2022年3月21日
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。電信機のオペレーターは、電気ショックを受けたり、電信紙が燃えたり、電池を抜いた状態で機器を操作することができたと報告している。
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、「キャリントンイベント」と呼ばれる大規模な地磁気嵐だった。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します。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する。
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、南極の氷の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（現在では三宅事件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。地磁気嵐は地球の上層大気中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。
993年頃、三宅現象より60%小さい地磁気嵐が発生した。氷床コアのサンプルからは、三宅現象やキャリントン現象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、この太陽噴火の強さを「地磁気嵐」スケールで測定している。Gスケール」は1から5までの評価があり、G1が軽微、G5が極端である。キャリントン現象はG5と評価されたことになる。
キャリントン事象と三宅事象を比較すると、さらに恐ろしいことになります。キャリントン現象は、当時の観測所が記録した地球の磁場の揺らぎから、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、「三宅イベント」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、三宅イベントは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「キャリントン現象」の3倍の規模の地磁気嵐が発生しました。この嵐によりハイドロ・ケベックの送電網が崩壊した。
この暴風雨の中、高い磁気誘導電流によりニュージャージー州の変圧器が損傷し、送電網の遮断器が作動しました。このとき、500万人が9時間にわたって停電する事態となった。
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が出るだろう。
地球を周回する衛星は、地磁気嵐による誘導電流で回路基板が焼損する恐れがあります。これにより、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可能性がある。
また、地磁気嵐に襲われると、太陽活動の活発化により、大気が外側に膨張する。この膨張によって、人工衛星が周回している場所の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、より高い軌道に誘導しなければ、地球に落下してしまうこともあるのです。
日常生活に影響を及ぼす可能性のある破壊的な分野のもう一つは、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、人工衛星から送信されるGPS信号に依存しています。
軍事システムも、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、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。
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や地上ケーブル、さらには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・処理するデータセンターに地磁気の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、三宅事件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、次のキャリントン現象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。対談
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。
DeepL翻訳
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