طوفان‌های خورشیدی تا چه اندازه‌ ویران‌گر هستند؟

 خورشید که تمامی سیارات به دور آن در حال چرخش هستند یک کره‌ی گازی در حال اشتعال است. بعضا شاهد زبانه کشیدن شعله‌های خورشیدی یا تشعشعات ناگهانی آن هستیم که در اثر آزاد شدن انرژی مغناطیسی موجود در اتمسفر ستاره‌ی خورشید اتفاق می‌افتد. دانشمندان فوران شعله‌های آتش از سطح خورشید را شراره‌های خورشیدی نام نهاده‌اند. با هربار زبانه کشیدن شعله‌های خورشیدی ذرات پرانرژی رها شده و در طول چند دقیقه به سطح زمین می‌رسند.

بعضا شاهد خروج جِرم از تاج خورشیدی نیز هستیم که ماهیت آن با شراره‌ی خورشیدی متفاوت است. خروج جرم از تاج خورشیدی فوران پرجرمی از باد خورشیدی و افزایش میدان‌های مغناطیسی است که در اثر آن پلاسما از جو خورشید خارج می‌شود. خروج جرم از تاج خورشید با شراره‌های خورشیدی نیز همراه است. پلاسما‌ی خارج شده از جو خورشید در فضا رها شده و چندین روز طول می‌کشد تا وارد جو زمین شود.

خروج این ذرات برابر با ایجاد امواج شوک است که توان این امواج در حد تراوات یعنی ۱٫۰۰۰ میلیارد وات خواهد بود. با ورود این امواج به جو زمین طوفان‌های ژئومغناطیسی روی می‌دهد که بین قطب‌های مغناطیسی زمین گیر می‌افتند.

اما پرخطرترین حادثه‌ی ممکن زمانی رخ می‌دهد که این دو اثر خورشیدی در نقطه‌ی اوج خود با یکدیگر ترکیب شوند. در این صورت شاهد طوفان‌های رادیویی بلند مدت خواهیم بود که می‌توانند خاموشی‌های رادیویی را ایجاد کنند. همچنین باید به خطرات ناشی از این امواج برای فضانوردان حاضر در خارج از جو زمین و ماهواره‌های موجود در جو زمین نیز اشاره کرد. جریان ایجاد شده فقط منجر به شکل گیری مشکلات روی زمین نشده و حتی قادر است مسبب پوسیدگی و زنگ‌زدگی لوله‌های موجود در زیر زمین نیز شود.

ویلام دین پنسل، از جمله‌ی متخصصان ناسا در زمینه‌ی مطالعه‌ی وضعیت خورشید است که در این مورد نظر جالب توجهی دارد:

روی دادن شماری از بدترین سناریو‌های ممکن در اثر امواج خورشیدی، قادر است انسان امروزی را به دوران سنگ و آهن ببرد.

به اعتقاد Pesnell روی دادن تمام و کمال سناریو‌های مورد نظر تنها در شرایط خاصی امکان پذیر است، چراکه این سناریو‌ها نیازمند ایجاد شرایط خاصی هستند. برای مثال یکی از این شرایط، برخورد همزمان امواج حاصل از شراره‌های خورشیدی و پس‌زنی تاج خورشیدی به کره‌ی زمین در لحظه‌ی اوج مصرف الکتریسیته است که می‌توان میانه‌های تابستان را زمان مناسبی برای فراهم بودن شرایط زمینی عنوان کرد.

خورشید دارای دوره‌ای ۱۱ ساله است که شامل دوره‌های حداکثر و حداقل فعالیت این ستاره‌ می‌شود و نمایان شدن شماری از لکه‌های خورشیدی نیز در دوره‌ی ۱۱ ساله ممکن است. لکه‌های خورشیدی نقاط تیره رنگ روی خورشید هستند که می‌توان آن‌ها را با چشم غیر مسلح نیز دید. وجود لکه‌های خورشیدی نشان از فعالیت‌های شدید مغناطیسی از قبیل شراره‌های آتش و پس‌زنی تاج خورشیدی دارد.

برای مثال ۲۴ آوریل سال جاری در جریان یک شراره‌ی خورشیدی کره‌ی زمین را مورد اصابت خود قرار داد. شراره‌ی خورشیدی مورد نظر توانست تا با برخورد به زمین امواج رادیویی را زمین گیر کند.

شاید ارائه‌ی یک مثال نشان دهد که ما تا چه میزان در برابر خورشید آسیب پذیریم. بهترین نمونه اشاره به حادثه‌ی Carrington است. این حادثه به افتخاره ریچادر کرینگتون، منجم آماتور انگلیسی نام گذاری شده است. وی موفق شده تا در سال ۱۸۵۹ بزرگ‌ترین شراره‌ی خورشیدی را که براساس برآوردهای دانشمندان هر ۵۰۰ سال یکبار اتفاق می‌افتد، رصد کند.

وی شراره‌ی خورشید مورد نظر را هنگامی که در حال رصد لکه‌های خورشیدی بود، کشف کرد. جالب است بدانید که وی برای مطالعه در مورد خورشید تصویر آن را روی یک سطح صاف منعکس کرده و ترسیم کرده است.

۱۲ ساعت پس از مشاهده‌ی شراره‌های خورشیدی توسط کرینگتون، شفق‌های خیره‌کننده‌ای آسمان را به تسخیر خود درآورده بودند.

گزارش‌های باقی مانده، حکایت از انعکاس شدید نور در آسمان دارند، بطوریکه پرندگان غوغایی در آسمان ایجاد کرده بودند. تلگراف‌ها ارسال نمی‌شده و حتی برخی از دکل‌های تلگراف نیز آتش گرفته بودند.

نمونه‌ی دیگری از شراره‌ها خورشیدی، در ۱۳ مارس سال ۱۹۸۹ میلادی رخ داد که با رسیدن امواج منتشر شده به زمین، کبک کانادا روز بسیار روشنی را پشت سر گذاشت. این امواج دراثر انفجارهای عظیمی روی خورشید رخ داده بودند که کارشناسان انرژی آن را برابر با انفجار هزاران بمب اتمی عنوان کرده‌اند.

گزارش‌های منتشر شده حکایت از این دارند که شفق‌های آسمانی ایجاد شده حتی تا کوبا نیز قابل مشاهده بودند. ضمنا جریان‌های مغناطیسی قدرتمندی نیز زیر زمین ایجاد شده بود. جریان‌های ایجاد شده شبکه‌ی برق کبک را در ساعت ۲:۵۴ بامداد از کار انداختند و تمامی استان شب سرد و تاریکی را به علت قطعی برق سپری کرد.

شاید از خود بپرسید که چرا امواج مغناطیسی حاصل از شراره‌های خورشیدی در کبک کانادا پررنگ‌تر از سایر نقاط جهان بوده و این منطقه را تحت تاثیر قرار داده؟ پاسخ سوال در فاصله‌ی نزدیک دکل‌های برق فشار قوی تا قطب مغناطیسی شمالی کره‌ی زمین نهفته است. ولتاژ برق عبوری از این دکل‌ها برابر ۷۳۰ کیلووات است که از سوی شمال به جنوب منتقل می‌شوند. با توجه به شرایط موجود بستر مناسبی برای تاثیر گذاری امواج مغناطیسی حاصل از شراره‌های خورشید ایجاد شده است، از این رو این منطقه از کانادا بیش از نقاط دیگر تحت تاثیر قرار می‌گیرد.

پس از روی دادن حادثه‌ی سال ۱۹۸۹، کمپانی Hydro Quebeq در حدود ۱.۲ میلیارد دلار برای حفاظت از شبکه‌ و تاسیسات خود سرمایه‌گذاری کرد.

با توجه به گزارش‌های منتشر در مورد آسیب‌پذیری شبکه‌ی برق جهان در برابر امواج حاصل از شراره‌های خورشید، در خسارت وارد شده به این شبکه در سال ۲۰۱۳ میلادی چیزی حدود ۰.۶ تا ۲.۶ تریلیون دلار بوده است.

پِسنل با اشاره به حادثه‌ی سال ۱۹۸۹ کبک، به این نکته اشاره کرده که کمپانی‌های آمریکایی اقداماتی را برای پیشگیری از روی دادن چنین حوادثی انجام داده‌اند.

مجله‌ی Nature در شماره‌ی ماه مارس خود مقاله‌ای را منتشر کرد که طی آن وقوع طوفان خورشیدی را در جولای ۲۰۱۲ خبر داد که در غفلت خبری روی داده است. اصلی‌ترین عامل که منجر به روی دادن این طوفان خورشیدی شده، ترکیب امواج حاصل از شراره‌های خورشیدی با پس‌زنی تاج خورشیدی است.

استفاده از اعداد بهترین روش برای نمایش شدت طوفان‌های روی داده است. براساس محاسبات انجام شده شدت نیروی میدان مغناطیسی ایجاد شده در جریان حادثه‌ی کرینگتون، ۸۵۰- نانوتسلا بوده است (بالا بودن میزان عدد منفی ثبت شده نشان از قدرت بیشتر طوفان خورشیدی دارد). شدت میدان مغناطیسی طوفان خورشیدی روی داده در سال ۱۹۸۹ برابر ۵۴۸- نانوتسلا ثبت شده است. شدت میدان مغناطیسی طوفان خورشیدی ۲۰۱۲ نیز در حدود ۱٫۱۵۰- تا ۶۵۰- نانوتسلا برآورد شده است.

در مقاله‌ی منتشر شده به این نکته اشاره شده که طوفان خورشیدی سال ۲۰۱۲ در جریان ضعیف‌ترین هفته‌ی فعالیت در چرخه‌ی ۱۱ ساله‌ی خورشید روی داده است. این موضوع نشان از این دارد که طوفان‌های خورشیدی پرقدرت اتفاق نادری نبوده و می‌توان در هر لحظه باید در انتظار روی دادن یک طوفان خورشیدی باشیم.

پائول مورفیلد، از اعضای موسسه‌ی سلطنتی نجوم کانادا، فاصله‌ی زمانی رسیدن امواج پرقدرت حاصل از پس زدگی تاج خورشیدی را ۲ تا ۴ روز پس از مشاهده‌ی تاج خورشیدی عنوان می‌کند. وی زمان روی دادن طوفان خورشیدی سال ۲۰۱۲ را ۱۲ ساعت پس از مشاهده‌ی تاج خورشیدی عنوان کرده است.

در صورتی که یک طوفان خورشیدی سهمگین زمین را مورد اصابت قرار دهد، در اینصورت صدمات جبران ناپذیری وارد خواهد شد. برای مثال هیچ یک از ماهواره‌های موجود در مدار زمان سیستم حفاظت مناسبی نداشته و ایستگاه فضایی بین‌المللی نیز بصورت محدودی برای مقابله با چنین مواردی تجهیز شده‌اند. در مورد شبکه‌های مخابراتی تمهیداتی اندیشیده شده و موارد حفاظتی نیز در نظر گرفته شده‌اند، اما هیچ تضمینی در مورد کارکرد صحیح و قابلیت حفاظت وجود ندارد.

گری ثاترلند‌ از Hydro Quebec در پاسخ به احتمال قطع برق در صورت روی دادن طوفان خورشیدی به شدت آنچه که با نام حادثه‌ی کرینگتون نام گرفته چنین پاسخ داد:

احتمال قطعی چند روزه تا یک هفته وجود دارد. باید نگاهی به طوفان کاترینا و آنچه که در جریان این طوفان رخ داد داشته باشیم. در جریان این طوفان قطعی برق رخ داد و مسئولان نتوانستند مشکلات موجود را حل کنند.

پسنل با یادآوری قطعی برق رخ داده در سال ۲۰۰۳ که شرق آمریکا و کانادا را تحت تاثیر قرار داد، عنوان کرد:

در صورتی که قطعی برق به سرعت حل نشده و مشکل ایجاد شده در کوتاه‌ترین زمان ممکن حل نشود، کل سیستم با خطر قطعی روبرو خواهد شد. شمال آمریکا و کشور کانادا در اینصورت صدمات جبران‌ناپذیری خواهند دید.

با بالارفتن وابستکی زندگی روزمره به فناوری، آسیب‌پذیری در برابر خطرات نیز افزایش می‌‌یابد. در روزهای اخیر نیز ناسا گزارش‌های را مبنی بر انتشار شراره‌های خورشیدی منتشر کرده که بلافاصله پس از رصد این شراره‌ها و رسیدن امواج حاصل به سطح زمین، اختلالاتی در ارتباطات رادیویی ایجاد شده است. شاید روزی بدترین سناریوی ممکن روی دهد و شدیدترین طوفان خورشیدی، جامعه‌ی انسانی را در هم کوبد.