¿Puede una eyección de masa coronal ( CME ) causar un apagón en la Tierra y por qué es así? ¿Cuál es la relación entre las radiaciones electromagnéticas y los aparatos eléctricos y electrónicos? ¿Qué le hace exactamente al aparato?
Los eventos meteorológicos espaciales, como las CME, pueden causar variaciones rápidas (de segundos a decenas de minutos) en el campo geomagnético de la Tierra, lo que puede inducir un campo eléctrico en la superficie de la Tierra. Este campo eléctrico induce corrientes eléctricas en la red eléctrica y otros conductores (puestos a tierra). Una consecuencia de esto podría ser el agotamiento del transformador u otras inestabilidades de la red. Es poco probable que el aparato en sí se vea afectado, pero su fuente de alimentación podría estarlo.
De "Comprender el clima espacial y la física detrás de él" de Dolores Knipp:
La cadena de eventos para los GIC comienza con un campo magnético externo a la Tierra variable en el tiempo que induce corrientes eléctricas en el material conductor sobre y debajo de la superficie. Estas corrientes suelen ser más fuertes en los electrochorros aurorales, pero las regiones tropicales podrían sentir un efecto similar de corta duración causado por un electrochorro anómalo creado por severas compresiones del campo magnético del lado diurno de la Tierra.
Como consecuencia de la Ley de Inducción de Faraday, un campo eléctrico en la superficie de la Tierra es inducido por las variaciones temporales del campo magnético. El campo eléctrico superficial hace que los GIC fluyan hacia cualquier material conductor.
Es poco probable que estos eventos solares provoquen la falla de un transformador (aunque no es imposible). En cambio, generalmente vemos que los transformadores en las latitudes altas tienen una vida útil significativamente más corta. Es probable que esto se deba a la exposición repetida de GIC de bajo nivel, en lugar de los "súper" eventos únicos. De hecho, (nuevamente del libro de Knipp):
Estadísticamente, la tasa de falla [de los transformadores] sigue el ciclo solar, pero con un retraso de tres años.
El ejemplo clásico es el de la red Hydro-Quebec de 1989 (ver [Bolduc, 2002][1]).
Los efectos GIC también se pueden ver en tuberías que intensifican los problemas de corrosión existentes en ciertos puntos. Y también en ferrocarriles, por el carácter largo y continuo de la red. Un ejemplo, de julio de 1982, fue que un cambio en el voltaje asociado con GIC hizo que los sistemas de seguridad asumieran que un tren estaba cortocircuitando los rieles. También hizo que las señales de tráfico cambiaran de color. La cantidad de corriente que se induce en la red puede variar entre 10 y 100 amperios [Bolduc, 2002; Lloyds, 2010][1,2], pero la cantidad exacta depende de una variedad de factores que incluyen la gravedad de la tormenta, las condiciones geológicas y la latitud.
Sin embargo, existen muchos más impactos potenciales de un impacto de CME en la Tierra que solo un posible apagón, estos incluyen: impactos de radiación en satélites, radiación ionizante en pasajeros/tripulación de aeronaves, impactos en GNSS y otros sistemas de comunicación por radio.
Las CME aumentan los flujos de partículas de radiación en la Tierra. Para los satélites, los electrones causan carga electrostática y falso envejecimiento. Esto es particularmente problemático para los satélites en órbita geoestacionaria. Los satélites en órbita terrestre baja (LEO) están más protegidos, pero aún pueden verse afectados, especialmente en latitudes altas. Estos efectos también pueden penetrar más abajo en la atmósfera terrestre y afectar a los pasajeros/tripulación de las aerolíneas. Se espera que una persona a bordo de un avión comercial, volando a altitudes "normales", experimente los mismos efectos de radiación durante una tormenta solar que al someterse a una tomografía computarizada de tórax. Este "solo" aumenta el riesgo de cáncer de por vida en 1 en 1,000, pero sigue siendo una consecuencia que vale la pena considerar. También es una de las razones por las que se aconseja a las mujeres hasta la semana 12 de embarazo que no vuelen.
Por último, los fenómenos meteorológicos espaciales (como las CME y las erupciones solares) tienen un efecto importante en la ionosfera de la Tierra. El aumento de la radiación solar ioniza la atmósfera, creando más electrones libres. Estos electrones libres interactúan con las señales de radio y pueden refractarlas o incluso reflejarlas. Los sistemas que trabajan entre 10 MHz y 2 GHz, van a experimentar fallas o pérdida total de comunicación. Para GNSS, la ionosfera se tiene en cuenta en el día a día. Sin embargo, durante las tormentas solares, la refracción de la señal por parte de la ionosfera puede provocar un error de posición de 10 s a 100 metros. Estos eventos tampoco se disipan instantáneamente. La ionosfera podría tardar varios días en volver a las condiciones "normales" y el GNSS volverá a funcionar como se esperaba.
Ha habido una serie de estudios que han analizado las consecuencias de los eventos climáticos espaciales severos ("supertormentas" solares) en la infraestructura de la Tierra. Uno fue publicado en el Reino Unido el año pasado por la Royal Academy of Engineering, que está disponible en línea, en su totalidad, aquí . Lo cual recomiendo si desea una descripción más detallada del clima espacial y sus posibles impactos.
Editar (1): he proporcionado más información física según lo solicitado por Brandon.
Editar (2): detalles actualizados sobre la cantidad de corriente inducida.
[1]: Bolduc, L. (2002), Observaciones y estudios de GIC en el sistema de energía Hydro-Québec, J. Atmos. Sol. Tierra Phys., 64, 1793-1802.
[2]: Lloyds (2010), Clima espacial; Su impacto en la Tierra e implicaciones para los negocios. http://www.lloyds.com/~/media/lloyds/reports/360/360%20space%20weather/7311_lloyds_360_space%20weather_03.pdf
Nosotros (colegas míos y yo en la NASA) hicimos un estudio recientemente para investigar los impactos de un evento similar al de Carrington. Afortunadamente, la forma en que funcionan nuestras redes eléctricas deja una gran cantidad de protecciones no deseadas en el sistema. La historia sobre la tormenta de $ 3 billones (USD) a la que se puede estar refiriendo asumió que estas protecciones (¿involuntarias?) (es decir, si un transformador se funde, todo el resto en una red tiende a dispararse en lugar de explotar también) fallaron y perdimos 150 transformadores de estaciones de transferencia (es decir, del tamaño de casas pequeñas que tardan meses en construirse y cuestan millones de dólares estadounidenses).
El motivo de preocupación se relaciona con las corrientes inducidas por tierra (GIC). Es un principio similar que hace que se forme un arco eléctrico cuando desenchufas una tostadora que está encendida. Debido a la geometría dipolar del campo magnético de la Tierra y la dirección desde la cual ocurriría un impacto CME, los lugares que experimentan los efectos más fuertes se encuentran en latitudes altas (es decir, cerca de los polos). Por lo tanto, como era de esperar, países como Noruega están invirtiendo mucho dinero en la investigación de este tema porque han tenido problemas con los GIC en sus redes eléctricas y tuberías (básicamente, cualquier conductor largo es susceptible y el efecto es proporcional a la longitud de el conductor).
Por el contrario, en este mismo estudio encontramos que nuestros satélites no serían tan afortunados. Cualquier cosa dentro o fuera de la órbita geosíncrona en el lado diurno (es decir, el lado que mira hacia el sol) de la Tierra podría sufrir daños irrecuperables por radiación y electricidad. Esto podría causar potencialmente una enorme cantidad de daño, financiero y físico, a nuestra infraestructura satelital. El impacto lo sentiría cualquier persona con un teléfono celular, TV, Internet o aquellos que dependen del GPS (p. ej., la mayoría de las aerolíneas militares y comerciales).
Entonces, la idea más reciente es que nuestros satélites son muy vulnerables, pero nuestras redes eléctricas pueden no ser tan vulnerables como pensábamos originalmente (aunque todos estos problemas son increíblemente difíciles de modelar y predecir, así que tome mis comentarios con pinzas).
El impacto en la magnetosfera de la Tierra hace que fluctúe y eso induce altas corrientes en cosas como las líneas eléctricas. Estos son potencialmente tan grandes que pueden hacer que los pararrayos se disparen y cierren partes de la red eléctrica. Un evento de Carrington sería tan grande que podría derretir los transformadores de energía de la red y causar daños masivos que podrían tardar meses en repararse.
Sí. Ver " El apagón de Quebec ", Nasa News, 13 de marzo de 2009
El viernes 10 de marzo de 1989, los astrónomos presenciaron una poderosa explosión en el sol. En cuestión de minutos, las fuerzas magnéticas enredadas en el sol habían liberado una nube de gas de mil millones de toneladas. Era como la energía de miles de bombas nucleares explotando al mismo tiempo. La nube de tormenta salió disparada del sol, directamente hacia la Tierra, a un millón de millas por hora. La erupción solar que acompañó al estallido provocó de inmediato interferencias de radio de onda corta, incluida la interferencia de las señales de radio de Radio Free Europe en Rusia. Se pensó que las señales habían sido bloqueadas por el Kremlin, ¡pero solo era el sol actuando!
En la noche del lunes 12 de marzo, la gran nube de plasma solar (un gas de partículas cargadas eléctricamente) finalmente golpeó el campo magnético de la Tierra. La violencia de esta 'tormenta geomagnética' provocó espectaculares 'luces del norte' que se podían ver tan al sur como Florida y Cuba. La perturbación magnética fue increíblemente intensa. De hecho, creó corrientes eléctricas en el suelo debajo de gran parte de América del Norte. Justo después de las 2:44 am del 13 de marzo, las corrientes encontraron una debilidad en la red eléctrica de Quebec. En menos de 2 minutos, toda la red eléctrica de Quebec se quedó sin energía. Durante el apagón de 12 horas que siguió,...
Tenga en cuenta que la forma en que fallaría un transformador no se debe directamente a la corriente inducida. Más bien, lo que sucede es que estas corrientes inducidas magnetizan el núcleo del transformador (las corrientes, por supuesto, no son corrientes de CC constantes, pero la frecuencia es tan extremadamente baja que, durante un período de muchos minutos, pueden considerarse efectivamente corrientes de CC). Esto hace que la transmisión de energía a través del transformador sea un poco menos eficiente, una mayor parte de la energía de la central eléctrica ahora se disipará en forma de calor, y eso puede ser suficiente para hacer que el transformador explote debido a la potencia extremadamente alta que es. transmitido a través del transformador.
kyle kanos