北极光可以照亮天空并关闭电网

Josiah02 · 发表于 2024-9-5 16:17:54

在雷雨天气，你可以感觉到倾盆大雨，看到闪电，听到风声。与这些现象不同，极光是听不见或感觉不到的，因为它是通过地球磁场的无形影响发生的，只有你去寻找它才能注意到。
虽然北极光看起来令人着迷，但这些在夜空中闪烁的无声太阳风暴可能会对电网和通信网络造成严重破坏。
德克萨斯 A&M 大学电气与计算机工程系的一个研究小组，包括高级研究工程师 Jonathan Snodgrass 博士和教授兼项目首席研究员 Thomas Overbye 博士，正在使用真实和合成电网模型来研究如何为电网运营商减轻重大太阳风暴对电网影响的建议。
“可以把它想象成高中科学课上的一个实验，你拿一块磁铁和一些铁屑，把铁屑和磁铁对齐，”斯诺德格拉斯说。“磁性碎片就是我们看到的光，磁铁就是磁场。当磁场因太阳风暴而开始摆动时，我们就会看到北极光。这很有趣，因为大多数人都不会想到这一点。毕竟，除了对通信和电力系统的影响外，它没有其他影响。”
太阳风暴在电网中产生的主要是直流电 (DC)。通常，电网使用交流电 (AC) 来发电和配电。当直流电超过交流电时，它会导致变压器出现问题，从而导致部分电网跳闸。根据太阳风暴的等级 (G1-G5)，电力系统会受到影响，有时影响非常大，从而将北极光推向更南边。通常，G1 较弱，G5 较严重。
今年，轻微的 G5 地磁扰动 (GMD) 导致德克萨斯州出现极光，从大学城就可以看到。
“这是我们 20 年来遇到的最大一次太阳风暴，”斯诺德格拉斯说。“但它不是超级风暴桑迪级别的。我们的研究重点是回答这个问题：如果发生超级风暴 GMD 事件，后果会有多严重？如果发生卡灵顿级别的风暴，会造成多大的损失？”
奥弗拜博士和他的团队正在利用卡灵顿事件的轶事证据来逆向计算这场风暴的强度，并利用这些数据为未来的超级风暴做好电网准备。1859 年的卡灵顿事件是历史上有记录以来最大的 GMD 事件，以英国天文学家理查德·卡灵顿的名字命名，在电网出现之前，它极大地影响了电报系统。
“曾有人被电报键电到，”斯诺德格拉斯说。“他们甚至断开了为电报系统供电的伏打电池，利用太阳风暴在空中产生的电流连续数小时发送信息。”
130 年后的 1989 年，一场太阳风暴袭击了魁北克，造成停电八小时。
“直到 1989 年魁北克停电事件发生之前，科学家们都知道 GMD 会影响电网，但他们并没有完全意识到其对电网的影响，”斯诺德格拉斯说。“问题是，如何防止暴风雨导致整个电网连续数小时停电？”
太阳超级风暴（如魁北克的超级风暴）发生在太阳向太空喷射等离子体（称为日冕物质抛射 (CME)）时，这种现象很少袭击地球。太阳的太阳周期为 11 年，在太阳周期的顶峰时期，太阳黑子数量会多得多，从而引发日冕物质抛射。太阳超级风暴发生的可能性更大，距离太阳顶峰只有一到两年的时间。
美国宇航局已在太阳周围安置了地球静止环境运行卫星，以探测日冕物质抛射何时发生并向地球发送预警。
“在它靠近之前，你无法确定它会有多严重，”斯诺德格拉斯说。“日冕物质抛射首先撞击地球轨道上的卫星，这些卫星上的传感器可以预测它是否会达到 1-5 级。然后我们大约有几个小时到一天的通知时间。这就是为什么我们的研究如此重要，因为如果我们遇到大型超级风暴，5 级或更高级别的风暴，就需要制定计划。”
在过去 20 年中，曾发生过大型日冕物质抛射，但均未袭击地球。2003 年，一次规模更大的日冕物质抛射从地球旁经过，其规模可能与卡灵顿事件相当。
“这让人们开始思考，如果它袭击了我们，会怎么样？”斯诺德格拉斯说。“从 1989 年的那场风暴到 2003 年的那场险些袭击，它激发了大量的研究。奥弗拜博士是模拟地磁风暴及其对电网影响的先驱之一。 ”
该团队在德州农工大学系统土地上建立了一个磁力计网络，他们用这个网络进行实验并记录数据，远离金属和电线。磁力计就像一个非常先进的指南针，但它不指向北方，而是记录地球磁场的波动。
“电网研究领域出现了大规模的复苏，”斯诺德格拉斯说。“A&M 非常适合开展这项工作，因为我们这里有一些世界上最优秀的研究人员。”

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