Авроры вызваны ударами по магнитному полю Земли — это опасно для инфраструктуры

Авроры, или северное сияние, на протяжении тысячелетий были источником мифов и предсказаний. Сейчас, когда современные технологии зависят от электричества, мы оценили их истинную силу.

Силы, вызывающие авроры, также вызывают токи, которые могут повредить инфраструктуру. Учёные выяснили, что угол падения межпланетных импульсов определяет силу токов. Это позволяет прогнозировать опасные импульсы и защищать важные объекты инфраструктуры.

Авроры и геомагнитно-индуцированные токи вызываются схожими факторами космической погоды, — пояснил ведущий автор статьи доктор Денни Оливейра из Центра космических полетов НАСА имени Годдарда.

Аврора — это визуальное предупреждение, указывающее на то, что электрические токи в космосе могут генерировать геомагнитно-индуцированные токи на земле.

Авроральная область может значительно расширяться во время сильных геомагнитных бурь, — добавил он.

Обычно ее самая южная граница находится в районе 70 градусов, но во время экстремальных событий она может опускаться до 40 градусов или даже дальше, что, несомненно, произошло во время майской бури 2024 года — самой сильной за последние два десятилетия.

Свет, цвет, действие

Авроры возникают в результате двух процессов:

1. Частицы, которые выбрасывает Солнце, достигают магнитного поля Земли и вызывают геомагнитную бурю.
2. Межпланетные импульсы сжимают магнитное поле Земли и генерируют геомагнитно-индуцированные токи, которые могут повредить инфраструктуру с электричеством.

Чем мощнее межпланетные импульсы, тем сильнее авроры и токи. Но даже частые менее мощные импульсы могут нанести ущерб.

Пожалуй, самое 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, в результате чего миллионы людей остались без электричества, — говорит Оливейра.

Но более слабые и частые события, такие как межпланетные импульсы, могут представлять угрозу для наземных проводников с течением времени. Наша работа показывает, что значительные геоэлектрические токи возникают довольно часто после импульсов, и они заслуживают внимания.

Импульсы, которые ударяют Землю прямо в лоб, вызывают более сильные геомагнитные токи.

Учёные исследовали влияние импульсов под разными углами и в разное время суток на геомагнитные токи. Для этого они взяли базу данных межпланетных импульсов и сверили её с показаниями геомагнитно-индуцированных токов из газопровода в финском городе Мянцяля.

Для расчёта свойств этих толчков использовались данные о межпланетном магнитном поле и солнечном ветре. Ударные волны были разделены на три группы: сильно наклонные, умеренно наклонные и почти фронтальные.

Угол воздействия

Более мощные импульсы вызывают большие геомагнитно-индуцированные токи как сразу после импульса, так и во время последующей суббури. Особенно высокие пики наблюдались около полуночи, когда северный полюс находится между Солнцем и Мянтсяля. В это же время локальные суббури становятся причиной яркого аврорального сияния.

Умеренные течения возникают вскоре после воздействия возмущения, когда Мянцяля находится около сумерек по местному времени, а более интенсивные — около полуночи по местному времени, — говорит Оливейра.

Поскольку углы этих импульсов можно предсказать за два часа до столкновения, эта информация может позволить нам установить защиту для электросетей и других уязвимых объектов инфраструктуры до того, как произойдут самые сильные и лобовые удары.

Одна вещь, которую могли бы сделать операторы энергетической инфраструктуры, чтобы обезопасить свое оборудование, — это управление несколькими конкретными электрическими цепями, когда выдается предупреждение об ударе, — предлагает Оливейра.

Это позволило бы избежать геомагнитно-индуцированных токов, сокращающих срок службы оборудования.

Учёные не нашли зависимости между углом удара и временем, которое требуется для удара с последующим возникновением тока. Вероятно, это связано с недостатком данных: нужно больше записей токов в разных широтах.

Данные о течениях были собраны только в определенном месте, а именно в системе газопроводов Мянцяля, — предупреждает Оливейра.

Хотя Мянцяля находится в критическом месте, это не позволяет получить картину всего мира. Кроме того, в данных по Мянцяля отсутствует несколько дней за исследуемый период, что вынудило нас отбросить многие события в нашей базе данных по импульсам. Было бы неплохо, если бы мировые энергетические компании предоставляли свои данные ученым для исследований.

Результаты опубликованы в издании Frontiers in Astronomy and Space Sciences.

10.07.2024