Burza nadchodzi.doc

6

http://portalwiedzy.onet.pl/4869,25297,1620415,1,czasopisma.html

Burza nadchodzi

Naukowcy twierdzą, że przed nami próba cywilizacji technicznej. Za rok, dwa, góra trzy Słońce będzie w trakcie maksimum swojej aktywności. I choć maksima i minima następują po sobie regularnie co około 5 - 6 lat, tym razem ma być naprawdę niebezpiecznie.

To, że nasza dzienna gwiazda nie jest statyczną kulą ognia wiedzieli już starożytni Chińczycy (patrz ramka opowiadająca historię badań Słońca). Co 11 lat następują po sobie maksima aktywności Słonecznej. Pomiędzy nimi są minima w czasie których Słońce wydaje się… odpoczywać. Ostatnie minimum było na przełomie 2006 i 2007 roku. Naukowcy dziwili się, bo choć od minimum do maksimum aktywność Słońca powinna sukcesywnie rosnąć, nic takiego się nie działo. Gwiazda jest spokojna jak nigdy dotąd. Ale być może to tylko cisza przed porządną burzą. Mausumi Dikpati z National Center for Atmospheric Research (NCAR) twierdzi, że zbliżające się maksimum będzie wyjątkowo gwałtowne. Być może nawet o kilkadziesiąt procent większe, niż maksima z poprzednich lat. Podobne zdanie ma David Hathaway z National Space Science and Technology Center (NSSTC), który jest heliosejsmologiem, czyli zajmuje się obserwacją i analizą ruchów powierzchni Słońca. Obydwoje twierdzą, że nadchodzące maksimum może być równie gwałtowne jak to sprzed ponad 50 lat, z 1958 roku.

Protuberancja słoneczna. Fot. BE&W

Plama, wybuch, energia

Co 11 lat powierzchnia Słońca staje się bardzo aktywna. Jednym z przejawów tego „stanu” jest pojawianie się dużej ilości plam słonecznych. Widać je wyraźnie, bo są ciemniejsze niż otoczenie. Tak właściwie plamy są obiektami bardzo jasnymi, ale widzimy je jako ciemne, gdyż znajdują się w jaśniejszym od siebie otoczeniu. Ciemniejsze oznacza zimniejsze, ale oczywiście nie zimne.

Temperatura plamy słonecznej to ok. 3500 st. Celsjusza. Co jest powodem powstawania plam? Zniekształcone pole magnetyczne Słońca. Linie sił pola magnetycznego wydają się przebijać na zewnątrz gwiazdy z jej środka, a miejsce w którym im się to uda jest właśnie ciemniejszą (zimniejszą) plamą. Choć bywają ogromne (ich powierzchnia może być kilkanaście razy większa od powierzchni całej kuli ziemskiej), nie mają żadnego wpływu na nasze życie. Problemem jest jednak to, że plamy nie są wieczne. Kończąc swoje „życie” – wybuchają. A wtedy w ciągu zaledwie kilku sekund uwalniana jest większa energia niż ludzkość wyprodukowała w ciągu całego swojego istnienia. Taki wybuch jest w pewnym sensie odczuwalny także na Ziemi. Używanie w tym kontekście określeń „burza” czy „zawierucha” nie jest całkowicie pozbawione sensu. Gdy na Słońcu pojawiają się wybuchy w kierunku Ziemi zaczynają pędzić duże ilości naładowanych cząstek. To tzw. wiatr słoneczny.

Tarcza (czasami) dziurawa

Zewnętrzna część "atmosfery" słonecznej (czyli tzw. korona słoneczna) nie kończy się wyraźnie w którymś punkcie przestrzeni kosmicznej. Temperatura w niej panująca jest tak wysoka, że atmosfera gwiazdy cały czas się rozszerza. Rozszerzanie to zostało nazwane wiatrem, bo ma formę nieustannego przepływu cząsteczek (tak jak wiatr na Ziemi). Tak jak wiatr „ziemski” jest ruchem cząsteczek powietrza, tak wiatr słoneczny jest ruchem naładowanych elektrycznie elektronów i jąder atomów. Cząstki wchodzące w skład wiatru słonecznego były w stanie "wyrwać się" polu grawitacyjnemu Słońca, gdyż posiadają niezwykle dużą energie (wynikającą z wysokiej temperatury korony słonecznej). Opuszczają powierzchnię gwiazdy z prędkością blisko 1000 km na sekundę!

Wybuchy na Słońcu odczuwamy więc nie bezpośrednio, tylko pośrednio, gdy Ziemię zaczyna owiewać coraz silniejszy wiatr cząstek. Czy może on wpłynąć na nasze życie? Tak. Większość cząstek zostanie zatrzymana przez magnetosferę, czyli naturalną tarczę magnetyczną Ziemi. Gdy cząstki mają dużą energię (a tak zdarza się w czasie największych zawieruch na powierzchni Słońca) nasza magnetyczna tarcza może się jednak okazać dziurawa. A wtedy dochodzi do zderzenia cząstek ze Słońca z cząsteczkami atmosfery i… powstania zorzy polarnej. W czasie standardowej burzy słonecznej zorze widoczne są w okolicach bieguna (szczególnie północnego). Ale w roku 1958, wtedy gdy Słońce było szczególnie aktywne, trzykrotnie widywano je nawet w Meksyku. Gdyby wpływ pogody słonecznej na ziemskie życie ograniczał się tylko do mniejszych lub większych zórz polarnych, nie byłoby czym się martwić. Zorze to jednak tylko widoczny znak tego co dzieje się w ziemskiej atmosferze.

Satelity na złom?

Zmiany aktywności Słońca, a konkretnie obecność w atmosferze cząstek naładowanych elektrycznie ma duży wpływ na działanie wszystkiego co jest oparte na przepływie prądu. W tym urządzeń elektronicznych. W czasie maksimum mogą występować poważne utrudnienia w odbiorze fal elektro–magnetycznych. A więc np. radia i telewizji (szczególnie gdy sygnał pochodzi z któregoś satelity). Utrudnione (a być może nawet niemożliwe) może być używanie krótkofalówek, radia CB i telefonów komórkowych. Rozpędzone cząstki mogą niszczyć satelity, w tym te, które są podstawą systemu GPS, a nawet okrążające ziemię statki kosmiczne.

Na większe niebezpieczeństwo narażeni są członkowie Międzynarodowej Stacji Kosmicznej. Gdy wieje słoneczny wiatr, otrzymują oni większą dawkę promieniowania jonizującego. Naładowane cząstki mogą także spowodować uszkodzenia elementów wyposażenia zakładów przemysłowych, które wykorzystują skomplikowaną (więc wrażliwą) technologię. Narażone na niebezpieczeństwo są także elektrownie i stacje transformatorowe. Centra komputerowe (np. zarządzające komunikacją, energetyką, ruchem drogowym czy lotniczym), duże bazy danych a nawet serwery i węzły sieciowe. Słowem to wszystko na czym opiera się nasza cywilizacja. Z tych wymienionych najbardziej narażone są znajdujące się w kosmosie satelity. To dzięki nim odbywa się łączność, która jest podstawą funkcjonowania rządów, ale także instytucji finansowych. Utrudnienia w korzystaniu z Internetu i telefonów może spowodować trudny do opisania chaos.

Nic nowego pod Słońcem

Słońce wchodzi w maksimum swojej aktywności co 11 lat i tutaj nie ma żadnego zaskoczenia. Zaskoczeniem nawet nie jest to, że niektóre maksima są większe od innych. W końcu plamy słoneczne (które są widoczną oznaką zmian aktywności) zliczane są od setek lat. Problem polega na tym, że tak jak kiedyś, jeszcze 30 - 40 lat temu, zwiększona aktywność Słońca wiązała się tylko i wyłącznie ze zjawiskami zachodzącymi w ziemskiej atmosferze (zorzami polarnymi), tak dzisiaj może nastręczać poważnych kłopotów. Jesteśmy coraz bardziej uzależnieni od elektroniki i nowoczesnych technologii. Prawdę powiedziawszy, trudno nam sobie dzisiaj wyobrazić życie bez TV, radia, Internetu, telefonu i GPSu. Wspomniane zagrożenia są realne, ale wcale nie są pewne. Rekordowe maksimum jakie czeka nas za 2-3 lata wcale nie musi spowodować kataklizmu. Być może skończy się – jak nie raz w przeszłości - na przejściowych trudnościach z odbiorem ulubionej stacji radiowej, albo na chwilowym pogorszeniu jakości rozmów telefonicznych. Każde maksimum jest inne, ale każde kolejne rodzi większe zagrożenie z powodu coraz dalej posuniętego uzależnienia od elektroniki. Za niedługo będziemy mieli okazję sprawdzić jak stworzona przez nas cywilizacja techniczna zachowa się w zderzeniu z naturalnymi procesami zachodzącymi na powierzchni naszej najbliższej gwiazdy.

Nie potrafimy przewidzieć pogody słonecznej i nie bardzo potrafimy zabezpieczyć się przed jej skutkami. Ale jedno jest pewne. Będziemy mieli sporo czasu by nastawić się na nadciągające (być może) kłopoty. Naukowcy są w stanie o pędzącej (słonecznej) wichurze nas ostrzec. Z wyprzedzeniem 1-2 dób.

Historia badań Słońca

Pierwsze dane naukowe dotyczące Słońca pochodzą z początków naszej ery z Chin. W starych kronikach znaleziono wzmianki na temat zmienności ilości plam Słonecznych. Pierwszy do obserwacji naszej dziennej gwiazdy instrumentu astronomicznego użył Galileusz. Przez swoją lunetę obserwował Słońce już  w 1610 roku. Świecąca część Słońca (czyli fotosfera) jest tak jasna, że trzeba ją oglądać  przy znacznym osłabieniu światła, lub też nie bezpośrednio. Pierwsi badacze światło z lunety rzucali na biały ekran. Taki też sposób obserwacji gwiazdy był znany jako jedyny do połowy XIX wieku, aż do zastosowania nowego wynalazku - fotografii. Pierwsze zdjęcie Słońca zrobiono w 1842 roku, a niedługo potem zaczęto budować do tego celu specjalne urządzenia. Z początkiem XX wieku zaczęto budować nieruchome teleskopy do obserwacji Słońca, oraz urządzenia kierujące do nich światło (heliostaty). Duże zasługi w udoskonalaniu takich przyrządów miał polski astronom Adam Prażmowski (1821- 1885). Od 1957 roku zaczęto badać Słońce nie tylko z Ziemi, ale także z powietrza. Specjalne balony stratosferyczne wynosiły urządzenia fotograficzne na wysokości ponad 20 kilometrów. Dzięki temu otrzymywano zdjęcia z dużą ilością szczegółów. Pierwszego satelitę do badań Słońca (Ulyssesa) wystrzelono w 1990 roku. Był przy okazji pierwszy statkiem, który opuścił płaszczyznę Układu Słonecznego (ekliptykę). W latach 1994 - 1995  Ulysses przeleciał nad słonecznymi biegunami, badając gwiazdę w czasie minimum swojej aktywności. W 1994 roku wystartowała należąca do NASA sonda Wind. Jej badania skupiają się na wietrze słonecznym. Mierzyła jego skład i siłę. Najsłynniejszym obserwatorium słonecznym jest amerykańska sonda SOHO ( Solar and Heliospheric Observatory). W odróżnieniu do Ulyssesa nie zmienia ona swojej pozycji w stosunku do Słońca, tylko zawisła w przestrzeni w odległości 1,5 miliona km. od Ziemi. Znajduje się w punkcie L1 ( tzw. punkcie Lagrange'a) czyli takim, w którym siła grawitacyjna pochodząca od Ziemi i Słońca się równoważą. Zaobserwowała na powierzchni Słońca m.in. fale sejsmiczne i tym samy dała impuls do powstania nowej dziedziny nauki – heliosejsmologii. Z kolei sonda TRACE (Transition Region and Coronal Explorer) od 1998 roku bada dlaczego atmosfera słoneczna jest setki razy cieplejsza od powierzchni gwiazdy. Dotychczas nie udało się na to pytanie odpowiedzieć. W październiku 2000 roku sonda TRACE nadesłała zdjęcia na których widać ogromne, rozżarzone do milionów stopni fontanny wybuchającego z powierzchni Słońca gazu. Niektóre z tych „łuków” wystrzeliwały na wysokość porównywalną z 30 promieniami Ziemi.

Tomasz Rożek

Tomasz Rożek jest doktorem fizyki i dziennikarzem naukowym. Kieruje działem "Nauka i Gospodarka" w tygodniku Gość Niedzielny. Jest założycielem Stowarzyszenia Śląska Kawiarnia Naukowa.