Солнце — это массивный объект, состоящий из интенсивно горячих и ионизированных газов. Мы называем такой газ плазмой, и это наиболее распространенное состояние вещества во вселенной. Атомы, составляющие газы в солнце, настолько горячи, что они не могут удерживать свои электроны. Газы текут в потоках через солнце, унося с собой электроны.
Если вы знакомы с электромагнитами, то знаете, что электрический ток может создавать магнитное поле. Такова ситуация и с солнцем. У солнца огромное магнитное поле вокруг него. Вращение солнца поддерживает это магнитное поле.
Чтобы усложнить ситуацию, горячие объекты имеют тенденцию расширяться. Солнце — крайне горячий объект. Но солнце также большое и плотное, что означает, что у него сильное гравитационное притяжение. Гравитация солнца компенсирует его тенденцию к расширению.
Комбинация этих сил может привести к драматическим и иногда насильственным изменениям на поверхности солнца. Течения газа заставляют магнитные линии поля витать. Это может предотвратить подъем более горячих газов из ядра солнца к поверхности, что создает солнечные пятна. Солнечные пятна выглядят более темными, чем остальная поверхность солнца. Они также прохладнее ярких областей, окружающих их.
Горячий газ, запертый под солнечными пятнами, оказывает давление на магнитные линии поля, которые препятствуют газу достичь поверхности. Это закручивает магнитные линии поля в более плотные катушки. Иногда еще больше линий поля запутываются. Время от времени магнитные линии могут размотаться без особых инцидентов, и солнечное пятно исчезает, поскольку горячие газы поднимаются на поверхность. Но иногда давление продолжает нарастать, пока магнитные линии поля не вырываются внезапно, вызывая солнечную вспышку.
Солнечные вспышки и выбросы корональной массы
Солнечная вспышка — это не просто взрыв горячих газов. Она выделяет волны света по всему спектру. Сюда входит свет, который мы не видим — включая излучение в виде рентгеновских и гамма-лучей. Эти лучи могут быть опасными для человека. К счастью, атмосфера Земли поглощает большую часть этих высокоэнергетических лучей.
Это не значит, что все в безопасности после солнечной вспышки. Люди в космосе или на больших высотах, например, на борту самолета, могут подвергаться воздействию интенсивного излучения. Краткосрочные последствия могут включать раздражение кожи. В долгосрочной перспективе это может повысить риск развития рака кожи. Но, вероятно, любой пострадавший человек со временем восстановится после воздействия.
Электроника также уязвима перед этими лучами. Если высокоэнергетические лучи попадут в спутник, они могут оторвать электроны от металлических компонентов, ионизируя их. По мере выхода электронов они могут вызвать короткое замыкание в электронике спутника. Они также могут создать магнитное поле, которое повредит системы спутника. Некоторые спутники имеют экранирование, чтобы защитить их от этих лучей, но многие все равно уязвимы.
Поскольку наша атмосфера поглощает большую часть этих опасных лучей, земные системы довольно безопасны от солнечных вспышек. Но другое солнечное явление, называемое выбросом корональной массы (CME), может вызвать серьезные проблемы для электроэнергетических систем здесь, на Земле. Во время CME флуктуации магнитных полей солнца заставляют большую часть его поверхности быстро расширяться, выбрасывая миллиарды тонн частиц в космос. Иногда CME сопровождают солнечные вспышки, но не все солнечные вспышки вызывают CME, и не все CME сопровождаются солнечными вспышками.
Влияние CME на электрические системы
В отличие от солнечной вспышки, CME не производит интенсивного света. Но он создает магнитную ударную волну, распространяющуюся миллиардами миль в космос. Если Земля находится на пути этой ударной волны, магнитное поле нашей планеты реагирует на событие. Это похоже на то, что происходит, если вы помещаете слабый магнит рядом с сильным. Поле слабого магнита выровняется с полем сильного магнита. Магнитная ударная волна от солнца может вызвать непредсказуемое изменение магнитного поля Земли.
Прекрасные световые явления — не единственное последствие CME. Флуктуации магнитных полей могут вызвать отказ компасов. И поскольку магнитные поля могут индуцировать электричество, любой проводник может стать индуктором. Мощный CME может индуцировать электричество в больших и мощных проводниках. Это может перегрузить электрические системы и вызвать массовые повреждения.
Повреждение электроники Солнцем
Хотя солнечная вспышка одна по себе, возможно, не способна вызвать проблемы на поверхности Земли, мощный CME — это другая история. Фактически мощные CME в прошлом влияли на Землю. Но тогда мы не были так развиты в области электроники и не так сильно зависели от нее, как сейчас, когда нас действительно "разметали" CME.
В 1859 году огромный CME вызвал массовые флуктуации в магнитосфере Земли — магнитном поле, окружающем планету. Жители Кубы и дальнего юга видели явление северного сияния. Компасы и телеграфные системы перестали работать. Ученые и академики спорили о причинах всех этих событий. Теперь мы знаем, что это было из-за CME. CME был настолько мощным, что вызвал так называемый солнечный супершторм.
Сегодня мы намного больше зависим от электроники и электроэнергии, чем в 1859 году
Если бы подобный солнечный супершторм случился сейчас, у нас возникли бы серьезные проблемы. Магнитные силы вызвали бы индукцию электроэнергии в любом большом проводнике. К этому относятся силовые трансформаторы и сама электросеть.
Это не конец плохих новостей. Энергосеть не смогла бы выдержать увеличенную электрическую нагрузку от солнечного супершторма. Линии электропередачи могли бы обвиснуть и даже порваться. Массовые отключения электроэнергии могли бы затронуть большую часть континента. Флуктуации магнитных полей также могли бы помешать радиосигналам, и связь и спутниковые системы также рухнули бы.
На восстановление повреждений могло бы потребоваться несколько недель или месяцев
В это время у людей не было бы способности узнать, что происходит. Экстренные службы столкнулись бы с серьезными трудностями. Несмотря на то, что магнитные поля, возможно, не вызвали бы короткое замыкание в отдельных электронных устройствах, таких как мобильные телефоны или компьютеры, регионально могла бы сломаться система связи. Другими словами, маленькие устройства все равно работали бы, но им не хватало бы услуг, которые они требуют для полноценной работы.
Существует вероятность, что CME даже мог бы повлиять на ваш компьютер и вызвать сбои. В большинстве случаев простая перезагрузка решила бы проблему. Но с потерей электросети вам пришлось бы ограничиться зарядом батареи. И как только он иссяк бы, вы остались бы без средств.
Невозможно предотвратить солнечный супершторм, но есть шаги, которые мы можем предпринять, чтобы ограничить его воздействие
Один из них — это модернизация системы электросети. Нам нужна умная сеть, которая не работает так близко к пределу, как наша текущая сеть. Мы также должны разработать экранирование, чтобы защитить нашу электроэнергетическую инфраструктуру от магнитных флуктуаций насколько это возможно.
Даже в самых пессимистичных сценариях суперштормы не уничтожают все электрические системы по всей планете. Некоторые регионы остались бы относительно неприкосновенными. Для того чтобы электрические системы по всей планете были уничтожены, потребовалось бы солнечное событие беспрецедентной силы. Но даже умеренный CME мог бы продемонстрировать, насколько уязвимы мы перед магнитными капризами Солнца.
