Каррінгтонівське явище: сонячна буря 1859 року, яка спалила ділянки телеграфних проводів

Пивовар, астроном і надзвичайно яскравий спалах

Вранці 1 вересня 1859 року англійський аматорський астроном Річард Каррінгтон малював сонячні плями у своєму приватного обсерваторії неподалік від Редхілла, південніше Лондона, коли частина великої групи сонячних плям раптово просвітився двома інтенсивно білими точками світла. Спалах тривав лише кілька хвилин, але Каррінгтон став першою людиною, яка побачила сонячний спалах і правильно пов’язала його з сонячним походженням. Він не знав цього на той час, але він спостерігав за початком найінтенсивнішого геомагнітного шторму в записаній історії.

Менше ніж через добу Земля була вражена пов'язаним із сонярною масовою емісією – що ми тепер називаємо корональною масовою викидом, або CME. Типові CME займають від трьох до п’яти днів для подорожі між Сонцем і Землею на відстань 150 мільйонів кілометрів. Цей спалах, звільнений від опору за допомогою меншого вибуху, що передував йому, та рухаючись зі швидкістю приблизно 2000-3000 кілометрів на секунду, досяг Землі приблизно за 17 годин.

Ніч, коли небо спалахнуло

Коли магнітне поле CME (корональної маси викиду) з’єдналося із Землею, що призвело до геомагнітної бурі, утворилися сяйва, інтенсивність яких майже не зустрічалася з тих пір. Звітів свідчать про те, що небо було таким яскравим, що можна було читати газету о полудні місцевого часу, а сяйво спостерігалося далеко за межами його звичайного полярного діапазону – спостерігачі в Карибському басейні, Колумбії та Гаваях повідомляли про червоне світіння низько на горизонті, а люди навіть у тропічних широтах бачили кольори в небі. Згідно з повідомленнями, золотодої в Rocky Mountains вставали рано і почали готуватися до сніданку, переконані, що сонце вже взошло.

Технологічні пошкодження завдано єдиній континентально-розподіленій електричній мережі того часу – телеграфу. Виникли індуковані струми в довгих телеграфних лініях були достатньо сильними, щоб шокувати операторів, запалювати папір на деяких станціях і, у кількох добре задокументованих випадках, дозволити операторам надсилати та отримувати повідомлення після повного відключення батарей – геомагнітний струм сам жив лінію.

Наскільки це велике, в сучасних одиницях

Оскільки прилади для вимірювання геомагнітного поля були ще досить примітивними у 1859 році, то точну силу шторму доводиться відновлювати з магнітних зафіксованих даних, широти аврори та записів про нітрат льодовикових кердів. Найкращі сучасні оцінки показують, що вона була на вершині шкали штормів NOAA – G5, "Екстремальна" – з планетарним індексом Kp, який би позначив стандартну шкалу 0-9, і показником Dst (міра кільцевого струму, який посилюється під час штормів), ймовірно, більше -1600 нантівтесла. Для порівняння, сильний сучасний шторм може досягти -300 до -400 нТ.

Два більш нещодавні шторми дають уявлення про масштаб. Шторм у березні 1989 року, який спричинив збій електромережі Hydro-Québec протягом приблизно 90 секунд, відключивши живлення шести мільйонам людей на дев'ять годин, вважається приблизно десятою частиною подій Carrington. "Привидні" шторми 2003 року спричинили аварію в південній Швеції та пошкодили кілька супутників і все ще були значно нижче рівнів 1859 року.

Як це могло б виглядати сьогодні

Різниця між 1859 роком і сьогоднішнім – не Сонце, а ми. У 1859 році лише телеграфна мережа була континентального масштабу, а пошкодження, хоч і були драматичними, можна було відновити протягом кількох днів. Каррінгтонівська буря, що вразить сучасну мережу, спричинить індукцію струмів у трансформаторах у високо- та середньоширотних мережах передачі електроенергії, з ризиком пошкодження трансформаторів, яке неможливо швидко відремонтувати, оскільки великі силові трансформатори виготовляються на замовлення і зазвичай потребують місяців для виробництва та доставки.

Широко цитовані оцінки – включаючи дослідження Lloyd’s of London у 2013 році та звіт Національної академії наук США у 2008 році – оцінюють потенційну вартість сучасного Каррінгтонівського події приблизно від тисячі мільйонів до кількох трильйонів фунтів стерлінгів, а відновлення займе роки, а не тижні, переважно через продовжені та ланцюгові збої в електропостачанні. GPS, супутникова зв’язність та польоти налярних маршрутах зазнають впливу в різній мірі, хоча – найважливіше – це не становить безпосередньої фізичної загрози для людей; геомагнітні бурі не завдають прямої шкоди людському тілу.

У Великій Британії National Grid та Ofgem вивчали ризик струму, викликаного геомагнітними збуреннями, зокрема через те, що Велика Британія розташована на широті та має геометрію мережі, які роблять її більш вразливою, ніж більшість європейського континенту. Оскільки середини 2010-х років, Велика Британія вважала серйозні космічні погодні явища формальним елементом свого Національного реєстру ризиків.

Чи може це статися знову?

Звісно, майже напевно – питання, яке ставлять дослідники, звучить як «коли», а не «чи». Статистичні оцінки, засновані на історичних даних та даних льодовикових кердів, свідчать про те, що каррінгтонського класу події відбуваються приблизно кожні 1-2 століття, що означає ймовірність близько 1 до 10 у будь-якому десятилітті, хоча ці цифри, як правило, є орієнтовними, враховуючи, скільки подібних подій було виміряно безпосередньо.

Ми майже досягли цього в липні 2012 року, коли спалахнула корональна масова емісія (КМЕ) зі схожою швидкістю та розміром до каррінгтонської події, але вона не досягла Землі, оскільки вибухнув з області Сонця, яка відійшла від нашої планети приблизно за дев’ять днів раніше. Якби був інший час, утворена буря могла б конкурувати або перевищувати 1859 рік. Космічні апарати на орбіті навколо Сонця та Землі, такі як NASA's ACE та NOAA's DSCOVR, зараз дають прогнозникам приблизно 15-60 хвилин точних попереджень після виявлення переднього краю КМЕ, а також 1-3 дні загальних попереджень після спостереження за спалахом на Сонці – корисний, але далеко не той час попередження, який би нам хотілося отримати для події такої значної ваги.

Часті запитання

Спробуйте наживо

Усе, що вище, працює прямо у вашому браузері — відкрийте the simulation і змінюйте параметри під час роботи. Нічого не встановлюється, нічого не завантажується на сервер, уся модель живе в одній вкладці.