|
Можем ли мы защитить Землю от космической погоды
|
|
|
|
В начале сентября 1859 года северное сияние внезапно стало видно далеко на юге, вплоть до Карибского моря. Причиной стала геомагнитная солнечная буря, а именно выброс корональной массы, получивший название Событие Кэррингтона в честь астронома, который его зафиксировал. Солнечное извержение достигло Земли за 17,6 часов, а возмущения продолжались около трех дней. «Современные отчеты говорят о том, что телеграфное оборудование либо не работает, работает без включенных батарей — благодаря этому независимому источнику электромагнитной энергии, либо просто загорается», — говорит Пальмрот из Хельсинкского университета.
|
|
|
|
Учитывая нашу растущую зависимость от электроники, если бы событие аналогичного масштаба произошло сегодня, было бы воздействие более масштабным и продолжительным? «Мы предполагаем, что да, но на самом деле не знаем, и это то, что я исследую», — добавляет Палмрот, бывший председатель Консультативной группы ЕС по космосу. «Исторические записи говорят о том, что события такого масштаба можно ожидать каждые 100–150 лет. Думаю, я стану свидетелем следующего». Солнце постоянно выбрасывает в космос поток заряженных частиц, как в виде быстрых всплесков частиц высокой энергии, но с низкой плотностью от солнечных вспышек, так и более медленно, в виде плазменных облаков, состоящих из частиц с более низкой энергией, но с высокой плотностью.
|
|
|
Магнитное поле Земли отклоняет эти частицы к ее полярным областям, создавая полярное сияние, хотя воздействие простирается дальше. «Даже если космос определяется как начинающийся примерно в 100 км от земли, космическая погода может влиять на землю», — объясняет Палмрот. В 2012 году спутник НАСА STEREO наблюдал солнечное извержение масштаба Кэррингтона; к счастью, он пролетел мимо Земли на пару дней. Если бы он достиг магнитосферы Земли, то, скорее всего, произошли бы серьезные нарушения в коммуникационных, энергетических и транспортных сетях. «Такие изменения в магнитном поле Земли вызывают геомагнитно-индуцированные токи (GIC), в то время как солнечные частицы препятствуют прохождению ионосферных радиосигналов и увеличивают околоземное космическое излучение из-за захваченных частиц», — резюмирует Пальмрот.
|
|
|
|
GIC с наддувом могут создавать дополнительные постоянные токи (DC) в силовых сетях, отключая их, как это произошло в Мальмё, Швеция, в 2003 году. Солнечные частицы нарушают сигналы связи, создавая переменную плотность ионосферы, ставя под угрозу устройства, использующие высокочастотные полосы пропускания, такие как радары. Это также сделало бы телефонную или автомобильную GPS-навигацию ненадежной и вызвало бы потерю спутниковых меток времени, необходимых для финансовых услуг и других отраслей. Увеличение околоземного космического излучения окажет прямое влияние на спутники, используемые для погоды, навигации и наблюдения за Землей. В зависимости от их орбиты материалы могут разрушаться под воздействием радиации или полностью разрушаться прямым попаданием высокоэнергетических заряженных частиц, движущихся со скоростью света.
|
|
|
|
«Но это обоснованное предположение», — предупреждает Пальмрот. «Хотя у нас есть много устройств для мониторинга земной погоды, для вероятного воздействия космической погоды на инфраструктуру мы в основном полагаемся на моделирование». Благодаря гранту ERC более 15 лет назад Палмрот создал инструмент моделирования космической среды, предназначенный для использования преимуществ суперкомпьютеров, которых в то время еще не существовало. Получившийся в результате симулятор Vlasiator, недавно дополненный в рамках проекта PRESTISSIMO, отображает местоположение, скорость и траекторию высокоэнергетических частиц, летящих в космосе.
|
|
|
|
«Начнем с того, что люди думали, что я сошел с ума. Теперь у нас есть самый точный в мире симулятор космической среды, использующий крупнейшие в Европе суперкомпьютеры для визуализации явлений, которые раньше были невозможны. Поскольку Vlasiator имеет открытый исходный код, другие используют его, в том числе для моделирования других планет — добавляет Палмрот. В настоящее время Палмрот оценивает вероятное воздействие космической погоды на Землю, уделяя приоритетное внимание двум основным исследовательским вопросам: как GIC могут повлиять на энергосистемы и как поток частиц и энергия влияют на спутники.
|
|
|
|
И то, и другое трудно исследовать, так как они требуют конфиденциальной коммерческой и политической информации о конфигурации энергосистем и спутников, поэтому команда в настоящее время работает с финскими данными. «Мы знаем, что электросети Финляндии могут выдержать наиболее вероятные эффекты космической погоды, потому что наши трансформаторы лучше приспособлены к дополнительным источникам постоянного тока, чем в большинстве европейских стран», — говорит Палмрот. «Означает ли это, что в худшем случае в Европе только Финляндия будет держать свет? Мы не знаем». Проект CARRINGTON сотрудничает с финским сообществом по обеспечению готовности для работы над снижением рисков. «Против мероприятия масштаба Кэррингтона возникает вопрос: что вы можете сделать за 17 часов? Вам нужен готовый план», — говорит Палмрот.
|
|
|
|
Источник
|
