Давайте пополним список наших страхов...

Это случилось 28 августа 1859 года.
С 28 августа и вплоть до утра 1 сентября 1859 года по Гринвичу на нашем Солнце наблюдались многочисленные пятна и вспышки. Уже сама по себе эта активность светила была сверхнормальной и порождала постоянные помехи и наводки в линиях проводного телеграфа.
Сразу после полудня 1 сентября британский астроном Ричард Кэррингтон наблюдал наибольшую вспышку на Солнце, которая вызвала крупный корональный выброс массы. Об этом событии у нас остался даже скромный рисунок самого астронома, который показывает крупную группу солнечных фотосферных пятен, достаточно нехарактерную для спокойной жизни нашего светила:




Мощнейший коронарный выброс 1 сентября устремился к Земле и достиг её всего лишь через 18 часов, что очень быстро для обычного выброса, затрачивающего на дорогу до Земли обычно 3–4 дня. В отличии от постоянных фотонов солнечного света, коронарные выбросы, фотосферные вспышки и протуберанцы нашего Солнца порождают ещё и выбросы заряженных частиц — протонов и электронов, которые, хотя и движутся со скоростями, меньшими скорости света, но даже на скоростях в доли процентов от световой скорости обладают чудовищной энергией.

Нетрудно посчитать, что время подлёта коронарного выброса в 17,6 часов при времени «светового расстояния» от Солнца до нашей планеты в 500 секунд даёт нам 0,8% световой скорости протонов и электронов в выбросе 1 сентября 1859 года. Кроме того, дополнительным фактором скорости выброса являлось и то, что предыдущие коронарные выбросы расчистили путь для вспышки 1 сентября, буквально сметя межпланетный газ на всех 150 миллионах километров от Солнца до Земли, в результате чего заряженные частицы солнечного ветра практически не тратили энергию на столкновения с атомами межпланетного газа.
В итоге наша планета испытала один из самых мощных ударов солнечного ветра за всю письменную историю. И, как выяснилось, самый мощный в индустриальное время.


Начиная с вечера 1 сентября на Земле начался сущий ад, который продлился весь день 2 сентября и получил впоследствии название «события Кэррингтона». Крупнейшая за всю историю регистрации геомагнитная буря вызвала массовый отказ телеграфных систем по всей Европе и Северной Америке.


Картина Фредерика Эдвина Чёрча «Северное сияние» (1865 год), написанная, возможно под впечатлением солнечного шторма 1859 года.

Мощные северные сияния наблюдались по всему миру, даже над Карибскими островами и над Флоридой, для широты которых при обычных условиях северное сияния является невозможным событием. Интересно и то, что над Скалистыми горами в континентальной части США (широта Украины и нижнего Поволжья) они были настолько яркими, что свечение атмосферы разбудило золотоискателей, которые начали готовить завтрак, думая, что уже наступило утро.
На улицах Нью-Йорка и Филадельфии, согласно сообщениям, люди могли читать газеты в ночь с 1-го на 2-е сентября. Северное сияние меньшей, но видимой силы отмечали над Сенегалом, Мавританией, Либерией, Кубой, Гавайями и югом Австралии.

Пострадали и нарождающиеся сети молодого индустриального мира: проволочный телеграф, будучи практически единственным средством связи того времени, вышел из строя по всей Европе и Северной Америке, некоторые телеграфисты, пытаясь воспользоваться телеграфными ключами, получали удар электрическим током ощутимой силы.
Телеграфные столбы искрили вовсю, но были и интересные обратные эффекты — часть телеграфных линий смогла продолжить работу даже после того, как телеграфисты отключили от них источники внешнего питания: телеграфный сигнал передавался за счёт электромагнитной наводки магнитосферы Земли в протяжённой линии.

Северное сияние продолжилось и в ночь со 2-го на 3-е сентября практически по всему северному полушарию. Согласно воспоминаниям очевидцев, в эту ночь оно было даже более красивым, в отличии от предыдущей ночи занимая в средних широтах практически весь видимый небосвод. В результате его яркость визуально во много раз превосходила яркость полной Луны, что вызвало практически повсюду в мире «ночь без сна» — люди до утра наслаждались бесплатным уникальным зрелищем, обычно доступным лишь жителям высоких широт.

Согласно первым оценкам, проведенным уже в ХХ веке, Dst-индекс геомагнитной активности (англ. Disturbance Storm Time Index) во время бури 1859 года достигал уровня в −1760 нТл. Позднейшие исследования снизили начальную оценку силы «события Кэррингтона» с - 1760 нТл до -900 нТл, однако даже это минимум в полтора раза превосходит самое сильное геомагнитное событие ХХ века, произошедшее 13 марта 1989 года, когда параметр Dst достигал уровня в -640 нТл.
На пике события Кэррингтона через каждый квадратный сантиметр магнитосферы Земли пролетало 1,9*1010 протонов в секунду, при этом их средняя энергия составляла более 30 МэВ.


Представление художника о солнечном шторме над современным Лондоном, обычно расположенным южнее зоны северных сияний.

Однако, многовековые льды Гренландии и Антарктики, как оказалось, прятали в себе свидетельства ещё более мощных солнечных вспышек. Следы двух мощнейших вспышек на Солнце, которые произошли в VIII и X веках нашей эры и которые, произойди они сегодня, вывели бы из строя большую часть электроники и многие системы связи на Земле, были обнаружены в континентальном льде Гренландии и Антарктики, о чём говорится в статье, опубликованной в журнале Nature.

«Если бы такие мощнейшие геомагнитные бури ударили по Земле сегодня, то они бы крайне разрушающим образом сказались на работе электростанций и электросетей, системах связи и на коммуникационных спутниках на околоземной орбите. Их сила была настолько выше того, что мы видели за все время существования цивилизации, что нам следует полностью пересмотреть то, насколько опасными мы считаем подобные бури», — утверждают авторы данного исследования.
Согласно их заключениям, вспышки 774 и 993 годов характеризовались протонами с энергией более 100 МэВ, а их интенсивность минимум вдесятеро превосходила мощь события Кэррингтона.

Учёные пришли к такому выводу, пытаясь раскрыть причины двух загадочных явлений, открытых три года тому назад японскими физиками при изучении стволов древних кедров, росших на территории Японии в средние века.


Ямон суги — самый старый японский кедр на острове Якушима.

Изучая структуру, химический и изотопный состав каждого годичного кольца, ученые из Японии обнаружили, что в слоях, соответствующих 774–775 годам нашей эры, содержится огромное количество радиоактивного углерода–14. минимум в двадцать раз превосходящее самые значительные отклонения, характерные для годов активного Солнца.

Его присутствие указывало на то, что в это время произошла или мощнейшая вспышка на Солнце, или же взрыв сверхновой неподалеку от Земли, однако у ученых в 2012 году ещё не было достаточного числа доказательств в пользу той или иной теории. Чуть позже так же самая группа ученых нашла следы аналогичного события, которое случилось чуть позднее, в 993 или 994 году нашей эры и тоже оставило свой след в древесине древних кедров.

Группа Раймунда Мушелера, которая провела исследование полярных льдов независимо от японцев, выяснила, что события 774 и 993 годов были порождены мощнейшими вспышками активности на Солнце, изучая керны льда, собранные на территории Гренландии и Антарктики.

Многовековые льды, как объясняют авторы статьи, содержат в себе небольшое, но заметное количество бериллия–10 – радиоактивного изотопа этого металла, который образуется только в атмосфере Земли в результате столкновения разогнанных космических частиц с атомами азота в результате быстрой серии радиоактивных распадов. В силу того, что бериллий не имеет газообразных форм при обычных температурах, образовавшийся в верхних слоях атмосферы металл выпадает практически сразу на Землю с осадками.  А большой период полураспада, около 1,36 миллиона лет, позволяет использовать долю бериллия–10 в качестве индикатора активности Солнца и интенсивности бомбардировки Земли космическими лучами с очень высокой точностью. Бериллий-10 при этом оказывается пойманным в ловушку полярного льда, который год за годом оседает в виде снега и дождя на ледяные щиты Гренландии и Антарктиды.


Центральная часть Гренландского ледяного щита хранит в себе 100 000 лет земной истории.

Как объясняют физики, сама по себе доля бериллия–10 во льдах не говорит в пользу той или иной теории. Здесь на помощь приходит другой «космический» изотоп – хлор–36, чьи атомы появляются в атмосфере совершенно иным путем. К примеру, в случае, если бы эти события были порождены Солнцем, то тогда доли бериллия и хлора повысились бы одинаковым образом, а если бы их «родителем» была гамма–вспышка и близкий взрыв сверхновой – то выросла бы концентрация только хлора-36.

Именно на основании соотношения беррилия-10 и хлора-36 ученые смогли выяснить, что обе аномалии, 774 и 993 годов, возникли в результате бомбардировки Земли мощным потоком солнечных протонов, чьи типичные энергии, судя по соотношению долей бериллия–10 и хлора–36, превышали 100 МэВ.

Самым разрушительным, судя по всему, было событие 774 года, которое превосходило мощнейщие солнечные вспышки ХХ века (в том числе и событие 1989 года) минимум в 140 раз, а событие 993 года было чуть скромнее, превзойдя  типичную вспышку класса Х на Солнце «всего лишь» в 50 раз.

Чем же грозит нам такой «идеальный солнечный шторм» сегодня?

Так, весьма уязвимой для солнечного ветра оказывается бортовая электроника спутников связи и систем глобального позиционирования. Спутники, однако, пока что отвечают лишь за ограниченную часть нашей жизни, и хотя сбои в их работе могут иметь весьма неприятные последствия (например, во время солнечной вспышки скорее всего перестанут работать системы GPS и ГЛОНАСС), но вероятность техногенной катастрофы по причине выхода из строя этой части техносферы относительно невелика.

Непосредственной причиной технологической катастрофы могут стать индукционные токи, возникающие на Земле, в протяженных линиях электропередачи из-за колебаний магнитного поля, вызванного солнечным ветром. На стадии проектирования энергосетей подобные эффекты в качестве факторов риска пока обычно не рассматриваются — или рассматриваются, но в достаточно ограниченных пределах, нехарактерных для катастрофических солнечных событий.
Наиболее уязвимыми для солнечного ветра объектами энергосетей становятся трансформаторы, преобразующие ток электростанций в ток высокого напряжения и обратно — от высокого напряжения линий передачи до напряжений, используемых в быту.
Возникающие в линиях электропередачи дополнительные токи способствуют тому, что зависимость намагниченности сердечников трансформаторов от скорости изменения магнитного потока в них становится нелинейной. В результате сильно возрастает выделение тепла, и в итоге начинает плавиться и пробиваться изоляция обмоток трансформаторов, что вызывает замыкание и пожар.


Взрыв и пожар силового трансформатора в Аризоне, США.

Именно из-за таких процессов сгорели трансформаторы канадской провинции Квебек в марте 1989 года, во время самого мощного солнечного шторма ХХ века. Тогда шесть миллионов людей в Канаде оказались лишенными электричества почти на шесть часов. Ситуация осложняестя тем, что в современных энергосетях электрическая энергия передается при высоком напряжении, что минимизирует потери, но это же обстоятельство и повышает их чувствительность к изменениям «космической погоды». Кроме того, как мы помним, вспышки 774 и 993 года были как минимум в 50-100 раз сильнее события 1989 года — в силу чего потенциальные проблемы с энергосистемой будут гораздо более масштабными и затронут гораздо большую территорию.

Анализируя подобные сценарии, надо учесть, что такой мощный катаклизм космической погоды может привести к выходу из строя практически всех высоковольтных трансформаторов. Например, в энергосистеме США их всего лишь около трехсот штук. Проблема этих трансформаторов в том, что на них завязаны не только «рядовые» потребители, но и масса критических точек — как в части потребления, так и в части производства электроэнергии. При этом такие высоковольтные трансформаторы в случае удара солнечной вспышки сгорят течение всего лишь полутора минут, что будет означать прекращение доступа к электроэнергии практически всего населения США и полный развал энергосистемы, на фоне которой блэкаут Нью-Йорка после разрушительного удара урагана Сэнди покажется просто-таки «детским утренником».


Остров Манхеттен после удара урагана Сэнди.

Восстановить работоспособность сгоревших трансформаторов за несколько часов уже не удастся. Скорее всего, в силу того, что данные трансформаторы отнюдь не всегда имеют 100% резервирование, часть энергосистемы надо будет восстанавливать месяцами, а то и годами, изготавливая новое оборудование взамен утраченного. Но, в любом случае, даже аварийный ремонт займёт при таком масштабе аварии минимум несколько дней. Независимые источники питания, кроме дизельных генераторов, успеют за это время иссякнуть. Все холодильники разморозятся, и практически все города надолго останутся без продовольствия. Деятельность всех социальных служб — полиции, медицинской помощи, пожарной охраны — окажется парализованной. Прекратится любая телекоммуникация: ни радио, ни телевидения, ни телефонов. Тем самым возникнут идеальные условия для бандитов, грабителей и мародеров. Сохранять хоть какое-то подобие социального порядка окажется невозможным.
Впрочем, недавняя энергоблокада Крыма вполне показала всем нам сценарий того, что происходит со сложным технологическим обществом в момент «конца электрического света». Пусть и неполного.

Альтернативой к такому катастрофическому сценарию является принудительное отключение энергетических систем попавших под удар стран, которое позволит избежать катастрофических разрушений, но одновременно вынудит человечество пережидать «идеальный шторм» при свечах и светодиодных фонариках.

И для того, чтобы реализовать все необходимые отключения, по опыту события Кэррингтона, нам будет отпущено всего около 18 часов.
А если ударит с силой 774 или хотя бы 993 годов — то, возможно, и даже меньше.
Ведь всё определяется лишь энергией протонов и их скоростью приближения к нашей спящей Земле.

alex_anpilogov