આકાશમાં રંગોની હોળી અને જમીન પર અંધારપટ: સૌર તોફાનો કેવી રીતે પાવર ગ્રીડને ઠપ્પ કરી શકે છે?
ધ્રુવીય જ્યોતિ પાછળ છુપાયેલું જટિલ વિજ્ઞાન અને પૃથ્વીના ચુંબકીય ક્ષેત્રમાં આવતી વિક્ષેપની ગંભીર અસરોની ઊંડી સમજૂતી.
જ્યારે આપણે ઉત્તર ધ્રુવના આકાશમાં લીલા અને લાલ રંગના પડદા જેવી લહેરાતી રોશની જોઈએ છીએ, ત્યારે તે માત્ર કુદરતનું એક સુંદર દ્રશ્ય નથી, પરંતુ અવકાશમાં ચાલી રહેલા એક ભયાનક યુદ્ધનો સંકેત છે. આ ઘટનાને આપણે 'ઓરોરા' (aurora) અથવા ધ્રુવીય જ્યોતિ કહીએ છીએ. જમીન પરથી જોતા આ રોશની ભલે દૂર અને અસ્પષ્ટ લાગે, પરંતુ તે સીધી રીતે પૃથ્વીના પેટાળમાં વહેતા વીજપ્રવાહ સાથે જોડાયેલી છે. તાજેતરના સંશોધનો દર્શાવે છે કે આ સુંદરતા પાછળ પાવર ગ્રીડ અને ટેકનોલોજીને નુકસાન પહોંચાડવાની ક્ષમતા છુપાયેલી છે.
આ સમગ્ર પ્રક્રિયાને સમજવા માટે આપણે સૂર્ય અને પૃથ્વી વચ્ચેના સંબંધને સમજવો પડે. સૂર્ય સતત ચાર્જ થયેલા કણોનો પ્રવાહ છોડે છે, જેને 'સોલર વિન્ડ' (solar wind) અથવા સૌર પવન કહેવામાં આવે છે. ક્યારેક સૂર્યની સપાટી પર મોટા વિસ્ફોટ થાય છે, જેને 'કોરોનલ માસ ઇજેક્શન' (coronal mass ejection - CME) કહેવામાં આવે છે. આ વિસ્ફોટ દ્વારા અબજો ટન ચાર્જ થયેલા કણો અને ચુંબકીય ક્ષેત્ર અવકાશમાં ફેંકાય છે. જ્યારે આ કણોનું વાદળ પૃથ્વી તરફ આવે છે, ત્યારે તે પૃથ્વીના સંરક્ષણ કવચ સાથે અથડાય છે.
પૃથ્વીની આસપાસ એક અદ્રશ્ય ચુંબકીય કવચ છે જેને 'મેગ્નેટોસ્ફિયર' (magnetosphere) કહેવામાં આવે છે. આ કવચ પૃથ્વીના આંતરિક ભાગમાં રહેલા પીગળેલા લોખંડના હલનચલનથી પેદા થાય છે. સામાન્ય રીતે આ કવચ આપણને સૂર્યના હાનિકારક વિકિરણોથી બચાવે છે. પરંતુ જ્યારે સૂર્યમાંથી આવતા કણોનું દબાણ વધે છે, ત્યારે આ મેગ્નેટોસ્ફિયર દબાય છે. સૂર્ય તરફના ભાગમાં આ કવચ સંકોચાય છે અને પાછળના ભાગમાં તે લાંબી પૂંછડીની જેમ ખેંચાય છે, જેને 'મેગ્નેટોટેઈલ' (magnetotail) કહેવામાં આવે છે.
વૈજ્ઞાનિકોના જણાવ્યા મુજબ, જો સૂર્યમાંથી આવતા ચુંબકીય ક્ષેત્રની દિશા પૃથ્વીના ચુંબકીય ક્ષેત્ર સાથે સુસંગત થાય, તો બંને ક્ષેત્રો એકબીજા સાથે જોડાઈ જાય છે. આ પ્રક્રિયાને કારણે પૃથ્વીની પાછળની તરફ રહેલી મેગ્નેટોટેઈલમાં પુષ્કળ ચુંબકીય ઉર્જા જમા થાય છે. જ્યારે આ ઉર્જા હદ કરતા વધી જાય, ત્યારે તે અચાનક વિસ્ફોટક રીતે મુક્ત થાય છે. આ ઘટનાને 'સબસ્ટોર્મ' (substorm) અથવા ચુંબકીય પેટા-તોફાન કહેવામાં આવે છે. આ ઉર્જા પૃથ્વીથી અંદાજે ૪૫,૦૦૦ થી ૬૫,૦૦૦ કિલોમીટર દૂર મુક્ત થાય છે.
- સૌર વિસ્ફોટસૂર્યની સપાટી પરથી કોરોનલ માસ ઇજેક્શન (CME) દ્વારા ચાર્જ થયેલા કણો મુક્ત થાય છે.
- ચુંબકીય જોડાણસૌર પવન પૃથ્વીના મેગ્નેટોસ્ફિયર સાથે અથડાય છે અને ચુંબકીય રેખાઓ ખેંચાઈને મેગ્નેટોટેઈલ બનાવે છે.
- ઉર્જા મુક્તિમેગ્નેટોટેઈલમાં ચુંબકીય રેખાઓ ફરીથી જોડાતા (reconnection) પ્રચંડ ઉર્જા મુક્ત થાય છે.
- વાતાવરણીય અથડામણઝડપી કણો પૃથ્વીના વાતાવરણમાં ગેસ સાથે અથડાઈને ઓરોરા અને વીજપ્રવાહ પેદા કરે છે.
- ગ્રાઉન્ડ ઇન્ડક્શનચુંબકીય ફેરફારો જમીન અને પાવર લાઈનોમાં બિનજરૂરી વીજપ્રવાહ (GIC) પેદા કરે છે જે ગ્રીડને નુકસાન કરે છે.
આ વિસ્ફોટ દરમિયાન, ઉર્જાવાન કણો પૃથ્વીની ચુંબકીય રેખાઓ પર ખૂબ જ ઝડપથી પૃથ્વી તરફ ધસી આવે છે. જ્યારે આ કણો પૃથ્વીના વાતાવરણમાં રહેલા ઓક્સિજન અને નાઈટ્રોજનના પરમાણુઓ સાથે અથડાય છે, ત્યારે તેમાંથી પ્રકાશ પેદા થાય છે. આ પ્રકાશ જ આપણને જમીન પરથી ઓરોરા તરીકે દેખાય છે. સામાન્ય રીતે આ અથડામણ જમીનથી ૯૦ થી ૧૫૦ કિલોમીટરની ઊંચાઈએ થાય છે. પરંતુ આ માત્ર પ્રકાશનો ખેલ નથી; આ કણો પૃથ્વીના ઉપલા વાતાવરણમાં શક્તિશાળી વીજપ્રવાહ પણ પેદા કરે છે.
બિઝનેસ લાઇનના અહેવાલ મુજબ, મિશિગન યુનિવર્સિટીના સંશોધકોએ NASA ના THEMIS અને NOAA ના GOES સેટેલાઇટના ડેટાનો ઉપયોગ કરીને એક મહત્વની શોધ કરી છે. તેમણે જોયું કે જ્યારે મેગ્નેટોટેઈલમાં ચુંબકીય રેખાઓ ફરીથી જોડાય છે, ત્યારે તેના માત્ર ૭ મિનિટમાં પૃથ્વીની સપાટી પરના ચુંબકીય ક્ષેત્રમાં મોટો ફેરફાર જોવા મળે છે. આનો અર્થ એ છે કે અવકાશમાં હજારો કિલોમીટર દૂર થતી ઘટનાની અસર પૃથ્વી પરની ટેકનોલોજી પર મિનિટોમાં પડી શકે છે.
nT (નેનો-ટેસ્લા)
જ્યારે આકાશમાં આ ચુંબકીય ફેરફારો થાય છે, ત્યારે તે જમીનની અંદર અને પાવર લાઈનોમાં વીજપ્રવાહ પેદા કરે છે. આને 'જીઓમેગ્નેટિકલી ઇન્ડ્યુસ્ડ કરન્ટ્સ' (geomagnetically induced currents - GIC) કહેવામાં આવે છે. આ વીજપ્રવાહ એટલો શક્તિશાળી હોઈ શકે છે કે તે પાવર ગ્રીડના ટ્રાન્સફોર્મરને બાળી શકે છે અથવા સર્કિટ બ્રેકર્સને ટ્રીપ કરી શકે છે. આનાથી આખા શહેરો કે દેશોમાં અંધારપટ છવાઈ શકે છે. ૧૯૮૯ માં કેનેડાના ક્વિબેકમાં આવું જ બન્યું હતું, જ્યાં માત્ર ૯ સેકન્ડમાં આખી પાવર ગ્રીડ નિષ્ફળ ગઈ હતી અને ૬૦ લાખ લોકો ૯ કલાક સુધી અંધારામાં રહ્યા હતા.
ભૂચુંબકીય તોફાનોની તીવ્રતા માપવા માટે વૈજ્ઞાનિકો 'Dst ઇન્ડેક્સ' (Disturbance - Storm Time index) નો ઉપયોગ કરે છે. આ ઇન્ડેક્સ પૃથ્વીના વિષુવવૃત્ત પર ચુંબકીય ક્ષેત્રમાં થતા ફેરફારને નેનો-ટેસ્લા (nT) માં માપે છે. સામાન્ય સમયે આ મૂલ્ય +૨૦ થી -૨૦ nT ની વચ્ચે હોય છે. જો આ મૂલ્ય -૫૦ nT થી નીચે જાય, તો તેને ચુંબકીય તોફાન માનવામાં આવે છે. ઇતિહાસનું સૌથી મોટું તોફાન ૧૮૫૯ માં આવ્યું હતું, જેને 'કેરિંગ્ટન ઇવેન્ટ' (Carrington Event) કહેવામાં આવે છે. તે સમયે Dst ઇન્ડેક્સ અંદાજે -૧૭૬૦ nT સુધી પહોંચી ગયો હોવાનું મનાય છે.
| સ્કેલ | તીવ્રતા | પાવર ગ્રીડ પર અસર |
|---|---|---|
| G1 | હળવું | પાવર ગ્રીડમાં મામૂલી વધઘટ થઈ શકે છે. |
| G2 | મધ્યમ | ઉચ્ચ અક્ષાંશ પર વોલ્ટેજ એલાર્મ આવી શકે છે, ટ્રાન્સફોર્મરને નુકસાન થઈ શકે છે. |
| G3 | મજબૂત | વોલ્ટેજ કંટ્રોલમાં સમસ્યા અને પ્રોટેક્શન ડિવાઇસમાં ખોટી ટ્રીપિંગ થઈ શકે છે. |
| G4 | ગંભીર | વ્યાપક વોલ્ટેજ કંટ્રોલ સમસ્યાઓ અને ગ્રીડમાં અસ્થિરતા આવી શકે છે. |
| G5 | અત્યંત તીવ્ર | ગ્રીડ સંપૂર્ણપણે પડી ભાંગી શકે છે અને ટ્રાન્સફોર્મર્સ બળી શકે છે. |
કેરિંગ્ટન ઇવેન્ટ વખતે દુનિયામાં અત્યાર જેવી પાવર ગ્રીડ નહોતી, પરંતુ તે સમયે ટેલિગ્રાફ નેટવર્ક હતું. આ તોફાનને કારણે ટેલિગ્રાફના વાયરોમાં એટલો વીજપ્રવાહ પેદા થયો કે ઓપરેટરોને વીજળીના ઝટકા લાગ્યા અને મશીનોમાં આગ લાગી ગઈ. જો આજે આવું તોફાન આવે, તો તે આધુનિક સેટેલાઇટ, GPS સિસ્ટમ અને ઇન્ટરનેટ કેબલ્સને ગંભીર નુકસાન પહોંચાડી શકે છે. ૨૦૦૩ ના 'હેલોવીન તોફાન' દરમિયાન સ્વીડનમાં ૫૦,૦૦૦ લોકોએ વીજળી ગુમાવી હતી અને જાપાનનો એક સેટેલાઇટ કાયમી ધોરણે બંધ થઈ ગયો હતો.
પૃથ્વી પર આ તોફાનોની અસર દરેક જગ્યાએ એકસરખી હોતી નથી. સંશોધકોએ નોંધ્યું છે કે બે સ્ટેશનો જે માત્ર થોડાક કિલોમીટર દૂર હોય, ત્યાં પણ ચુંબકીય ફેરફાર અલગ-અલગ હોઈ શકે છે. આનું કારણ જમીનની રચના છે. જો જમીનમાં ભેજ વધુ હોય અથવા ખડકોની રચના એવી હોય કે જે વીજળીને વધુ સારી રીતે વહન કરી શકે, તો ત્યાં વધુ નુકસાન થવાની સંભાવના રહે છે. આથી જ પાવર ગ્રીડ ઓપરેટરોએ સ્થાનિક ભૂસ્તરશાસ્ત્રને ધ્યાનમાં રાખીને સુરક્ષા વ્યવસ્થા ગોઠવવી પડે છે.
સૌર તોફાનોની આગાહી કરવી એ હવામાનની આગાહી કરવા જેવું જ મુશ્કેલ છે. સૂર્ય પર થતા વિસ્ફોટોને જોઈને વૈજ્ઞાનિકો થોડા કલાકો કે દિવસો પહેલા ચેતવણી આપી શકે છે. NOAA દ્વારા 'G-સ્કેલ' (G-scale) નો ઉપયોગ કરવામાં આવે છે, જે G1 (હળવું) થી G5 (અત્યંત તીવ્ર) સુધીના સ્તરો દર્શાવે છે. G5 સ્તરનું તોફાન પૃથ્વી પરના રેડિયો સંદેશાવ્યવહારને સંપૂર્ણપણે ઠપ્પ કરી શકે છે અને પાવર ગ્રીડમાં વ્યાપક નુકસાન કરી શકે છે.
ભારત જેવા દેશો માટે પણ આ ચિંતાનો વિષય છે. જોકે ભારત વિષુવવૃત્તની નજીક હોવાથી અહીં ઓરોરા દેખાવાની શક્યતા ઓછી છે, પરંતુ શક્તિશાળી તોફાનો વખતે ચુંબકીય ક્ષેત્રમાં થતા ફેરફારો ભારતીય પાવર ગ્રીડને પણ અસર કરી શકે છે. ખાસ કરીને લાંબી ટ્રાન્સમિશન લાઈનોમાં GIC પેદા થવાનું જોખમ વધુ રહે છે. મે ૨૦૨૪ માં આવેલું તોફાન છેલ્લા બે દાયકાનું સૌથી શક્તિશાળી તોફાન હતું, જેણે સાબિત કર્યું કે સૂર્યની ગતિવિધિઓ હવે વધુ સક્રિય થઈ રહી છે.
આગામી વર્ષોમાં સૂર્ય તેના ૧૧ વર્ષના ચક્રના મહત્તમ બિંદુ (Solar Maxima) પર પહોંચશે, જેનો અર્થ છે કે સૌર તોફાનોની સંખ્યા વધશે. વૈજ્ઞાનિકો હવે વધુ સારા મોડેલ્સ અને સેટેલાઇટ ડેટાનો ઉપયોગ કરીને આ તોફાનોની ચોક્કસ અસર સમજવાનો પ્રયાસ કરી રહ્યા છે. આકાશમાં દેખાતી એ સુંદર ધ્રુવીય જ્યોતિ આપણને યાદ અપાવે છે કે આપણે એક વિશાળ અને ગતિશીલ બ્રહ્માંડનો ભાગ છીએ, જ્યાં સૂર્યની એક નાની હિલચાલ પણ આપણી આધુનિક જીવનશૈલીને પળવારમાં અટકાવી શકે છે.
