بزرگترین طوفان ژئومغناطیسی ثبت شده در تاریخ بیش از 150 سال پیش رخ داد. اکنون، ما وارد دوره دیگری از طوفان خورشیدی می شویم

درست یکی دیگر از شب های سپتامبر در سال 1859 بود که ریچارد کارینگتون و ریچارد هاجسون شاهد یک رویداد قابل توجه بودند. اخترشناسان بریتانیایی با هم نبودند، اما اتفاقاً هر دو از طریق تلسکوپ به خورشید نگاه می‌کردند، دقیقاً در لحظه‌ای که یک پرتاب عظیم از ستاره آتشین به بیرون پرتاب شد. در عرض چند روز، دیگران روی زمین متوجه شفق های رنگارنگی شدند که در آسمان ها و خطوط تلگراف – فناوری پیشرفته روز در اروپا و آمریکای شمالی – به صورت جرقه فوران می کرد.

شعله ی خورشیدی به عنوان رویداد کارینگتون شناخته شد که به نام یکی از دو ستاره شناس که اولین بار آن را توصیف کردند، نامگذاری شد. علیرغم وقوع بیش از 150 سال پیش، این طوفان هنوز به عنوان قوی ترین طوفان ژئومغناطیسی شناخته شده باقی مانده است (اگرچه ما اندازه گیری هایی برای گفتن دقیق اندازه آن نداریم)

زمین از آن زمان تاکنون اثرات چند طوفان ژئومغناطیسی قابل توجهی را احساس کرده است که همه آنها باعث قطع برق و آسیب به ماهواره شده است. در نتیجه، شرکت‌های برق و تولیدکنندگان، ماهواره مقاومتی را در فناوری ایجاد کرده‌اند. اما اگر امروز یک شراره خورشیدی دیگر رخ دهد، چه اتفاقی می‌افتد؟ آیا ما برای آن آماده خواهیم بود؟

به گفته الکسا هالفورد، معاون بخش علوم هلیوفیزیک در مرکز پرواز فضایی گودارد ناسا، پاسخ محتاطانه مثبت است. او می گوید: “هنوز چیزهای زیادی برای یادگیری وجود دارد، اما ما موفقیت داشته ایم.”

چندین دهه یادگیری

شراره ها زمانی رخ می دهند که تابش الکترومغناطیسی از خورشید فوران می کند. این ترکیدن‌ها اغلب چند دقیقه طول می‌کشند، هرچند گاهی طولانی‌تر هم می‌شوند. آنها گاهی اوقات با پرتاب جرم تاجی همراه هستند که مواد گازی و میدان های مغناطیسی را منفجر می کنند. اما هر جرقه خورشیدی یا پرتاب جرم تاجی تاثیری روی زمین نخواهد داشت. هم به اندازه انفجار و هم به جهتی که در حرکت است بستگی دارد. برای مثال، اگر یک شعله خورشیدی در سمت دور خورشید رخ دهد، بعید است که بر ما تأثیر بگذارد.

حتی اگر در سمت نزدیک اتفاق بیفتد، جهت انفجار اغلب ما را از دست می دهد – زیرا ما بسیار دور هستیم و در مقایسه با خورشید هدف نسبتاً کوچکی هستیم. به عنوان مثال، این اتفاق در سال 2001 رخ داد، زمانی که یکی از بزرگترین شراره های خورشیدی ثبت شده در تاریخ با سرعت حدود  7.2420479095  (Kilometer)میلیون کیلومتر در ساعت به بیرون پرتاب جرم تاجی منفجر شد. خوشبختانه، در راه خود به فضا توسط ما جاروب شد.

فناوری در سال 1859 زمانی که رویداد Carrington رخ داد، نسبتاً ساده بود، اما هنوز هم تأثیر زیادی بر خطوط تلگراف داشت. در آن زمان، مردم مجبور بودند سیم‌ها را از برق بکشند تا جرقه‌هایی که از آن‌ها بیرون می‌زند را متوقف کنند. اما به لطف ذرات خارج شده از جرقه ای که به جریان خطوط برخورد کرد، تا حدی عملکردی باقی ماندند

البته شراره های خورشیدی قبلی نیز وجود داشته است که تأثیرات آنها بر روی زمین احساس شده است. طوفان خورشیدی که در سال 1993 پس از میلاد رخ داد، شواهدی را بر روی تنه درختان به جا گذاشت که باستان شناسان هنوز از آن برای تاریخ گذاری مواد چوبی باستانی، مانند اسکان مختصر وایکینگ ها در قاره آمریکا استفاده می کنند. یک شعله خورشیدی مهم دیگر در طول جنگ جهانی اول رخ داد. این شعله به اندازه رویداد کارینگتون نبود، اما همچنان تجهیزات تشخیص را گیج می کرد. هالفورد می‌گوید، تکنسین‌ها بر این باور بودند که بمب‌ها زمانی پرتاب می‌شوند که در واقع تداخل ناشی از برخورد شعله به مگنتوسفر بوده است

یک پرتاب جرم تاج بزرگ اخیراً در مارس 1989 به زمین برخورد کرد و طوفان ژئومغناطیسی ناشی از آن باعث ویرانی جدی زمین شد. این آتش سوزی شبکه های برق در کبک و بخش هایی از نیوانگلند را از بین برد، زیرا شرکت آب و برق Hydro-Quebec به مدت 9 ساعت از کار افتاده بود. ترانسفورماتورهای قدرت حتی به دلیل بارگذاری بیش از حد برق در شبکه ذوب شدند.

اقدامات ایمنی

آن رویداد سال 1989 سرانجام مورد توجه برنامه ریزان زیرساخت قرار گرفت. هالفورد می گوید: «اینها چیزهایی هستند که ما واقعاً از آنها درس گرفته ایم. شرکت‌های برق شروع به ایجاد اقدامات ایمنی، مانند سیم‌های برق، در شبکه برق کردند تا از خرابی آبشاری جلوگیری کنند. اگر برق خیلی سریع افزایش یابد، این سه سیم‌ها طوری برنامه‌ریزی می‌شوند که خاموش شوند تا آسیب محدود شود و ترانسفورماتورها مانند سال 1989 نسوزند.

طوفان‌های ژئومغناطیسی همچنین می‌توانند باعث چرخش بیت، شارژ سطحی یا شارژ داخلی برای ماهواره‌هایی شوند که به دور سیاره ما می‌چرخند – همه چیزهایی که در اکتبر امسال رخ داد، هنگامی که یک شعله خورشیدی یک پرتاب جرم تاجی و یک طوفان ژئومغناطیسی ایجاد کرد که به زمین برخورد کرد. ماهواره ها به ویژه حساس هستند زیرا از حفاظت نسبی جو ما بهره نمی برند. اما اکثر ماهواره‌هایی که در دو دهه گذشته پرتاب شده‌اند به اندازه کافی قوی ساخته شده‌اند که در برابر شارژ بیش از حد مقاوم هستند.

چرخش بیت زمانی رخ می دهد که ذرات یونیزه شده از فوران های خورشیدی عملکرد بیت های حافظه را تغییر دهند. این می تواند مشکلات بزرگی را برای ماهواره های GPS ایجاد کند، که همه چیز از ناوبری گرفته تا حفاری دقیق را تحت تاثیر قرار می دهد. حتی بانکداری برای تعیین زمان تراکنش ها به ماهواره GPS متکی است. هالفورد می گوید: «این نوع شکست واقعاً به اقتصاد آسیب می رساند. این مهم است و قطعاً چیزی است که ما باید نگران آن باشیم.

در حالی که ماهواره‌ها در حال حاضر قوی‌تر ساخته می‌شوند، او اضافه می‌کند که بعید است طوفان ماهواره‌های GPS را به اندازه کافی از بین ببرد تا مشکلات بزرگ‌تری ایجاد کند. این مشکلات همچنین گاهی اوقات می‌توانند به راحتی با چرخه برق یا به سادگی با راه‌اندازی مجدد دستگاه آسیب‌دیده برطرف شوند. هالفورد می گوید که شعله ور شدن اکتبر باعث ایجاد مشکلات جزئی شد، اما اداره هوانوردی فدرال هیچ مشکل ناوبری مهمی را گزارش نکرد

تاثیرات مثبت

همه تأثیرات یک شعله بزرگ خورشیدی لزوماً منفی نیستند. هنگامی که این رویدادها رخ می دهند، چگالی جو فوقانی زمین را ضخیم می کنند. در واقع، جو برای مدت کوتاهی در ارتفاع بالا می رود. این می تواند بر مدار ماهواره ها تأثیر بگذارد و به طور بالقوه مشکلاتی را ایجاد کند، اما می تواند بر مدار زباله های فضایی شناور در اطراف آن بالا نیز تأثیر بگذارد. کشش اضافی می تواند باعث شود این آشغال به مدار بیفتد و بسوزد.

هالفورد می‌گوید: «شما طوفان می‌خواهید تا بتوانیم به طور طبیعی از شر برخی از زباله‌ها خلاص شویم». اما ممکن است این یک شمشیر دو لبه باشد، زیرا این رویداد می تواند باعث فروپاشی مداری تجهیزات عملیاتی در آنجا نیز شود

یکی دیگر از اثرات مثبت بالقوه برای زمینیانی که نزدیکتر به خط استوا زندگی می کنند، افزایش دید شفق است. شفق شمالی و شفق جنوبی زمانی ایجاد می شوند که ذرات خورشیدی وارد جو شده و با ذرات گاز برخورد می کنند. این معمولا در قطب ها اتفاق می افتد، جایی که میدان مغناطیسی ضعیف تر است. اما در طول شراره های خورشیدی، ذرات بیشتری از جو عبور می کنند. شفق قطبی اخیراً در طول طوفان خورشیدی اکتبر در نیویورک قابل مشاهده بود.

این فرصت‌ها تنها با نزدیک شدن به دوره حداکثر خورشیدی افزایش می‌یابند، یعنی زمانی که هر ۱۱ سال یا بیشتر شاهد بیشترین دوره فعالیت خورشیدی هستیم. هالفورد می‌گوید: «چند سال آینده باید واقعاً هیجان‌انگیز باشد، زیرا ما شانس بیشتری برای دیدن شفق خواهیم داشت.

همچنین ممکن است زمان وقوع یک شراره بزرگ خورشیدی دیگر باشد. به گفته هالفورد، این فرصتی خواهد بود که ببینیم اقدامات ایمنی و اقدامات احتیاطی ما چقدر می تواند با این هجوم ذرات خورشیدی مقابله کند – اما نفس خود را حبس نکنید. یک مطالعه منتشر شده در سال 2019 نشان داد که احتمال وقوع یک رویداد مشابه کارینگتون قبل از سال 2029 کمتر از 1.9 درصد است. هالفورد می‌گوید: «رویداد کارینگتون یکی از آن چیزهایی است که شما می‌خواهید اتفاق بیفتد، زیرا فکر می‌کنیم می‌توانیم آن را تحمل کنیم.»