Όταν ο Ήλιος «θυμώνει»

Σχόλιο του κ. Ιωάννης Α. Δαγκλή, διευθυντή του Ινστιτούτου Διαστημικών Εφαρμογών & Τηλεπισκόπησης στο Εθνικό Αστεροσκοπείο Αθηνών.

Όλοι μας έχουμε, λίγο-πολύ, την εμπειρία των ... «ηλεκτρολογικών» συνεπειών μιας γερής φουρτούνας. Οι διακοπές ρεύματος, ευτυχώς κατά κανόνα σύντομες, συνοδεύουν συχνά την κακοκαιρία και δεν εκπλήσσουν κανέναν,

αν και διαταράσσουν τη ζωή μας, που τόσο πολύ πλέον εξαρτάται από τις πάσης φύσεως ηλεκτρικές συσκευές και τις ανέσεις τους. Δεν αναφερόμαστε μόνο στο φωτισμό, που είναι βασικό και αυτονόητο αγαθό του αιώνα μας. Χωρίς ρεύμα οι περισσότεροι από μας δεν μπορούμε να μαγειρέψουμε, να ζεσταθούμε ή να δροσιστούμε, να επικοινωνήσουμε (τα μοντέρνα ασύρματα τηλέφωνα χρειάζονται ρεύμα για τη βάση τους, και τα κινητά πρέπει κατά καιρούς να επαναφορτίζονται), να δουλέψουμε (αν η δουλειά μας απαιτεί οποιαδήποτε ηλεκτρική ή ηλεκτρονική συσκευή), να διασκεδάσουμε (κανένα από τα αγαπημένα μας μοντέρνα hi-tech μηχανάκια δεν δουλεύει χωρίς ρεύμα).

Η βία της θύελλας έχει λοιπόν εξαιρετικά δυσάρεστες συνέπειες στην πλήρη ανέσεων καθημερινότητά μας. Και εάν ίσως κατανοούμε την «αποτελεσματικότητα» της βίας των ανέμων και των κεραυνών, που τους ακούμε και τους βλέπουμε, και ενίοτε τους νιώθουμε, η αντίστοιχη «βία» κάποιων αόρατων δυνάμεων σίγουρα είναι λιγότερο κατανοητή. 
Αυτές οι αόρατες δυνάμεις στις οποίες αναφερόμαστε, γεννιούνται από τον «θυμό» του κοντινότερου στη Γη άστρου – του Ήλιου! Προφανώς ακούγεται παράξενο – τί θυμό μπορεί να έχει ένα άστρο, και μάλιστα ο Ήλιος, που είναι υπόδειγμα σταθερότητας και «σιγουριάς» στη ζωή μας; Κάθε μέρα ανατέλλει και δύει πιστός στο πρόγραμμα και το καθήκον του, και μόνο τα τερτίπια της γήινης ατμόσφαιρας τον κρύβουν πότε-πότε, με τα σύννεφα. Για τους περισσότερους από μας, ο Ήλιος ανήκει στις λίγες ίσως «οντότητες» της ζωής μας που δεν έχει μεταβολές και σκαμπανεβάσματα (καμιά σχέση με το χρηματιστήριο!).

Κι όμως, έχει κι ο Ήλιος τις «κακές» του, που ωστόσο σε γενικές γραμμές έχουν μια κάποια κανονικότητα: κάθε 11 περίπου χρόνια, ο Ήλιος μας είναι πιο «θυμωμένος». Αυτό γίνεται αντιληπτό ακόμη και με γυμνό μάτι, αφού κατά τη διάρκεια του «μέγιστου» του ηλιακού κύκλου των 11 ετών, οι ηλιακές κηλίδες στην επιφάνεια του Ήλιου είναι μερικές φορές τόσο μεγάλες που μπορεί κανείς να τις δει και χωρίς τη βοήθεια τηλεσκοπίου. 

Αν οι ηλιακές κηλίδες ήταν το μόνο σύμπτωμα, θα μπορούσαμε να είμαστε ήσυχοι, μιας και το αποτέλεσμα θα ήταν μόνο αισθητικής φύσης. Δυστυχώς όμως για μας, η δραστηριότητα του Ήλιου έχει και άλλα παράγωγα. Τα σημαντικότερα για μας εδώ στη Γη είναι οι εκτινάξεις ηλιακής μάζας, σαν αυτήν που καταγράφηκε προχθές «με το καλημέρα» του Αυγούστου. Αυτές οι εκτινάξεις διασχίζουν σαν διαστημικά νέφη απειλητικά τον διαπλανητικό χώρο και γρήγορα καταφθάνουν και στη Γη. Το μέγεθος αυτών των νεφών δεν έχει βέβαια καμιά σχέση με τα σύννεφα που βλέπουμε στον ουρανό – το μέγεθός τους είναι πολλαπλάσιο του μεγέθους του πλανήτη μας. 

Ευτυχώς η Γη διαθέτει μια πολύ αποτελεσματική ασπίδα ενάντια σε αυτή την αστρική λαίλαπα: είναι το μαγνητικό της πεδίο, το οποίο υπάρχει χάρη στον υγρό αγώγιμο πυρήνα και την αρκούντως ταχεία περιστροφή της Γης και που κατά κανόνα αποκρούει ικανοποιητικά τις επιθέσεις αυτές.

Σε κάποιες περιπτώσεις όμως, που καθορίζονται από την γεωμετρία του μαγνητικού πεδίου στον διαπλανητικό χώρο, αυτά τα νέφη ηλιακής μάζας αλληλεπιδρούν με το μαγνητικό πεδίο της Γης και προκαλούν διαστημικές καταιγίδες, ή αλλιώς μαγνητικές καταιγίδες (λόγω των ισχυρών μαγνητικών διαταραχών που τις συνοδεύουν). Τότε μιλάμε για «κακό» διαστημικό καιρό, ο οποίος δυστυχώς επηρεάζει, μεταξύ άλλων, και την ηλεκτροδότηση. Πώς μπορεί όμως κάτι τόσο «αόρατο» και «αφηρημένο» να έχει τόσο απτά αποτελέσματα; Είναι θέμα απλής φυσικής.

Κατά τη διάρκεια ισχυρών μαγνητικών καταιγίδων έχουμε μια πλειάδα φυσικών φαινομένων και σε διάφορα ύψη από την επιφάνεια της Γης. Ένα από τα φαινόμενα αυτά είναι η ανάπτυξη ηλεκτρικών ρευμάτων ισχύος εκατομμυρίων αμπέρ, τα οποία με το μαγνητικό τους πεδίο επάγουν υψηλές διαφορές δυναμικού στην επιφάνεια της Γης. Με άλλα λόγια, το ρεύμα του διαστήματος επάγει (δημιουργεί) ρεύμα στη Γη. Μέχρι εδώ κανένα πρόβλημα. Είναι κατά κάποιο τρόπο σαν να γειώνουμε μια παρέα κεραυνών κι έχουμε ήσυχο το κεφάλι μας. Τι γίνεται όμως αν τα επαγόμενα ρεύματα συναντήσουν (υπ)έδαφος με χαμηλή αγωγιμότητα, και (ακόμα χειρότερα) κάπου εκεί κοντά υπάρχει πυλώνας της ΔΕΗ; (ως γνωστόν γειωμένος και με πολύ καλή αγωγιμότητα). Το ρεύμα μας θα επιλέξει την οδό την λιγότερο κουραστική, σύμφωνα και με την αρχή της ελάχιστης δράσης, και θα μπει στο δίκτυο ηλεκτροδότησης. Κι εδώ είναι που μπορούμε πλέον να αντιληφθούμε το πρόβλημα, και το όνομά του είναι υπερθέρμανση. Ας πάρουμε όμως τα πράγματα με τη σειρά.

Η ΔΕΗ (η όποια ΔΕΗ ανά τον κόσμο) για να μεταφέρει το ηλεκτρικό ρεύμα από το εργοστάσιο παραγωγής στον καταναλωτή με όσο το δυνατόν λιγότερες απώλειες, χρησιμοποιεί ειδικούς μετασχηματιστές για να ανεβάσει την τάση του. Αυτό το ρεύμα υψηλής τάσης είναι που κυκλοφορεί στους επιβλητικούς μεταλλικούς πυλώνες. Φυσικά οι κοινοί καταναλωτές δεν μπορούν να χρησιμοποιήσουν ρεύμα εκατοντάδων χιλιάδων βολτ, κι έτσι κοντά στον τόπο κατανάλωσης χρησιμοποιούνται άλλοι μετασχηματιστές για να κατεβάσουν την τάση του ρεύματος σε επίπεδα οικιακής χρήσης. Δεν μιλάμε βέβαια για συνηθισμένους μετασχηματιστές ... Πρόκειται για τα τεράστια «κουτιά» που μπορούμε να δούμε στους υποσταθμούς της ΔΕΗ, κοστίζουν αρκετά εκατομμύρια ευρώ και πολλές μέρες δουλειάς για να εγκατασταθούν και να λειτουργήσουν. 

Το «εξτρά» ρεύμα που εισχωρεί στα πηνία τέτοιων μετασχηματιστών κατά τη διάρκεια ισχυρών μαγνητικών καταιγίδων, μπορεί να έχει διάφορα δυσάρεστα αποτελέσματα. Κι ενώ κατά κανόνα ακόμα και λίγα «παραπανίσια» αμπέρ πάνω από το όριο ανοχής αρκούν για να διακοπεί η λειτουργία ενός μετασχηματιστή, έχουν μετρηθεί επαγόμενα ρεύματα που ξεπερνούν τα 300 αμπέρ. Ένα χαρακτηριστικό των «διαστημικών ρευμάτων» είναι ότι η συχνότητά τους είναι πολύ χαμηλότερη από το ρεύμα του δικτύου – πρακτικά πρόκειται για ισχυρό συνεχές ρεύμα, και βέβαια οι μετασχηματιστές των δικτύων δεν είναι σχεδιασμένοι και κατασκευασμένοι για συνεχές ρεύμα. 

Ένα σχετικά ανώδυνο αποτέλεσμα μαγνητικής καταιγίδας είναι να δυσλειτουργήσουν ρελέ και άλλα στοιχεία του συστήματος, και να διακοπεί προσωρινά η παροχή. Ωστόσο, το χειρότερο αποτέλεσμα είναι η υπερθέρμανση του πυρήνα του μετασχηματιστή και, τελικά, η καταστροφή του. Σε εξαιρετικές περιπτώσεις τα πηνία των μετασχηματιστών έχουν κυριολεκτικά λιώσει.

Το πιο γνωστό παράδειγμα επίδρασης μαγνητικής καταιγίδας σε δίκτυο ηλεκτροδότησης είναι η κατάρρευση (μπλακάουτ) της επαρχίας Κεμπέκ του Καναδά το Μάρτιο του 1989. Το μπλακάουτ είχε κρατήσει εννέα ώρες και η ζημία σε υλικά ήταν περίπου 10 εκατομμύρια δολάρια. Οι ζημίες όμως από την ακάλυπτη ζήτηση ηλεκτρισμού ξεπέρασαν τα 500 εκατομμύρια δολάρια. Ας σημειωθεί πως η εταιρεία ηλεκτρισμού του Κεμπέκ, η HydroQuebec, έχει κυρίως υδροηλεκτρικά εργοστάσια, των οποίων το δίκτυο παρουσιάζει τις μικρότερες δυσκολίες στην επαναφορά!

Η ίδια μαγνητική καταιγίδα είχε χτυπήσει και άλλα εργοστάσια στη Βόρεια Αμερική, όπως για παράδειγμα ένα πυρηνικό εργοστάσιο στο Σάλεμ της Μασαχουσέτης, κοντά στη Βοστόνη, χωρίς ευτυχώς τα βαριά αποτελέσματα που είχε στο Κεμπέκ. 
Το Συμβούλιο Ηλεκτροδότησης Βόρειας Αμερικής έχει ασχοληθεί εκτεταμένα τόσο με την συγκεκριμένη καταιγίδα του 1989, όσο και με άλλες ισχυρές καταιγίδες που ακολούθησαν, και εξέδωσε συμβουλευτικές οδηγίες για την βελτίωση του εξοπλισμού ώστε να μπορούν να αντιμετωπιστούν καλύτερα οι επιπτώσεις των μαγνητικών καταιγίδων. Αν και είναι πρακτικά αδύνατο να προβλεφτούν τα πάντα, η θωράκιση του δικτύου ηλεκτροδότησης της Β. Αμερικής βελτιώθηκε σημαντικά τα τελευταία 10 χρόνια – για ευνόητους κοινωνικούς και οικονομικούς λόγους, αφού έχει υπολογιστεί πως ένα μπλακάουτ σαν του Κεμπέκ στην πυκνοκατοικημένη περιοχή των βορειοανατολικών ΗΠΑ θα επέφερε ζημίες που θα ξεπερνούσαν τα πέντε δισεκατομμύρια δολάρια.

Οι ισχυρές μαγνητικές καταιγίδες οδηγούν και σε δυσλειτουργίες δορυφορικών συστημάτων, με αποτελέσματα που μερικές φορές είναι καταστροφικά. Μία σειρά δορυφόρων αντιμετώπισαν λειτουργικά προβλήματα κατά τη διάρκεια γεωμαγνητικών καταιγίδων στο πρόσφατο παρελθόν. Συνήθως τα προβλήματα είναι παροδικά και οι δορυφόροι «αναρρώνουν». Ωστόσο υπάρχουν και περιπτώσεις που οι δορυφόροι «πεθαίνουν». Η πιο πρόσφατη περίπτωση είναι αυτή του τηλεπικοινωνιακού δορυφόρου Galaxy 15 που χτυπήθηκε θανάσιμα από ηλιακή καταιγίδα τον περασμένο Απρίλιο. 

Η πλήρης κατανόηση των μαγνητικών καταιγίδων και η συνακόλουθη δυνατότητα έγκαιρης και φερέγγυας πρόγνωσής τους, θα αποτελέσει πολύ σημαντικό επίτευγμα του 21ου αιώνα. Η προσπάθεια αυτή μπορεί να παραβληθεί με τη γέννηση της επιχειρησιακής μετεωρολογίας στις αρχές του 20ου αιώνα. Συγκρίσιμα είναι επίσης τα πρακτικά οφέλη: οι επιτυχημένες προγνώσεις διαστημικού καιρού θα συμβάλλουν στην προστασία των τεχνολογιών που επηρεάζονται από τη διαστημική κακοκαιρία, και που χρόνο με το χρόνο αυξάνονται σε αριθμό και πολυπλοκότητα. Οι προγνώσεις θα είναι επίσης ζωτικής σημασίας για μελλοντικά διαπλανητικά ταξίδια και αποικισμό άλλων πλανητών. Μπορεί σήμερα αυτά να μας φαίνονται εξωπραγματικά, αλλά ας σκεφτούμε πόσες από τις σημερινές δραστηριότητες των ανθρώπων θα φαινόντουσαν «φυσιολογικές» στους προπαππούδες μας.