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百年一遇太陽能風暴:2013電網將受大“烤”驗

來源:本站整理 | 點擊: | 錄入時間:2013/3/20

 

近日NASA(美國國家航空航天局)發出警告稱,地球將遭受一場百年一遇的超級“太陽風暴”大爆發,超大規模日冕噴發所產生的巨大閃焰瞬間撞擊地球磁層,相當于百枚氫彈的爆炸威力,屆時全球將會由于電網崩潰而陷入大范圍的停電,電子通訊網絡將全部無法使用,如果惡夢成真,人類生活將發生歷史性的大倒退,而這一切,即將在2013年的某日發生……
歷史上著名的太陽風暴大爆發對世界電力及通訊系統的危害
自有科學的天文觀測以來,人類曾多次觀測到大規模的太陽風暴奇觀,當人們感嘆大自然造物的無窮魅力的同時,亦不能忽略其帶給人類的巨大傷害。在幾次比較著名的事件中,都對與人類生活息息相關的電力、通訊系統產生過不小的影響:
最早的一次發生在19世紀-1859年發生的太陽風暴,史稱“卡林頓事件”。當時的英國天文學家理查德?卡靈頓第一次發現了大規模的太陽耀斑現象,而此次的太陽風暴則對當時才剛剛形成的電報網絡造成了嚴重影響,甚至引發電報員觸電、電報紙燃燒的嚴重情況,值得慶幸的是,由于當時的社會還不像現代社會那樣對電力有著過度的依賴性,因此造成的損失還相當有限。
如果說19世紀的那一次事件還只是牛刀小試,那么,發生在1989年的超級太陽風暴所造成的災害則大得多。1989年3月,超級太陽風暴襲擊了加拿大魁北克電站,變壓器被燒毀,很多近地衛星和同步軌道衛星發生異常、軌道改變、甚至報廢。全球無線電通信受到干擾或中斷,輪船、飛機的導航系統失靈,美國國防部的一些重要衛星癱瘓。此次爆發使加拿大魁北克省和美國新澤西州的供電系統受到破壞,造成的損失超過10億美元。
無獨有偶,2003年10月28日,太陽再次向世人展示出它那無比的威力。強烈的太陽耀斑爆發及與之相伴的強大日冕物質噴射造訪了地球,導致了電力系統出現大范圍的電壓控制失靈、變壓器損害故障,美國北部和加拿大一些電網出現了電流急沖現象,衛星等通訊系統完全失靈。
本次太陽大爆發對電網及通訊系統的災害研究及預測
早在2008年時,NASA(美國國家航空航天局)就曾預測過下一次大爆發的準確時間是在在2012年9月22日。而直至最近,科學家們才修正了時間,從2012年推遲至2013年5月。
NASA的科學家指出,2013年太陽將從“深沉睡眠”中蘇醒,屆時,產生的太陽耀斑將給地球磁場造成前所未有的破壞。據預測,本次大爆發就好似一次隱形的超級颶風,由于現代社會對電力的依賴性遠比19世紀的第一次碰撞時要來的大,因此,大部分的國家,特別是北歐、美國等發達國家將遭受比較嚴重的損失。據保守估計,可能達到2005年襲擊美國新奧爾良的卡特里娜颶風所造成損失的20倍以上(當時颶風重創了新奧爾良,造成1250億美元的損失)。
“我們知道這場風暴即將發生,只是不確定它到底有多嚴重,”美國宇航局華盛頓總部科學任務委員會的費舍爾博士說。該委員會專門調查太陽活動對地球的影響,他們利用十幾顆衛星研究可能造成的威脅。“它將擾亂通訊設備,例如衛星、汽車導航、空中飛行、銀行系統、個人電腦,以及一切電子化的產品。”費舍爾說。更可能的情景是,大規模地區,包括北歐和英國擁有較為“脆弱”電網的國家和地區,將斷電并無法使用電子設備達數小時,或可能數天。
另一方面,對于全球通訊系統而言,也將面臨一次嚴峻的挑戰。大規模的高能粒子輻射將造成電離層高度下降、形態改變等地球的環境形態變化,使許多近地衛星和同步衛星軌道衛星發生異常、軌道的改變,甚至直接報廢,全球無線電通訊受到干擾或中斷。2006年12月13日發生的太陽風暴就曾對我國短波無線通信造成過嚴重影響,廣州、海南、重慶等地的通訊中斷達3小時以上,同時,風云一號氣象衛星、亞太二號氣象衛星等直接關乎民生大計的重要衛星系統也受此影響,故障頻出。
多國均已采取預防措施
由于擔心太陽風暴給地球帶來嚴重影響,科學家開始密切監測太陽。如果能對太陽風暴吹襲時間有更多了解,地面上就可以選擇關閉正在執行任務的衛星的電子信號,能源公司也能針對此出臺發生大規模停電時的“b計劃”,宇航員則可以錯開太空行走的時間,以將影響降到最低。
1.英國:利用電腦模型預測影響
英國蘭開夏大學的科學家正在利用電腦模型研究,2013年太陽風暴將會對英國全國電網造成何種程度的打擊。而建立在英國牛津郡的盧瑟福?阿普爾頓研究室也在與美國政府合作,以試圖更精確預測最強太陽風暴影響地球的時間。
2.美國:發射衛星24小時監測太陽
由于太陽風暴的速度、密度以及頻率都非常不穩定,更精確預測其規模成為太陽科學研究的“圣杯”。NASA的太陽動態觀測衛星(SDO),于2010年2月從佛羅里達卡納維爾角的空軍基地發射升空,進入距離地表約3.6萬公里的地球同步軌道,以便能24小時監測太陽。與此同時,美國政府已經意識到這種威脅并稱已經準備好應對措施,其中包括關閉國家電網邊緣的某些變壓器設施以提高整個電網的電壓水平,關閉某些重要的衛星通訊系統或將其切換至安全工作模式。
3.中國:將啟動“夸父計劃”的太陽探測計劃
中國在2012年啟動命名為“夸父計劃”的太陽監測衛星計劃,又稱為“空間風暴、極光和空間天氣”探測計劃,該計劃的實施可有效提高空間天氣災害預報的準確度,并幫助人類對太陽活動進行預測預報,以便提前采取相應的防護措施。如果按期實施,該計劃將是世界上唯一一個系統的日地空間探測計劃。
太陽風暴對電網的破壞從兩方面發生:
1、太陽風暴是高能離子流,發出來的粒子是帶電的,而且速度很高。這些離子會導致空氣電離,破壞空氣的絕緣性,使電網短路,燒毀電網設備。
2、太陽風暴的帶電粒子的運動,相當于電流流動,強大的離子流會產生強烈的磁場,形成磁暴,磁暴在電線中又形成沖擊電流(磁電感應),會燒毀電網設備。
我國應對太陽能風暴對電網沖擊的研究
十幾年來,在國家自然科學基金、國家863計劃等項目支持下,我們對太陽風暴對我國電網的可能影響有所認識,取得了一些成果,除了理論問題研究之外,包括獲得了一些220千伏、500千伏電網磁暴干擾數據等。也不是沒有技術手段,是技術手段不好防,包括在電網加入很多防治裝置,還可能帶來新的或者更大的安全問題隱患,這可能是國外一些影響問題嚴重國家的科學家頻頻發布警告、甚至感到有些惶恐的原因吧。
最近,我國科技部發布的基礎研究十二五規劃,把空間災害天氣研究提高到很高的高度。我們針對電網的建議是,像高緯國家一樣,先加強對電網磁暴干擾的監測,獲得更多、范圍更大的實測數據,積累、借助實測數據開展研究,包括風險評估以及嘗試電網災情、災害預測預報研究。
如果能準確預測預報太陽風暴的電網效應,還是可以通過調控可能過載線路的負荷、控制變壓器過載等策略防災的,這也是最經濟、最有效的防范手段。
現在,國內外關注太陽風暴影響的空間物理科學家很多人在研究空間災害天氣的預報問題,我們也在嘗試做一些適應電網防災的預報參數、指標方面的研究。

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