Bão mặt trời, mất điện địa từ và sập lưới điện¶

Một cơn bão địa từ nghiêm trọng xảy ra khi Mặt Trời phóng ra một đám mây plasma nhiễm từ khổng lồ gọi là Phun trào Nhật hoa (CME) hướng thẳng về phía Trái Đất. Không giống như sự cố mất điện do giông bão thông thường chỉ ảnh hưởng đến một khu vực nhỏ, một cơn bão mặt trời cực đoan (cấp độ G5 hoặc tương đương sự kiện Carrington) tương tác với từ trường Trái Đất để tạo ra các dòng điện cảm ứng mạnh chạy dọc theo các đường dây tải điện dài, cáp ngầm dưới biển và đường ống dẫn trên khắp các lục địa. Chuẩn bị ứng phó với thời tiết không gian đồng nghĩa với việc hành động ngay trong khoảng thời gian cảnh báo trước từ 15 đến 48 giờ trước khi đám mây mặt trời chạm tới Trái Đất nhằm bảo vệ các thiết bị điện tử trong nhà, tích trữ nước uống sạch và sẵn sàng cho tình huống mất điện cũng như gián đoạn viễn thông kéo dài.

Việc cần làm ngay bây giờ¶

Nếu các cơ quan dự báo thời tiết không gian (như Trung tâm Dự báo Thời tiết Không gian NOAA tại Hoa Kỳ, Cơ quan Khí tượng Vương quốc Anh hoặc Cơ quan Vũ trụ Châu Âu) phát đi Cảnh báo Bão Địa từ Cấp G4 (Nghiêm trọng) hoặc G5 (Cực đoan), bạn thường có từ 15 đến 48 giờ trước khi đám mây phun trào nhật hoa va chạm với từ quyển của Trái Đất:

1. Sạc đầy 100% tất cả pin và trạm sạc dự phòng: Cắm sạc ngay lập tức điện thoại di động, máy tính xách tay, trạm sạc dự phòng lithium, bộ đàm hai chiều và đèn pin sạc, sau đó rút phích cắm của chúng ra khỏi ổ điện trên tường ngay khi sạc đầy và trước khi cơn bão mặt trời bắt đầu chạm tới.
2. Rút phích cắm các thiết bị điện tử nhạy cảm và thiết bị gia dụng: Ngắt kết nối vật lý máy tính, bộ định tuyến mạng (router), tivi, thiết bị y tế (chuyển sang dùng pin dự phòng nếu cần) và các thiết bị điện lớn khỏi ổ cắm trên tường để cách ly chúng khỏi tình trạng sụt áp, sóng hài và xung điện cảm ứng địa từ trên lưới điện.
3. Xả đầy nước vào bồn tắm và các bình chứa nước ngay lập tức: Các nhà máy xử lý nước sạch và trạm bơm tăng áp đô thị phụ thuộc vào máy bơm điện và sẽ ngừng hoạt động chỉ sau vài giờ khi lưới điện khu vực bị sập. Hãy đổ đầy các bình sạch, nồi lớn và bồn tắm (dùng túi lót nilon sạch nếu có) để tích trữ ít nhất 4 lít (1 gallon) nước cho mỗi người mỗi ngày, đủ dùng trong ít nhất 14 ngày.
4. Đổ đầy bình nhiên liệu xe và rút tiền mặt khẩn cấp: Trụ bơm xăng tại các trạm nhiên liệu và máy rút tiền tự động (ATM) sẽ ngừng hoạt động ngay khi mất điện lưới. Hãy đổ đầy bình xăng xe của bạn và rút tiền giấy mệnh giá nhỏ để mua thực phẩm và nhu yếu phẩm khi hệ thống thanh toán điện tử bị tê liệt.
5. Đặt các thiết bị điện tử dự phòng vào trong lồng chắn Faraday: Cất một chiếc đài radio khẩn cấp AM/FM/SW chạy pin hoặc quay tay, một chiếc điện thoại cũ đã tải sẵn bản đồ ngoại tuyến và pin dự phòng bọc trong bìa cứng hoặc vải khô vào bên trong một thùng kim loại đậy kín (như thùng rác kim loại có nắp khít hoặc hộp sắt).
6. Tải bản đồ ngoại tuyến và chuẩn bị giấy tờ quan trọng: Bão địa từ nghiêm trọng làm nhiễu loạn tín hiệu định vị vệ tinh GPS và GNSS trong nhiều ngày. Hãy tải đầy đủ bản đồ đường bộ và địa hình ngoại tuyến vào thiết bị của bạn và chuẩn bị sẵn bản đồ giấy trong xe cũng như trong túi khẩn cấp.

flowchart TD
    Watch["Phát cảnh báo Bão Địa từ G4 hoặc G5: Còn 15 đến 48 giờ trước khi CME chạm tới"] --> FuelCash["1. Đổ đầy bình xăng xe và rút tiền mặt mệnh giá nhỏ dự phòng"]
    FuelCash --> Water["2. Trữ đầy nước vào bồn và bình: 4 lít (1 gallon) mỗi người mỗi ngày"]
    Water --> Charge["3. Sạc đầy 100% mọi điện thoại, pin dự phòng và đài radio"]
    Charge --> Unplug["4. Rút phích cắm thiết bị điện tử khỏi ổ điện tường trước khi bão tới"]
    Unplug --> Faraday["5. Cất đài radio dự phòng và thiết bị bản đồ vào hộp kim loại bọc cách điện"]
    Faraday --> GridOut{"6. Lưới điện khu vực có bị sập không?"}
    GridOut -->|Không: Lưới điện trụ vững| Restore["Chờ thông báo an toàn chính thức trước khi cắm lại thiết bị"]
    GridOut -->|Có: Mất điện diện rộng dài ngày| Survive["Phân bổ nước và nhiên liệu, nghe đài AM, thực hiện quy trình sinh tồn"]

Bão mặt trời và phun trào nhật hoa (CME) gây hại lưới điện như thế nào¶

Để chuẩn bị hiệu quả mà không hoang mang vì những tin đồn sai lệch, bạn cần hiểu rõ bão mặt trời thực sự tác động gì đến cơ sở hạ tầng của con người và nó khác biệt thế nào so với xung điện từ hạt nhân tầm cao (EMP).

Phun trào Nhật hoa và Dòng điện Cảm ứng Địa từ (GIC)¶

Khi một vết lóa mặt trời lớn kèm theo Phun trào Nhật hoa bùng phát từ bề mặt Mặt Trời, một đám mây hạt tích điện nặng hàng tỷ tấn lao vượt qua quãng đường 150 triệu kilômét (93 triệu dặm) tới Trái Đất với vận tốc từ 1.000 đến 3.000 kilômét mỗi giây (2,2 triệu đến 6,7 triệu dặm mỗi giờ).

1. Hoàn toàn vô hại trực tiếp đối với cơ thể con người: Bầu khí quyển dày đặc và từ quyển của Trái Đất che chắn hoàn toàn cho cơ thể con người trên mặt đất khỏi bức xạ mặt trời. Bạn sẽ không cảm thấy bất kỳ tác động vật lý nào từ cơn bão mặt trời, và nó không gây hại trực tiếp cho sức khỏe con người, vật nuôi hay sinh vật trên bề mặt Trái Đất.
2. Hiện tượng cảm ứng trên các dây dẫn dài: Khi đám mây plasma mặt trời va đập và nén mạnh từ trường Trái Đất, những biến thiên nhanh chóng của từ trường xuyên xuống lòng đất (đặc biệt mạnh ở những vùng có nền đá lửa đặc dẫn điện kém, buộc dòng điện phải tìm đường đi qua hệ thống dây dẫn nhân tạo trên mặt đất).
3. Bão hòa từ và cháy máy biến áp cao thế: Để tìm đường đi có điện trở thấp nhất, các Dòng điện Cảm ứng Địa từ (GIC) này trào ngược qua hệ thống cọc tiếp địa của các trạm biến áp cao thế và chạy dọc theo hàng trăm kilômét đường dây truyền tải điện. Vì dòng GIC hoạt động giống như dòng điện một chiều (DC) xâm nhập vào hệ thống lưới điện vốn được thiết kế cho dòng điện xoay chiều (AC), chúng khiến lõi thép của các máy biến áp siêu cao áp bị bão hòa từ, nóng vọt lên trên 200 độ C (392 độ F), làm chảy cuộn dây đồng bên trong hoặc kích hoạt rơ-le bảo vệ ngắt mạch dây chuyền làm sập toàn bộ lưới điện khu vực chỉ trong vài giây.
4. Tại sao bão mặt trời tự nhiên không làm hỏng điện thoại đã rút sạc: Một cơn bão mặt trời tự nhiên chỉ tạo ra dòng điện nguy hiểm trên các dây dẫn rất dài (đường dây tải điện, đường ray tàu hỏa, đường ống dẫn dầu khí và cáp viễn thông dài hàng kilômét). Một chiếc đèn pin cầm tay, máy tính xách tay đã rút phích cắm hoặc một chiếc ô tô đang đỗ trong sân nhà không có đường dây đủ dài để tự thu nhận dòng điện cảm ứng địa từ. Việc rút phích cắm thiết bị ra khỏi ổ điện trên tường sẽ bảo vệ chúng hoàn toàn trước một cơn bão mặt trời tự nhiên.

Thang đo Bão Địa từ của NOAA (từ cấp G1 đến G5)¶

Các cơ quan dự báo thời tiết không gian trên toàn thế giới sử dụng thang đo 5 cấp độ (từ G1 đến G5), dựa trên chỉ số địa từ hành tinh Kp (đo mức độ nhiễu loạn từ trường ngang của Trái Đất), để phân loại mức độ nghiêm trọng của bão địa từ.

Bảo vệ thiết bị điện tử gia đình và hệ thống điện mặt trời ngay lập tức¶

Khi một cơn bão cấp G5 Cực đoan chỉ còn cách vài giờ trước khi va chạm, điện áp lưới điện có thể dao động dữ dội trước khi công ty điện lực chủ động cắt điện luân phiên hoặc các trạm biến áp tự ngắt.

• Rút hẳn phích cắm thay vì chỉ tin vào ổ cắm chống sét: Các ổ cắm kéo dài có tính năng chống sét thông thường trong gia đình sử dụng linh kiện biến trở oxit kim loại (MOV) nhỏ, vốn chỉ được thiết kế để hấp thụ xung sét cực ngắn trong vài phần triệu giây. Tình trạng quá áp kéo dài hoặc méo dạng sóng hài từ lưới điện đang chập chờn có thể làm các ổ cắm chống sét giá rẻ nóng chảy và bốc cháy. Hãy dùng tay rút hẳn phích cắm ra khỏi ổ điện trên tường.
• Ngắt các cầu dao (aptomat) của thiết bị công suất lớn: Tại tủ điện chính của gia đình, hãy gạt tắt các cầu dao của những thiết bị điện 240V công suất lớn (như máy điều hòa trung tâm, bình nóng lạnh điện, máy bơm giếng và bộ sạc xe điện). Bạn có thể để lại một mạch đèn chiếu sáng duy nhất với một bóng đèn LED hoặc sợi đốt nhỏ để nhận biết khi nào điện lưới bị mất và khi nào điện đã ổn định trở lại.
• Tách hệ thống điện mặt trời áp mái và bộ lưu trữ pin khỏi lưới điện: Nếu nhà bạn có lắp đặt pin mặt trời và hệ thống pin lưu trữ, hãy chuyển cầu dao đảo chiều sang chế độ độc lập (off-grid / island mode) trước khi bão mặt trời ập đến để các xung điện từ lưới điện ngoài đường không làm cháy bộ biến tần (inverter) của bạn.

Cách tự làm lồng chắn Faraday dự phòng (cho tình huống EMP hoặc nhiễu xạ cực đoan)¶

Mặc dù việc rút phích cắm khỏi ổ điện tường là đủ để bảo vệ thiết bị trước một cơn bão mặt trời CME tự nhiên, nhiều kế hoạch phòng비 khẩn cấp còn tính đến việc chống nhiễu điện từ tần số cao hoặc xung điện từ (EMP) vốn có thể cảm ứng vào các ăng-ten ngắn. Bạn có thể tự làm một lồng chắn Faraday hiệu quả trong năm phút bằng các vật dụng sẵn có trong nhà:

1. Chọn lớp vỏ kim loại dẫn điện bên ngoài: Sử dụng một thùng rác bằng thép mạ kẽm có nắp đậy kim loại khít chặt, một hộp bánh quy bằng thiếc kín, hộp đựng đạn bằng thép (cạo sạch lớp sơn ở viền tiếp xúc nắp), hoặc ba lớp giấy bạc nhôm loại dày dùng trong nhà bếp.
2. Bọc cách điện hoàn toàn mặt bên trong: Lót kín mặt trong của thùng kim loại bằng bìa carton dày, xô nhựa hoặc khăn bông khô sao cho các thiết bị điện tử đặt bên trong tuyệt đối không chạm trực tiếp vào thành kim loại. Nếu thiết bị chạm vào vỏ kim loại, dòng điện chạy bên ngoài mặt vỏ sẽ truyền thẳng vào làm hỏng thiết bị.
3. Tháo rời ăng-ten và xếp thiết bị dự phòng vào trong: Đặt một chiếc đài radio khẩn cấp AM/FM/SW, một chiếc điện thoại thông minh dự phòng đã cài sẵn bản đồ ngoại tuyến và tài liệu sơ cứu PDF, tấm sạc năng lượng mặt trời gấp gọn, đèn đeo trán LED và các viên pin kiềm hoặc pin lithium AA/AAA còn nguyên vỉ vào phần lõi đã lót cách điện.
4. Dán kín khe nắp thùng: Đậy chặt nắp thùng và dán kín toàn bộ đường khe tiếp giáp giữa nắp và thân thùng bằng băng keo nhôm dẫn điện chuyên dụng (hoặc bọc kín toàn bộ chiếc hộp đã đóng bằng ba lớp giấy bạc nhà bếp chồng khít lên nhau).

Sinh tồn khi mất điện máy biến áp kéo dài nhiều tuần¶

Nếu một cơn bão địa từ cỡ Carrington làm cháy hỏng hàng loạt máy biến áp siêu cao áp (EHV) trên khắp một vùng lãnh thổ, ngành điện không thể chỉ bật lại công tắc là có điện ngay. Những cỗ máy biến áp nặng hàng trăm tấn này phải đặt chế tạo riêng và mất từ 12 đến 24 tháng để sản xuất và vận chuyển, nghĩa là các khu vực bị ảnh hưởng có thể phải đối mặt với tình trạng cắt điện luân phiên hoặc mất điện hoàn toàn kéo dài nhiều tuần lễ.

1. Đảm bảo nguồn nước sạch và vệ sinh môi trường¶

• Giữ lại nguồn nước sẵn có trong đường ống của nhà bạn: Ngay khi mất điện và áp lực nước máy bắt đầu giảm xuống, hãy khóa van cấp nước tổng của gia đình (ở ngoài cổng hoặc tầng hầm) để lượng nước sạch đang nằm trong đường ống của nhà bạn không bị hút ngược trở lại đường ống chính của thành phố. Bạn có thể xả lấy từ 110 đến 200 lít (30 đến 50 gallon) nước sạch từ van xả cặn ở đáy bình nước nóng gián tiếp trong nhà (sau khi đã ngắt cầu dao điện hoặc khóa van gas của bình và để nước nguội bớt).
• Khử trùng nước mặt khi dùng: Nếu nguồn nước đóng chai dự trữ đã cạn, hãy xử lý mọi nguồn nước mưa, nước suối hoặc nước ao hồ bằng cách đun sôi sùng sục trong ít nhất 1 phút (hoặc 3 phút nếu ở vùng núi cao trên 2.000 mét / 6.500 feet) hoặc khử trùng bằng thuốc tẩy clo gia dụng không mùi theo đúng hướng dẫn trong bài an toàn nước uống và thông báo đun sôi nước.
• Thiết lập nhà vệ sinh khẩn cấp hai xô: Khi các trạm bơm thoát nước thải chạy điện ngừng hoạt động, việc tiếp tục xả nước bồn cầu có thể khiến nước thải bẩn trào ngược lên qua cống sàn tầng một hoặc tầng hầm. Hãy lót túi rác nilon dày vào một chiếc xô 19 lít (5 gallon), phủ mùn cưa, xơ dừa, tro bếp hoặc cát vệ sinh mèo sau mỗi lần đi vệ sinh để khử mùi và mầm bệnh, đồng thời tách riêng nước tiểu và chất thải rắn nếu có thể.

2. Thông tin liên lạc và định vị khi không có GPS¶

Trong một cơn bão địa từ mạnh, tầng điện ly phía trên cao của bầu khí quyển Trái Đất bị đốt nóng và trở nên hỗn loạn:

• Mất tín hiệu định vị GPS và GNSS: Tín hiệu thời gian và tọa độ truyền từ vệ tinh xuyên qua tầng điện ly bị bẻ cong và trễ nhịp, khiến định vị GPS trên điện thoại, ô tô, máy bay và tàu thuyền bị lệch hàng chục mét hoặc mất tín hiệu hoàn toàn trong từ 24 đến 72 giờ.
• Gián đoạn sóng vô tuyến tần số cao (HF): Đài vô tuyến sóng ngắn (shortwave) và liên lạc hàng không HF có thể bị mất sóng hoàn toàn vào ban ngày ở bán cầu đang hướng về phía Mặt Trời, nhưng sóng HF ban đêm sẽ hoạt động trở lại khi tầng điện ly ổn định.
• Độ bền bỉ của sóng phát thanh AM: Các đài phát thanh sóng trung AM (tần số từ 530 đến 1700 kHz) có máy phát điện chạy dầu diesel dự phòng công suất lớn và tín hiệu sóng đất truyền đi xa hàng trăm kilômét. Hãy giữ một chiếc đài radio AM/FM chạy pin hoặc quay tay để nhận thông tin chỉ đạo khẩn cấp từ cơ quan phòng chống thiên tai quốc gia.

3. Sưởi ấm, làm mát và sử dụng máy phát điện an toàn¶

• Bảo quản thực phẩm và thuốc men cần giữ lạnh: Giữ cửa tủ lạnh và tủ đông đóng kín tối đa; một chiếc tủ đông chứa đầy thực phẩm nếu không mở cửa có thể giữ nhiệt độ an toàn trong 48 giờ. Hãy ưu tiên sử dụng hết thực phẩm tươi sống trong ngăn mát trước, tiếp theo là đồ trong ngăn đá, và để dành lương thực khô cùng đồ hộp trong bộ dụng cụ khẩn cấp dùng sau cùng. Nếu người nhà bạn đang dùng thuốc tiểu đường insulin cần bảo quản lạnh, hãy lưu ý rằng hầu hết các loại insulin hiện đại vẫn giữ được tác dụng an toàn ở nhiệt độ phòng từ 15 đến 30 độ C (59 đến 86 độ F) trong tối đa 28 ngày miễn là tránh ánh nắng trực tiếp và nhiệt độ cao.

Câu hỏi thường gặp¶

Bão mặt trời có gây nguy hiểm trực tiếp cho sức khỏe con người hay động vật trên Trái Đất không?¶

Không, bầu khí quyển dày đặc và từ trường của Trái Đất đã chặn đứng các hạt tích điện từ vết lóa mặt trời hoặc phun trào nhật hoa trước khi chúng chạm tới mặt đất, vì vậy thời tiết không gian hoàn toàn không gây nguy cơ nhiễm phóng xạ hay tổn hại sức khỏe thể chất trực tiếp nào cho con người và động vật trên bề mặt Trái Đất.

Bão mặt trời tự nhiên có làm cháy hỏng điện thoại hay ô tô đã rút sạc của tôi không?¶

Không, một cơn bão mặt trời tự nhiên chỉ tạo ra dòng điện cảm ứng nguy hiểm bên trong các đường dây dẫn dài hàng kilômét như đường dây truyền tải điện cao thế và đường ống kim loại dài, đồng nghĩa với việc các thiết bị điện tử nhỏ đã rút phích cắm khỏi ổ điện tường và ô tô đang đỗ đều hoàn toàn an toàn.

Chúng ta có bao nhiêu thời gian cảnh báo trước khi một cơn bão mặt trời chạm tới Trái Đất?¶

Các chuyên gia tại trung tâm dự báo thời tiết không gian quan sát được đám mây phun trào nhật hoa rời khỏi Mặt Trời qua vệ tinh và có thể đưa ra cảnh báo sớm từ 15 đến 48 giờ trước khi va chạm, với cường độ từ trường chính xác được xác nhận trước 15 đến 45 phút khi gió mặt trời đi qua các vệ tinh quan trắc tại Điểm Lagrange 1.

Tại sao định vị GPS lại ngừng hoạt động trong lúc xảy ra bão địa từ nghiêm trọng?¶

Bão địa từ làm nóng và khuấy động lớp khí quyển tích điện phía trên cao của Trái Đất (tầng điện ly), làm bẻ cong, gây trễ và làm nhiễu loạn các tín hiệu vô tuyến yếu ớt truyền từ vệ tinh GPS ở độ cao 20.000 kilômét (12.500 dặm) xuống thiết bị thu dưới mặt đất.

Hướng dẫn liên quan¶

• Sập lưới điện khu vực và mất điện diện rộng kéo dài
• An toàn khi mất điện tại nhà và nguồn điện dự phòng
• Chuẩn bị bộ dụng cụ khẩn cấp 72 giờ và 14 ngày
• Làm sạch nước, tích trữ nước và thông báo đun sôi nước
• Số điện thoại khẩn cấp theo quốc gia