Wracają burze słoneczne. To duże ryzyko dla satelitów i sieci energetycznych

Kilka dni temu miliony ton rozgrzanego gazu oderwały się od powierzchni Słońca i przeleciały w kierunku Ziemi. Erupcja, zwana koronarnym wyrzutem masy, nie była szczególnie mocna w skali tego, co może wydarzyć się w ramach zjawisk należących do tzw. kosmicznej pogody, ale gdy dotarła do ziemskiego pola magnetycznego, spowodowała największą burzę magnetyczną od lat. I choć tym razem skala zakłóceń nie była duża, to takie wydarzenia należy traktować jak ostrzeżenie, bowiem Słońce „obudziło” się do aktywności po okresie „długiego snu”.

Jak powstają burze słoneczne?

Burze słoneczne mają swoje źródło w 11-letnich cyklach słonecznych, które zmieniają pola magnetyczne Słońca. Działające wówczas siły magnetyczne są tak duże, że w ich wyniku może dojść do wypchnięcia poza powierzchnię Słońca plazmy, która w efekcie tworzy burze magnetyczne na Ziemi.

Fale magnetyczne, choć są niewidzialne i generalnie uważa się je za nieszkodliwe dla ludzi na powierzchni Ziemi, to ich uwolnienie w wyniku słonecznej burzy może uszkodzić ziemskie sieci energetyczne, zakłócić komunikację radiową, narazić załogi lotnicze na niebezpieczne promieniowanie oraz wyłączyć z użytku krytyczne satelity.

Jak dotąd największa burza magnetyczna na Ziemi miała miejsce w 1859 roku (Carrington Event) i spowodowała liczne awarie sieci telegraficznych, a nawet podpalenia papieru od iskier w telegrafach w Ameryce Północnej i w Europie. Jeśli dziś mielibyśmy do czynienia z burzą magnetyczną o podobnej mocy, wówczas miliony, jeśli nie miliardy ludzi na Ziemi zostałoby odciętych od energii elektrycznej.

Słońce w ubiegłym roku rozpoczęło nowy 11-letni cykl, którego szczyt ma przypaść na 2025 rok. Im bliżej do apogeum cyklu, tym większe ryzyko powstania niekorzystnych zjawisk pogodowych w kosmosie, które mogą pogrążyć świat w chaosie. Tym bardziej, że stopień uzależnienia od technologii jest dziś o wiele większy, niż był 17 lat temu, gdy po raz ostatni mieliśmy do czynienia z silnymi burzami słonecznymi.

Jak można się zabezpieczyć przed burzami magnetycznymi?

Wśród możliwych rozwiązań wskazuje się na wzmocnienie sieci energetycznych. Z jednego z ostatnich badań wynika, że takie wzmocnienie amerykańskiej sieci energetycznej mogłoby oznaczać korzyści o wartości 27 mld dol.

„To wciąż niezwykłe, ile osób i firm uważa, że pogoda kosmiczna to hollywoodzka fikcja” – komentowała w kwietniu Caitlin Durkovich, specjalna doradczyni prezydenta USA Joe Bidena oraz starsza dyrektor ds. odporności i reagowania w Radzie Bezpieczeństwa Narodowego.

Zagrożenie to nie jest hipotetyczne. W 2017 roku burza słoneczna poważnie zachwiała możliwością działania radia krótkofalowego, tak jak miało to miejsce przy okazji uderzenia huraganu Katrina na Karaibach. W 2015 roku burze słoneczne uszkodziły globalne systemy pozycjonowania w północno-wschodniej części USA, co może dziś budzić poważne obawy w kontekście systemów pojazdów autonomicznych. Z kolei piloci w czasie burzy słonecznej są narażeni na większe ryzyko rozwoju zaćmy, zaś u kobiet notuje się wyższe wskaźniki poronień. W marcu 1989 roku burza słoneczna nad Quebec spowodowała chaos w całej prowincji, który trwał 9 godzin.

Z opublikowanego w 2017 roku tekstu na łamach czasopisma należącego do American Geophysical Union wynika, że blackouty powstałe na skutek niekorzystnej pogody kosmicznej mogą dotknąć aż 66 proc. amerykańskiej populacji i kosztować nawet do 41,5 mld dol. dziennie. Aby zapobiec takiej katastrofie, swego czasu administracja prezydenta Baracka Obamy przedstawiła strategię, mającą na celu zwiększenie świadomości niebezpieczeństw, jakie mogą płynąć z dużych burz słonecznych. Z kolei w 2020 roku prezydent Donald Trump podpisał ustawę ProSwift, która ma na celu stworzenie technologii poprawiającej przewidywanie i pomiar kosmicznych zjawisk pogodowych.

Kluczowa rola lepszego prognozowania

Wśród badaczy trwa dyskusja, jak wiele można zrobić, aby ochronić część ziemskiej infrastruktury przed negatywnym wpływem burz słonecznych. Uważa się, że wykorzystywanie niemagnetycznej stali w transformatorach oraz instalowanie zabezpieczeń przeciwprzepięciowych w sieciach energetycznych może zwiększyć odporność, ale najlepszą ochroną przed tego rodzaju ryzykami może być przede wszystkim lepsze prognozowanie. Dobra prognoza znacznie ułatwiłaby przedsiębiorstwom użyteczności publicznej przygotowanie się na niedobory energii, a firmom sprawdzenie, czy mogą tworzyć kopie zapasowe swoich systemów na wypadek odcięcia energii.

W Wielkiej Brytanii narodowa sieć National Grid gromadzi zapasowe transformatory i prowadzi regularne ćwiczenia, aby przygotować się na tego rodzaju kosmiczne zjawisko pogodowe – relacjonuje Mark Proust, zastępca dyrektora w rządowym Departamencie Biznesu, Energii i Strategii Przemysłowej.

„Gdy po raz pierwszy usłyszałem o pogodzie kosmicznej, uniosłem brwi ze zdziwienia” – opowiada Mark Proust. „Dziś jest to już o wiele bardziej mainstreamowe i można wskazywać na to ryzyko, bez bycia wyśmiewanym” – dodaje.

60 minut na reakcję

W ciągu ostatnich 15 lat Stany Zjednoczone i Wielka Brytania tworzyły centra zajmujące się przewidywaniem kosmicznej pogody, które mogą wskazywać, co może się stać z samolotami, sieciami energetycznymi, satelitami, gdy dojdzie do uderzenia fal magnetycznych powstałych na skutek burzy słonecznej. Podczas gdy znajdujący się na Ziemi obserwatorzy mogą przyglądać się erupcjom na Słońcu, to z tego miejsca nie mogą określić natury wynikających z tego zagrożeń. Dopiero wtedy, gdy fale dotrą do grupy satelitów znajdujących się w pobliżu Ziemi, można określić ich siłę i prawdziwy potencjał. Od tego momentu mieszkańcy Ziemi mają od 60 do 90 minut, aby móc się przygotować, zanim fala dotrze do powierzchni planety.

„Nasze możliwości jeśli chodzi o zrozumienie i przewidywanie cykli słonecznych wciąż są bardzo ograniczone” – komentuje William Murtagh, dyrektor amerykańskiego Centrum Przewidywania Pogody Kosmicznej (Space Weather Prediction Center).

Tak samo, jak przedsiębiorstwa użyteczności publicznej mogą przygotować się na nadchodzącą burzę atmosferyczną i utrzymują wtedy pracowników w gotowości, tak w podobny sposób można przygotować się do burz słonecznych – wskazuje Mark Olson z North America Electric Reliability Corp., organizacji non-profit odpowiedzialnej przed rządami USA i Kanady.

„Istnieje możliwość wystąpienia niestabilności energetycznej na bardzo dużych obszarach. Świadomość sytuacyjna jest tutaj kluczowa, tak jak w przypadku ziemskich zjawisk pogodowych” – wyjaśnia Olson.