极光现象与太阳风暴对电力系统的影响研究（2024年更新）

极光现象与太阳风暴对电力系统的影响研究（2024年更新）

德克萨斯农工大学最近更新了关于极光及其背后太阳风暴对电网影响的研究，强调了其对电力和通信系统的深远影响。研究团队通过真实和合成电网模型，分析了太阳风暴对电网的威胁，发现直流电叠加在交流电上会导致变压器负载增加，进而可能导致停电。研究回顾了1859年卡林顿事件及其对电报系统的影响，强调了历史事件对现代社会的启示。随着太阳活动的增强，地磁扰动的影响愈发显著，最近的G4级地磁风暴对电力和通信系统造成了实际影响。德克萨斯农工大学与国家实验室的合作，推动了对地磁扰动的研究，帮助社会应对未来的技术挑战。NASA和NOAA的合作也提升了对太阳风暴的监测能力，确保电力和通信系统的安全。总体来看，研究不仅深化了对太阳风暴的理解，也为应对自然灾害提供了新的视角。全文阅读时间约为6分钟。

在2024年12月13日更新了德克萨斯农工大学关于极光及其背后太阳风暴对电网影响的研究内容，增加了研究的具体数据、实验结果以及对电力系统的具体影响分析，以增强文章的深度和权威性。同时，补充了1859年卡林顿事件的具体时间及其对当时技术的影响。此外，增加了2024年5月10日G4级地磁风暴后对电力系统和通信系统的实际影响案例，以增强文章的实用性和相关性。

在当今科技迅速发展的时代，极光（Aurora Borealis）不仅仅是自然界的奇观，它背后隐藏的地磁扰动对现代社会的电力和通信系统产生了深远的影响。2024年9月3日，德克萨斯农工大学（Texas A&M University）的研究团队发布了一项关于极光及其背后太阳风暴对电网影响的研究，揭示了这一现象的科学原理及其潜在威胁。本文将围绕这一研究展开讨论，探讨其对美国大学及更广泛社会的影响。

德克萨斯农工大学的电气与计算机工程系的研究人员，包括高级研究工程师乔纳森·斯诺德格拉斯（Dr. Jonathan Snodgrass）和项目首席研究员托马斯·奥弗拜（Dr. Thomas Overbye），正在利用真实和合成的电网模型，研究如何减轻太阳风暴对电网的影响。研究团队通过模拟不同强度的太阳风暴，评估其对电网的影响，发现当直流电（DC）叠加在交流电（AC）上时，变压器的负载会显著增加，可能导致电网部分区域停电。研究表明，在G5级别的太阳风暴中，电网的电压波动可达到±10%，这对电力系统的稳定性构成了严重威胁。

太阳风暴会在电网中产生直流电，而电网通常使用交流电来生产和分配电力。当直流电叠加在交流电上时，会导致变压器出现问题，可能导致电网部分区域停电。根据太阳风暴的强度（G1至G5），电力系统的影响程度也不同。今年，一次温和的G5地磁扰动使得极光在德克萨斯州可见，尤其是在大学城（College Station）。斯诺德格拉斯表示，这是20年来最大的太阳风暴之一，但并未达到超级风暴的级别。

研究团队的目标是评估如果发生超级风暴（如1859年的卡林顿事件）时，电网可能遭受的损害。卡林顿事件是历史上记录的最大地磁扰动事件，发生在1859年9月1日至2日，严重影响了当时的电报系统。斯诺德格拉斯提到，卡林顿事件期间，电报操作员甚至利用太阳风暴引发的电流发送消息。这一历史事件的回顾不仅让我们意识到太阳活动的威胁，也促使我们思考如何在现代社会中应对类似的挑战。

1989年，魁北克发生的太阳风暴导致了长达八小时的停电，进一步引发了科学界对地磁扰动对电网影响的关注。太阳超级风暴通常是由于太阳喷发的等离子体（冠状物质抛射，CME）撞击地球而引发的。太阳有一个11年的周期，周期高峰期会出现更多的太阳黑子，导致CME的发生几率增加。研究人员指出，我们距离下一个太阳周期的高峰仅有一到两年的时间。

NASA在太阳周围部署了静止轨道环境卫星，以监测CME的发生并提前向地球发出警报。斯诺德格拉斯表示，虽然在CME接近地球时，卫星可以提供几小时到一天的预警，但仍需制定应对计划，以防发生严重的超级风暴。过去20年中，虽然有多次大型CME，但没有直接撞击地球。2003年，一次接近地球的CME引发了人们对潜在威胁的思考。

德克萨斯农工大学的研究团队还与太平洋西北国家实验室和电力研究所合作，致力于地磁扰动的研究。研究团队还包括电气与计算机工程系的凯特·戴维斯（Dr. Kate Davis）和亚当·伯奇菲尔德（Dr. Adam Burchfield）等教授。斯诺德格拉斯强调，德克萨斯农工大学在这一领域的研究处于领先地位，拥有世界一流的研究人员。

随着太阳活动的增强，地磁扰动对电力和通信系统的影响愈发显著。美国大学在这一领域的研究不仅推动了科学的进步，也为社会提供了应对自然灾害的策略。通过与国家实验室和其他研究机构的合作，大学能够将前沿的科学研究转化为实际应用，帮助社会更好地应对未来可能出现的技术挑战。

在历史上，地磁扰动的影响并不局限于电力系统。2024年5月10日，美国国家海洋和大气管理局（NOAA）发布了严重（G4级）地磁风暴警报，预计将对地球产生显著影响。这次地磁风暴是由于七个日冕物质抛射（CME）朝向地球而引发的，科学家们已经观察到严重的地磁风暴条件。此次活动的主要源头是一个名为NOAA区域3664的大型复杂太阳黑子群，其直径达到了地球的17倍。

G4级地磁风暴的潜在影响包括电力系统的电压控制问题、保护系统误触发、卫星导航（GPS）系统的失效、以及高频（HF）无线电传播的间歇性中断。在这次风暴中，多个地区报告了电力供应的不稳定，部分用户经历了短暂的停电事件。此外，通信系统也受到影响，尤其是在高频无线电通信方面，出现了明显的中断现象。尽管存在这些风险，科学家们也预计这次风暴可能会带来壮观的极光，极光可能在美国南部的佛罗里达州和德克萨斯州可见。

随着太阳活动的增强，科学家们正在密切监测这些事件的严重程度。NASA与NOAA的合作，尤其是新发射的GOES-U卫星，将显著提升对太阳风暴的监测能力。GOES-U卫星的独特之处在于其具备监测空间天气的新能力，能够实时监测太阳的外层大气，并提前发出警告。这一技术的进步将为电力和通信系统的保护提供更为有效的手段。

此外，科罗拉多大学博尔德分校（CU Boulder）与NASA戈达德太空飞行中心的合作协议，进一步推动了国家空间天气能力的提升。该协议旨在扩展空间天气应用，以保护地面和太空资产，尤其是为准备深入太空探索的宇航员提供保护。CU Boulder在太阳、行星和空间物理研究方面处于前沿，其研究成果将为国家在这一关键领域的利益提供支持。

总之，极光的美丽背后隐藏着复杂的科学原理和潜在的技术威胁。德克萨斯农工大学的研究不仅为我们提供了对太阳风暴影响的深入理解，也为美国大学在应对自然灾害和技术挑战方面的角色提供了新的视角。随着科学研究的不断进步，我们有理由相信，未来的技术将能够更好地应对来自太阳的威胁，确保社会的安全与稳定。

本文原文来自Forward Pathway