Charakter pogody kosmicznej niewiele się zmienił. Ale zmienia się nasz sposób myślenia o niej. Coraz lepiej rozumiemy, że jej badanie i przewidywanie jest ważne z praktycznego punktu widzenia.
Pogoda kosmiczna nie jest czymś, o czym większość z nas myśli na co dzień. Jednak naładowane cząstki i pole magnetyczne Słońca nieustannie przemierzają przestrzeń i zderzają się z polem magnetycznym Ziemi. Czasem zorze polarne wypełniają wtedy niebo światłem tańczącym wzdłuż tych linii pola. Jednak najbardziej ekstremalna pogoda kosmiczna ma miejsce wówczas, gdy Słońce wyrzuca miliardy ton naenergetyzowanych cząstek bezpośrednio w kierunku Ziemi, z prędkością dochodzącą do 3000 kilometrów na sekundę.
Te zjawiska, znane jako koronalne wyrzuty masy (CME), pochodzą z zewnętrznej atmosfery Słońca – korony – i mogą powodować intensywne burze geomagnetyczne, a przez to negatywnie wpływać na astronautów, satelity i statki kosmiczne. Burze geomagnetyczne mają miejsce, gdy pole magnetyczne Ziemi zostaje silnie zakłócone. Najbardziej ekstremalne z nich są generowane właśnie przez CME. Koronalne wyrzuty masy dosłownie pobudzają pole magnetyczne Ziemi, co może mieć także katastrofalne skutki – w zależności od ich wielkości i prędkości.
Uważa się, że jeden z najintensywniejszych CME dotknął nas w ten sposób między 28 sierpnia a 2 września 1859 roku. Po około 18 godzinach od wystąpienia na Słońcu dotarł do Ziemi, wywołując potężną burzę geomagnetyczną. Zorza polarna była wówczas widziana nawet na dalekim południu, w tym i na Karaibach. Linie telegraficzne przepalały się, a komunikacja została zakłócona w różnych miejscach na całym świecie. Wcześniej już jednak obserwowano liczne plamy słoneczne, a 1 września tego samego roku angielski astronom Richard Christopher Carrington zaobserwował na Słońcu rozbłysk, który później powiązano z powstaniem tego koronalnego wyrzutu masy. Dziś ta burza słoneczna znana jest pod nazwą zjawiska Carringtona.
Na ilustracji: Plamy słoneczne 1 września 1859 –szkic Carringtona. Źródło: Richard Carrington - the Nov-Dec, 2007 issue of American Scientist (volume 95)
Zaburzenia ziemskiego magnetyzmu spowodowały wówczas awarie sieci telegraficznych w całej Europie i Ameryce Północnej, w tym palenie się (od wywołanego nimi iskrzenia!) papieru w używanego w telegrafach.
Od blisko stu lat naukowcy wiedzą już, że małe i umiarkowane CME występują z największym prawdopodobieństwem wtedy, gdy Słońce jest bardziej aktywne i wytwarza więcej plam słonecznych, co ma miejsce mniej więcej co 11 lat. Pojawiły się jednak pewne wątpliwości co do tego, czy najbardziej ekstremalne zdarzenia, takie jak to wywołujące zjawisko Carringtona, również są wynikiem maksimum aktywności w cyklu słonecznym.
Teraz zespół naukowców pod kierownictwem Mathew Owensa, profesora fizyki kosmicznej na University of Reading w Wielkiej Brytanii, potwierdza, że te najbardziej ekstremalne CME są również najbardziej prawdopodobne podczas maksimum aktywności słonecznej. To na pozór nic nowego, ale zdaniem naukowca oznacza to, że są też one dla nas znacznie bardziej przewidywalne niż wcześniej sądzono.
Podczas burzy geomagnetycznej zmiany w konfiguracji pól magnetycznych indukują prądy wzdłuż linii energetycznych. Te mogą poważnie uszkodzić transformatory i spowodować przerwy w dostawie prądu do odbiorców. Najpoważniejsze tego typu wydarzenie miało jak dotąd miejsce 13 marca 1989 roku – pozostawiło wówczas sześć milionów ludzi bez elektryczności w prowincji Quebec w Kanadzie, na około dziewięć godzin.
Ale to nie wszystko. Potencjalny wpływ pogody kosmicznej na społeczeństwo jest dziś znacznie większy ze względu na ogromny stopień naszego uzależnienia od technologii. Tak przynajmniej uważa ekspert Howard Singer, naukowiec z Centrum Prognozowania Pogody Kosmicznej NOAA. Jego zdaniem ilość systemów technologicznych, na które może mieć wpływ pogoda kosmiczna, stale rośnie.
Singer podaje przykład 60 000 abonentów subskrypcji dla produktów pogody kosmicznej, z których niektórzy, polegając właśnie na prognozach pogody kosmicznej i wydawanych w związku z nimi alertach, mogą podejmować świadome decyzje. Jakie to decyzje? Kiedy nie planować standardowych konserwacji sieci energetycznych lub kiedy przekierować na inną trajektorię loty nad regionami polarnymi Ziemi, a to tylko dwa przykłady z wielu. Pogoda kosmiczna może też mieć wpływ na rolnictwo – podejmowanie decyzji dotyczących najlepszego zarządzania uprawami w oparciu o dane z technologii GPS. Współczesne zależności pomiędzy systemami technologicznymi sprawiają, że nasza cywilizacja wydaje się szczególnie narażona na duże burze geomagnetyczne, ponieważ przerwy w dostawie prądu mogą zakłócić łańcuchy dostaw podstawowych towarów i usług.
Ekstremalne zdarzenia tego typu zdarzają się rzadko, ale kiedy już się zdarzają, lepiej bądźmy na nie gotowi – mówi Singer.
Jednym z głównych narzędzi do przewidywania, czy dany CME zmierza w kierunku Ziemi, jest koronograf – instrument, który blokuje światło z fotosfery Słońca, aby można było obserwować otaczającą ją słoneczną koronę i wyrzucane ze Słońca, koronalne wyrzuty masy. Najszybsze z nich przybywają w okolice Ziemi w ciągu jednego dnia od opuszczenia Słońca, a dotarcie na Ziemię może im zająć do czterech dni. Mogą przy tym stanowić zagrożenie dla satelitów i sond oraz rakiet kosmicznych, ponieważ niesione przez nie ładunki elektryczne mogą gromadzić się na ich powierzchni i wewnątrz elektroniki.
Wysiłki wkładane w monitorowanie Słońca pod kątem CME i zabezpieczenia się przed potencjalnymi skutkami pogody kosmicznej już przynoszą korzyści. Na początku tego roku NASA zaobserwowała koronalny wyrzut masy ze Słońca, które zgodnie z przewidywaniami miał uderzyć w Marsa – w czasie, gdy dron Ingenuity miał wykonywać swój drugi lot. Inżynierowie misji otrzymali stosowne ostrzeżenie.
Na zdjęciu: CME, który został wyrzucony ze Słońca 18 czerwca 2015 roku, sfotografowany przez sondę Solar Dynamics Observatory (SDO). Źródło: NASA
Zabezpieczenia inżynieryjne wraz z prognozami pogody kosmicznej mogą również pomóc w zmniejszeniu narażenia astronautów na promieniowanie spowodowane przez koronalne wyrzuty masy. Myślimy coraz ambitniej o eksploracji kosmosu i chcemy wiedzieć, co nas tam czeka. Wiemy już, że pogoda kosmiczna może powodować jedne z najbardziej ekstremalnych zdarzeń na i ponad powierzchnią Ziemi. A od czasu zjawiska Carringtona naukowcy przebyli długą drogę ku coraz lepszym technikom przewidywania, kiedy i jak te silne efekty mogą wpłynąć na Ziemię.
Czytaj więcej:
- Cały artykuł
- Oryginalna praca naukowa: Extreme Space-Weather Events and the Solar Cycle
- Oszacowanie czasów przybywania koronalnych wyrzutów masy w okolice Ziemi
- Koronalne wyrzuty masy i strumienie energetycznych cząstek słonecznych w pobliżu sond STEREO
- The Sun Fires a Big Flare & Solar Storm Towards Mars & Ingenuity | Space Weather News 04.19.2021
Źródło: Astronomy.com
Opracowanie: Elżbieta Kuligowska
Na zdjęciu: 31 sierpnia 2012 roku długie włókno materii, które unosiło się w atmosferze słonecznej (koronie) opuściło ją i zaczęło podróż w Kosmos. Koronalny wyrzut masy (CME) przemieszczał się z prędkością ponad 900 mil na sekundę. Nie leciał bezpośrednio w kierunku Ziemi, ale ostatecznie połączył się z ziemską magnetosferą, powodując pojawienie się zorzy polarnej w nocy 3 września. Źródło: NASA Goddard Space Flight Center/Public Domain via Wikimedia Commons
