چرا طوفان های خورشیدی بر شبکه های برق تأثیر می گذارند + زمان طوفان بعدی

اخیرا شبکه‌های اجتماعی پر شده بود از تصاویر زیبا و حیرت‌انگیزی که کاربران از سرتاسر جهان ارسال کرده بودند. در این تصاویر چیزهایی شبیه ربان رنگی در آسمان شب دیده می‌شد.

به گزارش گجت نیوز، اکثر افراد این صحنه‌ها را پیشتر در مناطق نزدیک به قطب دیده بودند. به همین خاطر این پدیده به‌نام شفق قطبی معروف شده است. هرچند اینبار ماجرا فرق می‌کرد. شفق قطبی در بخش گسترده‌تری از کره زمین پدیدار شده بود. اما چه‌چیزی سبب بروز این پدیده عجیب می‌شود؟ طوفان خورشیدی.

ماهیت طوفان خورشیدی و چرایی تاثیر آن بر شبکه های برق

طوفان خورشیدی جریان قدرتمندی از ذارت باردار دارای انرژی است که از سمت خورشید به تمام مناطق فضا روانه می‌شود. طوفانی که پدیده اخیر را ایجاد کرد به‌طرز عجیبی قدرتمند بود. به‌طورکلی زمین همیشه در مسیر انرژی خورشیدی قرار دارد. اما وقتی میزان انرژی از حد مشخصی فراتر برود، با میدان مغناطیسی و اتمسفر زمین واکنش نشان داده و سبب ایجاد طوفان ژئومغناطیسی می‌شود.

طوفان های خورشید می‌توانند روی شبکه های برق، ماهواره‌ها، سیستم‌های ارتباطی، تجهیزات مکان‌یابی و … تاثیر بگذارند. اگر می‌خواهید بدانید که یک پدیده فضایی از 150 میلیون کیلومتر دورتر چطور می‌تواند هم آسمان شب را مملو از رنگ‌های زیبا کند و هم آسیب جدی به زیرساخت‌های کره زمین بزند، تنها خواندن همین مقاله کافی است.

در ادامه ماهیت کلی طوفان‌ های خورشیدی را بررسی خواهیم کرد و توضیح می‌دهیم که آنها چطور روی شبکه های برق تاثیر می‌گذارند. همچنین به‌شما خواهیم گفت که چه زمانی یک طوفان خورشیدی قدرتمند دیگر به زمین برخورد می‌کند.

رسیدن طوفان خورشیدی به کره زمین

وقتی از زمین به خورشید نگاه می‌کنید همه‌چیز آرام به‌نظر می‌رسد. هرچند وقتی طوفان‌ ها، شراره‌ها و وضعیت تاج خورشیدی را در نظر بگیرید، نظر شما عوض خواهد شد. طوفان خورشیدی سبب می‌شود که جریانی دائمی از الکترون‌ها و پروتون‌های باردار از لایه‌های مختلف خورشید جدا شوند. این ذرات با سرعت 800 کیلومتر بر ثانیه در فضا حرکت می‌کنند.

از آنجایی که خورشید این ذرات را در تمامی جهات می‌فرستد، بسیاری از مواقع میدان مغناطیسی زمین تحت‌تاثیر قرار نمی‌گیرد. بنابراین طوفان های ژئومغناطیسی کمتر از طوفان های خورشیدی رخ می‌دهند.

هرچند گاهی اوقات زمین در مسیر یک طوفان خورشیدی قوی قرار می‌گیرد و اینجاست که زیرساخت‌های مختلف از جمله شبکه برق آسیب می‌بینند. طوفان خورشیدی سبب می‌شود که ذرات باردار با میدان مغناطیسی زمین برخورد کنند.

خوشبختانه سپر محافظتی ما سبب می‌شود که اکثر این ذرات به جهات مختلف منحرف شوند. هرچند برخی از آنها به بخش‌هایی بالایی و پایینی میدان مغناطیسی زمین هدایت می‌شوند. در آن هنگام برخورد ذرات باردار با اتم‌های اکسیژن و نیتروژن حاضر در بخش‌های بالایی یون‌سپهر سبب می‌شود که رنگ‌های سبز، زرد، آبی، قرمز و نارنجی ایجاد شوند.

از آنجایی که میدان مغناطیسی زمین در قطب‌ها قوی‌تر است، شفق قطبی نیز در همین مناطق دیده می‌شود. هرچند میزان فعالیت‌های خورشیدی می‌تواند وضعیت را تغییر دهد. به‌طورکلی فعالیت‌های خورشیدی در چرخه‌های 11 ساله دچار اوج و حضیض می‌شوند.

بزرگترین و قوی‌ترین طوفان‌ های خورشیدی نیز در زمان اوج رخ خواهند داد. وقتی طوفان خورشیدی بسیار قوی باشد، می‌تواند تاثیر بیشتری روی میدان مغناطیسی زمین بگذارد و سبب شود که شفق قطبی در مناطقی دورتر از قطب‌ها دیده شود.

تاثیر طوفان خورشیدی روی شبکه های برق در کره زمین

فیزیکدان‌ها از گذشته می‌دانستند که الکتریسیته و میدان‌ های مغناطیسی دو جنبه از یک نیروی اساسی هستند. وقتی یک طوفان خورشیدی باعث ایجاد طوفان ژئومغناطیسی می‌شود، می‌توان جریان‌های فراتر از 100 آمپر را نیز در شبکه های برق مشاهده کرد. این جریان اضافه می‌تواند قسمت‌های حساس داخل کابل‌ها و ترانسفورماتورهای برق را آسیب زده و حتی نابود کند.

مسئله بسیار ساده است. شما قطعا نمی‌توانید تعداد بسیار زیادی وسیله خانگی را به‌ یک پریز برق وصل کنید. هرچند وقتی یک طوفان خورشیدی قوی رخ می‌دهد، انگار انرژی را به‌صورت مستقیم از خورشید به شبکه برق متصل کرده‌اید.

این در حالی است که شبکه برق توانایی مدیریت این میزان الکتریسیته را ندارد. این اتفاق یکبار در سال 1989 رخ داد. زمانی که طوفان خورشیدی یک ترنسفورماتور شبکه برق را در نیوجرسی آمریکا آسیب زد و باعث شد که 5 میلیون نفر برای چند ساعت در تاریکی فرو روند.

همچنین باید یادآوری کرد که شبکه های برق معمولا متشکل از تجهیزات زیادی در زیر آب، زیر زمین و روی زمین هستند. به‌همین‌خاطر یک طوفان خورشیدی قوی می‌تواند آسیب گسترده ای به شبکه برق وارد کند. البته طوفان های خورشیدی فقط به این زیرساخت مهم آسیب نمی‌رسانند، بلکه می‌توانند بخش‌های مختلف را مختل کنند. به‌عنوان مثال کامپیوترها و ماهواره‌ها تحت تاثیر قرار می‌گیرند و اینترنت با مشکل جدی مواجه می‌شود.

همچنین طوفان خورشیدی می‌تواند میزان تراکم اتمسفر زمین را تغییر دهد. در نتیجه این اتفاق مدار ماهواره‌ها تغییر خواهد کرد و GPS مختل می‌شود. چنین اتفاقی روی ارتباطات زمین به هوا و کشتی به ساحل بیشترین تاثیر را می‌گذارد.

نگاهی به تاثیر طوفان ژئومغناطیسی روی زیرساخت‌های زمین

طوفان‌های ژئومغناطیسی از نظر میزان قدرت در پنج گروه G1 تا G5 قرار می‌گیرند. طوفان خورشیدی اخیر که سبب شد شفق قطبی در آمریکا، اروپا و مناطق دیگر دیده شود در گروه G5 قرار گرفت.

هرچند در گذشته طوفان های خورشیدی دیگری هم در دسته G5 رخ داده‌اند که طوفان اخیر در برابر آنها فوق‌العاده کوچک جلوه می‌‌کند. دانشمندان توانسته‌اند با اندازه‌گیری ایزوتوپ‌های رادیواکتیو در نمونه‌های مغزه یخی متوجه شوند که هر 500 سال یکبار طوفان خورشیدی فوق‌العاده قدرتمندی زمین را هدف قرار می‌دهد.

آخرین مورد از این طوفان‌های وحشتناک نیز در سال 1859 رخ داد و به‌نام رخداد کارینگتن معروف شد. ریچارد کارینگتن یک فرد علاقه‌مند به دنیای نجوم بود که توانست خروج حجم بالایی از ذرات را از تاج خورشیدی مشاهده کند. طوفان خورشیدی معمولا چند روز طول می‌کشد تا به زمین برسد، اما طوفان سال 1859 آنقدر قوی بود که 17.6 ساعت بعد به اتمسفر برخورد کرد.

این طوفان خورشیدی فوق‌العاده قدرتمند سبب شد که شفق قطبی حتی در مناطق استوایی از جمله کوبا و هاوایی نیز دیده شود. همچنین این اولین طوفان خورشیدی قدرتمند از زمان اختراع تجهیزات الکترونیکی اولیه بود. این طوفان خورشیدی اگر امروز رخ می‌داد، می‌توانست آسیب شدیدی به شبکه های برق وارد کند. هرچند در آن زمان نیز انسان‌ها حسابی متوجه تاثیر آن شدند.

آنقدر انرژی بالایی در کابل‌های تلگراف جریان داشت که اپراتورها هنگام لمس تلگراف دچار برق‌گرفتگی می‌شدند. همچنین کاغذهای نزدیک تجهیزات تلگراف ناگهان آتش گرفتند. جالب اینجاست که اپراتورهای تلگراف در برخی مناطق توانستند حتی پس از خارج کردن باتری‌ها نیز به دریافت و ارسال پیام ادامه دهند. در واقع تجهیزات تلگراف از انرژی خورشیدی موجود در محیط بهره می‌بردند. هرچند که دیگر تجهیزات نتوانستند وضعیت را تحمل کرده و کاملا نابود شدند.

در آن زمان ارتباطات الکترونیک در مراحل اولیه خود بودند. هرچند اکنون نمی‌توان زندگی را بدون تجهیزات الکترونیک حتی لحظه‌ای تصور کرد. اگر یک طوفان خورشیدی مشابه سال 1859 با زمین برخورد کند، هم شبکه های برق آسیب جدی خواهند دید و هم زندگی به‌طورکامل مختل می‌شود.

زمان طوفان خورشیدی بعدی

طوفان های خورشیدی مشابه کارینگتن می‌تواند معدل یک میلیارد بمب هیدروژنی انرژی آزاد کند. البته طوفان‌ هایی با این مقیاس تقریبا هر 500 سال یکبار رخ می‌دهند؛ اما طوفان‌ هایی با نصف قدرت آنها دو بار در قرن با زمین برخورد می‌کنند. در حال حاضر خورشید به اوج چرخه 11 ساله خود نزدیک می‌شود و باید در اوایل تابستان سال آینده انتظار اوج فعالیت‌های خورشیدی را داشته باشیم.

مرکز هواشناسی فضایی ملی آمریکا پیش‌بینی کرده است که در آن زمان 115 لکه خورشیدی پدیدار شوند. لکه‌های خورشیدی نیز زمانی ایجاد می‌شوند که طوفان های خورشیدی رخ دهند. البته توجه داشته باشید که فعالیت‌های خورشیدی حتی پس از دوران اوج نیز همچنان تا مدت‌ها بالا خواهند ماند. بنابراین انتظار داریم که تا چند سال آینده نیز طوفان های خورشیدی بزرگی زمین را هدف قرار داده و به زیرساخت‌هایی همچون شبکه برق آسیب وارد کنند.

بدین‌ترتیب اپراتورهای ماهواره‌ها باید به‌صورت مداوم تغییرات مربوط به مدار را رصد کنند. در مواردی نیز ممکن است مجبور شوند ماهواره‌ها را به‌صورت موقت غیرفعال کنند. خوشبختانه نور در مقایسه با ذرات با سرعت بسیار بیشتری حرکت می‌کند.

بنابراین اگرچه نور خورشید در فاصله 8 دقیقه به زمین می‌رسد، اما طوفان‌ های خورشیدی تا چند روز در راه هستند. همین نیز به دانشمندان این فرصت را می‌دهد که طوفان های ژئومغناطیسی را از چند روز قبل پیش‌بینی کنند. هرچند که در مورد طوفان های بسیار قوی فرصت به تنها چند ساعت کاهش پیدا می‌کند.

جلوگیری از آسیب به زیرساخت‌ها

جامعه امروزی و اختراعات جدید آن به‌شدت به اینترنت و برق متکی هستند. بنابراین برخی تصور می‌‌کنند که یک طوفان خورشیدی بسیار قوی می‌تواند شبکه های برق و زیرساخت‌ها را نابود کرده و پایان عصر دیجیتال را رقم بزند. جالب است بدانید که در سال 2012 یک طوفان خورشیدی فوق‌العاده قوی‌تر از کرینگتن آغاز شد. این طوفان خورشیدی می‌توانست به راحتی ارتباطات و شبکه های برق زمین به نابودی بکشاند. هرچند که خوشبختانه با کره زمین برخورد نکرد.

هرچند که شرایط همیشه طبق میل ما پیش نخواهد رفت. کارشناسان نیز از این موضوع آگاه هستند. به‌همین‌خاطر در سرتاسر جهان تجهیزات خاصی را روی شبکه های برق نصب می‌کنند تا آسیب ناشی از طوفان خورشیدی احتمالی را کاهش دهند.

همچنین ترانسفورماتورهای موقت آماده شده‌اند تا فورا جایگزین نمونه‌های نابود شده گردند. برخی تجهیزات نیز برای خارج کردن برق اضافی از مدار طراحی شده‌اند.

البته اگر یک طوفان خورشیدی بزرگ در مسیر زمین باشد، می‌توان شبکه برق را به‌صورت کامل غیرفعال کرد. در این حالت آسیبی به شبکه وارد نمی‌شوند؛ اما زندگی افراد با مشکل مواجه خواهد شد. در پایان باید امیدوار بود که موسسه‌هایی همچون مرکز هواشناسی فضایی آمریکا همیشه بودجه لازم را دریافت کنند. بدین‌ترتیب وقتی که طوفان خورشیدی بزرگ بعدی در راه باشد، ما آماده خواهیم بود.