Геомагнитные бури могут повлиять на безопасность движения поездов

Космическая погода, которая в большинстве случаев зависит от состояния Солнца, может нарушить работу спутников на орбите, а еще повлиять на наземные системы. Среди многочисленных опасностей, связанных с космической погодой, значительное место занимают геомагнитные бури — сильные возмущения магнитного поля Земли, вызванные активностью нашей звезды, в том числе солнечными вспышками. Одно из неприятных последствий таких бурь — геомагнитно-индуцированные токи (ГИК).

Во время солнечных геомагнитных возмущений колебания ионосферных и магнитосферных токов вызывают вариации геомагнитного поля, наблюдаемые у поверхности Земли. Когда магнитное поле колеблется, начинает течь электричество. Геомагнитно-индуцированные токи могут вызвать колебания напряжения в электрических сетях и повреждать высоковольтные трансформаторы линий электропередач. Иногда это приводит к перебоям в подаче электроэнергии. Также ГИК делает уязвимыми нефте- и газопроводы, которые тянутся на тысячи километров, — эти токи могут ускорить коррозию металла. 

Значительные неприятности геомагнитная активность может доставлять железнодорожной автоматике. Один из таких случаев произошел в Швеции в июле 1982 года, когда наблюдалась геомагнитная буря. Тогда сигнал светофора на железнодорожных путях стал неожиданно меняться с зеленого на красный и обратно на зеленый. Никаких неисправностей при этом обнаружено не было, как и самого поезда на путях. Инженеры предположили, что технический сбой вызван протеканием геомагнитно-индуцированных токов через сеть железнодорожной сигнализации.

Чуть позже специалисты стали выявлять еще больше необъяснимых сбоев в работе железнодорожной сигнализации в периоды высокой геомагнитной активности. Тогда ученые выдвинули гипотезу, что должна быть связь между такими аномалиями и геомагнитными помехами.

Группа ученых из Ланкастерского университета (Великобритания) под руководством профессора космической физики Джима Уайлда (Jim Wild) решила подробнее разобраться в вопросе влияния геомагнитных бурь на железнодорожную автоматику. 

Уайлд и его коллеги смоделировали два железнодорожных маршрута в Великобритании: участок Престон — Ланкастер главной линии Западного побережья и линию Глазго — Эдинбург. На этих направлениях в общей сложности используется почти 50 тысяч рельсовых цепей — электрических цепей, в которых есть источник питания и нагрузка, а проводниками электрического тока служат рельсовые нити железнодорожного полотна (так называют непрерывный ряд рельсов, примыкающих друг к другу торцами и соединенных стыковыми скреплениями или сваркой). 

Рельсовые цепи необходимы для контроля свободного или занятого состояния участка пути на перегонах и станциях, а также передачи кодовых сигналов с путевых устройств на локомотив и между путевыми устройствами. 

Ученые обнаружили, что во время геомагнитных бурь геомагнитно-индуцированные токи вызывают «электрические возмущения» в рельсовых нитях. Это нарушает работу рельсовых цепей, необходимых для безопасности движения поездов. 

По мнению Уайлда, причиной таких сбоев в системах управления движения поездами теоретически могут быть даже слабые геомагнитные бури. Подобные ситуации должны случаться на железнодорожных путях не реже одного раза в несколько десятилетий, а экстремальные события, когда происходит множество ложных срабатываний на линии, — с частотой раз в 100 лет. 

Риски для железных дорог и других объектов инфраструктуры могут возрастать в период 11-летнего цикла солнечной активности, который, к слову, сейчас и идет. По прогнозам ученых, пик этого цикла придется на июль 2025 года.

«Конечно, ошибочное срабатывание сигналов не обязательно может стать проблемой. Например, если из-за геомагнитной бури зеленый сигнал переключится на красный, поезд просто остановится. Страшнее другое — если сигнал с красного перескочит на зеленый. Это значит, что проезд разрешен, хотя на самом деле это не так», — пояснил Уайл. 

Отметим, что в центре внимания исследователей была только Великобритания. Хотя авторы работы уверены, что подобные сценарии могут развернуться и в других странах, ведь для геомагнитных бурь нет границ и преград. В качестве примера исследователи привели канадский город Квебек, где в 1989 году из-за геомагнитной бури электричество отключилось на девять часов, а также шведский Мальмо: там в 2003 году геомагнитная буря вывела из строя один из высоковольтных трансформаторов и тем самым обесточила на час этот населенный пункт.

Еще один из примеров — так называемое событие Кэррингтона, мощнейшая за историю наблюдений геомагнитная буря, которая произошла в 1859 году. Она вызвала отказ телеграфных систем по всей Европе и Северной Америке.

Европейское космическое агентство, NASA и многие другие организации внимательно следят за солнечной активностью именно по причине геомагнитных бурь. Ученые используют сеть спутников и локальные оповещения, чтобы предупредить о потенциальном влиянии этих бурь на такие сектора, как авиация, производство, электроэнергия, космонавтика. Однако железнодорожный сектор пока не включили в этот список. 

Результаты исследования опубликованы в журнале Space Weather.