Kráľovská akadémia inžinierstva hovorí, že Spojené kráľovstvo je lepšie pripravené na solárne superstormy

Anonim

Kráľovská akadémia inžinierstva hovorí, že Spojené kráľovstvo je lepšie pripravené na solárne superstormy

priestor

David Szondy

13. februára 2013

5 obrázkov

Umelecký dojem o interakcii Slnka a zemskej magnetosféry (Obrázok: NASA)

Británia je lepšie pripravená na slnečnú superhluk ako veľa krajín vrátane Spojených štátov. Kráľovská akadémia inžinierstva vydala multidisciplinárnu správu o vplyve vesmírneho počasia na Britániu v rámci Národného hodnotenia rizík Spojeného kráľovstva. Deklasifikovaná časť hodnotenia ukazuje úroveň pripravenosti Spojeného kráľovstva tvárou v tvár vážnym slnečným búrokam a načrtáva nebezpečenstvá, ktoré Zem čelia od superstormov a ako sa vyhnúť alebo zmierniť škody.

Napriek tomu, že sme závislí na Slnku pre každý okamih našej existencie, máme tendenciu brať to za samozrejmosť. Je to nešťastné, pretože Slnko nie je úplne nemenná ohnivá guľa, ktorú si predstavujeme. Slnko je mierne premenlivá hviezda s obdobím približne 11 rokov. To znamená, že existujú chvíle, kedy je to veľmi aktívne a iné, keď je pokojné. V súčasnosti vychádza slnko z neobvykle tichého obdobia, keď malo len málo, akékoľvek slnečné škvrny a relatívne malú aktivitu.

Aurora Australis z pohľadu medzinárodnej kozmickej stanice (obrázok: NASA)

Slnečné škvrny sú oblasti intenzívnej magnetickej aktivity a keď je Slnko v mimoriadne aktívnej fáze, sú to predzvesť slnečných žiaričov, čo sú náhle, výbušné výbuchy plazmy a žiarenie zo Slnka. Tieto svetlice sa pohybujú pri rôznych rýchlostiach, pričom UV žiarenie a röntgenové lúče prichádzajú na vzdialenosť Zeme za osem minút a plazma sa objaví o 72 hodín neskôr. Ak táto energetická kombinácia zasiahne Zemskú magnetosféru, výsledkom sú interakcie ako Aurora Borealis alebo Aurora Australis a môžu ovplyvniť rádiovú komunikáciu, a to najmä vo vysokých zemepisných šírkach.

To môže byť veľkolepé, ale nie veľmi nebezpečné, pretože Zem má vlastnú prirodzenú obranu. Zemská magnetosféra funguje ako štít na väčšinu nepríjemnosti slnečného žiarenia, ktorý chráni planétu a satelity, ktoré ju obiehajú. Nižšia je atmosféra, ktorá chráni pred všetkými, ale najživšími žiareniami. Nie je to dokonalý štít. Ochrana sa znižuje s nadmorskou výškou a blízkosťou k magnetickým pólom a závažnejšie udalosti môžu poškodiť satelity a dokonca ovplyvniť energetické siete na Zemi.

Superstormy sú úplne inou záležitosťou. Tieto masívne výbuchy zo Slnka sa vyskytujú v zriedkavých intervaloch a väčšinou im chýba Zem. Naša planéta je v nebezpečenstve zasiahnutá raz za storočie alebo dve a iba jedna z dvoch búrok interaguje s magnetosférou a spôsobí jej poškodenie. To sa nemusí zdajú byť veľkou hrozbou, ale superstormy sú v kategórii zabijakov asteroidov. Nie je pravdepodobné, že by zasiahli, ale ak niekto urobí, mohlo by to byť veľká katastrofa, ak nie je pripravená. Tie môžu prísť v sérii geomagnetických búrok, trvajúcich približne dve hodiny, s každým druhom substorms zmiešané.

Možnosť poškodenia je obrovská. Jedna slnečná udalosť v roku 1989 vyňala časť kanadskej elektrickej siete. V roku 1859 sa najhoršie potvrdila slnečná superstorma, ktorá sa niekedy vyskytla v tzv. Carringtonskej udalosti. Bola to obrovská geomagnetická búrka spôsobená superstormou, ktorá vyteká zo Slnka a zasiahla Zem počas intenzívnej slnečnej aktivity. Vytváralo polárnu oblasť z Arktídy do Karibiku tak jasné, že noviny mohli byť čítané svetlom. Telegrafické systémy v Severnej Amerike a Európe zlyhali a niektorí operátori telegrafov dostali šoky.

Superstorm efekty

Keby sa dnes objavilo niečo podobné ako Carringtonova udalosť, neprinieslo by to žiadny koniec nešťastia. Všetko od telefónov po vlaky by bolo ovplyvnené. Dokonca aj káble s optickými vláknami by mohli byť ovplyvnené, pretože aj napriek tomu, že optické káble by boli imúnne, ich elektrické opakovače by neboli.

Podľa správy Kráľovskej akadémie je tu čosi dobrých správ pre tých, ktorí čakajú na slnečné apokalypsu. Bolo veľa senzačných správ o hrozbe superstormov a existovali obavy, že obrovská zášti by zničila rozvodné siete za tri miliardy dolárov, ale najnovšie štúdie naznačujú, že len dočasná strata elektrickej energie a určitá nestabilita napätia je pravdepodobnejšie. To platí aj pre americkú sieť, ktorá je mimoriadne zraniteľná pre vyspelý národ.

Možné dôsledky geomagnetickej búrky vyvolanej superstormami zahŕňajú najhorší scenár napätia, ktoré by spôsobilo preťaženie systému a zničilo dôležité komponenty, ako sú transformátory a relé. Ďalšou možnosťou je, že búrka by vytvorila nestabilitu napätia. Moderné rozvodné siete sú navrhnuté tak, aby pracovali s stabilným, predvídateľným zaťažením a neočakávané zmeny môžu spôsobiť problémy od poškodenia zariadenia k kaskádovému výpadku. Napokon existuje šanca, že by búrka mohla vytvoriť harmonické v mriežke, čo by mohlo spôsobiť problémy ako mechanické harmonické v moste.

Slnečné búrky majú vplyv na ľudskú technológiu (Obrázok: Royal Academy of Engineering)

Kráľovská akadémia na základe posúdenia britskej siete ukazuje, že je lepšie pripravená ako v mnohých krajinách. Podľa správy britská energetická sieť má určité zraniteľnosti, ale spoločnosť National Grid spolupracuje s Britským geologickým prieskumom na vývoji monitorovacích systémov na riešenie geomagnetických búrok a pracovníci National Grid pravidelne vyskúšajú postupy na vyhýbanie sa škodám a zmierňovanie ich následkov. Britská sieť závisí od 13 super transformátorov, ktoré odovzdávajú energiu zákazníkom. Niektoré alebo všetky z nich môžu byť vyradené, čo má za následok lokálne výpadky, ale náhradné diely sú udržiavané na dosah ruky a poškodenie môže byť opravené už za štyri týždne. Okrem toho sa od roku 2003 realizuje nový vytvrdený transformátor.

Satelity sú ďalšou hlavnou oblasťou obáv týkajúcou sa superstormi, ale obavy, že obloha bude vymazaná slnkom, sa ukáže, že tomu tak nie je. Satelity nie sú tak zraniteľné, ako sa kedysi myslelo, pretože inžinieri majú tendenciu byť trochu konzervatívni. Akadémia odhaduje, že desať percent bude dočasne zrušené na hodiny alebo dni. Existuje však nejaký dôvod na obavy, pretože štandardné návrhy znamenajú, že celá konštelácia rovnakých satelitov môže byť ovplyvnená, ak je ich typ.

Napriek tomu, že družice majú určitú redundanciu a zabudované tienenie a súčasťou ich návrhu je riešenie zhoršenia degradácie komponentov, ožiarenie by tiež znížilo prevádzkovú životnosť satelitov - staršie satelity by mohli byť vyradené zo začiatku udalosti. Táto degradácia by znamenala, že viac satelitov by bolo potrebné nahradiť v predstihu. Napriek tomu, presne ako súčasné satelity by vyšli z superhruby, je neisté a existuje tiež nebezpečenstvo, že takáto búrka spôsobí, že sa zemská atmosféra rozšíri, čím sa zvýši odpor na družiciach. To bolo príčinou straty vesmírneho laboratória Skylab v USA v 70-tych rokoch minulého storočia predtým, než mohla byť usporiadaná záchranná misia.

GPS a rádio

Ďalším problémom je vplyv superstormov na globálne navigačné satelitné systémy (GNSS), ako sú GPS a Galileo. Samotné satelity by pravdepodobne prežili superstormu, ale sieť by bola vyrušená búrkou až o tri dni. To znamená, že lode a lietadlá by museli spoliehať na záložné systémy na nájdenie svojej cesty, ale strata GNSS by ovplyvnila viac než len navigáciu.

Signály GNSS sa používajú aj na načasovanie rôznych systémov, ako sú komunikačné a finančné systémy, a dokonca aj pozemné rozhlasové vysielanie by mohlo byť ovplyvnené. Podľa správy je Británia už vybavená zariadeniami nazývanými podržte oscilátory na vysielanie časových signálov, zatiaľ čo GPS je vonku, aj keď akadémia odporúča, aby sa viac nasadilo.

Slnečné búrky sú známe tým, že ovplyvňujú rozhlasové vysielanie, a superstormy nie sú výnimkou. Vysielanie krátkeho vlnenia, napríklad BBC World Service, môže byť na chvíľu nedostupné, ale satelitné vysielanie by nebolo ovplyvnené, pretože satelity fungujú na oveľa vyšších frekvenciách. Strata rádia však nie je tak závažná, ako by to bolo pred 50 rokmi, aj keď by boli ovplyvnené niektoré letecké komunikácie.

Ďalšou oblasťou, kde akadémia hovorí, že Británia je dobre pripravená v porovnaní s USA je jej sieť mobilných telefónov, ktorá je vytvrdená a má zabudované prepúšťanie. Paradoxne, jednou z oblastí zraniteľnosti je tiesňová komunikačná sieť UK pre terestriálnu európsku trunnovú rádiovú prístupovú sieť (TETRA), ktorá závisí od prevádzky signálov GNSS.

Ochrana pred superstormi je čiastočne záležitosťou udržania atmosféry medzi nami a prichádzajúceho žiarenia, ako aj udržiavania vzdialenosti od magnetických pólov, kde sú magnetické obranné systémy Zeme najslabšie. Elektronika na zemi je relatívne bezpečná od superstormových efektov, aj keď podľa toho, koľko je neistých. Elektronika v lietadlách je iná vec. Avionika by bola vystavená väčšiemu riziku ako obvody na zemi, avšak letecká elektronika je tiež nadbytočná a robustná, takže je to skôr otázka zvýšenia rizika než priameho nebezpečenstva.

Nielenže by bola ovplyvnená letecká elektronika, tak aj pasažieri a posádky lietadiel, ktoré by boli vystavené radiačnej dávke viac ako 20 mSv - 20-násobku ročného limitu dávky a prekračujúceho limit pracovnej sily pre radiačných pracovníkov. To znie alarmujúce, ale zvyšuje riziko rakoviny len o jeden z 1000 počas celého života. Podľa správy sú to astronauti, ktorí sa majú viac obávať, pretože sa nemôžu dostať von z cesty búrky, zatiaľ čo lietadlá môžu znížiť nadmorskú výšku alebo smerovať na juh. Akadémia však odporúča klasifikovať slnečné búrky ako radiačné núdzové situácie pre cestujúcich v leteckej doprave a vypracovať núdzové plány.

Monitorovanie slnečného počasia

Nie je prekvapujúce, že slnečné počasie je neustále monitorované. Od prvej vlny búrky prichádza rýchlosť svetla, nedá sa zistiť. Kozmické počasie je však trochu podobné suchozemskému počasiu, pretože ostatné udalosti sprevádzajú búrku, ktorá naznačuje, čo príde, a je možné použiť tieto znamenia na to, aby sme dali nejaké včasné varovanie.

Existujú plány NASA a ESA na spustenie satelitov ako včasných varovných predstáv pred Solar Maximum v roku 2024 a vesmírna agentúra Spojeného kráľovstva prepravuje experimentálne snímače na palube nadchádzajúcej sondy Sunjammer slnečnej plachty NASA, aby preskúmala možnosť použitia solárnych plachiet na pozíciu varovné satelity. Bohužiaľ, dokonca aj v prípade, že sa tieto včasné varovné satelity dostanú online, budú naďalej poskytovať iba 15 až 30 minút upozornenia.

odporúčania

Na základe svojich zistení urobila Kráľovská akadémia inžinierstva vo svojej správe niekoľko odporúčaní. Povedal, že Spojené kráľovstvo by malo pracovať s inými národmi na udržiavaní satelitu v bode L1 Lagrange na monitorovanie slnečných žiaričov a iných priestorových aktív a že je potrebné vyvinúť nové metódy na detekciu a vyhodnotenie slnečných búrok. Navyše budú musieť byť testované nové technológie z dôvodu zraniteľnosti a vylepšené satelitné normy sú potrebné na zlepšenie tvrdnutia budúcich satelitov.

Profesor Paul Cannon FREng (sic), predseda pracovnej skupiny Akadémie pre extrémne slnečné počasie, povedal: "Naša správa je: Don 't paniku, ale pripraviť - slnečná superhrdina sa stane jeden deň a musíme byť pripravení na to.Mnoho krokov už bolo podniknuté na minimalizáciu vplyvu slnečných superstormov na súčasnú technológiu a podľa odporúčaní v správe očakávame, že Spojené kráľovstvo môže ďalej minimalizovať dopad.

Šance družice zlyhávajú v priebehu času kvôli super búrke (Image: Royal Academy of Engineering)

Časť tejto pripravenosti by zahŕňala aj vytvorenie Rady pre vesmírne počasie v Spojenom kráľovstve, aby sa zachoval prehľad stratégie vesmírneho počasia vo všetkých vládnych rezortoch. Navyše sa odporúča, aby Výskumná rada pre inžinierstvo a fyzikálne vedy zabezpečila, že bude pokračovať vo výskume zmierňovania účinkov slnečných búrok.

Jednou z obzvlášť dôležitých oblastí je potreba pochopiť búrky a ich vplyv. Údaje o búrkach sa datujú iba 170 rokov, čo sťažuje pravdepodobnosť merania. Presne, ako často sa vyskytujú, je neznáme a aj keď sa udalosť Carrington pravdepodobne stane raz za 250 rokov, môže sa vyskytnúť už len za 50 rokov. Z tohto dôvodu akadémia odporúča, aby boli informácie o solárnych víchriciach ľahko zdieľané, aby sa zlepšili štandardy vybavenia, vyvinuli sa dohodnuté postupy reakcie a stanovili sa ustanovenia pre rýchle rozhodnutia.

Zdroj: Kráľovská akadémia inžinierstva

Aurora Australis z pohľadu medzinárodnej kozmickej stanice (obrázok: NASA)

Umelecký dojem o interakcii Slnka a zemskej magnetosféry (Obrázok: NASA)

Slnečné búrky majú vplyv na ľudskú technológiu (Obrázok: Royal Academy of Engineering)

Šance družice zlyhávajú v priebehu času kvôli super búrke (Image: Royal Academy of Engineering)

Graf vesmírneho počasia (obrázok: NASA)