At leve med en stjerne:NASA og partnere undersøger rumvejrvidenskab

NASA har længe været førende i at forstå videnskaben om rumvejr, herunder forskning i potentialet for inducerede elektriske strømme til at forstyrre vores strømsystemer. Sidste år, NASA-forskere arbejdede sammen med forskere og ingeniører fra forskningsinstitutioner og industri under et par intensive ugelange workshops for at vurdere videnskabens tilstand omkring denne type rumvejr. Dette resumé blev offentliggjort 30. januar, 2017, i journalen Rumvejr .

Storme fra solen kan påvirke vores elnet, jernbanesystemer og underjordiske rørledninger gennem et fænomen kaldet geomagnetisk inducerede strømme, eller GIC'er. Solen frigiver regelmæssigt en konstant strøm af magnetisk solmateriale kaldet solvinden, sammen med lejlighedsvise enorme skyer af solmateriale kaldet koronale masseudstødninger. Dette materiale interagerer med Jordens magnetfelt, forårsager midlertidige ændringer. Den midlertidige ændring af magnetfeltet kan skabe elektriske strømme lige under Jordens overflade. Disse er GIC'er.

Lang, tynd, metalstrukturer nær Jordens overflade - såsom underjordiske rørledninger, jernbaner og elledninger - kan fungere som gigantiske ledninger for disse strømme, får elektriciteten til at flyde lange afstande under jorden. Denne elektriske strøm kan forårsage problemer for alle tre strukturer, og det er især svært at styre i strømsystemer, hvor styring af mængden af ​​elektrisk strøm er nøglen til at holde lysene tændt. Under ekstreme forhold, GIC'er kan forårsage midlertidige blackouts, hvilket betyder, at studie af rumvejr er en afgørende komponent for beredskabsstyring.

"Vi havde allerede et ret godt greb om de vigtigste bevægelige brikker, der kan påvirke strømsystemer, " sagde Antti Pulkkinen, en rumvejrforsker ved NASAs Goddard Space Flight Center i Greenbelt, Maryland. "Men det var den første, vi havde soleksperter, heliosfæriske videnskabsmænd, magnetosfæriske fysikere, strømingeniører og embedsmænd i beredskabsledelsen alle sammen i et rum."

Selvom GIC'er primært kan forårsage problemer for strømsystemer, jernbaner og rørledninger er ikke immune.

"Forskere har fundet en positiv sammenhæng mellem geomagnetiske storme og fejlbetjening af jernbanesignalsystemer, sagde Pulkkinen, som også er medlem af det rumvejrforskningsfokuserede Community Coordinated Modeling Center med base i Goddard.

Dette skyldes, at jernbanesignaler, som typisk styrer trafikken i kryds mellem spor eller ved vejkryds, fungerer på et automatiseret lukket/åbent kredsløbssystem. Hvis et togs metalhjul er på sporet i nærheden af ​​signalet, de lukker det elektriske kredsløb, lader elektrisk strøm strømme til signalet og tænde det.

"Geomagnetisk inducerede strømme kunne lukke den sløjfe og få systemet til at signalere, at der er et tog, når der ikke er, sagde Pulkkinen.

Tilsvarende strøm, der flyder i olierørledninger, kan skabe falske alarmer, beder operatører om at inspicere rørledninger, der ikke er beskadigede eller funktionsfejl.

I elsystemer, GIC'erne fra en stærk rumvejrhændelse kan forårsage noget, der kaldes spændingskollaps. Spændingskollaps er en midlertidig tilstand, hvor spændingen i et segment af et strømsystem går til nul. Fordi der kræves spænding for at strømme, spændingssammenbrud kan forårsage strømafbrydelser i berørte områder.

Selvom strømafbrydelser forårsaget af spændingssammenbrud kan have enorme konsekvenser for transport, sundhedspleje og handel, GIC'er vil næppe forårsage permanent skade på store dele af elsystemer.

"For at der opstår permanent transformerskade, der skal være vedvarende niveauer af GIC'er, der går gennem transformeren, " sagde Pulkkinen. "Vi ved, at det ikke er sådan GIC'er fungerer. GIC'er har en tendens til at være meget mere støjende og kortvarige, så udbredt fysisk skade på transformere er usandsynlig selv under store storme."

Forskerne, der arbejdede på undersøgelsen, del af NASA Living With a Star Institute, også lavet en liste over de vigtigste ubesvarede spørgsmål inden for GIC-videnskab, mest relateret til computermodellering og forudsigelse. Gruppemedlemmernes tidligere arbejde med GIC-videnskab og beredskab er allerede blevet brugt til at forme nye standarder for elselskaber for at beskytte sig mod strømafbrydelser. I september 2016 Federal Energy Regulatory Commission, eller FERC, udgivet nye standarder, der kræver, at elselskaber vurderer og forbereder sig på potentielle GIC-forstyrrelser.

"Vi er virkelig stolte over, at vores teammedlemmer ydede store bidrag til de opdaterede FERC-standarder, " sagde Pulkkinen. "Det viser også, at USA aktivt arbejder på at adressere GIC-risikoen."