Astronomie

Článků v rubrice: 126

9. března 2011

Odpojte transformátory, blíží se sluneční bouře!

Richard Carrington, anglický sluneční astronom, se 1. září roku 1859 jako obvykle věnoval pozorování slunečního obrazu, který si teleskopem promítal na stěnu. Právě se zabýval skicováním velké sluneční skvrny, když v tom spatřil, jak se nad skvrnou objevily dva nesmírně jasné záblesky, rychle se zvětšovaly a svým jasem dokonce přezářily samotné Slunce.

Fotogalerie (1)

Výtrysky sluneční energie a částic orientované k Zemi mohou napáchat velké škody na našich technologiích (Credit NASA)

Ještě téhož dne před úsvitem se nebe takřka nad celou Zemí zahalilo do rudých a zelených odstínů polární záře, která byla tak intenzivní, že se při jejím světle dalo číst. Současně s tím byla na celém světě přetížena telegrafní síť, z telegrafních aparátů začaly sršet výboje, děsily telegrafisty a zapalovaly telegrafní papír.

Geomagneticky indukovaný proud

Co se tenkrát stalo? Carringtonem pozorovaná událost byla sluneční erupce, jev, při kterém se naráz uvolní ohromné množství sluneční hmoty a energie nahromaděné ve smyčkách slunečního magnetického pole. Velká část energie je v oboru rentgenového záření, ale občas je vidět i záblesk ve viditelné části spektra. To byl právě případ Carringtonem pozorované události, a jen z toho, že záblesk byl jasnější než Slunce, si můžeme udělat představu o uvolněné energii. Za 160 let slunečního pozorování to byla zatím nejsilnější zaznamenaná erupce.

V devatenáctém století neexistovaly citlivé CCD čipy ani armáda komunikačních satelitů na oběžné dráze, které by mohlo tvrdé záření poškodit. Všechny ostatní jevy měl na svědomí střet oblaku nabitých slunečních částic s magnetickým polem Země. To se pod jeho úderem rozkmitalo a jeho pohyb indukoval napětí v kovových součástkách, převážně pak v dlouhých telegrafních drátech. Jev je známý jako geomagneticky indukované proudy (GIC, geomagnetically induced currents). A ty dosahují desítek až stovek ampérů.

Geomagnetická bouře

Od té doby již geomagnetická bouře vyvolaná slabší sluneční erupcí několikrát zasáhla do života naší civilizace. V srpnu 1972 vyvolala geomagnetická bouře výpadek dálkových telefonních linek v Illinois a donutila telefonní společnost AT&T předělat návrh sítě transatlantických kabelů. Jeden z největších výpadků způsobených sluneční činností se odehrál v březnu 1989, kdy se na devět hodin ocitla bez proudu celá provincie Quebec a bylo poškozeno vedení a transformátory v Americe i ve Velké Británii. Druhou největší zatím zaznamenanou erupcí byl roku 2003 záblesk o síle X28, který ovšem Zemi zasáhl jen okrajem. Při pozorování slabší erupce roku 2006 utrpěl satelit GOES-13 částečné poškození CCD kamery, která záblesk snímala. V prosinci 2005 pak geomagnetická bouře způsobila přerušení komunikace mezi zemí a satelity a výpadek sítě GPS na deset minut. Přijde vám to málo? Těch deset minut může být dost dlouhých, pokud jste zrovna na palubě letadla přistávajícího pomocí GPS...

Příliš dlouhé, příliš propojené

Čím větší a propojenější je síť elektrického vedení, tím je také zranitelnější. Dlouhé dráty fungují jako antény, které šíří poruchu dál a dál a vzniklé přepětí může napáchat škody na rozsáhlé oblasti. Ohroženy jsou třeba transformátory. Transformátory jsou totiž na obou koncích dlouhého vedení, takže eventuální napěťová špička postihne právě je. Výkonové transformátoy na obou koncích vedení jsou kromě přímého probití vysokonapěťovou špičkou dále ohroženy ve své funkci tím, že veliká stejnosměrná složka GIC je předmagnetizuje, takže pracují ve stavu blízkém nasycení a jedna půlvlna je proto převedena s jinou amplitudou než druhá. Činnost v takovém režimu má výrazně nižší účinnost. Mimoto takto transformovaný proud má vysoký obsah vyšších harmonických, což může negativně ovlivňovat činnost řady spotřebičů výstupem transformátoru napájených. Např. při Quebeckém výpadku bylo poškozeno transformátorů hned několik a oprava nebo výměna mnohatunového zařízení není záležitost na hodiny, ale v nejhorším případě na celé měsíce.

S energetickou sítí dokáží zamávat i slabší geomagnetické bouře – co by s ní ale udělala „Carringtonova událost“? John Kappenmann z Metatech Corporation simuloval vliv podobné bouře na současnou americkou síť a vyšlo mu, že by mohlo být poškozeno okolo třistapadesáti transformátorů a 130 milionů lidí by se mohlo ocitnout bez elektřiny na neodhadnutelnou dobu. Současně by se před poškozením pravděpodobně nepodařilo uchránit velkou část satelitů na oběžné dráze.

Řízený blackout

Jedinou možností, jak síť v případě opravdu silné magnetické bouře ochránit, je připravit se na ni a eliminovat možné škody. Například je možné odpojit ohrožené transformátory. Sice možná také dojde k výpadku, ale cíleně a hned poté, co se bouře přežene, může být síť plně obnovena. Čím přesnější je předpověď, tím lépe se lze připravit a škody minimalizovat. Již mnoho let funguje síť včasného varování, která předává energetikům informace o „kosmickém počasí“. Nyní by měly předpovědi přímo říkat, který transformátor je v ohrožení a umožnit tak ještě lepší a efektivnější přípravu. Projekt NASA jménem Solar Shield se právě rozbíhá.

Solar Shield

V okamžiku, kdy je zpozorován oblak koronární hmoty mířící k Zemi, vidí jej družice SOHO a STEREO z několika různých úhlů, což umožňuje udělat jeho 3D model a vypočítat, kdy a v jaké hustotě a tvaru dorazí k Zemi. Předběžně lze určit, jak silná geomagnetická bouře Zemi čeká. Nabité částice obvykle dorazí v rozmezí 24 až 48 hodin. Přibližně půl hodiny před tím, než udeří do zemského magnetického pole, proletí okolo satelitu ACE, vzdáleného od Země 1,5 milionu kilometrů. Senzory ACE provedou měření rychlosti a hustoty částic a zemského magnetického pole. Veškerá data zpracují počítače Solar Shieldu v Community Coordinated Modeling Center (CCMC), vypočítají průběh proudů v atmosféře a jejich šíření dolů k zemi a v linkách elektrického vedení a bleskurychle předají výsledky operátorům energetické sítě, aby se připravili.

Čekání na pořádnou erupci

Tým Solar Shieldu nyní potřebuje svůj algoritmus otestovat. Pomohlo by, kdyby se do projektu zapojilo co nejvíc operátorů energetických sítí a také, aby došlo k drobné, leč výrazné sluneční erupci. Momentálně je Slunce relativně klidné, ale výzkumníci se možná brzo dočkají. Maximum slunečního cyklu má nastat v roce 2013.

V sobotu 27. 10. 2010 se z důvodu výpadku proudu, který nastal z neznámých příčin, ocitly mimo kontrolu americké jaderné střely. Padesát mezikontinentálních balistických raket na Warrenově letecké základně ve Wyomingu, které představují devítinu amerického jaderného arsenálu, nemohla jejich obsluha po dobu výpadku ovládat a ztratila nad nimi jakoukoliv kontrolu. Bezpečnost státu ani obyvatel však prý ohrožena nebyla, střely mohly být v případě potřeby ovládány z nouzového velitelství na palubě speciálního Boeingu 747.