Ryzyko potężnej burzy magnetycznej: 12%

Jakie jest ryzyko uderzenia potężnej burzy magnetycznej w Ziemię? Wyliczenia sugerują, że to aż 12% w najbliższych 10 latach.

Szkic grupy plam słonecznych, które w 1859 roku wywołały “flarę Carringtona” / Credits – American Scientist

Ponad 150 lat temu, na początku września 1859 roku, na Słońcu nastąpiło wyjątkowe zjawisko, które zaobserwował angielski astronom amator Richard Carrington – rozbłysk na jednej z bardzo rozbudowanych plam słonecznych. Rozbłysk wybił chmurę plazmy w przestrzeń międzyplanetarną – dziś podobne zjawiska nazywa się koronalnym wyrzutem masy (CME). Jeśli weźmiemy pod uwagę dostępny wówczas sprzęt oraz obserwacje w zakresie widzialnym, zrozumiemy, jak silny musiał być rozbłysk. Dziś to wydarzenie jest znane jako „flara Carringtona” i jest klasyfikowane jako przynajmniej klasy X10, choć z pewnością było to znacznie więcej. Wiercenia lodu grenlandzkiego sugerują, że był to najsilniejszy rozbłysk (w sensie efektów geomagnetycznych) w ostatnich 400 latach.

Zaledwie 18 godzin po flarze Carringtona, wybita plazma dotarła w okolice Ziemi. Rozpoczęła się prawdopodobnie najsilniejsza zanotowana burza magnetyczna w historii współczesnych obserwacji astronomicznych. Zorza polarna, którą zaobserwowano nawet w rejonach Karaibów, momentami była tak silna, iż możliwe było czytanie gazet w jej świetle. Ponadto wystąpiła seria awarii sieci telegraficznych w Europie i Północnej Ameryce, która uniemożliwiła wymianę informacji na dłuższe dystanse.

23 lipca 2012 roku nastąpiła kolejna (zarejestrowana) tak potężna burza magnetyczna. Na szczęście ominęła ona Ziemię o około 90 stopni względem ruchu orbitalnego naszej planety dookoła Słońca. Tego dnia nastąpił silny rozbłysk po niewidocznej z Ziemi stronie Słońca i wywołał bardzo szybkie oraz rozbudowane CME. Zaledwie 19 godzin później to CME dotarło do sondy STEREO Ahead, która krąży po orbicie nieco mniejszej od ziemskiej (około 0,95 jednostki astronomicznej, z czasem 346 dni) i znajduje się przed naszą planetą w ruchu orbitalnym.

Zapis CME z sondy STEREO-Ahead z 23 lipca 2012 / Credits – NASA

Gdyby podobna burza uderzyła w Ziemię, skutki mogłyby być katastrofalne. Z pewnością doszłoby do uszkodzenia wielu satelitów oraz do poważnych utrudnień w telekomunikacji, obserwacji Ziemi oraz nawigacji. Astronauci na pokładzie Międzynarodowej Stacji Kosmicznej mogliby dostać potężne dawki promieniowania, potencjalnie śmiertelne.

Jest również możliwe, że ucierpiałoby wiele systemów energetycznych oraz sprzętu podłączonego do tych sieci w państwach położonych stosunkowo blisko obszarów polarnych, czyli np. w Europie, Japonii oraz w Północnej Ameryce. Prawdopodobnie doszłoby także do poważnych zakłóceń w transporcie lotniczym oraz morskim. Szkody mogłyby być poważne, a ich naprawa trwałaby bardzo długo – szczególnie, że wiele elementów takich jak transformatory sieci nie jest magazynowanych w dużych ilościach. Wartość ekonomiczna potencjalnych szkód jest szacowana nawet na dwa tysiące miliardów dolarów.

Jakie jest ryzyko uderzenia podobnej burzy magnetycznej w Ziemię? Fizyk Pete Riley postanowił oszacować je na podstawie historycznych danych. Uzyskana wartość to aż 12% dla najbliższych 10 lat. Jego obliczenia zostały opublikowane w pracy naukowej na łamach czasopisma Space Weather. Publikacja powstała jeszcze przed wydarzeniami z lipca 2012 roku.

Riley swoje wyliczenia opiera na parametrze Dst, liczonym w nanoteslach (nT) z silniejszych rozbłysków ostatnich pięciu dekad. Dst pozwala na określenie siły uderzenia CME w ziemską magnetosferę i jej dalsze „drgania”. Wartości ujemne Dst wywołują efekty geomagnetyczne. Typowe wartości Dst dla „mniejszych” burz magnetycznych, które generują zorze polarne, to od około minus 50 nT. Największa z zanotowanych dotychczas burz magnetycznych, z 1989 roku, która dokonała pewnych zniszczeń w kanadyjskiej sieci energetycznej, to około -640 nT. Natomiast szacunki „flary Carringtona” to od -800 do aż -1750 nT. Wartość 12% została wyliczona dla Dst równego -850 nT i więcej. Z kolei dla Dst wynoszącego -1700 nT i więcej ryzyko zostało oszacowane na 1,5%.

Zdjęcia uszkodzonego kanadyjskiego transformatora po burzy magnetycznej z 1989 roku / Credits – NASA

Powyższy zakres wartości można porównać z publikacją heliofizyka Daniela Bakera z University of Colorado, który postanowił oszacować Dst dla CME z lipca 2012 roku. Baker wyliczył wartość Dst na około -1200 nT. Co więcej, dane ze STEREO-Ahead sugerują, że tak duża siła wspomnianego CME pochodzi od kilku wcześniejszych, które kilka dni wcześniej „oczyściły drogę” w przestrzeni międzyplanetarnej dla silnego CME. Co ciekawe, najnowsza publikacja Janet Luhmann i Ying Liu sugeruje, że były to dwa CME, oddzielone od siebie czasem zaledwie 10-15 minut. Te dwa CME nie zostały spowolnione w przestrzeni międzyplanetarnej i dlatego miały prędkość rzędu 2000 km/s.

Dwa lata temu ludzkość mogła nie być przygotowana na tak silną burzę magnetyczną. Dziś, m.in. dzięki wyżej wymienionym publikacjom naukowym, jest szansa na publikację ostrzeżenia po rozbłysku z szybkim CME. Wciąż jednak bardzo mało wiemy o mechanizmach tworzących i przyśpieszających CME, choć mogą one mieć bezpośredni wpływ na urządzenia używane każdego dnia.

Dzięki sondom STEREO-Ahead i STEREO-Behind nasza wiedza na temat Słońca i jego wpływu na Układ Słoneczny doznała wyraźnego poszerzenia. Niestety, już niebawem obie sondy przestaną dostarczać informacji. Przerwa w transmisji danych wyniesie ponad rok. Przełoży się to na mniejszą ilość aktualnych informacji o „pogodzie kosmicznej”.

Aktywność słoneczna jest komentowana na Polskim Forum Astronautycznym. Polecamy także listę najsilniejszych rozbłysków w 2014 roku i najsilniejszych w tym cyklu aktywności słonecznej.

(NASA)