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百年一遇太阳能风暴:2013电网将受大“烤”验

来源:本站整理 | 点击: | 录入时间:2013/3/20

 

近日NASA(美国国家航空航天局)发出警告称,地球将遭受一场百年一遇的超级“太阳风暴”大爆发,超大规模日冕喷发所产生的巨大闪焰瞬间撞击地球磁层,相当于百枚氢弹的爆炸威力,届时全球将会由于电网崩溃而陷入大范围的停电,电子通讯网络将全部无法使用,如果恶梦成真,人类生活将发生历史性的大倒退,而这一切,即将在2013年的某日发生……
历史上著名的太阳风暴大爆发对世界电力及通讯系统的危害
自有科学的天文观测以来,人类曾多次观测到大规模的太阳风暴奇观,当人们感叹大自然造物的无穷魅力的同时,亦不能忽略其带给人类的巨大伤害。在几次比较著名的事件中,都对与人类生活息息相关的电力、通讯系统产生过不小的影响:
最早的一次发生在19世纪-1859年发生的太阳风暴,史称“卡林顿事件”。当时的英国天文学家理查德?卡灵顿第一次发现了大规模的太阳耀斑现象,而此次的太阳风暴则对当时才刚刚形成的电报网络造成了严重影响,甚至引发电报员触电、电报纸燃烧的严重情况,值得庆幸的是,由于当时的社会还不像现代社会那样对电力有着过度的依赖性,因此造成的损失还相当有限。
如果说19世纪的那一次事件还只是牛刀小试,那么,发生在1989年的超级太阳风暴所造成的灾害则大得多。1989年3月,超级太阳风暴袭击了加拿大魁北克电站,变压器被烧毁,很多近地卫星和同步轨道卫星发生异常、轨道改变、甚至报废。全球无线电通信受到干扰或中断,轮船、飞机的导航系统失灵,美国国防部的一些重要卫星瘫痪。此次爆发使加拿大魁北克省和美国新泽西州的供电系统受到破坏,造成的损失超过10亿美元。
无独有偶,2003年10月28日,太阳再次向世人展示出它那无比的威力。强烈的太阳耀斑爆发及与之相伴的强大日冕物质喷射造访了地球,导致了电力系统出现大范围的电压控制失灵、变压器损害故障,美国北部和加拿大一些电网出现了电流急冲现象,卫星等通讯系统完全失灵。
本次太阳大爆发对电网及通讯系统的灾害研究及预测
早在2008年时,NASA(美国国家航空航天局)就曾预测过下一次大爆发的准确时间是在在2012年9月22日。而直至最近,科学家们才修正了时间,从2012年推迟至2013年5月。
NASA的科学家指出,2013年太阳将从“深沉睡眠”中苏醒,届时,产生的太阳耀斑将给地球磁场造成前所未有的破坏。据预测,本次大爆发就好似一次隐形的超级飓风,由于现代社会对电力的依赖性远比19世纪的第一次碰撞时要来的大,因此,大部分的国家,特别是北欧、美国等发达国家将遭受比较严重的损失。据保守估计,可能达到2005年袭击美国新奥尔良的卡特里娜飓风所造成损失的20倍以上(当时飓风重创了新奥尔良,造成1250亿美元的损失)。
“我们知道这场风暴即将发生,只是不确定它到底有多严重,”美国宇航局华盛顿总部科学任务委员会的费舍尔博士说。该委员会专门调查太阳活动对地球的影响,他们利用十几颗卫星研究可能造成的威胁。“它将扰乱通讯设备,例如卫星、汽车导航、空中飞行、银行系统、个人电脑,以及一切电子化的产品。”费舍尔说。更可能的情景是,大规模地区,包括北欧和英国拥有较为“脆弱”电网的国家和地区,将断电并无法使用电子设备达数小时,或可能数天。
另一方面,对于全球通讯系统而言,也将面临一次严峻的挑战。大规模的高能粒子辐射将造成电离层高度下降、形态改变等地球的环境形态变化,使许多近地卫星和同步卫星轨道卫星发生异常、轨道的改变,甚至直接报废,全球无线电通讯受到干扰或中断。2006年12月13日发生的太阳风暴就曾对我国短波无线通信造成过严重影响,广州、海南、重庆等地的通讯中断达3小时以上,同时,风云一号气象卫星、亚太二号气象卫星等直接关乎民生大计的重要卫星系统也受此影响,故障频出。
多国均已采取预防措施
由于担心太阳风暴给地球带来严重影响,科学家开始密切监测太阳。如果能对太阳风暴吹袭时间有更多了解,地面上就可以选择关闭正在执行任务的卫星的电子信号,能源公司也能针对此出台发生大规模停电时的“b计划”,宇航员则可以错开太空行走的时间,以将影响降到最低。
1.英国:利用电脑模型预测影响
英国兰开夏大学的科学家正在利用电脑模型研究,2013年太阳风暴将会对英国全国电网造成何种程度的打击。而建立在英国牛津郡的卢瑟福?阿普尔顿研究室也在与美国政府合作,以试图更精确预测最强太阳风暴影响地球的时间。
2.美国:发射卫星24小时监测太阳
由于太阳风暴的速度、密度以及频率都非常不稳定,更精确预测其规模成为太阳科学研究的“圣杯”。NASA的太阳动态观测卫星(SDO),于2010年2月从佛罗里达卡纳维尔角的空军基地发射升空,进入距离地表约3.6万公里的地球同步轨道,以便能24小时监测太阳。与此同时,美国政府已经意识到这种威胁并称已经准备好应对措施,其中包括关闭国家电网边缘的某些变压器设施以提高整个电网的电压水平,关闭某些重要的卫星通讯系统或将其切换至安全工作模式。
3.中国:将启动“夸父计划”的太阳探测计划
中国在2012年启动命名为“夸父计划”的太阳监测卫星计划,又称为“空间风暴、极光和空间天气”探测计划,该计划的实施可有效提高空间天气灾害预报的准确度,并帮助人类对太阳活动进行预测预报,以便提前采取相应的防护措施。如果按期实施,该计划将是世界上唯一一个系统的日地空间探测计划。
太阳风暴对电网的破坏从两方面发生:
1、太阳风暴是高能离子流,发出来的粒子是带电的,而且速度很高。这些离子会导致空气电离,破坏空气的绝缘性,使电网短路,烧毁电网设备。
2、太阳风暴的带电粒子的运动,相当于电流流动,强大的离子流会产生强烈的磁场,形成磁暴,磁暴在电线中又形成冲击电流(磁电感应),会烧毁电网设备。
我国应对太阳能风暴对电网冲击的研究
十几年来,在国家自然科学基金、国家863计划等项目支持下,我们对太阳风暴对我国电网的可能影响有所认识,取得了一些成果,除了理论问题研究之外,包括获得了一些220千伏、500千伏电网磁暴干扰数据等。也不是没有技术手段,是技术手段不好防,包括在电网加入很多防治装置,还可能带来新的或者更大的安全问题隐患,这可能是国外一些影响问题严重国家的科学家频频发布警告、甚至感到有些惶恐的原因吧。
最近,我国科技部发布的基础研究十二五规划,把空间灾害天气研究提高到很高的高度。我们针对电网的建议是,像高纬国家一样,先加强对电网磁暴干扰的监测,获得更多、范围更大的实测数据,积累、借助实测数据开展研究,包括风险评估以及尝试电网灾情、灾害预测预报研究。
如果能准确预测预报太阳风暴的电网效应,还是可以通过调控可能过载线路的负荷、控制变压器过载等策略防灾的,这也是最经济、最有效的防范手段。
现在,国内外关注太阳风暴影响的空间物理科学家很多人在研究空间灾害天气的预报问题,我们也在尝试做一些适应电网防灾的预报参数、指标方面的研究。