大規模な太陽嵐で世界が変わる？
1859年9月1日と2日、世界各地の電信システムが壊滅的な故障に見舞われた。電信機の操作者が感電した、電信紙が燃えた、電池を抜いても機器が操作できたなどの報告があった。
夕刻になると、オーロラ（北極光）が南はコロンビアまで見られるようになった。通常、オーロラは高緯度のカナダ北部、スカンジナビア、シベリアなどでしか見ることができない。
この日、世界が体験したのは、「キャリントン現象」と呼ばれる大規模な地磁気嵐であった。この嵐は、プラズマと呼ばれる超高温ガスの大きな泡が太陽の表面から放出され、地球にぶつかることで発生する。この気泡は「コロナ質量放出」と呼ばれる。
コロナ質量放出のプラズマは、電気を帯びた粒子である陽子と電子の雲で構成されています。この粒子が地球に到達すると、地球を取り囲む磁場と相互作用します。
この相互作用によって磁場が歪んだり弱まったりすることで、オーロラなどの不思議な自然現象が発生するのです。私は電力網を専門とする電気技術者として、地磁気嵐による停電やインターネット接続の脅威とその対策について研究しています。
地磁気嵐
地磁気嵐は1859年のキャリントン現象が最大の記録であるが、この現象だけが特別なのではない。
地磁気嵐は19世紀初頭から記録されており、南極の氷床コアから得られた科学的データによると、紀元774年頃に発生したさらに大規模な地磁気嵐（現在は「ミヤケ・イベント」として知られている）の証拠が見つかっている。この太陽フレアによって、炭素14は過去最大かつ最速で上昇した。地磁気嵐は、地球の大気圏上層部に大量の宇宙線を放出し、炭素の放射性同位体である炭素14を生成する。
ミヤケ・イベントより60%小さい地磁気嵐は、993年頃に発生した。氷床コアのサンプルからは、ミヤケ・イベントやキャリントン・イベントと同程度の強さの大規模な地磁気嵐が、平均500年に1回の割合で発生している証拠が得られている。
現在、米国海洋大気庁は、これらの太陽噴火の強さを測るために「地磁気嵐」スケールを使用している。Gスケール」は1〜5までの評価があり、G1が軽微、G5が極端である。キャリントン・イベントはG5と評価されたことになる。
キャリントン・イベントとミヤケ・イベントを比較すると、さらに恐ろしいことになります。カリントン現象は、当時の天文台が記録した地球磁場の変動から、その強さを推定することができました。しかし、三宅現象では磁場の変動を測定することはできません。そこで、当時の木の年輪に含まれる炭素14の増加量を測定しました。
その結果、ミヤケ・イベントでは炭素14が12%増加したのです。一方、キャリントン・イベントの炭素14の増加率は1%未満だったので、ミヤケ・イベントはG5キャリントン・イベントを凌駕していたと考えられます。
停電の様子
今日、キャリントン・イベントと同じ強度の地磁気嵐は、電信線よりもはるかに多くのものに影響を与え、壊滅的な打撃を与える可能性がある。電気と新興技術への依存度がますます高まる中、何らかの混乱が生じれば、何兆ドルもの金銭的損失と、システムに依存する生命へのリスクにつながる可能性がある。この嵐は、人々が毎日使っている電気システムの大部分に影響を与えるだろう。
地磁気嵐は誘導電流を発生させ、その電流は電力網を流れる。100アンペアを超えることもある地磁気誘導電流は、変圧器、リレー、センサーなど、送電網に接続された電気部品に流れ込む。
100アンペアといえば、一般家庭の電気使用量に匹敵する。この大きさの電流は、部品の内部損傷を引き起こし、大規模な停電につながる可能性がある。
1989年3月、カナダのケベック州で「キャリントン・イベント」の3倍の規模の地磁気嵐が発生した。この嵐により、ハイドロ・ケベックの電力網が崩壊した。
この嵐の間、磁気誘導による高電流がニュージャージー州の変圧器を損傷し、送電網の遮断器が作動した。このケースでは、停電により500万人が9時間にわたって停電した。
接続の断絶
電気系統の故障に加え、世界規模で通信が途絶える可能性があります。インターネットサービスプロバイダがダウンし、異なるシステム間の通信ができなくなる可能性があります。地上から航空、短波、船舶から陸上への無線など、高周波の通信システムにも支障をきたす。
地球を周回する人工衛星は、地磁気嵐による誘導電流で回路基板が焼けるなどのダメージを受ける可能性がある。その結果、衛星を利用した電話、インターネット、ラジオ、テレビに支障をきたすことになる。
また、地磁気嵐が地球を直撃すると、太陽活動の増加により、大気が外側に膨張する。この膨張により、人工衛星が周回している大気の密度が変化する。大気の密度が高くなると、衛星に抵抗がかかり、速度が低下します。そして、衛星をより高い軌道に誘導しなければ、地球に落下してしまう可能性があります。
もうひとつ、日常生活に影響を与える可能性があるのが、ナビゲーションシステムです。自動車から飛行機まで、事実上すべての交通機関は、ナビゲーションとトラッキングにGPSを使用しています。携帯電話、スマートウォッチ、追跡タグなどの携帯機器も、人工衛星から送られるGPS信号に依存しています。
軍事システムは、調整のためにGPSに大きく依存しています。オーバー・ザ・ホライズンレーダーや潜水艦探知システムなど、その他の軍事探知システムも混乱する可能性があり、国防に支障をきたすだろう。
インターネットに関して言えば、キャリントン・イベント規模の地磁気嵐は、インターネットのバックボーンを形成する海底ケーブルと地上ケーブル、および電子メールやテキストメッセージから科学的データセットや人工知能ツールまで、あらゆるものを保存し処理するデータセンターに地磁気誘導電流を発生させる可能性があります。これにより、ネットワーク全体が混乱し、サーバー同士の接続ができなくなる可能性がある。
時間の問題
地球が再び地磁気嵐に見舞われるのは時間の問題である。キャリントン・イベント級の嵐が来れば、世界中の電気・通信システムに甚大な被害を与え、停電は数週間にも及ぶだろう。
もし、ミヤケ・イベント級の嵐が発生すれば、世界的に壊滅的な打撃を与え、停電は数ヶ月に及ぶ可能性がある。NOAAの宇宙天気予報センターから宇宙天気予報の警告が出たとしても、世界には数分から数時間しか知らせないでしょう。
私は、地磁気嵐の影響から電力システムを守るための研究を続けることが重要だと考えています。例えば、変圧器のような脆弱な機器を保護する装置を設置したり、太陽嵐が来そうなときに系統の負荷を調整する戦略を開発したりすることが挙げられます。つまり、次のキャリントン・イベントによる混乱を最小化するために、今から取り組むことが重要なのだ。
ミシシッピ州立大学電気工学科臨床助教授 デイビッド・ウォレス。
この記事は、クリエイティブ・コモンズ・ライセンスの下、The Conversationから転載しています。元記事を読む
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