На фоне прошедшей на днях сильной магнитной бури часто вспоминали событие Керрингтона — сильнейшее за всю историю наблюдений магнитное возмущение, оставившее планету без электричества и погубившее линии телеграфной связи. И практически единодушно все говорили: тогда это сошло человечеству с рук, потому что роль электроэнергии и электросвязи не была столь велика. Сейчас же такое явление станет концом света для человечества, так как без электричества и связи планета погрузится во мрак и хаос.

Конечно же, это сильное преувеличение. И об этом — текст ниже.

Керрингтоновское событие: что произошло

1–2 сентября 1859 года произошла сначала небывалых масштабов солнечная вспышка, которую первым обнаружил и зарисовал английский астроном Ричард Керрингтон. Через 17 часов плазма этой вспышки достигла Земли и в ночь на 2 сентября вплоть до самого экватора очевидцы наблюдали невероятно яркое полярное сияние, которое даже путали с внезапно наступившим утром, а магнитное поле Земли в течение двух дней сотрясала магнитная буря, равных которой не было зафиксировано ни до этого момента, ни до наших дней. Вызванные перепадами магнитного поля наведенные токи и напряжения в линиях телеграфной связи были таковы, что оборудование просто сгорало синим пламенем, провода перегорали, изоляция пробивалась, телеграфные столбы загорались. На телеграфных станциях начались пожары от искр, которые буквально сыпались из аппаратов, а нескольких операторов убило на месте. В итоге телеграфная связь по всей планете надолго замолчала — пока не установили новое оборудование, не перетянули перегоревшие линии.

И сейчас все чаще звучат тревожные голоса: мол, если в те времена, когда и электроники‑то никакой не было, а телеграфное сообщение было скорее приятным бонусом к тогдашней жизни, чем жизненной необходимостью. А случись сейчас такой «супершторм» — планетарный электромагнитный импульс уничтожит всю электронику, на наши головы попадают все спутники, электричество исчезнет, а мы погрузимся в каменный век.

Что было после

Сильные магнитные бури меньших масштабов случались с тех пор неоднократно. Иногда они вызывали серьезные последствия наподобие канадского блэкаута 1989 года. Во время электромагнитных возмущений из‑за воздействия их на ионосферу прекращалась радиосвязь на коротких волнах, возникали проблемы на линиях связи — разумеется, не столь масштабные, как во время события Керрингтона. Возникали проблемы и с космическими аппаратами, некоторые из них были потеряны как раз во время солнечных штормов.

Геомагнитное событие, по‑видимому, близкое по масштабам и последствиям к Керринтоновскому, произошло еще в 1921 году. Как и в 1856 году, буря повредила линии и пункты телефонной и телеграфной связи, привела к возгораниям и массовому выходу из строя электросетей. Большинство магнитометров, наблюдавших за геомагнитным полем, просто зашкалило, и долгое время масштабы этого возмущения не были известны. Лишь недавно Майк Хэпгуд и Джеффри Лав смогли отыскать записи, позволившие оценить значение Dst этой бури, которое оказалось равно 907 ± 132 нТл. Керрингтоновское событие оценивается по этой шкале разными исследователями в 900–1700 нТл. С тех пор сильнейшие наблюдавшиеся события не превышали ~ 600 нТл.

Одна из последних таких бурь известна, как «Квебекское событие» 13–14 марта 1989 года. Название она получила из‑за массового 9-часового отключения электроэнергии в канадской провинции Квебек. К отключению привел каскад аварий и срабатываний защит в энергосистеме в течение немногим более одной минуты. Основной непосредственной причиной аварийных отключений было нарушение работы систем коррекции реактивной мощности, а в процессе ремонтных работ выяснилось, что некоторые трансформаторы буквально сплавились. Аварийные ситуации также возникали и в сетях США, но не привели к масштабному распаду энергосистемы.

А магнитная буря 1967 года чуть не привела к ядерной войне. Не оповещенные вовремя о геомагнитном возмущении военные США приняли нарушение радиосвязи за целенаправленное подавление ее со стороны СССР, посчитав это признаком вероятной подготовки к началу ядерной атаки, и уже приступили к подготовке к ядерному удару со своей стороны. К счастью, действовали не сгоряча и разобрались во всем.

Механизмы воздействия магнитных бурь на энергосистемы и системы связи

Сама по себе магнитная буря, даже сильная — это едва заметное колыхание магнитного поля. Никаких тебе всесжигающих электромагнитных импульсов — даже во время сильнейших «суперштормов» размах колебаний магнитного поля составлял всего несколько процентов от индукции магнитного поля Земли. Но когда речь идет о линии электропередач или связи длиной в тысячу километров, то напряжения и токи, индуцированные в этих проводах, становятся вполне ощутимыми. Наводимые во время сильных магнитных возмущений напряжения — порядка 10 В на километр линии, во время Керрингтоновского события они были, по‑видимому, в 2–3 раза выше. Отсюда понятно, почему горели телеграфные аппараты и убивало операторов: возникающие в слаботочных линиях связи напряжения достигали величин, сравнимых с высоковольтными ЛЭП!

Но в чем же причина выхода из строя энергосистем? Там ведь линии и оборудование уже рассчитано на высокие напряжения, и наведенная «добавка» окажется всего в несколько процентов от рабочего значения. Но вспомним, как происходил квебекский блэкаут: защиты срабатывали из‑за того, что не справлялись системы коррекции реактивной составляющей. Если быть точнее — в сети подскочил уровень гармоник.

Влияние постоянного подмагничивания на ток первичной обмотки трансформатора (из: Успенский М.И. Основные понятия и пути влияния геомагнитных штормов на электроэнергетическую систему (часть II) //  Изв. Коми НЦ УРО РАН. 2017. Т.29.№1. С. 72-81)
Влияние постоянного подмагничивания на ток первичной обмотки трансформатора (из: Успенский М.И. Основные понятия и пути влияния геомагнитных штормов на электроэнергетическую систему (часть II) // Изв. Коми НЦ УРО РАН. 2017. Т.29.№1. С. 72-81)

Дело в том, что колебания магнитного поля при магнитной буре — медленные. И наводимый ток — квазипостоянный. То есть он переменный, но его частота измеряется миллигерцами и десятками миллигерц. Помните страшилку аудиофилов про гуляющий в сети постоянный ток, вызывающий насыщение трансформаторов, из‑за чего портится звук и нужно покупать специальную коробочку за многотыщ рублей, чтобы этого избежать? Так вот, если реальная постоянная составляющая появится в сети, она будет протекать через обмотку трансформатора беспрепятственно. Активное сопротивление обмоток трансформатора по сравнению с реактивным — очень мало, и даже 1% постоянного тока создаст в обмотке значительный ток, который намагнитит сердечник, приведет его к насыщению. И вот тут уже резко упадет индуктивное сопротивление. Скорее всего, насыщение будет возникать на пиках синусоиды с одной стороны, и вызовет резкий рост гармоник, создаваемых мощными импульсами тока в моменты насыщения. В худшем случае трансформатор окажется насыщен, так сказать, наглухо, превратившись буквально в перемычку. В лучшем случае сработает защита и отключит КЗ, в худшем — трансформатор просто взлетит на воздух.

Из сказанного ясно, что даже повторение Керрингтоновского события не лишит нас наших любимых компьютеров и электронных гаджетов. В масштабах корпуса смартфона или системного блока индуцированные напряжения будут измеряться милливольтами. Не лишимся мы и связи: многокилометровые медные линии в основном уже в прошлом, а в оптоволокне индукционный ток течь не может. Системы радиосвязи также не пострадают необратимо. Перебои связи возможны, но основное воздействие магнитных бурь приходится на короткие волны, роль которых в современной радиосвязи не то чтобы очень велика.

А энергосистемы... просто замечу, что последняя магнитная буря прошла для них практически незамеченной. Ни одной серьезной аварии с каскадными отключениями и блэкаутами не случилось. А ведь она не то, чтобы принципиально слабее квебекской. Просто с каждым новым ударом солнечной стихии энергетики учатся защищать оборудование лучше. И думается мне, что случись сейчас «супершторм» уровня 1856 или 1921 года, последствия для энергосистем будут не столь катастрофичны.

Но это... спутники же попадают!

Вообще в чем проблема со спутниками? Во время солнечных вспышек резко увеличивается интенсивность ионизирующей радиации в околоземном пространстве. Это сказывается на оборудовании спутников как само по себе (его радиационная стойкость небезгранична), так и косвенно — оседающие на конструкциях спутника заряженные частицы, как и улетающие с них за счет фотоэффекта, приводят к тому, что сам спутник как целое может сильно зарядиться статическим электричеством, а между отдельными его частями, в том числе внутренними, изолированными друг от друга, возникнут опасные разности потенциалов. Возникающие в такой ситуации пробои приводят к сбоям бортовых компьютеров, а иногда и к гибели чувствительной электроники. Современные спутники конструируются таким образом, чтобы минимизировать воздействие этого фактора.

Серьезнее всего последствия «супершторма» для находящихся в космосе людей. Полученные ими дозы облучения могут оказаться опасными для жизни и здоровья.

Есть и еще один фактор, с которым непосредственно связана легенда о том, что «спутники попадают». Экзосфера разогревается и «распухает» под действием высокоэнергетического потока солнечных частиц. На низких околоземных орбитах это в годы активного Солнца приводит к ускорению торможения спутников, и как минимум Салют-7 и Скайлэб сошли с орбиты при непосредственном участии этого эффекта. Вместе с тем магнитная буря, даже «керрингтоновского масштаба» — явление кратковременное, и существенно затормозить может лишь те спутники, что находятся на очень низких орбитах и сами по себе рассчитаны на кратковременность существования.

Этот фактор не несет угрозы ни спутникам на геостационарной орбите, ни навигационным спутникам на средневысотных орбитах. Некоторая опасность существует для спутников Starlink, Iridium и других подобных систем, а также научных и метеоспутников на низких орбитах. Придется побороться за живучесть МКС, возможно — придется ее экстренно покинуть и свести с орбиты. Но в целом мы останемся в космосе и все спутники не попадают.

Временные помехи спутниковой связи возможны из-за повышения ионизации в ионосфере, ведущей к повышению поглощения в ней.

Мы все умрем от радиации?!

Еще одна страшилка, связанная с магнитными бурями и полярными сияниями, связана с тем, что якобы в это время резко увеличивается уровень радиации. Спешу успокоить: земная атмосфера очень хорошо справляется с космическими лучами, даже когда ей не помогает магнитное поле. Во время полярных сияний уровень мощности дозы у земной поверхности не увеличивается, не возрос он и во время последней магнитной бури. Все потому что земная атмосфера эквивалентна метру свинца.

Более того, при сильных солнечных вспышках плазма солнечного ветра задерживает и рассеивает галактические космические лучи, что является причиной ослабления их потока у Земли — форбуш‑эффекта.

Так что от радиации мы точно не умрем, если только на радостях не устроим ядерную войну.

И минутка конспирологии

В процессе подбора информации к статье мне попалось забавное утверждение: мол, магнитная буря 1921 года остановила «Испанку». А знаете, как? Она уничтожила радиовышки, которые по всему миру стали строить военные! Ну вы понимаете, 5G, все такое...

* * *

Конечно, повторение «магнитного супершторма» будет очень неприятным сюрпризом. Ущерб, который он нанесет, будет значительным, и ликвидация всех его последствий потребует и средств, и времени. Однако я уверен, что это не будет глобальной катастрофой с необратимыми последствиями. Уж точно ни о каком «каменном веке» речи не идет.

Комментарии (28)


  1. iliasam
    15.05.2024 14:07
    +4

    1. jar_ohty Автор
      15.05.2024 14:07
      +7

      А мы толком не знаем, что такое эти события Мияке. Поэтому сложно сказать.


      1. inoonwt
        15.05.2024 14:07

        А такой вопрос, если это событие будет в 5, 10 50 раз мощнее? Какой уровень магнитной бури будет представлять реальную опасность? Крайне сомнительно что это событие это максимум того чтоб может выдать солнце.

        Не хватает такой гипотетической шкалы рихтера, с расписанием потенциального ущерба.


        1. ebt
          15.05.2024 14:07

          В продолжении «Задачи трёх тел» Лю Цысиня такие звёздные вспышки специально вызываются высокоразвитыми цивилизациями (певунами) для «стерилизации» подозрительных планетарных систем.


          1. jar_ohty Автор
            15.05.2024 14:07
            +3

            Тот снова улыбнулся:

            — Нет. Я понимаю, что обязан ответить вам на некоторые вопросы.

            — Вот именно, — сказал Яр.

            — Хорошо. Спрашивайте.

            — Спрашиваю. Что такое нашествие?

            Тот поморщился. Яр не ожидал, что это неподвижное лицо способно на такие гримасы. Казалось, от щёк и подбородка сейчас посыплется потрескавшаяся глазировка. Нет, не посыпалась.

            Тот неохотно сказал:

            — Нашествие — это просто побочный продукт эксперимента.

            — Что за эксперимент?

            — Но, Ярослав Игоревич… Это крайне сложный вопрос. Извините, но вы можете не понять…

            — Как-нибудь.

            — Я даже не уполномочен делать такие разъяснения…

            — Но вы, по-моему, уполномочены уговорить меня покинуть Планету, — усмехнулся Яр. — А мне не хотелось бы покидать без разъяснений. Я крайне любопытен от природы. Что за эксперимент, в результате которого горят города и гибнут люди?

            Тот сказал очень сухо:

            — В процессе эксперимента иногда горят целые звёздные системы.

            — Ого, у вас масштабы.

            — Да, — с еле заметным самодовольством отозвался Тот.

            — Тем более любопытно. В чём суть такой обширной деятельности? И цель?

            — Цель… Хорошо. — В шелестящем голосе опять скользнуло самодовольство. — Конечная цель — создание мыслящей галактики.


          1. vviz
            15.05.2024 14:07
            +9

            Произведения так называемого фантаста Лю Цысиня - это просто детский бред. Не одно техническое высказывание не выдерживает даже ничтожной критики. Это может назвать фантастикой только индивид с интеллектом "плоскоземельщика".

            Извините, наболело.


            1. aspect04tenor
              15.05.2024 14:07

              Забавно, я один слышу негативный оттенок в слове «фантаст»? Например, язык не повернётся назвать Бредбери «писателем-фантастом».


              1. FrankNStein
                15.05.2024 14:07
                +1

                Китаец не фантаст, он скорее фантазер.

                Там очень похожая ситуация с Львом нашим Толстым.

                Во время оно у всех стран были пейсатели большого количества буков в толстых книжках, а у нас самое большое - Гончаров с его обломовым, обрывом и обыкновенной историей. Срочно нужен был наш ответ чемберлену, делательно многотомный - так появилась нудная дидактика от Льва Николаича.

                Сейчас у китайцев тоже нет фантастики как явления, умные люди даже изучали возможные причины. И тут появляется эпос в виде мозголомной залачи трех тел, чистое фэнтези, которое пытаются закамуфлировать под хард сайенс фикшен, к тому же сомнительных литературных качеств. Но на безбабье, как говорится, и рыбу раком - вот и появился ещё один всемирно известный писатель.


  1. DGN
    15.05.2024 14:07
    +1

    Читал про токи в сотни ампер на магистральных газопроводах. Вроде как и ерунда, сантиметр стали всеж, до кучи охлаждаемый этим самым потоком газа... Ну а если тысячи ампер?


    1. ssj100
      15.05.2024 14:07
      +7

      их что не заземляют ?


      1. DGN
        15.05.2024 14:07
        +2

        По идее, должны.


        1. exTvr
          15.05.2024 14:07

          По идее

          Ключевое слово.


        1. mynameco
          15.05.2024 14:07
          +4

          Должны даже по причине гроз.


        1. sm13
          15.05.2024 14:07

          газопровод действительно изолирован от земли, чтоб не корродировал, но на нем стоит електрохимзащита, которая весь наведенньій потенциал примет на себя, и не даст образоваться большим токам


          1. arheops
            15.05.2024 14:07

            Но у нее есть максимальный ток после которого она сгорит. И при такой наводке на ВЕСЬ газопровод - толку будет 0.


      1. VT100
        15.05.2024 14:07
        +2

        Не напрямую, т.к. они под "катодной защитой".

        Ну и сопротивление земли всяко на порядок больше, чем у стали. А то и ещё больше.


      1. maxwolf
        15.05.2024 14:07
        +5

        В тех статьях, что я читал про "Кэррингтонское событие", и связанные с ним явления, умные люди писали, что одной из проблем является как раз ток через заземляющие проводники. Т.е., грубо говоря, на "земле" "вдруг" появляется потенциал в сотни вольт. И мало какие устройства спроектированы с учётом подобных явлений.
        Равно и про постулат автора поста "с каждым новым ударом солнечной стихии энергетики учатся защищать оборудование лучше" - некоторые, может, и учатся, но, насколько я знаю (читал), в "ГОСТы" проектирования энергосистем ни у нас, ни "на западе" меры против подобных явлений не прописаны, а, следовательно, применятся не будут, ибо это - "блажь" ("лишние затраты" без обоснования), которые ни один эффективный менеджер не подпишет.


        1. Stratum
          15.05.2024 14:07

          Это называется гальванической развязкой. Применяется повсеместно. Классический пример: стоят недалеко два здания. В одно (рядом) бьёт молния, так как всё заземлено, то в самом здании всё хорошо, но на проводе от какого-нибудь датчика между зданиями появляется потенциал в несколько кВ. Вот тут и приходят на помощь модули гальванической развязки, например Seneca Z110.


  1. VT100
    15.05.2024 14:07
    +1

    Наконец-то вменяемая статья по Кэррингтону и Ко.

    А "критическая инфраструктура" - может быть рассчитана не только на старика Кэррингтона, но и на Starfish Prime.


    1. AndyVigo
      15.05.2024 14:07

      Да - только автор ни словом не обмолвился а что будет со всей полупроводниковой братией - при событиях сравнимых хотя бы с тем что было до них - (пусть и 1856 или 1921 годов - но для нашего Солнца это не предел ведь, да) - и куда и как слить статику в атмосфере при аналогичных событиях. Про медные провода и трансформаторы - все замечательно - на как быть с ЭМИ для всей планеты? Анализируйте уж до конца!


      1. jar_ohty Автор
        15.05.2024 14:07
        +2

        Это представление о таких событиях, как о чем-то типа "электромагнитного импульса при ядерном взрыве". Еще раз говорю: даже сильнейшие зарегистрированные магнитные бури -- явления, сказывающиеся на больших масштабах расстояний. Вся "статика" в таких случаях измеряется десятками, максимум -- сотнями вольт на километр. Что касается прилетевших в атмосферу частиц -- они, конечно, добавят в вертикальный градиент потенциала в атмосфере чего-нибудь, но не больше, чем во время обычной грозы.


      1. VT100
        15.05.2024 14:07

        В масштабах корпуса смартфона или системного блока индуцированные напряжения будут измеряться милливольтами.

        А электроника с какими-либо внешними подключениями обычно защищена сообразно масштабу подключения. Какой-нибудь "короткий" USB - достаточно защитить от статических разрядов (большие напряжения с небольшой энергией). И т.д.


  1. Ig_B
    15.05.2024 14:07

    Насколько это локализовано, одинаково по всей земле или где-то значительно больше?


    1. jar_ohty Автор
      15.05.2024 14:07
      +2

      Чем севернее широты, тем сказывается в среднем сильнее, потому что у экватора поле имеет в основном горизонтальную компоненту, а длинные линии (и трубопроводы) тоже горизонтальные. Поэтому те, что вытянуты вдоль линии север-юг, там будут вообще не подвержены воздействию магнитной бури.


  1. stanislavskijvlad
    15.05.2024 14:07
    +1

    Надеюсь, Космос Просто или Улица Шкловского поведают нам о возможных последствиях недавних вспышек. И будущих.


  1. Ocelot
    15.05.2024 14:07

    многокилометровые медные линии в основном уже в прошлом, а в оптоволокне индукционный ток течь не может.

    А что с подводными оптоволоконными кабелями? В них стоят промежуточные ретрансляторы, значит в кабеле должны быть и металлические провода для питания этих ретрансляторов


    1. VT100
      15.05.2024 14:07

      Там многие киловольты на питание подаются. Один кВ туда-сюда - роли не сыграет.


  1. acc0unt
    15.05.2024 14:07
    +2

    Но это... спутники же попадают!

    К слову, SpaceX заявили что недавнюю солнечную вспышку все их спутники пережили. Тысячи спутников, и ноль потерь по всей системе.