Ameninţare solară

22 septembrie 2011. Buclele de plasmă suficient de largi pentru a cuprinde multe planete de dimensiunea Pământului sunt surprinse din profil pe marginea Soarelui, în timp ce o protuberanţă ca un val, aflată deasupra buclelor, aruncă în spaţiu particulele solare încărcate electric. Oamenii de ştiinţă urmăresc undele sonore solare pentru a detecta regiunile active cu zile înainte ca acestea să iasă la suprafaţă. Foto: NASA SDO

Prognoza meteo spaţială pentru următorii câţiva ani: furtuni solare, cu posibile pene de curent catastrofale pe Pământ. Suntem pregătiţi?

 

Text: Timothy Ferris

Erupţia observată de Carrington anunţa o superfurtună solară – o explozie electromagnetică imensă, care a aruncat spre Pământ miliarde de tone de particule încărcate electric. (Un alt astronom amator din Anglia, pe nume Richard Hodgson, a văzut şi el erupţia.) Când s-a ciocnit cu câmpul magnetic al planetei, valul invizibil a provocat creşterea bruscă a curenţilor electrici prin liniile de telegraf. Explozia a scos din funcţiune mai multe staţii, însă telegrafiştii din alte părţi au descoperit că îşi pot deconecta bateriile şi pot relua activitatea folosind doar electricitatea geomagnetică. „Folosim numai curentul din aurora boreală – a transmis un telegrafist din Boston unui operator din Portland, Maine. Cum recepţionezi mesajul meu?“
„Mult mai bine decât cu bateriile în funcţiune“ – a răspuns Portlandul.

Într-o joi, pe 1 septembrie 1859, Richard Carrington, de meserie berar, dar şi astronom amator, în vârstă de 33 de ani, a urcat scările către observatorul său privat din apropierea Londrei, a deschis fanta cupolei şi, după cum avea obiceiul în dimineţile însorite, şi-a reglat telescopul pentru a proiecta pe un ecran o imagine de 28 cm a Soarelui. Trasa pete solare pe o bucată de hârtie când, sub privirea lui, au apărut brusc „două petice de lumină albă şi extrem de strălucitoare“ în mijlocul unui grup mare de pete solare. În acelaşi timp, acul magnetometrului dela Observatorul Kew, din Londra, atârnat de un fir de mătase, a început să penduleze nebuneşte. A doua zi, înaintea zorilor, imense apariţii aureolate în nuanţe de roşu, verde şi violet luminau cerul până în Hawaii şi Panama. Turiştii cu cortul din Munţii Stâncoşi, luând aurora drept răsărit, s-au sculat şi au început să pregătească micul dejun.

24 ianuarie 2012. O auroră pâlpâie deasupra podului Sommarøy, de pe insula Kvaløy, din Norvegia nordică, într-o săptămână de activitate solară intensă. Aurorele apar atunci când particulele solare lovesc gazele atmosferice, aprinzându-le ca pe nişte tuburi de neon. Cel mai des observate în apropierea polilor, aurorele apar şi la latitudini mai joase în timpul furtunilor solare puternice. Foto: Bjørn Jørgensen

Cei care operează sistemele de comunicaţii şi reţelele electrice de astăzi ar fi mai puţin calmi. De la evenimentul din 1859 nu a mai avut loc nicio superfurtună solară la fel de puternică, aşadar este greu de calculat ce impact ar putea avea o furtună comparabilă asupra lumii de astăzi, mult mai dependentă de electricitate. Un reper a fost oferit de pana de curent din Quebec din 13 martie 1989, când o furtună solară cu o intensitate de doar două treimi din cea a evenimentului Carrington a făcut să cadă în mai puţin de două minute reţeaua ce deservea cu energie electrică peste şase milioane de clienţi. O furtună de clasa Carrington ar putea arde mai multe transformatoare decât se află în stocurile companiilor de electricitate, lăsând milioane de oameni fără lumină, apă potabilă, tratarea apei uzate, încălzire, aer condiţionat, combustibil, servicii telefonice sau alimente şi medicamente perisabile în lunile necesare fabricării şi instalării unor transformatoare noi. Un raport recent al Academiei Naţionale de ştiinţe din SUA estimează că o astfel de furtună ar putea provoca pagube în economie cât 20 de uragane Katrina, costând 1-2 mii de miliarde de dolari numai în primul an şi necesitând un deceniu pentru refacere.

„Nu putem prezice cu mai mult de câteva zile în avans ce va face Soarele“ – spune cu regret Karel Schrijver, de la Laboratorul Solar şi de Astrofizică al companiei Lockheed Martin, din Palo Alto, California. Anul acesta fiind aşteptată începerea unei perioade de activitate solară maximă, centrele de meteorologie spaţială suplimentează personalul şi speră că se va termina totul cu bine. „Încercăm să înţelegem modul în care clima spaţială afectează societatea şi cât de rău poate fi – spune Schrijver. Odată ce ai identificat o ameninţare de această amploare, corect din punct de vedere moral este să fii pregătit. Precum în cazul cutremurelor din San Francisco. Dacă nu te pregăteşti, consecinţele sunt de neiertat.“

Puţine corpuri cereşti par la fel de familiare ca Soarele – e acolo, sus pe cer, în fiecare zi senină –, şi totuşi puţine sunt atât de stranii. Dacă te uiţi printr-un telescop solar, discul galben banal se transformă într-un tărâm al minunilor dinamic, unde protuberanţele de dimensiunea unor planete apar în spaţiul întunecat ca nişte meduze incandescente, buclându-se şi şerpuind înapoi câteva ore sau zile mai târziu, parcă subjugate de o forţă nevăzută.

Aşa cum şi sunt de fapt. Soarele, nici solid, nici lichid, nici gazos, este alcătuit din plasmă, „a patra stare a materiei“, care se formează atunci când atomii sunt descompuşi în protoni şi electroni liberi. Toate acele particule încărcate fac ca plasma solară să fie un excelent conductor de electricitate – mult mai conductiv decât sârma de cupru. Soarele este plin şi de câmpuri magnetice. Majoritatea rămân îngropate în corpul masiv al Soarelui, dar unele tuburi magnetice, groase cât diametrul Pământului, ies la suprafaţă sub formă de pete solare. Acest magnetism determină dansul şerpuitor din atmosfera Soarelui şi generează vântul solar, azvârlind în exterior în fiecare secundă un milion de tone de plasmă cu o viteză de 700 km/secundă.

 

O furtună solară de clasa Carrington ar putea arde mai multe transformatoare decât se află în stocurile companiilor de electricitate, lăsând milioane de oameni fără lumină, apă potabilă, tratarea apei uzate, încălzire, aer condiționat, combustibil, servicii telefonice sau alimente și medicamente perisabile. Foto: Martin Stojanovski

Toată această activitate este condusă de mecanismul uimitor de complex al unei stele obișnuite. În miezul Soarelui – un sferoid clocotitor de plasmă de 15 milioane de grade Celsius și de șase ori mai dens decât aurul – fuzionează în fiecare secundă 700 de milioane de tone de protoni în nuclee de heliu, eliberând în timpul acestui proces energia a zece miliarde de bombe cu hidrogen. Miezul pulsează ușor, umflându-se atunci când rata fuziunii urcă și contractându-se când aceasta coboară. Peste acest puls lent și profund sunt suprapuse alte mii de ritmuri, care pot dura de la un ciclu de pete solare de 11 ani, la ritmuri ce se pot perpetua secole întregi.

Energia produsă de fuziunea din miezul Soarelui este purtată în exterior de către fotonii de energie înaltă în timp ce ricoșează printr-un labirint dens de ioni și electroni. Materia este atât de compactă în această zonă de radiație, încât durează peste 100.000 de ani ca fotonii să iasă în zona de convecție din jur, 70% din distanța de la centrul solar la exterior. După vreo lună sau mai mult, fotonii ies în fotosferă, partea vizibilă a Soarelui. De acolo, durează doar opt minute până ajung pe Pământ sub formă de lumină solară.

Cum e de așteptat, acest uriaș cuptor termonuclear face mult zgomot. „Soarele sună ca un clopoțel pe milioane de tonuri diferite“ – explică Mark Miesch, de la Centrul Național pentru Cercetare Atmosferică din Boulder, Colorado. Tonurile generează unde pe suprafața solară, pe care oamenii de știință le studiază pentru a carta curenții din adâncul zonei de convecție – o disciplină numită helioseismologie. Informațiile transmise de senzorii helioseismici de la bordul satelitului NASA  Observatorul Dinamicii Solare au permis recent cercetătorilor de la Universitatea Stanford să detecteze fascicule magnetice la 65.000 km sub suprafața solară și să prezică ieșirea lor, după câteva zile, sub formă de pete solare.

Aceste date oferă informații esențiale despre modul în care se formează furtunile solare. Soarele funcționează ca un dinam gigantic, cu liniile câmpului magnetic global înconjurându-l de la un pol la altul, făcându-l să semene cu o colivie. Liniile câmpurilor locale, încâlcite cu plasmă în zona de convecție, se răsucesc, se încovoaie și ies prin suprafață, formând bucle care sunt făcute vizibile de plasma incandescentă. Când se intersectează, buclele se pot mai ales scurtcircuita, provocând formidabilele explozii de plasmă numite erupții solare. Aceste erupții emit energia echivalentă a sute de milioane de megatone de TNT, aruncând în spațiu raze x și gama și accelerând particulele încărcate până aproape de viteza luminii.

 

21 iulie 2011 Agitația continuă din atmosfera soarelui e surprinsă în lumină ultravioletă extremă de Observatorul Dinamicii Solare de la NASA. Buclele coronale strălucitoare formează arcuri între regiunile cu activitate magnetică intensă, în timp ce filamentele mai reci și mai închise la culoare atârnă suspendate în câmpul magnetic al Soarelui. Foto: SDO/NASA

Evenimentul Carrington a constat într-o puternică erupție solară ce a produs-o pe a doua, dintr-o pereche rară de ejecții de masă coronală (CME) – niște erupții magnetice uriașe de plasmă încinsă expulzată în spațiu. Prima CME a ajuns probabil pe Pământ într-un interval normal de 40-60 de ore, croind drum prin vântul solar pentru cea de-a doua, care a ajuns în doar 17 ore. Impactul lor combinat a turtit magnetosfera Pământului – locul unde câmpul magnetic al planetei interacționează cu vântul solar – de la altitudinea sa normală de 60.000 km la 7.000 km, eliminând temporar centurile de radiație Van Allen care înconjoară planeta. Particulele încărcate care pătrund în atmosfera superioară au declanșat aurore intense pe o mare parte din suprafața Pământului. Unii oameni au crezut că orașele lor au luat foc.

O superfurtună de clasa Carrington probabil are loc  doar o dată la mai multe secole. Dar chiar și furtunile de magnitudine mult mai mică pot provoca pagube considerabile, mai ales pe măsură ce oamenii devin tot mai dependenți de tehnologia instalată în spațiu. Furtunile solare perturbă ionosfera – stratul din atmosfera Pământului unde apar aurorele, la peste 100 km deasupra suprafeței Pământului. În fiecare an, piloții a aproape 11.000 de zboruri comerciale peste regiunea polară nordică se bazează pe semnalele radio de unde scurte reflectate din ionosferă pentru a comunica la peste 80 de grade latitudine, dincolo de raza sateliților de comunicație care orbitează deasupra ecuatorului. Când vremea spațială perturbă ionosfera și întrerupe comunicațiile pe unde scurte, piloții sunt obligați să schimbe cursul, ceea ce poate costa 100.000 de dolari pe zbor. O ionosferă perturbată deranjează și semnalele GPS, ducând la erori de poziționare de până la 50 m. Asta înseamnă că geodezii trebuie să oprească lucrul, platformele petroliere de pe ocean rămân cu greu staționare, iar piloții nu pot conta pe tot mai popularele sisteme bazate pe GPS, folosite pentru aterizare la multe aerodromuri.

Lumina UV emisă în timpul erupțiilor solare poate perturba și orbitele sateliților prin încălzirea atmosferei, care sporește rezistența la deplasare. NASA estimează că Stația Spațială Internațională coboară mai mult de 300 m pe zi când Soarele își face de cap. Furtunile solare ar putea afecta și aparatele electronice de pe sateliții de comunicații, transformându-i în „sateliți-zombie“, abandonați pe orbită și pierduți pe veci.

Spre deosebire de sateliții din spațiu, majoritatea rețelelor electrice nu au o protecție inclusă împotriva asaltului unei furtuni geomagnetice puternice. Dat fiind că transformatoarele mari sunt împământate, furtunile geomagnetice pot induce curenți care le-ar putea face să se supraîncălzească, să ia foc sau să explodeze. Pagubele ar putea fi catastrofale. Potrivit lui John Kappenman, de la Storm Analysis Consultants, care studiază impactul climei spațiale asupra rețelei electrice, o furtună solară precum cea din mai 1921 astăzi ar stinge lumina în jumătate din America de Nord. Una de mărimea evenimentului din 1859 ar putea distruge întreaga rețea, trimițând sute de milioane de oameni înapoi la un mod de viață fără electricitate timp de săptămâni sau poate luni la rând. După cum spune Kappenman, „jucăm ruleta rusească cu Soarele“.

 

7 iunie 2011 SDO a surprins o ejecție coronală de masă (în toate trei imaginile, în dreptul orei 4) folosind diferite lungimi de undă ale luminii care reflectă temperaturile din straturile atmosferei solare. Foto: SDO/NASA

Măcar nu jucăm legați la ochi. În 1859, lumea avea puține instrumente pentru studierea Soarelui, în afară de telescoape și câteva stații de monitorizare magnetică. Astăzi, oamenii de știință monitorizează permanent steaua care ne patronează cu o flotă impunătoare de sateliți ce pot înregistra imagini la lungimi de undă ale razelor x și ultravioletelor blocate de atmosfera Pământului. Venerabila navă spațială ACE (Advanced Composition Explorer), lansată în august 1997 și încă în funcțiune, monitorizează vântul solar de pe o orbită în jurul punctului de oscilare L1, un loc gravitațional stabil, situat la 1,5 milioane km de la Pământ spre Soare. SOHO, Observatorul Solar și Heliosferic, transportă douăsprezece detectoare care înregistrează totul, de la protonii de mare viteză din vântul solar,  la oscilațiile solare de mică viteză. STEREO este alcătuit din doi sateliți, unul înaintea și celălalt în urma Pământului, pe orbita acestuia, care înregistrează împreună imagini solare 3-D ce arată felul în care ejecțiile de masă coronală se ridică de pe suprafața Soarelui și gonesc prin spațiu. Între timp, Observatorul Dinamicii Solare, lansat în februarie 2010 pe o orbită geosincronică, descarcă zilnic 1,5 terabyți de date despre atmosfera, oscilațiile și câmpul magnetic ale Soarelui.

Cu toate acestea, mai sunt multe de făcut. „Meteorologia spațială se află în stadiul în care era  meteorologia terestră acum 50 de ani“ – spune fizicianul Douglas Biesecker, de la Centrul de Prognoză a Climei Spațiale al NOAA, din Boulder, Colorado. Deoarece impactul unei furtuni depinde în parte de modul în care câmpul său magnetic se aliniază cu cel al Pământului, oamenii de știință nu pot fi siguri de intensitatea furtunii până ce aceasta nu ajunge la satelitul ACE – uneori cu doar 20 de minute înainte de a lovi Pământul.

Prin urmare, cercetătorii se concentrează pe prognozarea forței potențiale a unei furtuni și pe momentul probabil al sosirii ei, dând sistemelor vulnerabile timp de pregătire. În octombrie trecut, grupul NOAA a inaugurat un nou model de computer, botezat Enlil, după zeul sumerian al vânturilor, care poate prezice data la care o CME va lovi Pământul, cu șase ore în plus sau în minus – de două ori mai precis decât prognozele anterioare. Modelul este complex, parțial pentru că CME-urile pot interacționa intens cu vântul solar normal, ceea ce le face înaintarea imprevizibilă. În ciuda incertitudinilor, Enlil a greșit cu doar 45 de minute prognoza cu privire la sosirea unei posibile furtuni majore la 8 martie anul acesta. Furtuna aceea s-a dovedit a fi doar o sperietoare. Data viitoare s-ar putea să nu avem atât noroc.

„Încă nu am văzut nimic important în acest ciclu solar. Dar știm că atunci când va veni «una mare», vom ști să o întâmpinăm“ – spune Biesecker.

Articolul a apărut în ediția de iunie 2012 a revistei National Geographic România.



Be the first to comment

Leave a Reply

Your email address will not be published.


*