التوهجات الشمسية وانقطاع الكهرباء
المؤلف:
جيرل ووكر
المصدر:
سيرك الفيزياء الطائر
الجزء والصفحة:
ص678
2025-09-16
286
في الساعة 2:45 من صباح يوم 13 مارس 1989 ، تعطّل نظام الشبكة الكهربية بالكامل في مقاطعة كيبك الكندية، تاركا ملايين الناس دون كهرباء في تلك الليلة الباردة. وفي الحقيقة، تعطل الكثير من أنظمة شبكات الكهرباء في نصف الكرة الشمالي في تلك الليلة مشكلا كابوسًا للمهندسين الذين يعملون على صيانة الأنظمة. لم يكن السبب زيادة مفاجئة في الطلب على الطاقة ولا عطلا ناجمًا عن معدات متقادمة في الواقع، كان السبب انفجارًا - توهجا شمسيا . حدث على سطح الشمس قبل ثلاثة أيام. كيف يمكن لانفجار شمسي أن يعطل نظام شبكة كهربية؟
الجواب في التوهج الشمسي، تمتد حلقة من الإلكترونات والبروتونات خارجة من سطح الشمس. تنفجر بعض التوهجات الشمسية قاذفة تلك الجسيمات المشحونة إلى الفضاء. في 10 مارس 1989 انفجر توهج شمسي عملاق باتجاه الأرض. وعندما وصلت الجزيئات بعد ثلاثة أيام، نقلت طاقتها إلى الغلاف المغناطيسي للأرض، وهو . منطقة عالية الارتفاع، يتحكم في دينامياتها المجالات المغناطيسي والكهربي وتحديدا، بثت الجسيمات طاقة في النفث الكهربي» هناك.
ولأن النفث الكهربي عبارة عن تيار كهربي، فإنه يصنع مجالًا مغناطيسيا حول نفسه، يشمل الأرض وخطوط الكهرباء الطويلة في نظام الشبكة الكهربية، إن تأثير هذا المجال المغناطيسي على خطوط الكهرباء - أو بالأحرى، الطريقة التي تغير بها هذا المجال هو ما سبب المشكلة في كيبك.
عند طرف أحد خطوط الكهرباء هذه، يرفع محوّل رفع الجهد الكهربي، لكي تُنقل الطاقة الكهربية عبر الخط بجهد كهربي عال جدا. وعند الطرف الآخر من الخط، يخفض محول خفض الجهد الكهربي إلى القيمة المنخفضة المستخدمة في المنازل. يتكون المحول من ملفين (الملف الأساسي» و«الثانوي» بعدد مختلف من اللفات التي تلتف حول قلب حديدي. يُولد التيار المتردد العادي في الملف الأساسي، تيارًا مترددا في الملف الثانوي، بفولتية أعلى أو أقل، تبعًا لامتلاك الملف الثانوي لفات أكثر أو أقل من الأساسي.
شكل1: يصنع النفث الكهربي (التيار) مجالا مغناطيسيا عبر دائرة عمودية مكونة من خط ناقل، والأرض، والأسلاك المؤرضة للمحولات تقع داخل الأسطوانات الموجودة عند أطراف الخطوط الناقلة. تُولّد التغيرات في المجال تيارًا مستحثًا جيومغناطيسيا، خلال الدائرة.
كلا المحولين على الخط مؤرّض؛ بمعنى أنهما موصلان بالأرض. عندما يصنع نفث كهربي مجالاً مغناطيسيا، فإن المجال المغناطيسي يمكن أن يمر عبر دائرة نشطة (شكل1) تتكون من خط الكهرباء (الجزء العلوي من الدائرة )والخطوط الأرضية (أسفل الدائرة) ومع ذلك، فإن عبور مجال مغناطيسي ثابت لهذه الدائرة، لا يسبب مشكلة، بل تحدث المشكلة عندما يتغير المجال.
في ليلة انقطاع الكهرباء، كان المجال يتغير بحدة وبصورة مفاجئة؛ لأن الطاقة الصادرة عن التوهج الشمسي تسببت في تغير النفث الكهربي على نحو مشابه، وكلما تغير مجال مغناطيسي في حلقة، فإنه يصنع تيارًا في الحلقة. عندما يحدث مثل هذا التيار بسبب النفث الكهربي، يُسمى التيار التيار المستحث جيومغناطيسيا». وهكذا، في ليلة انقطاع الكهرباء، حمل الخط الناقل تيارًا مستحثًا جيومغناطيسيا كبيرًا ومتغيرا بصورة مفاجئة، إلى جانب تياره العادي.
يعتمد نقل الطاقة عبر نظام الشبكة الكهربية على التغيرات الملائمة في الفولتية وشدة التيار عبر النظام. وقد عطّل وجود التيار المستحثّ جيومغناطيسيا في المحولات في نظام كيبك؛ قدرة المحولات على نقل التيار المتردد من المحول الأساسي إلى الثانوي. ونتج عن ذلك أن كانت الفولتية وشدة التيار في المحول الثانوي مضطربتين بشدة، ولم تعودا متغيرتين بالطريقة الملائمة؛ وقد عطّل هذا الاضطراب نقل الكهرباء، وأحرق بعض المحولات، مسببًا تعطل النظام. واليوم، كلما انفجر توهج شمسي باتجاه الأرض، حَذَّر مهندسو شبكات الكهرباء على الفور من وقوع اضطرابات بالشبكة.
يمكن أن ينشأ التيار المستحث جيومغناطيسيا في أي موصل طويل، مثل كابلات الاتصالات، وخط الأنابيب العابر لألاسكا في الحقيقة، لوحظ الأمر للمرة الأولى (لكن دون أن يُفهم) حين كانت خطوط التلغراف الطويلة تُستخدم قبل حوالي 150 عاما: في بعض الأيام كانت الخطوط تحمل بالفعل تيارًا كهربيًّا دون أن تُوصَّل ببطارياتها كما اقتضت العادة. يمكن أن ينشأ التيار المستحثُ جيومغناطيسيا كذلك في الأرض نفسها؛ مما قد يؤثر على التآكل الحادث في خطوط الأنابيب الطويلة والموصلة كهربيًّا بالأرض.
في عملية مشابهة لتلك التي تُسبب التيار المستحثُ جيومغناطيسيا، يمكن أن يتولد التيار في الكابلات البحرية الطويلة نتيجة لحركة المياه، مثل حركة المد والجزر. ولأن المياه موصلة وتتحرّك خلال المجال المغناطيسي للأرض؛ يسري التيار الكهربي عبر الماء (وبالتبعية خلال الكابل الموضوع في الماء)، ويكمل الدائرة التيار المرتد عن قاع البحر.
الاكثر قراءة في مواضيع عامة في علم الفلك
اخر الاخبار
اخبار العتبة العباسية المقدسة
