طوفان‌ های خورشیدی تا چه اندازه می‌توانند نگران کننده باشند؟

به نقل از Popular science، خورشید با گرمای بسیاری که در مرکز خود دارد، بی‌وقفه در حال چرخش است، گرمای هسته‌ای که انرژی زیادی تولید می‌کند، این انرژی همچنان عامل حیات زمین است اما گاهی تشعشعات خورشیدی می‌توانند منفجر شده و ذرات بسیار پرانرژی را با حداکثر سرعت به فضا بفرستند و اگر سیاره ما در مسیر تابش باشد، می‌تواند زندگی ما را نابود کند. 

این انفجار‌های تابش خورشیدی چیزی را تشکیل می‌دهند که «آب و هوای فضایی» نامیده می‌شود و می‌تواند به همان اندازه آب و هوای زمینی مخرب باشد، البته شاید نه به همان اندازه که تیتر‌ها هشدار می‌دهند.

خورشید واقعا یک کوره گرمای هسته‌ای عظیم است. مادولیکا گوهاتاکورتا، دانشمند برنامه بخش هلیوفیزیک ناسا می‌گوید در مرکز آن، دما بین ۱۵ تا ۱۷ میلیون درجه سانتیگراد است؛ در هر ثانیه آن چهار میلیون تن از این گرما دست رفته و به انرژی تبدیل می‌شود، چیزی که ما به عنوان نور خورشید می‌بینیم. او توضیح می‌دهد که حتی یک تغییر جزئی در این فعالیت کاملا کنترل‌شده می‌تواند عواقب شدیدی بر روی زمین داشته باشد.

اگرچه چنین عواقبی نادر است، اما ماهواره‌ها و فناوری‌های متکی بر برق و شبکه‌های بی‌سیم آسیب پذیر هستند. در سال ۱۹۸۹، یک طوفان ژئومغناطیسی که توسط یک شعله خورشیدی قدرتمند به راه افتاد، باعث خاموشی شدید در سراسر کانادا شد که شش میلیون نفر را به مدت ۹ ساعت بدون برق گذاشت. در سال ۲۰۰۰، یک فوران خورشیدی باعث اتصال کوتاه برخی از ماهواره‌ها و خاموشی رادیو شد.

در سال ۲۰۰۳، یکسری فوران‌های خورشیدی باعث قطع برق و اختلال در سفر‌های هوایی و سیستم‌های ماهواره‌ای شد؛ و در فوریه ۲۰۲۲، یک طوفان ژئومغناطیسی حداقل ۴۰ ماهواره استارلینک را درست زمانی که در حال استقرار بودند نابود کرد و بیش از ۵۰ میلیون دلار برای اسپیس ایکس هزینه به بار آورد. 

منظور از آب و هوای فضا دقیقا چیست؟

به طور کلی اصطلاح «طوفان خورشیدی» زمانی را توصیف می‌کند که یک فوران شدید انرژی از خورشید به فضا شلیک شده و با زمین تعامل می‌کند. ذرات باردار دائما به دور از خورشید به فضا جریان می‌یابند که به آن باد خورشیدی می‌گویند، اما فوران‌های مهم‌تر می‌توانند به‌عنوان شعله‌های خورشیدی، اغلب از لکه‌های موقتی تاریک به نام لکه‌های خورشیدی و انفجار‌های شدید به نام پرتاب جرم تاجی سرچشمه بگیرند. هر نوع تغییر در این فعالیت می‌تواند باعث ایجاد شفق‌های قطبی شود.

شراره‌های خورشیدی در اصل جرقه‌های نور هستند. آن‌ها زمانی اتفاق می‌افتند که میدان‌های مغناطیسی خورشیدی قوی که از سطح خورشید بیرون زده‌اند مقادیر عظیمی از تابش الکترومغناطیسی را با سرعت‌های بسیار بالا آزاد می‌کنند. گوهاتاکورتا توضیح می‌دهد که وقتی این تشعشع به زمین برخورد می‌کند، انرژی را به یونوسفر سیاره ما، بالاترین بخش جوی ما تزریق می‌کند. او می‌گوید تابش شدید فرابنفش خورشید می‌تواند ذرات موجود در یونوسفر زمین را قطبی کند که می‌تواند اثرات آبشاری روی هر ذره باردار دیگر در مجاورت داشته باشد، به این معنی که هر چیزی که از برق استفاده می‌کند در خطر است.

جسی وودروف که برنامه تحقیقات آب و هوای فضایی در بخش هلیوفیزیک ناسا را ​​رهبری می‌کند، می‌گوید شراره‌های خورشیدی با سرعت نور حرکت می‌کنند که این امر پیش بینی آن‌ها را دشوار می‌کند. هیچ راهی برای رساندن سیگنال به زمین سریع‌تر از شراره‌های خورشیدی که در حال حاضر با سرعت نور در حال حرکت هستند، وجود ندارد؛ بنابراین شما باید پیش‌بینی کنید که خود شعله‌ور شدن رخ خواهد داد و این یک مشکل علمی چالش برانگیز است که ما هنوز آن را حل نکرده‌ایم.

در حالی که شعله‌های خورشیدی انفجار‌های شدید تشعشع هستند، پرتاب جرم تاجی، انفجار ذرات انرژی است، به این ترتیب آن‌ها کمی کندتر حرکت می‌کنند. آن‌ها زمانی اتفاق می‌افتند که بخش‌های بزرگی از اتمسفر بیرونی خورشید منفجر می‌شود و گاز فوق‌گرم را به فضا می‌فرستد. وودروف می‌افزاید: این حباب‌های بزرگ مواد خورشیدی با سرعت بسیار بالا، صد‌ها و صد‌ها کیلومتر در ثانیه به بیرون پرتاب می‌شوند، اما سرعت آن بسیار کمتر از سرعت نور است. او می‌گوید که رسیدن آن‌ها به زمین می‌تواند از نیم روز تا سه روز طول بکشد.

چگونه طوفان‌های خورشیدی را پیش بینی کنیم

پیش بینی آب و هوای فضا شبیه پیش بینی‌های زمینی نیست؛ روی زمین، هواشناسان میلیون‌ها عامل اندازه گیری دارند که می‌توانند انجام داده و در مدل‌های پیش بینی خود ادغام کنند، این در حالی است که در فضا فقط چند مکان وجود دارد که دانشمندان می‌توانند ابزار‌هایی را برای مشاهده فعالیت‌های خورشیدی در آن‌جا مستقر کنند.

وودروف توضیح می‌دهد: ما تصویر خوبی از آنچه بین خورشید و زمین اتفاق می‌افتد نداریم. نقاط لاگرانژ نقاط نادری بین زمین و خورشید هستند که گرانش دو جسم به یک اندازه ماهواره را می‌کشد تا آن را در جای خود نگه دارد.

به گفته وودروف دانشمندان با دوربین‌ها و حسگر‌های خود، خورشید را برای تغییر در روشنایی ظاهر شده از سطح آن زیر نظر می‌گیرند. افزایش روشنایی ممکن است تنها برای چند فریم ظاهر شود و تنها چند ثانیه طول بکشد.

ناسا داده‌های رصدخانه‌های خورشیدی خود را با اداره ملی اقیانوسی در جو به اشتراک می‌گذارد که پیش‌بینی احتمالی هشدار‌های طوفان ژئومغناطیسی را بر اساس احتمال و شدت ژئومغناطیسی ارائه می‌دهد. بسته به سرعت حرکت یک طوفان خورشیدی، آن‌ها می‌توانند چند روز قبل از اینکه آب و هوای فضا به زمین برسد و یا فقط چند ساعت قبل هشدار‌هایی ارسال کنند.

وودروف می‌گوید هدف نهایی بهبود پیش‌بینی آب‌وهوای فضایی است تا با پیش‌بینی طوفان برابری کند. او می‌گوید همکارانش که روی زمین متمرکز هستند، می‌توانند با اجرای مدل‌های مختلف، پیش‌بینی کنند که طوفان به کجا می‌رود این امر طیف وسیعی از نتایج قابل اطمینان ایجاد می‌کند، ما در حال توسعه این نوع قابلیت‌ها برای آب و هوای فضایی هستیم.

آیا واقعا خورشید هر بار تندتر شده و خطر فروپاشی جامعه مدرن را تهدید می‌کند؟

گوهاتاکورتا می‌گوید فعالیت‌های آب‌وهوای فضایی اخیرا تغییر نکرده است، اما بشریت تغییر کرده است. او می‌گوید در قرن گذشته مردم به طور فزاینده‌ای به وسایل الکترونیکی وابسته شده‌اند و هر چیزی که دارای کلید روشن و خاموش باشد در برابر طوفان‌های خورشیدی آسیب‌پذیر است. زمانی که این ذرات انرژی از خورشید به زمین می‌آیند، اختلالی که در میدان مغناطیسی سیاره ما ایجاد می‌کنند، باعث ایجاد نوسانات الکترومغناطیسی و نوسانات ولتاژ می‌شود که می‌تواند به زیر زمین نفوذ و نوساناتی را در شبکه برق ما ایجاد کند. با وابستگی فزاینده به دستگاه‌هایی که به سیستم‌های ماهواره‌ای در حال چرخش مانند GPS متکی هستند، وسایل الکترونیکی ما حتی بیشتر در معرض انفجار تابش خورشیدی هستند.

برای کاهش خطر خاموشی و داغ شدن ابزار توسط طوفان خورشیدی، شرکت‌های فناوری می‌توانند سیستم‌های برق پشتیبان و سایر موارد اضافی را در دستگاه‌های خود بسازند و زمانی که سیستم پیش‌بینی آب و هوای فضایی NOAA خطر بالایی را نشان می‌دهد، آن‌ها را به‌طور استراتژیک خاموش کنند.

به گفته گوهاتاکورتا تمدن بشری از حوزه زمینی ما به هلیوسفر یا حوزه خورشید گسترش یافته است. ما دیگر صرفا محیطی را مشاهده نمی‌کنیم که خارج از دسترس ماست، بلکه در واقع در آن زندگی، تجارت و سفر می‌کنیم، بنابراین ما باید واقعا سطح درک مورد نیاز برای توسعه و سکونت در این دنیای جدید را به دست آوریم.