Đăng ký thành viên

Thời tiết vũ trụ đầy giông bão: Phơi bày điểm yếu của lưới điện

Bão Mặt trời làm gián đoạn lưới điện và gây mất điện. Các nhà nghiên cứu tại Đại học bang Oregon có một công cụ để tiên đoán các khu vực dễ bị đe dọa và ngăn ngừa các rắc rối.

Khi hoạt động của Mặt trời gây ra các phun trào vật chất và năng lượng Mặt trời, một cơn bão Mặt trời có thể hình thành. Các cơn bão này bao gồm các đợt bùng phát Mặt trời và các vụ phun trào khối lượng vành nhật hoa (CME), vốn là các vụ phóng plasma lớn và các trường từ từ vành nhật hoa của Mặt trời. Khi các bức xạ Mặt trời này tương tác với trường từ của Trái đất, chúng có thể gây ra các cơn bão địa từ, làm gián đoạn truyền thông bằng vệ tinh, các lưới điện và các công nghệ khác. Bỏ qua thời tiết vũ trụ, coi nó như một thú vui mới lạ trên bầu trời là không thể được. 

Các nhà nghiên cứu tại Đại học bang Oregon (OSU) đã hoàn tất một dự án nghiên cứu kéo dài 20 năm bằng việc lập một bản đồ lớp vỏ và lớp phủ của Trái đất trên khắp nước Mỹ. Bản đồ này sẽ giúp cung cấp những thông tin quan trọng về cách các dòng điện địa từ tương tác với lưới điện và nhận dạng các địa điểm ở Mỹ đặc biệt dễ bị đe dọa bởi thời tiết vũ trụ. 

Bắc cực quang (Ánh sáng Bắc cực) tại bang Alaska, Mỹ, trong một sự kiện thời tiết vũ trụ (Ảnh st)

Hiểu về mối đe dọa của thời tiết vũ trụ

Thời tiết vũ trụ và bão Mặt trời là những mối đe dọa có thể tấn công gần chúng ta. Một số cơn bão đã đi vào lịch sử, như cơn bão Mặt trời nổi tiếng tấn công Trái đất từ ​​ngày 19/10 đến ngày 7/11/2003. Các đợt bùng phát Mặt trời và các CME đã phun trào dữ dội từ nhóm vết đen Mặt trời 486. Vụ phun trào này cực kỳ lớn và hoạt động mạnh, tạo ra nhiều đợt bùng phát loại X, loại bùng phát mặt trời mạnh nhất. Đây là một trong những sự kiện thời tiết vũ trụ mạnh nhất được ghi nhận trong lịch sử.

Khi CME đến Trái Đất, chúng gây ra các cơn bão địa từ nghiêm trọng, vốn là những nhiễu loạn trong từ quyển của Trái Đất. Các cơn bão đã đạt đến G5, mức cao nhất trong thang bão địa từ, cho thấy các điều kiện cực đoan. 

Hoạt động địa từ mãnh liệt này đã cảm ứng các dòng điện mạnh trong lớp vỏ Trái đất, có thể làm quá tải các máy biến áp và các cơ sở hạ tầng quan trọng khác trong lưới điện.

Trong một sự kiện thời tiết vũ trụ mạnh hơn một sự kiện từng thấy trong 30 năm, Trái đất một lần nữa bị cuốn vào một cơn bão Mặt trời vào tháng 5/2024. Cơn bão đã gây ra các cực quang có thể nhìn thấy được ở xa các cực, với các báo cáo về việc nhìn thấy cực quang ở xa về phía nam như bang Florida và vùng Caribe. Nhưng quan trọng hơn, lưới điện đã bị gián đoạn, nhiều vệ tinh đã bị thiệt hại và nhiều rắc rối GPS đã buộc một số nông dân phải tạm dừng hoạt động.  

Dự án bảo vệ thời tiết vũ trụ của OSU 

Các nhà nghiên cứu tại OSU đã chủ động làm việc để lập bản đồ các đặc tính điện của lớp vỏ và lớp phủ Trái đất. Với dữ liệu này, họ đã tạo ra một bản đồ địa điện 3D rất quan trọng để bảo vệ lưới điện trong các cơn bão Mặt trời và các xung điện từ cực độ. Bản đồ 3D này hiển thị độ sâu 300km từ bề mặt vào lớp vỏ Trái đất, giúp cung cấp cái nhìn toàn diện về cấu trúc địa điện của lục địa này.

Các nhà nghiên cứu đã khảo sát một cách có hệ thống diện tích đất liền của Mỹ, khảo sát bằng điện trong một mô hình được đánh dấu theo các khoảng cách 70km.

Hình mẫu lưới điện mà các nhà nghiên cứu dựa vào khi hoàn tất cuộc khảo sát (Ảnh st)

Với cái nhìn toàn diện như vậy về lớp vỏ và lớp phủ, chúng ta có thể hiểu rõ hơn và cuối cùng là tiên đoán cách các dòng điện cảm ứng địa từ có thể tác động đến sự hoạt động của lưới điện. Khi trường từ của Trái đất biến động, nó cảm ứng các trường điện trong các vật liệu dẫn điện. Vì lớp vỏ và lớp phủ của Trái đất chứa các khoáng chất và kim loại dẫn điện, nên chúng là các môi chất hoàn hảo cho quá trình này. Các biến đổi trong trường từ khiến các vật liệu này tạo ra các dòng điện, đó là các dòng điện cảm ứng bằng địa từ. 

Nghiên cứu của OSU đã hé lộ một vùng đặc biệt dễ bị tổn thương ở Bờ biển phía Đông kéo dài từ bang Washington DC đến bang Georgia, nơi mà cấu trúc lớp vỏ khiến cho toàn bộ vùng đó dễ bị tổn thương hơn đối với gián đoạn lưới điện trong một sự kiện thời tiết không gian. 

Lỗ hổng này cũng liên quan đến các mối đe dọa an ninh quốc gia tiềm ẩn, vì có thể cố ý kích nổ các vũ khí xung điện từ để gây hại cho chức năng lưới điện. Mặc dù loại vũ khí như vậy chưa được triển khai, nhưng chờ đợi cho đến khi nó có thể gây lo lắng cho việc bảo vệ có thể gây ra hậu quả thảm khốc. Một vài công ty đã tuyên bố rằng họ đã phát triển một siêu vũ khí xung điện từ siêu đẳng, khiến công trình của OSU trở nên quan trọng trong việc bảo vệ chống lại các cơn bão Mặt trời trong thiên nhiên và các mối đe dọa an ninh quốc gia. 

An ninh lưới điện không phải là phản ứng với sự cố mà là ngăn ngừa sự cố. Bản đồ toàn diện của OSU cho thấy các thuộc tính điện của Trái đất sẽ rất quan trọng để hiểu cách bảo vệ lưới điện khỏi các mối đe dọa hiếm gặp nhưng đáng kể. 

Biên dịch: Nguyễn Thị Dung

Theo “Eepower”, tháng 9/2024