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.
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.
