دانشمندان با بازگرداندن رویداد نمادین کارینگتون به عنوان یکی از ابر طوفان های گذشته در زمین ، پتانسیل فوران های بسیار بزرگتر و بالقوه مخرب از خورشید را آشکار می کنند.

در عرض چند ثانیه ، پروکسیما قنطورس ، نزدیکترین ستاره به خورشید ما ، هزاران بار بیشتر از حد معمول درخشان شد – تا 14000 بار در محدوده فرابنفش طیف. انفجار تابش به اندازه ای قوی بود که هر مولکول آبی را که ممکن بود در سیاره معتدل و به اندازه زمین وجود داشته باشد و به دور آن ستاره می چرخد ، جدا کند. انفجارهای مکرر به این بزرگی ممکن است سیاره را از هر اتمسفر محروم کرده باشد.

اگر خورشید زمین تا این حد عصبانی شود ، خبر بدی خواهد بود.

اما خورشید لحظات خود را دارد – مشهورترین آنها در ساعات پیش از ظهر 2 سپتامبر 1859. در آن زمان ، یک شفق قطبی درخشان این سیاره را روشن کرد و در جنوب هاوانا ظاهر شد. مردم میسوری می توانستند با نور آن بخوانند ، در حالی که معدنچیانی که در خارج از کوه های راکی خوابیده بودند ، بیدار شده و با فکر کردن که صبح شده است ، شروع به تهیه صبحانه کردند. روزنامه تایمز لندن چند روز بعد گزارش داد: “کل نیمکره شمالی به اندازه ای روشن بود که گویی خورشید یک ساعت قبل غروب کرده بود.”

در همین حال ، شبکه های تلگراف سرگردان شدند. جرقه هایی از تجهیزات – برخی از آنها آتش گرفت – و اپراتورهای بوستون و پورتلند ، مین ، کابل های تلگراف را از باتری ها بیرون کشیدند ، اما با استفاده از انرژی الکتریکی که در سطح زمین در حال حرکت است ، انتقال می دهند.

وقایع آن جمعه توصیفات کتاب مقدس را برانگیخت. به نقل از روزنامه تجاری سینسیناتی ، “دستان فرشتگان مناظر باشکوه آسمان را تغییر داد.” انگیزه واقعی کمی پیشرونده تر بود: آسمان در اثر انفجار عظیمی از گازهای دارای بار الکتریکی به آتش کشیده شد ، که از خورشید به دنبال تابش نور موسوم به شعله خورشیدی پرتاب شد.

چنین حبابی – درهم تنیدگی پلاسما و میدانهای مغناطیسی – به عنوان پرتاب توده تاج شناخته می شود. به محض ورود به زمین ، چنین پرتابی می تواند وحشی ترین طوفان های ژئومغناطیسی را برانگیزد. طوفان سال 1859 ، با نام رویداد کارینگتون برای دانشمندی که شاهد شعله ور شدن قبل از آن بود ، مدتهاست که به عنوان قوی ترین دیوارپوش خورشید تاکنون مورد حمایت قرار گرفته است. …

اما در سال های اخیر ، تحقیقات نشان داده است که رویداد کارینگتون فقط طعم چیزی بود که خورشید می تواند به سمت ما پرتاب کند. حلقه های درختی و هسته های یخی انعکاس طوفان های شدیدتر خورشیدی در گذشته های دور را رمزگذاری می کنند. و ستارگان دیگر ، مانند پروکسیما قنطورس ، نشان می دهند که حتی پرانرژی ترین انفجارهای خورشیدی در مقایسه با آنچه ممکن است کم رنگ می شوند.

هیو هادسون ، فیزیکدان خورشیدی در بررسی سالانه نجوم و اخترفیزیک 2021 می نویسد ، با این وجود ، رویداد کارینگتون سرنخ های مهمی را در مورد آنچه که خورشید در آینده برای زمین در نظر دارد ، ارائه می دهد. هادسون ، از دانشگاه گلاسکو می نویسد: “خطر در کمین دارایی های تکنولوژیکی بشریت ، به ویژه آنهایی است که در فضا هستند.” در پی رویدادی شبیه به کارینگتون امروز ، کل شبکه های برق ممکن است خاموش شود و ماهواره های GPS به صورت آفلاین خاموش شوند.

درک اینکه طوفان های خورشیدی چقدر می توانند شدید باشند ، بینش هایی را در مورد آنچه جهان ممکن است در مسیر ما ایجاد کند ، ارائه می دهد – و شاید چگونه می توان طوفان بعدی را پیش بینی کرد تا هنگام وقوع آن ، آمادگی بهتری داشته باشیم.

آناتومی یک شراره

تقریباً 18 ساعت قبل از رویداد 1859 آسمان زمین روشن شد ، یک ستاره شناس انگلیسی متوجه چیز عجیبی در سطح خورشید شد.

ریچارد کارینگتون هنگام کار در رصدخانه خود ، دو نقطه درخشان نور را از میان لکه های تیره خورشیدی بیرون زد و در عرض پنج دقیقه ناپدید شد. ریچارد هاجسون ، ستاره شناس دیگر انگلیسی نیز همین را مشاهده کرد و اشاره کرد که گویی ستاره درخشان وگا در خورشید ظاهر شده است. در همان زمان ، سوزن های قطب نما مانند در رصدخانه کیو انگلستان تکان خورد ، که نشانه ای از طوفان مغناطیسی در شرف وقوع است. …

قبل از آن ، هیچ کس از شعله های خورشیدی اطلاع نداشت – بیشتر به این دلیل که هیچ کس لکه های خورشیدی را هر روز به روش کارینگتون ردیابی نمی کرد. دهه ها می گذرد تا ستاره شناسان و فیزیکدانان بتوانند فیزیک شعله های خورشیدی و تاثیر آنها بر روی زمین را کشف کنند.

شعله خورشیدی فوران بر روی خورشید است ، یک نور ناگهانی-معمولاً در نزدیکی یک لکه خورشیدی-که می تواند به اندازه 10 میلیارد بمب هسته ای 1 مگاتونی انرژی آزاد کند. محرک ، انتشار ناگهانی و موضعی انرژی مغناطیسی فرو رفته است که تابش را در کل طیف الکترومغناطیسی ، از امواج رادیویی تا اشعه گاما ، منفجر می کند.

بسیاری از شراره های خورشیدی ، هر چند نه همه ، با یک پرتاب جرمی تاجی همراه هستند ، یک توده عظیم از گاز داغ خورشید به همراه فضائی مغناطیسی به فضا دمیده شده است. میلیاردها تن خورشید می تواند به منظومه شمسی منتقل شود و 150 میلیون کیلومتر را به مدار زمین در هر نقطه از 14 ساعت تا چند روز برساند.

بیشتر فوران های خورشیدی سیاره ما را با فاصله زیادی از دست می دهند. اما گاهی اوقات ، فرد مستقیماً زمین را هدف قرار می دهد. و این زمانی است که همه چیز می تواند جالب باشد.

حدود هشت دقیقه پس از شعله ور شدن خورشیدی ، نور آن با فلاش نور مرئی به زمین می رسد. این نیز زمانی رخ می دهد که افزایش اشعه ماوراء بنفش و اشعه ایکس قسمت بالایی جو را پاشیده و باعث ایجاد اختلال مغناطیسی جزئی در سطح می شود. این به هم ریختن ابزارهای مغناطیسی در کیو در 1859 بود.

هنگامی که با میدان مغناطیسی که زمین را در بر گرفته است برخورد می کند ، خروج جرم تاجی می تواند باعث ایجاد یک طوفان زمین مغناطیسی شود. اختلال در میدان مغناطیسی باعث می شود که جریانهای الکتریکی از طریق رساناها ، از جمله سیمها و حتی خود سیاره عبور کنند. در همان زمان ، ذرات باردار با سرعت زیاد که توسط خورشید به بیرون پرتاب می شوند ، در اتم های بالای جو برخورد می کنند و شفق قطبی را روشن می کنند.

شراره 1859 مدتهاست که در انرژی و تأثیرات آن بر روی زمین برجسته بوده و هست. فورانهای خورشیدی نسبتاً قوی اغلب “رویدادهای کارینگتون” نامیده می شوند. اما تنها نمی ماند.

جفری لاو ، ژئوفیزیکدان در سازمان زمین شناسی ایالات متحده در دنور می گوید: “این غالباً شدیدترین طوفان ثبت شده توصیف می شود.” “این احتمالاً دقیقاً درست نیست ، اما مطمئناً یکی از دو طوفان شدید است.” یا سه یا چهار.

در ماه مه 1921 ، خورشید با سیاره ما یک طوفان ژئومغناطیسی برابر با رویداد کارینگتون ایجاد کرد. در سال 1859 ، شفق قطبی درخشان بسیار فراتر از مناطق قطبی ظاهر شد. سیستم های تلگراف و تلفن خراب شدند و برخی از آنها آتش سوزی های مخربی را برانگیخت.

و تنها 13 سال پس از اینکه کرینگتون جرقه شعله ور خود را زد ، طوفان خورشیدی دیگری به وقوع پیوست که با برخی اقدامات ممکن است بر آن غلبه کرده باشد. اد کلیور ، فیزیکدان خورشیدی بازنشسته از نیروی هوایی آمریکا می گوید: “اکنون بر اساس شفق قطبی و اندازه گیری مغناطیس سنج پراکنده به نظر می رسد که رویدادی در سال 1872 احتمالاً بزرگتر از رویداد کارینگتون بوده است.”

هادسون می گوید این طوفان ها نشان می دهد که رویداد Carrington یک “قو سیاه” نبود. اگر چیزی باشد ، خورشید در دوران مدرن عقب نشینی کرده است. شواهدی از گذشته های دورتر به چند طوفان خورشیدی اشاره دارد که باعث می شود رویداد کارینگتون در مقایسه با آن تقریباً ناچیز به نظر برسد.

شراره های فراموش شده

درختان خاطرات طولانی دارند. هر سال تواریخ رشد در مورد شرایط محیطی در آن زمان در حلقه های متحدالمركز سالانه اطلاعاتی می دهد. از آن حلقه ها محققان می توانند صحنه هایی از گذشته زمین را بازسازی کنند.

برخی از درختان سرو در ژاپن سونامی ذرات اتمی را که در حدود سال 775 از خورشید پرتاب شد ، به یاد می آورند. این درختان افزایش قابل توجهی در کربن 14 ، یک نوع رادیواکتیو کربن که درختان از جو جذب می کنند ، ثبت کردند. کربن-14 از نیتروژن جو و اشعه های کیهانی-ذرات با سرعت بالا از فضا که روزانه سیاره ما را زیر و رو می کنند-خارج می شود. برخی از شعله های خورشیدی بیش از حد اشعه کیهانی را به زمین می بارانند که تولید کربن 14 را افزایش می دهد. محققان در سال 2012 گزارش کردند که تغییر سطح کربن 14 در 775 حدود 20 برابر بیشتر از جزر و مد طبیعی از خورشید بود.

هادسون می گوید: “پیشنهاد واضح این بود که ممکن است اتفاقات فوق العاده ای رخ دهد ، زیرا این ضریب 10 بود – اگر شعله ور شد خورشید بود – 10 یا 20 یا بیشتر از رویداد کارینگتون.”

افزایش کربن -14 در حلقه های درخت نشانه هایی از یک رویداد خورشیدی قابل توجه دیگر را در 994 نشان داد. هسته های یخی قطب جنوب نشان داد که برلیوم 10 ، محصول دیگری از پرتوهای کیهانی ، در 994 و 775 افزایش یافته است-اطمینان بیشتری به درخت افزود یافته های حلقه با نگاهی به گذشته ، مطالعه بر روی هسته های یخ سومین رویداد مشابه را در حدود 660 قبل از میلاد نشان می دهد. و در ماه آگوست (در مقاله ای که هنوز در حال بررسی است) ، محققان دو سنبله کربن -14 دیگر را در حلقه های درختان از حدود 7176 قبل از میلاد و 5259 قبل از میلاد گزارش کردند ، احتمالاً با رویداد 775.ایلیا اوسوسکین ، فیزیکدان فضایی در دانشگاه اولو در فنلاند و نویسنده مطالعه آگوست می گوید ، مقایسه مستقیم این طوفان های گذشته با رویداد کارینگتون دشوار است. جرقه 1859 ذرات باران بر روی زمین تولید نکرد ، بنابراین هیچ شمارش کربن 14 برای مقایسه وجود ندارد. Usoskin می گوید اما رویداد 775 یکی از قوی ترین طوفان های ذرات خورشیدی است که در 12000 سال گذشته ثبت شده است.

هادسون خاطرنشان می کند که یک مشکل وجود دارد. حلقه های درخت هر ساله بر پا می شوند ، بنابراین چند شعله کوچک در بازه چند ماهه ممکن است به عنوان یک رویداد بزرگ در پرونده حلقه درخت ظاهر شود.

اما حتی در آن زمان ، هر یک از این شعله های کوچکتر ممکن است هنوز چشمگیر باشد. کلیور می گوید: “هر یک از این رویدادها از نظر انرژی حداقل سه برابر بزرگتر از رویداد کارینگتون خواهد بود.”

با این حال ، در مقایسه با برخی دیگر از ستارگان کهکشان ما هنوز در حد متوسط است.

با رگبار تقریباً دائمی شعله های آتش ، هر اتمسفری که به سیاره صخره ای بچسبد و در نزدیکی ستاره قرار گرفته باشد ، هرگز زمانی برای بازیابی نخواهد داشت. مک گرگور می گوید: “بله ، یک رویداد Carrington [بر روی زمین] برخی از وسایل الکترونیکی را سرخ می کند و سیگنال های GPS را خراب می کند ، اما این نمی تواند محل زندگی سیاره ما را از بین ببرد.”

واضح است که پروکسیما قنطورس مانند خورشید نیست. این یک کوتوله M است ، یک گوی کوچک که قرمز می درخشد. و این ستارگان کوچک به دلیل شعله های بزرگ خود مشهور هستند. اما برخی از ستارگان شبیه خورشید نیز می توانند شعله های فوق العاده ای ارسال کنند.

این تحقق از تلسکوپ های فضایی حاصل شده است که برای جستجوی سیارات در اطراف ستارگان دیگر طراحی شده است. تلسکوپ کپلر ناسا که در حال حاضر منقرض شده است این کار را با جستجوی شیب های ظریف در نور ستارگان هنگام عبور سیارات از جلوی خورشید خود انجام داد.

محققان در ژانویه گزارش دادند که طی چهار سال ، کپلر 26 ابر شراره – تا 100 برابر پرقدرت تر از رویداد کارینگتون – در 15 ستاره شبیه خورشید ثبت کرد. مأموریت مستمر TESS ناسا ، یکی دیگر از تلسکوپ های فضایی که در حال شکار سیاره های فراخورشیدی بود ، در اولین سال فعالیت خود فراوانی مشابهی از ابرقاره ها را بر روی ستارگان شبیه خورشید یافت.

داده های کپلر نشان می دهد که ستارگان شبیه خورشید تقریباً هر 6000 سال یکبار قوی ترین این شراره ها را تجربه می کنند. قوی ترین فوران خورشید ما در آن بازه زمانی ، قدر ضعیف تری دارد – اما آیا در آینده ما می تواند یک شعله ور فوق العاده باشد؟

هادسون می گوید: “من فکر نمی کنم هیچ نظریه ای از قابلیت پیش بینی کافی برای معنی هر چیزی برخوردار باشد.” “نظریه پیشرو اساساً می گوید هرچه لکه خورشید بزرگتر باشد ، شعله ور شدن بیشتر است.” لکه های خورشیدی جایی را نشان می دهند که میدان مغناطیسی خورشید از سطح آن عبور می کند و مانع از حباب شدن گاز داغ از زیر می شود. این نقطه تاریک به نظر می رسد زیرا از همه چیز در اطراف آن سردتر است.

و این یک تفاوت بین خورشید و همسایگان فوران کننده آن است. به نظر می رسد شعله های سوپر در ستارگانی با نقاط تاریک و خنک بسیار بزرگتر از همیشه در خورشید رخ می دهد. هادسون می گوید: “بر اساس مناطق شناخته شده نقطه ، محدودیتی وجود دارد.”

پیچیدگی های دستگاه های مغناطیسی هر ستاره – لکه ها ، شراره ها و غیره – هنوز به درستی درک نشده است ، بنابراین پیوند همه این مشاهدات در یک داستان منسجم زمان می برد. اما تلاش برای درک همه اینها ممکن است پیش بینی هایی را در مورد آنچه در آینده از خورشید انتظار می رود ، بهبود بخشد.

لاور می گوید ، شعله هایی که به اندازه کافی قدرتمند هستند تا شبکه برق ما را مختل کنند ، به طور متوسط چند بار در قرن رخ می دهد. با نگاهی به سال 1859 می توان به وضوح آن را نشان داد ، زیرا آنچه در عصر فضا اتفاق افتاده است ، از سال 1957 ، معتدل تر بوده است. ” خورشید مدتی است که شعله ای شبیه به کارینگتون را به سمت ما نشانه رفته است. تکرار سال 1859 در قرن 21 می تواند فاجعه بار باشد.

بشریت از نظر فنی بسیار بیشتر از سال 1859 وابسته است. رویدادی شبیه به کارینگتون امروز می تواند بر شبکه های برق ، ماهواره ها و ارتباطات بی سیم ویرانی ایجاد کند. در سال 1972 ، برای مثال شعله ور شدن خورشیدی خطوط تلفن راه دور در ایلینوی را از بین برد. در سال 1989 ، شعله ور شدن بیشتر استان کبک را سیاه کرد و برق را به طور تقریبی 6 میلیون نفر تا 9 ساعت قطع کرد. در سال 2005 ، طوفان خورشیدی ماهواره های GPS را به مدت 10 دقیقه مختل کرد.

بهترین پیشگیری ، پیش بینی است. آگاهی از اینکه تخلیه جرمی تاج در راه است می تواند به اپراتورها این فرصت را بدهد که با خیال راحت دوباره پیکربندی کرده یا تجهیزات را تعطیل کنند تا از تخریب آن جلوگیری شود.

ایجاد انعطاف پذیری بیشتر نیز می تواند کمک کننده باشد. برای شبکه برق ، این می تواند شامل اضافه کار یا دستگاه هایی باشد که می توانند شارژ اضافی را تخلیه کنند. آژانس های فدرال می توانند موجودی ترانسفورماتورهای قدرت سیار را در اختیار داشته باشند و آماده استفاده در مناطقی باشند که ترانسفورماتورهای فعلی – که در طوفان های خورشیدی قبلی ذوب شده اند – از بین رفته اند. در فضا ، ماهواره ها را می توان در حالت ایمن قرار داد در حالی که منتظر طوفان هستند.

رویداد Carrington یک بار  برگزار نشد. این فقط یک نمونه از کارهایی بود که خورشید می تواند انجام دهد. اگر تحقیقات در مورد جرقه های خورشیدی گذشته چیزی به ما آموخته است ، این بدان معناست که بشریت نباید تعجب کند که آیا یک طوفان خورشیدی مشابه می تواند دوباره اتفاق بیفتد. تنها چیزی که می توانیم به آن فکر کنیم این است که چه زمانی.

کریستوفر کروکت محقق ستادی برای Knowable و نویسنده مستقل علمی است که در آرلینگتون ، ویرجینیا زندگی می کند. او از خورشید سپاسگزار است اما وقتی عصبانی است نمی خواهد آن را ببیند.