Северное сияние может означать отключение инфраструктуры, от которой мы зависим.
В 1989 году канадская провинция Квебек столкнулась с событием, которое, вероятно, потрясло многих местных жителей: Солнце вывело из строя электросеть. Блэкаут, вызванный геомагнитной бурей, оставил шесть миллионов человек без электричества на девять часов. Это отключение, известное как «день, когда солнце принесло тьму», стало символом потенциального влияния солнечной активности на современные технологии и нашей относительной неготовности к мощным солнечным штормам.
Солнечные бури возникают в результате магнитного пересоединения — процесса, при котором вращение Солнца заставляет его магнитные поля скручиваться и запутываться. В течение 11-летнего цикла давление этих полей растет. В конечном итоге магнитные поля разрываются и соединяются вновь, выбрасывая энергию и плазму с поверхности Солнца в космическое пространство. Хотя солнечные бури невидимы для невооруженного глаза, они могут оказывать глубокое влияние на магнитное поле Земли. И хотя это явление является причиной полярных сияний, оно также способно нанести серьезный ущерб нашей технологической инфраструктуре.
Эти извержения вызывают три типа солнечных бурь. Солнечные вспышки — это интенсивные выбросы света и радиации. Обладая энергией, эквивалентной миллиардам водородных бомб, солнечные вспышки распространяются со скоростью света, достигая атмосферы Земли всего за восемь минут. Радиационные бури, в свою очередь, представляют собой выбросы заряженных частиц, которые проносятся через Солнечную систему и достигают Земли за полчаса. Самые масштабные из них — корональные выбросы массы (КВМ) — это гигантские облака намагниченной плазмы. Каждое из этих солнечных событий может возмущать магнитное поле Земли, вызывая геомагнитные бури, которые угрожают электросетям, нарушают работу систем связи и даже могут вывести из строя глобальную интернет-инфраструктуру.
Что происходит, когда солнечные бури достигают Земли?
Прежде чем погружаться в вопрос влияния солнечных бурь на технологии, необходимо понять основы геомагнетизма. Как только солнечный шторм достигает защитного магнитного слоя атмосферы Земли — магнитосферы, — его заряженные частицы временно изменяют атомный и магнитный состав земной атмосферы, возмущая магнитные поля, токи и плазму.
Как и сами солнечные события, эти возмущения можно разделить на три основные категории. Например, корональные выбросы массы могут вызывать геомагнитные бури, которые направляют геомагнитно-индуцированные токи (ГИТ) вдоль силовых линий магнитного поля Земли к южным полюсам, где они могут преодолеть атмосферную защиту планеты и нарушить работу технологических систем. Интенсивные солнечные ветры также способны создавать геомагнитные бури. Аналогичным образом радиационные бури направляют высокозаряженные протоны вдоль магнитных силовых линий, привнося радиацию в нижние слои атмосферы Земли. Солнечные вспышки, со своей стороны, могут вызывать явление, известное как радиозатемнение, в процессе ионизации, когда электрически заряженные частицы проникают через атмосферу, выбивая электроны из молекул воздуха и тем самым меняя траекторию радиочастот.
Национальное управление океанических и атмосферных исследований (NOAA) оценивает все три типа солнечных бурь по шкале от одного (слабые) до пяти (экстремальные). Хотя солнечная активность — явление частое, подавляющее большинство солнечных бурь регистрируется на нижних отметках этой шкалы. Например, если слабые события могут происходить почти 3000 раз за 11-летний цикл, то экстремальных солнечных бурь за этот период ожидается менее пяти. Однако даже самые сильные из когда-либо зарегистрированных бурь меркнут по сравнению с историческими прецедентами. Но мы к этому еще вернемся, а пока сосредоточимся на том, какие именно технологии находятся под угрозой.
Электросети
Как показал геомагнитный инцидент, ставший причиной печально известного блэкаута в Квебеке, мощные солнечные бури могут оказывать серьезное влияние на мировые электросети. Когда геомагнитно-индуцированные токи воздействуют на энергетическую инфраструктуру, они могут приводить к отключениям электричества из-за перегрева трансформаторов, реле и датчиков. Замена критической массы трансформаторов — дело дорогостоящее и трудоемкое, на что могут уйти годы. Геомагнитные токи также способны перегрузить и повредить линии электропередачи. Инфраструктура управления и защиты, с помощью которой мы контролируем электросети, также уязвима для таких токов. Со временем эти бури могут сократить срок службы сетей, повреждая их электрические компоненты и изоляционные материалы, вызывая заметный износ.
Не все электросети в равной степени подвержены угрозе со стороны солнечных бурь, поскольку на это влияют различные экологические факторы. Во-первых, геомагнитные бури имеют «географические предпочтения». Поскольку бури притягиваются к магнитным полюсам Земли, широта является наиболее устойчивым индикатором риска: арктические регионы подвергаются наиболее сильным магнитным возмущениям. Например, в 2003 году часть электросети Швеции вышла из строя из-за серии аномально мощных геомагнитных явлений. Удельное сопротивление почвы, определяющее способность земли проводить электрический ток, является еще одним фактором. Особому риску подвержены регионы с высокой вероятностью воздействия, чья почва хорошо проводит энергию. Например, арктические районы между 55 и 70 градусами широты особенно уязвимы из-за высоких широт и уровня сопротивления грунта.
Эксперты все больше беспокоятся о рисках, которые солнечные бури представляют для искусственного интеллекта и других отраслей, зависящих от энергоснабжения. И хотя бум ИИ уже создает нагрузку на нашу энергетическую инфраструктуру, последствия масштабных перебоев в электроснабжении могут стать катастрофическими для самой быстрорастущей отрасли в мире. Скотт Макинтош, бывший заместитель директора Национального центра атмосферных исследований, в статье для Space News отметил, что руководители ИИ-компаний «должны быть в числе тех, кто больше всего обеспокоен» косвенными последствиями солнечных бурь.
Спутники
Хотя спутники проектируются с учетом воздействия космической погоды, их защита от мощнейших солнечных событий обходится слишком дорого и практически невозможна. В результате солнечные бури могут повредить оборудование и внутреннюю электронику аппаратов. Такие повреждения способны сократить срок службы спутника или потребовать серьезного ремонта.
Программное обеспечение спутника также находится под угрозой. Как описывает Рассел Дехарт, ведущий инженер Центра космических полетов имени Годдарда NASA, высокоэнергетические частицы могут «попасть в компьютерный чип на борту космического корабля и вызвать изменение бита [в программном коде]», что приводит к «аномалии», известной как «одиночное сбойное событие» (single event upset). По сути, высокоэнергетические частицы солнечного излучения могут физически заставить последовательности нулей и единиц, из которых состоит бинарный код программы, изменить свои свойства. Если ключевые операции столкнутся с такой ошибкой, спутник будет вынужден приостановить некритические задачи до тех пор, пока проблема не будет устранена.
КВМ, как правило, нагревают и расширяют атмосферу, создавая более плотную среду для движения спутников. Дополнительное сопротивление может заставить аппараты терять скорость и высоту, опускаясь на расстояние до 2000 футов (около 600 метров). Потеря нескольких сотен метров на орбите высотой более тысячи миль может не показаться катастрофой, но учитывая, что спутники — это прецизионно откалиброванные аппараты, такое снижение может быть достаточным для полной остановки их работы.
Ситуацию осложняет то, что низкая околоземная орбита становится все более переполненной. Изменения высоты создают риск столкновения с другими спутниками или космическим мусором. И хотя у большинства аппаратов есть резерв топлива для маневрирования, его использование сокращает срок службы миссии. Как отмечает Дехарт, «можно увидеть, как миссия спутника теряет годы жизни», если солнечный цикл оказался более активным, чем изначально планировалось.
Многие спутниковые технологии восприимчивы к таким сбоям. Например, солнечная буря в 2022 году вывела из строя 38 интернет-спутников SpaceX. В октябре 2003 года всплеск солнечной активности нарушил работу половины всех спутников в мире. Эти бури стали причиной отмены рейсов между Северной Америкой и Азией, искажений в ТВ- и радиовещании, выхода из строя систем GPS и приостановки ряда научных миссий. Поскольку все большая часть нашей технологической инфраструктуры перемещается на низкую околоземную орбиту, подобные опасения становятся все более актуальными.
Радиосвязь
Само собой разумеется, что проблемы со спутниками могут нарушить работу множества коммуникационных технологий. Навигационные системы, такие как GPS, зависящие от точного позиционирования спутника и географических координат, могут быть дезориентированы достаточно мощной солнечной бурей. Только спросите фермеров, чьи тракторы с GPS-управлением сбились с курса во время солнечной бури в 2024 году, что привело к ущербу, оцениваемому в полмиллиарда долларов. То же самое касается многих других систем связи, зависящих от спутников.
Однако, помимо физического повреждения спутников, солнечные бури могут навредить системам спутниковой связи, изменяя атомный состав атмосферы Земли. Как упоминалось ранее, солнечные вспышки, КВМ и радиационные бури могут оказывать заметное влияние на ионосферу Земли. Радиационные бури, например, способны блокировать прохождение радиоволн на больших высотах. В то же время ионизация, вызванная солнечными вспышками и корональными выбросами массы, заставляет ионосферу поглощать или преломлять различные радиоволны. Эти изменения в путях прохождения волн могут нарушить работу GPS и других навигационных систем, которым необходимо, чтобы частоты проходили через ионосферу.
Радиоприемники, использующие высокочастотные радиоволны (коротковолновое радио), в свою очередь, опираются на способность ионосферы Земли преломлять частоты и увеличивать дальность сигнала. Коротковолновые радиосистемы, обычно используемые там, где нужна связь за пределами прямой видимости, эксплуатируются на глубоководных судах, самолетах, спасательными службами и военными для связи на больших расстояниях. Изменения в ионосфере меняют угол преломления, затрудняя достижение радиосигналом приемников. Системы связи в очень высоком (VHF) и ультравысоком (UHF) диапазонах более устойчивы к геомагнитным бурям, поскольку они не зависят от преломления в ионосфере.
Спутниковые помехи могут влиять и на популярные потребительские устройства. Согласно отчету производителя IoT-оборудования Memfault, серия бурь в 2024 году потенциально вызвала неисправности примерно в 2,5 миллионах их устройств. К счастью, солнечные события должны оказывать лишь минимальное влияние на сотовую связь, поскольку радиоволны, используемые в беспроводных сетях, практически не подвержены ионизации. Аналогично, GPS-сигнал вашего телефона комбинирует данные о местоположении базовых станций с данными спутников GPS, что ограничивает их подверженность спутниковым сбоям. Тем не менее, многие из этих предостережений теряют актуальность в случае катастрофических бурь, которые уничтожают электросети, от которых зависят сотовые сети.
Интернет
Некоторые предупреждают, что масштабный корональный выброс массы может повредить мировую интернет-инфраструктуру. Д-р Сангит Абду Джиоти, профессор и исследователь из Калифорнийского университета в Ирвайне, опубликовал в 2021 году статью, в которой подробно описал, как солнечная буря может вызвать всемирный «интернет-апокалипсис». По словам Джиоти, солнечные бури угрожают подводным оптоволоконным кабелям, которые объединяют глобальную сеть. И хотя локальные и региональные сети, скорее всего, останутся в безопасности, кабели, передающие данные между континентами, находятся под угрозой.
Чтобы понять это различие, нужно углубиться в устройство оптоволокна. Для краткости представим данные интернета как импульсы света, проходящие через тонкие нити стекла, известные как оптоволоконные кабели. Глобальный интернет опирается примерно на 870 000 миль (около 1,4 млн км) таких кабелей, проложенных по дну океана. Интересно, что само оптоволокно невосприимчиво к сбоям, вызванным ГИТ. К сожалению, световые сигналы рассеиваются при преодолении больших расстояний. Чтобы исправить это, через каждые 30–100 миль устанавливаются репитеры (повторители) для усиления оптического сигнала. Согласно данным NOAA, более 95% международных данных передается именно через эти подводные кабели.
К сожалению, электронные компоненты оптических репитеров уязвимы для геомагнитно-индуцированных токов. По мнению д-ра Джиоти, достаточно мощный КВМ может сделать многие из этих кабелей непригодными для использования, нанеся удар по глобальной инфраструктуре интернета. Добавьте к этому потенциальное повреждение систем спутникового интернета — и крупная солнечная буря может существенно замедлить интернет-трафик.
Примечательно, что исследование показало, что некоторые регионы более подвержены «интернет-апокалипсису», чем другие. Как и в случае с электросетями, ущерб от ГИТ для интернет-кабелей, вероятно, будет коррелировать с широтой. Кабели большой протяженности, соединяющие США с Европой, находятся в наибольшей зоне риска, в то время как внутренние коммуникации в Азии и Европе относительно защищены.
Подготовка к худшему
Современные технологии еще не сталкивались с исторически сильной геомагнитной бурей, подобной той, что была зафиксирована в 1859 году. Известная как «Событие Кэррингтона», эта буря была в три раза мощнее той, что вывела из строя электросеть Hydro-Quebec, и заставила северное сияние наблюдаться так далеко на юге, как Панама. Те технологии, что у нас тогда были — а именно телеграф, — вышли из строя, а некоторые аппараты даже загорелись. Ученые опасаются, что подобный шторм может парализовать нашу современную технологическую экосистему, оставив самолеты без навигации, обесточив электросети, разорвав интернет-соединения и нарушив работу глобальных систем связи.
Те, кто хочет подготовиться к крупной солнечной буре, могут обеспечить доступ к необходимым электроприборам с помощью ряда домашних продуктов. Например, генераторы становятся все более эффективными, предлагаются в различных размерах и ценовых категориях и идеально подходят для длительного энергоснабжения. Домашние системы резервного питания на солнечных батареях, такие как Anker Solix E10 или Tesla Powerwall, являются экологически чистыми альтернативами, способными поддерживать работу электросети в течение нескольких дней. Для более мобильных нужд портативные зарядные станции могут обеспечить существенную мощность в компактном корпусе, а источники бесперебойного питания (ИБП) могут стать доступным средством обеспечения энергией жизненно важной электроники.
К счастью, такие бури, как событие Кэррингтона, происходят лишь дважды в тысячелетие. Однако даже событие Кэррингтона в историческом масштабе не является самым страшным. Ученые нашли свидетельства солнечных событий, которые в разы превосходят бурю 1859 года, измеряя уровни углерода-14 в пробах арктического льда. Самые крупные из них называют событиями Мияке, и одно из них, произошедшее в 774 году нашей эры, гипотетически было в 12 раз мощнее шторма Кэррингтона.
Некоторые ученые предупреждают, что катастрофический шторм неизбежен. Как сообщает Washington Post, Национальная академия наук полагает, что геомагнитная катастрофа может обойтись мировой экономике в сумму более 2 триллионов долларов. Укрепление мировой инфраструктуры спутников, интернета, связи и электроснабжения, вероятно, потребует огромных финансовых затрат. Например, фонд Resilient Societies прогнозирует, что защита только национальной электросети США обойдется примерно в 255 миллиардов долларов. И хотя NASA инвестирует средства в обнаружение геомагнитных бурь, отчет NOAA за 2025 год показал, что наши системы прогнозирования космической погоды также требуют модернизации. Решение этих проблем, скорее всего, потребует широкого международного сотрудничества. Но учитывая относительно низкую вероятность геомагнитной катастрофы в любой отдельно взятый год, маловероятно, что правительства мира будут противодействовать им с той срочностью, на которой настаивают некоторые эксперты. Если не верите — спросите у местного активиста по борьбе с изменением климата.













