Theo nghiên cứu mới, các dòng điện bị hư hại trong không gian ảnh hưởng đến vùng xích đạo Trái đất, không chỉ các cực, theo nghiên cứu mới.
Khi mặt trời lóe lên, thời tiết không gian đang trên đường đến Trái đất. Tín dụng hình ảnh: NASA / SDO
Bởi Brett Carter, Đại học Boston và Alexa Halford, Trường cao đẳng Dartmouth
Từ trường Trái đất - được biết đến với tên gọi từ trường nam châm - bảo vệ bầu khí quyển của chúng ta khỏi gió mặt trời của Hồi giáo. Đó là dòng liên tục của các hạt tích điện chảy ra từ mặt trời. Khi từ quyển che chở Trái đất khỏi các hạt mặt trời này, chúng sẽ bị phễu về phía các vùng cực của bầu khí quyển của chúng ta.
Khi các hạt rơi vào bầu khí quyển lớp tầng điện ly, ánh sáng được phát ra, tạo ra những màn hình cực quang tuyệt đẹp gần cả hai cực Bắc và Nam. Đây là những đại diện trực quan tuyệt đẹp của các tương tác phức tạp trong môi trường không gian gần Trái đất, mà chúng ta gọi chung là thời tiết không gian trên vũ trụ.
Cực quang trên Na Uy, hình ảnh của thời tiết không gian. Tín dụng hình ảnh: Alexa Halford
Thời tiết không gian tương tự tạo ra những màn hình tuyệt đẹp này có thể gây ra sự tàn phá cho một loạt các công nghệ. Chúng tôi đã biết một thời gian rằng thời tiết không gian ở các khu vực vĩ độ cao gần các cực có thể gây ra sự cố lưới điện, đôi khi gây ra thiệt hại nặng nề. Ví dụ nổi tiếng nhất là sự cố mất điện tháng 3 năm 1989 ở Đông Bắc Hoa Kỳ và qua Quebec, Canada khiến hàng triệu người không có điện trong 12 giờ.
Nhưng chúng tôi đã nghĩ rằng các khu vực xích đạo là mục tiêu chính. Nghiên cứu mới của chúng tôi cho thấy các khu vực gần xích đạo hơn vẫn gặp thời tiết không gian xấu - và những tác động đáng lo ngại của nó đối với cơ sở hạ tầng lưới điện.
Thay đổi từ trường làm tăng dòng điện
Cao trên mặt đất trong bầu khí quyển phía trên là các dòng điện dao động được điều khiển bởi các tương tác trong tầng điện từ và tầng điện ly. Những dòng khí quyển này gây ra những thay đổi mạnh mẽ về cường độ của từ trường cục bộ trên mặt đất. Chúng ta có thể tự mình cảm nhận được từ trường, nhưng các nhà nghiên cứu đo và theo dõi nó tại các điểm khác nhau trên bề mặt Trái đất.
Tiến sĩ Endawoke Yizengaw bên cạnh cài đặt từ kế ghi lại những thay đổi trong từ trường tại điểm đó ở Phuket, Thái Lan. Ảnh tín dụng: Endawoke Yizengaw
Đó là tất cả tốt và tốt. Vấn đề xảy ra khi những dòng khí quyển này gây ra những thay đổi nhanh chóng trong từ trường. Khi từ trường thay đổi đột ngột, nó có thể tạo ra dòng điện trong các dây dẫn ở bề mặt Trái đất - ví dụ, các ống dài hoặc dây dẫn như đường ống dẫn dầu và khí hoặc đường dây truyền tải điện. Quá trình tạo ra dòng điện này được gọi là cảm ứng từ.
Những dòng điện này không được gọi một cách sáng tạo là dòng điện cảm ứng địa kỹ thuật, hay gọi tắt là GIC. Các khu vực vĩ độ cao dễ bị ảnh hưởng bởi GIC vì dòng điện cực mạnh chạy qua cực quang, nhờ vào cách gió mặt trời bị chuyển hướng khi chạm vào từ trường Trái đất. Tuy nhiên, toàn bộ hành tinh có thể bị ảnh hưởng ở các mức độ khác nhau.
Khi chúng xảy ra, GIC tạo ra hiệu quả dòng điện bổ sung trong cơ sở hạ tầng lưới điện thông qua cảm ứng từ. Các lưới điện, trong các sự kiện lớn, cuối cùng có thể sử dụng nhiều điện hơn mức chúng có thể xử lý. Những dòng điện cảm ứng này đã gây ra nhiều sự cố thiết bị dẫn đến mất điện cho dân số lớn.
Rắc rối ở xích đạo cũng vậy, không chỉ ở gần cực
Những dòng điện cảm ứng địa kỹ thuật tương tự xảy ra ở các vùng vĩ độ cao cũng có thể xảy ra xung quanh đường xích đạo của hành tinh chúng ta. Ở đó, chúng được gây ra không phải bởi hệ thống dòng điện cực quang mà chúng ta tìm thấy ở gần các cực, mà bởi một đối tác có vĩ độ thấp yếu hơn được gọi là điện cực xích đạo. Giống như hệ thống dòng điện tầng điện ly vĩ độ cao, dòng điện điện cực xích đạo có thể được phát hiện trên mặt đất bằng cách sử dụng các quan sát từ trường.
Gần đây, các nhà nghiên cứu đã báo cáo rằng hoạt động của GIC được tăng cường tại xích đạo trong những cơn bão địa từ nghiêm trọng - đó là khi các vụ phun trào mặt trời được gọi là phóng xạ khối coronal, sóng xung kích Trái đất tấn công Trái đất. Họ chỉ ngón tay vào điện cực xích đạo là một nguyên nhân nghi ngờ.
Trong bài viết nghiên cứu mới của chúng tôi trong Thư nghiên cứu địa vật lý, chúng tôi chỉ ra rằng các quốc gia gần xích đạo từ dễ bị tổn thương bởi thời tiết không gian hơn so với suy nghĩ trước đây.
Thay vì tập trung vào các cơn bão địa từ nghiêm trọng, chẳng hạn như sự kiện Halloween năm 2003 gây ra sự cố lưới điện ở Thụy Điển (trong số nhiều thứ khác), chúng tôi đã thực hiện một chiến thuật khác. Phân tích của chúng tôi tập trung vào sự xuất hiện của các cú sốc liên hành tinh. Đây là những sự gia tăng áp lực đột ngột trong gió mặt trời - dòng plasma đó liên tục chảy ra khỏi mặt trời. Khi những cú sốc này va vào từ trường Trái đất, tác động gây ra sự thay đổi từ trường đột ngột có thể đo được trên toàn thế giới.
Các cú sốc liên hành tinh thường xuyên thông báo bắt đầu một cơn bão địa từ. Nhưng nhiều người đi qua tương đối lành tính mà không phát triển thành một cơn bão địa từ toàn diện. Chúng tôi nhận thấy rằng phản ứng từ đối với những cú sốc này đôi khi mạnh hơn đáng kể ở đường xích đạo từ khi so sánh với các vị trí chỉ cách một vài độ. Tại sao?
Một phân tích về cách các phản ứng xích đạo khác nhau trong suốt cả ngày cho thấy chúng mạnh nhất vào khoảng giữa trưa và yếu nhất vào ban đêm. Sự tương phản hàng ngày này tương ứng với các biến thể nổi tiếng trong điện cực xích đạo. Nó có bằng chứng mạnh mẽ rằng điện cực xích đạo đang khuếch đại hoạt động dòng điện gây ra theo địa kỹ thuật trong các lần sốc liên hành tinh theo cách mà thực sự đã được công nhận cho đến bây giờ.
Các lưới điện không cực cũng có thể bị ảnh hưởng bởi thời tiết không gian. Ảnh tín dụng: Ken Doerr
Ảnh hưởng đến lưới điện xích đạo
Kết quả này có ý nghĩa quan trọng đối với nhiều quốc gia nằm bên dưới điện cực xích đạo có thể đang vận hành cơ sở hạ tầng điện không được thiết kế ban đầu để đối phó với thời tiết không gian. Các quốc gia này cần xem xét các cách bảo vệ cơ sở hạ tầng của họ trong thời kỳ yên tĩnh về mặt địa lý cũng như trong các cơn bão địa từ nghiêm trọng.
Một trong những đồng tác giả của chúng tôi, Tiến sĩ Endawoke Yizengaw từ Đại học Boston, lớn lên ở Ethiopia, trong vùng ảnh hưởng của máy bay phản lực xích đạo. Anh nhớ lại những lần mất điện thường xuyên không giải thích được trong thời thơ ấu và tự hỏi liệu những cú sốc liên hành tinh có thể đóng một vai trò hay không. Chúng tôi hy vọng có thể trả lời câu hỏi này trong tương lai gần.
Các nhà khoa học trên thế giới đang tiến hành nghiên cứu liên tục để hiểu rõ hơn về tác động của các dòng điện cảm ứng địa từ này đối với lưới điện. Nó ngày càng rõ ràng rằng chúng ta cần điều tra các tác động của thời kỳ yên tĩnh, không chỉ các sự kiện lớn. Những gì xảy ra trong những khoảng thời gian yên tĩnh này, và trong các khu vực thường bị bỏ qua, có thể có tác động đáng kể đến xã hội ngày càng phụ thuộc vào công nghệ của chúng ta.
Brett Carter là nhà khoa học nghiên cứu về thời tiết không gian và vật lý tầng điện ly tại Đại học Boston và Alexa Halford là nghiên cứu sau tiến sĩ về Vật lý và Thiên văn học tại Trường cao đẳng Dartmouth
Bài viết này ban đầu được xuất bản trên The Convers. Đọc bài viết gốc.