сумерек 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 для электросетей и другой уязвимой инфраструктуры до того, как произойдут самые сильные и лобовые толчки.
«Одно из того, что операторы энергетической инфраструктуры могли бы сделать для защиты своего оборудования, — это управлять несколькими конкретными электрическими цепями при подаче сигнала тревоги об ударе током», — предложил Оливейра. «Это предотвратит сокращение срока службы оборудования геомагнитно-индуцированными токами».
Однако ученые не обнаружили выраженной корреляции между углом удара и временем, которое требуется для того, чтобы он ударил и затем вызвал ток. Это может быть связано с тем, что для исследования этого аспекта необходимы дополнительные записи токов на разных широтах.
«Текущие данные были собраны только в определенном месте, а именно в системе газопроводов Мянтсяля», — предупредил Оливейра.
«Хотя Мянтсяля находится в критическом положении, он не дает общемировой картины. Кроме того, в данных по Мянтсяля отсутствует несколько дней в исследуемом периоде, что заставило нас отбросить многие события в нашей базе данных по шокам. Было бы неплохо, если бы мировые энергетические компании предоставили свои данные ученым для проведения исследований».
