W ciągu ostatniego tygodnia, nasze Słońce wypluło kilka całkiem potężnych rozbłysków słonecznych, jako że znajduje się w szczytowym momencie swojego 11-letniego cyklu słonecznego. Ale jak bardzo należy się martwić o radioaktywne wybuchy na Słońcu?
Po pierwsze, rozróżnijmy kilka różnych rodzajów aktywności słonecznej:
Plamy słoneczne to ogromne ciemne obszary na powierzchni Słońca, powstałe gdy fluktuacje w polu magnetycznym Słońca bąbelkują aż do powierzchni. Plamy są ciemne, ponieważ są chłodniejsze niż inne części powierzchni słonecznej wokół nich. Chłód jest tutaj względny – plama słoneczna ma temperaturę 8000 stopni Fahrenheita (4500 Celsjusza), ale jest otoczona materiałem, który osiąga temperaturę 11000 stopni F (6000 C).
Rozbłyski słoneczne to gigantyczne eksplozje związane z plamami słonecznymi, spowodowane nagłym uwolnieniem energii z „skrętów” w polu magnetycznym Słońca. Są to intensywne wybuchy promieniowania, które mogą trwać od kilku minut do kilku godzin.
Koronalne wyrzuty masy (CMEs) czasami zbiegają się z rozbłyskami słonecznymi. Są to ogromne eksplozje materii – gazu i namagnesowanej plazmy – które odlatują od Słońca z prędkością milionów mil na godzinę.
Jaki jest problem?
Rozbłyski słoneczne i CME nie stanowią bezpośredniego zagrożenia dla ludzi – ziemska atmosfera chroni nas przed promieniowaniem pogody kosmicznej. (Jeśli astronauta przebywający w przestrzeni kosmicznej zostanie zbombardowany wysokoenergetycznymi cząstkami pochodzącymi z CME, może odnieść poważne obrażenia lub zginąć. Jednak większość z nas nie będzie musiała się martwić o taką sytuację). Możemy jednak odczuć skutki CME pośrednio, poprzez zakłócenia w naszej technologii – niektóre z nich mogą mieć niszczycielskie i długotrwałe skutki dla cywilizacji.
Gdy CME uderzy w ziemską magnetosferę – objętość przestrzeni wokół naszej planety, na którą wpływa nasze pole magnetyczne – jeśli zostanie skierowany na południe, będzie silnie oddziaływał z ziemskim polem magnetycznym skierowanym na północ. Kiedy tak się dzieje, ziemskie pole magnetyczne jest „otwierane jak cebula, pozwalając energetycznym cząstkom wiatru słonecznego płynąć w dół linii pola, aby uderzyć w atmosferę nad biegunami” – wyjaśnia NASA. „Na powierzchni Ziemi burza magnetyczna jest widoczna jako gwałtowny spadek natężenia ziemskiego pola magnetycznego. Spadek ten trwa około 6 do 12 godzin, po czym pole magnetyczne stopniowo wraca do normy w ciągu kilku dni.”
Burza geomagnetyczna, która jest wynikiem interakcji CME z magnetosferą, może zepsuć wszystkie rodzaje technologii, na których polegamy we współczesnym życiu. Satelity, które krążą wysoko na orbitach geosynchronicznych – wiele z nich to satelity komunikacyjne – są narażone na burze geomagnetyczne, ponieważ mogą zostać spenetrowane przez wysokoenergetyczne cząstki lub ponieważ satelita może zostać silnie naładowany, powodując uszkodzenie kluczowych komponentów przez prądy wyładowcze.
Jeszcze poważniejszym problemem jest możliwość uszkodzenia sieci elektrycznych przez CME. Burza geomagnetyczna wytwarza prądy elektryczne w materiałach przewodzących na ziemi, w tym w rurociągach, kablach komunikacyjnych i liniach energetycznych. Te duże, wywołane geomagnetycznie prądy mogą przeciążyć transformatory i doprowadzić do rozległych przerw w dostawie prądu.
„Wyobraźmy sobie duże miasta bez prądu przez tydzień, miesiąc lub rok” – powiedział fizyk z Uniwersytetu Kolorado Daniel Baker na spotkaniu geofizyków w 2011 roku, według National Geographic. „Straty mogłyby wynieść od 1 do 2 bilionów dolarów, a skutki mogłyby być odczuwalne przez lata.”
Żadna z tych rzeczy nie jest czysto hipotetyczna. Burza słoneczna z 1859 roku, nazwana Zdarzeniem Carringtona, najsilniejsza w historii, spowodowała, że zorze rozbłysły aż na południe od Kuby, a linie telegraficzne w całej Ameryce Północnej przestały działać. CME z 2003 roku zakłóciła pracę satelitów, komunikację radiową wysokiej częstotliwości i pozbawiła prądu szwedzkie miasto Malmo.
Jako część warsztatów finansowanych przez NASA na temat wpływu pogody kosmicznej, inżynier i ekspert od burz geomagnetycznych John Kappenmann przeanalizował, jak burza geomagnetyczna na równi z tą szczególnie silną, widzianą w maju 1921 roku, zniszczyłaby sieć energetyczną. Kappenmann obliczył, że gdyby zjawisko słoneczne z 1921 roku wystąpiło dzisiaj, ponad 130 milionów ludzi prawdopodobnie straciłoby zasilanie, a 350 transformatorów byłoby zagrożonych trwałym uszkodzeniem. Wymiana lub naprawa tych transformatorów może trwać od tygodni do miesięcy; w międzyczasie wszystko, od czystej wody, przez stacje benzynowe, po usługi telefonii komórkowej i transport, ucierpiałoby na obszarach pozbawionych prądu.
„Fizyka Słońca i ziemskiego pola magnetycznego nie zmieniła się zasadniczo, ale my tak” – powiedział Kappenman w wywiadzie dla Popular Science. „Postanowiliśmy zbudować sieci energetyczne i stopniowo sprawiliśmy, że stały się one bardziej wrażliwe, ponieważ połączyliśmy je z każdym aspektem naszego życia. Kolejne zdarzenie Carringtona kiedyś nastąpi.”
Co możemy zrobić?
Ironicznie, część powodów, dla których transformatory wysokiego napięcia są podatne na burze geomagnetyczne, wynika ze środków, jakie podjęliśmy, aby chronić je przed uderzeniami piorunów. Połączenia uziemienia pomiędzy transformatorami, które rozpraszają te skoki napięcia, służą również jako droga dla prądów indukowanych geomagnetycznie. Przedsiębiorstwa użyteczności publicznej mogą zabezpieczyć się przed groźną pogodą kosmiczną, wyposażając kluczowe transformatory w oporniki elektryczne lub kondensatory, ale ze względu na cenę rzędu setek tysięcy dolarów za transformator, nie decydują się one na dobrowolne zainstalowanie tych zabezpieczeń.
Większe wyprzedzenie w ostrzeganiu o potencjalnie szkodliwych CME zmierzających w kierunku Ziemi dałoby przedsiębiorstwom użyteczności publicznej trochę czasu na zmniejszenie produkcji energii, aby spróbować złagodzić skutki prądów geomagnetycznych. Obecnie Centrum Prognozowania Pogody Kosmicznej Narodowej Służby Meteorologicznej (National Weather Service’s Space Weather Prediction Center) może naprawdę tylko ostrzegać od 10 do 60 minut przed silnymi burzami geomagnetycznymi. Lepsze prognozowanie pogody kosmicznej mogłoby dać nam jeszcze więcej czasu na przygotowanie się do przetrwania burzy słonecznej. Niestety, nasz system alarmowy już zaczyna wymagać aktualizacji. Wiele z satelitów, na których polegamy w monitorowaniu aktywności Słońca, zbliża się do końca swojej żywotności, a plany wymiany są skąpe.
Ogółem, „zaczynamy dostrzegać większą świadomość” wśród decydentów na temat zagrożeń stwarzanych przez burze słoneczne, Chris Beck z Rady Bezpieczeństwa Infrastruktury Elektrycznej powiedział Washington Post. „Chociaż nie jesteśmy jeszcze w punkcie, w którym faktycznie wprowadzamy rozwiązania.”
Zdjęcie: NASA/SDO