يمكن لعاصفة شمسية كبيرة أن تؤدي إلى تعطيل شبكة الكهرباء والإنترنت – مهندس كهربائي يشرح كيفية القيام بذلك

في الأول والثاني من سبتمبر عام 1859، فشلت أنظمة التلغراف في جميع أنحاء العالم بشكل كارثي. أبلغ مشغلو التلغراف عن تعرضهم لصدمات كهربائية واشتعلت النيران في ورق التلغراف وتمكنوا من تشغيل المعدات مع فصل البطاريات. خلال المساء، يمكن رؤية الشفق القطبي، المعروف أكثر باسم الأضواء الشمالية، جنوبًا حتى كولومبيا. عادة، هذه الأضواء تكون مرئية فقط عند خطوط العرض العليا، في شمال كندا والدول الاسكندنافية وسيبيريا.

ما شهده العالم في ذلك اليوم، والمعروف الآن باسم حدث كارينغتون، كان عبارة عن عاصفة مغناطيسية أرضية هائلة. تحدث هذه العواصف عندما يتم إخراج فقاعة كبيرة من الغاز شديد السخونة تسمى البلازما من سطح الشمس وتضرب الأرض. تُعرف هذه الفقاعة بالقذف الكتلي الإكليلي.

تتكون بلازما القذف الكتلي الإكليلي من سحابة من البروتونات والإلكترونات، وهي جسيمات مشحونة كهربائيًا. وعندما تصل هذه الجسيمات إلى الأرض، فإنها تتفاعل مع المجال المغناطيسي الذي يحيط بالكوكب. ويؤدي هذا التفاعل إلى تشويه المجال المغناطيسي وإضعافه، مما يؤدي بدوره إلى السلوك الغريب للشفق القطبي وغيره من الظواهر الطبيعية. باعتباري مهندسًا كهربائيًا متخصصًا في شبكة الطاقة، أدرس كيف تهدد العواصف المغناطيسية الأرضية أيضًا بالتسبب في انقطاع التيار الكهربائي والإنترنت وكيفية الحماية من ذلك.

العواصف الجيومغناطيسية

يعد حدث كارينغتون عام 1859 أكبر حساب مسجل لعاصفة مغنطيسية أرضية، ولكنه ليس حدثًا منعزلاً.

تم تسجيل العواصف المغناطيسية الأرضية منذ أوائل القرن التاسع عشر، وأظهرت البيانات العلمية المأخوذة من عينات الجليد الأساسية في القطب الجنوبي دليلاً على وجود عاصفة مغناطيسية أرضية أكبر حجمًا حدثت حوالي عام 774 بعد الميلاد، والمعروفة الآن باسم حدث مياكي. أنتج هذا التوهج الشمسي أكبر وأسرع ارتفاع مسجل في الكربون 14 على الإطلاق. تؤدي العواصف الجيومغناطيسية إلى إطلاق كميات كبيرة من الأشعة الكونية في الغلاف الجوي العلوي للأرض، والتي بدورها تنتج الكربون 14، وهو نظير مشع للكربون.

حدثت عاصفة مغنطيسية أرضية أصغر بنسبة 60% من حدث مياكي حوالي عام 993 بعد الميلاد. وقد أظهرت عينات الجليد الجليدية دليلاً على أن العواصف المغنطيسية الأرضية واسعة النطاق ذات الشدة المماثلة لحدث مياكي وكارينغتون تحدث بمعدل متوسط ​​مرة واحدة كل 500 عام.

في الوقت الحاضر تستخدم الإدارة الوطنية للمحيطات والغلاف الجوي مقياس العواصف المغناطيسية الأرضية لقياس قوة هذه الانفجارات الشمسية. يحتوي “مقياس G” على تصنيف من 1 إلى 5 حيث تكون G1 طفيفة وG5 متطرفة. كان من الممكن أن يتم تصنيف حدث كارينجتون على أنه G5.

يصبح الأمر أكثر رعبًا عندما تقارن حدث كارينجتون بحدث مياكي. وتمكن العلماء من تقدير قوة حدث كارينغتون بناءً على تقلبات المجال المغناطيسي للأرض كما سجلتها المراصد في ذلك الوقت. ولم تكن هناك طريقة لقياس التقلب المغناطيسي لحدث مياكي. وبدلاً من ذلك، قام العلماء بقياس الزيادة في الكربون 14 في حلقات الأشجار من تلك الفترة الزمنية. أدى حدث مياكي إلى زيادة بنسبة 12% في الكربون 14. بالمقارنة، أنتج حدث كارينجتون زيادة أقل من 1% في الكربون 14، لذلك من المحتمل أن يكون حدث مياكي قد فاق حدث G5 كارينجتون.

ضرب السلطة

واليوم، قد تؤثر عاصفة مغنطيسية أرضية بنفس شدة حدث كارينغتون على ما هو أكثر بكثير من أسلاك التلغراف ويمكن أن تكون كارثية. ومع الاعتماد المتزايد باستمرار على الكهرباء والتكنولوجيا الناشئة، فإن أي انقطاع يمكن أن يؤدي إلى خسائر مالية بتريليونات الدولارات ومخاطر على الحياة تعتمد على الأنظمة. ستؤثر العاصفة على غالبية الأنظمة الكهربائية التي يستخدمها الناس كل يوم.

تولد العواصف الجيومغناطيسية تيارات مستحثة تتدفق عبر الشبكة الكهربائية. تتدفق التيارات المستحثة جيومغناطيسيًا، والتي يمكن أن تزيد عن 100 أمبير، إلى المكونات الكهربائية المتصلة بالشبكة، مثل المحولات والمرحلات وأجهزة الاستشعار. مائة أمبير تعادل الخدمة الكهربائية المقدمة للعديد من المنازل. يمكن أن تتسبب التيارات بهذا الحجم في حدوث تلف داخلي في المكونات، مما يؤدي إلى انقطاع التيار الكهربائي على نطاق واسع.

حدثت عاصفة مغنطيسية أرضية أصغر بثلاث مرات من عاصفة كارينغتون في كيبيك، كندا، في مارس 1989. وتسببت العاصفة في انهيار الشبكة الكهربائية المائية في كيبيك. أثناء العاصفة، أدت التيارات المستحثة مغناطيسيًا إلى إتلاف محول في نيوجيرسي وتعطيل قواطع الدائرة الكهربائية. وفي هذه الحالة، أدى الانقطاع إلى انقطاع التيار الكهربائي عن خمسة ملايين شخص لمدة تسع ساعات.

قطع الاتصالات

وبالإضافة إلى الأعطال الكهربائية، سوف تنقطع الاتصالات على نطاق عالمي. من الممكن أن يتعطل مزودو خدمة الإنترنت، الأمر الذي سيؤدي بدوره إلى تقليص قدرة الأنظمة المختلفة على التواصل مع بعضها البعض. سيتم تعطيل أنظمة الاتصالات عالية التردد مثل الأرض-جو، والموجات القصيرة، والراديو من السفينة إلى الشاطئ. يمكن أن تتضرر الأقمار الصناعية الموجودة في مدار حول الأرض بسبب التيارات المستحثة من العاصفة الجيومغناطيسية التي تحرق لوحات دوائرها. وهذا من شأنه أن يؤدي إلى انقطاع في خدمات الهاتف والإنترنت والإذاعة والتلفزيون عبر الأقمار الصناعية.

[Get fascinating science, health and technology news. Sign up for The Conversation’s weekly science newsletter.]

وأيضًا، عندما تضرب العواصف المغناطيسية الأرضية الأرض، تؤدي الزيادة في النشاط الشمسي إلى تمدد الغلاف الجوي نحو الخارج. يغير هذا التوسع كثافة الغلاف الجوي حيث تدور الأقمار الصناعية. يخلق الغلاف الجوي ذو الكثافة العالية قوة سحب على القمر الصناعي، مما يؤدي إلى إبطائه. وإذا لم يتم نقله إلى مدار أعلى، فمن الممكن أن يعود إلى الأرض.

أحد مجالات الاضطراب الأخرى التي من المحتمل أن تؤثر على الحياة اليومية هو أنظمة الملاحة. تقريبًا كل وسائل النقل، من السيارات إلى الطائرات، تستخدم نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) للملاحة والتتبع. حتى الأجهزة المحمولة مثل الهواتف المحمولة والساعات الذكية وعلامات التتبع تعتمد على إشارات نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) المرسلة من الأقمار الصناعية. تعتمد الأنظمة العسكرية بشكل كبير على نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) للتنسيق. ومن الممكن أن تتعطل أنظمة الكشف العسكرية الأخرى مثل أنظمة الرادار فوق الأفق وأنظمة الكشف عن الغواصات، مما قد يعيق الدفاع الوطني.

فيما يتعلق بالإنترنت، يمكن لعاصفة مغنطيسية أرضية بحجم حدث كارينغتون أن تنتج تيارات مستحثة مغنطيسية أرضية في الكابلات البحرية والأرضية التي تشكل العمود الفقري للإنترنت وكذلك مراكز البيانات التي تخزن وتعالج كل شيء بدءًا من البريد الإلكتروني والرسائل النصية. لمجموعات البيانات العلمية وأدوات الذكاء الاصطناعي. من المحتمل أن يؤدي ذلك إلى تعطيل الشبكة بأكملها ومنع الخوادم من الاتصال ببعضها البعض.

مجرد مسألة وقت

إنها مسألة وقت فقط قبل أن تضرب الأرض عاصفة مغنطيسية أرضية أخرى. من شأن عاصفة بحجم حدث كارينغتون أن تلحق أضرارًا بالغة بأنظمة الكهرباء والاتصالات في جميع أنحاء العالم مع استمرار انقطاع التيار الكهربائي لأسابيع. إذا كانت العاصفة بحجم حدث مياكي، فستكون النتائج كارثية على العالم مع احتمال انقطاع التيار الكهربائي لأشهر إن لم يكن أطول. حتى مع تحذيرات الطقس الفضائي الصادرة عن مركز التنبؤ بالطقس الفضائي التابع للإدارة الوطنية للمحيطات والغلاف الجوي (NOAA)، لن يكون أمام العالم سوى بضع دقائق إلى بضع ساعات من الإشعار.

أعتقد أنه من الأهمية بمكان مواصلة البحث عن طرق لحماية الأنظمة الكهربائية من تأثيرات العواصف المغناطيسية الأرضية، على سبيل المثال من خلال تركيب الأجهزة التي يمكنها حماية المعدات المعرضة للخطر مثل المحولات، ومن خلال تطوير استراتيجيات لضبط أحمال الشبكة عندما تكون العواصف الشمسية على وشك الضرب. باختصار، من المهم العمل الآن لتقليل الاضطرابات الناجمة عن حدث كارينجتون القادم.

تم إعادة نشر هذا المقال من The Conversation، وهي منظمة إخبارية مستقلة غير ربحية تقدم لك حقائق وتحليلات جديرة بالثقة لمساعدتك على فهم عالمنا المعقد. هل أعجبك هذا المقال؟ إشترك في رسائلنا الإخبارية الأسبوعية.

كتب بواسطة: ديفيد والاس، جامعة ولاية ميسيسيبي.

اقرأ أكثر:

لا يعمل ديفيد والاس لدى أي شركة أو مؤسسة أو يستشيرها أو يمتلك أسهمًا فيها أو يتلقى تمويلًا منها قد تستفيد من هذه المقالة، ولم يكشف عن أي انتماءات ذات صلة بعد تعيينه الأكاديمي.