Светът остава БЕЗ интернет и ток: Слънчева буря идва с 12 до 24 часа предупреждение

През последните няколко месеца нашата планета беше засегната от интензивната активност на изригвания на Слънцето. Това явление, предизвикало редица полярни сияния, може да наруши работата на редица отрасли. За да могат по-добре да прогнозират подобни слънчеви бури, учените усилено разработват нововъзникващата дисциплина „космическо време“. Звездата ни постоянно преминава между относително спокойни фази и периоди на по-голяма активност. Тези колебания следват цикъл с продължителност между 10 и 13 години.

Настоящият цикъл започва през 2019 г. и се очаква неговият пик

Доказателствата за тази периодичност идват по-специално от наблюдението на слънчевите петна, което се извършва от средата на XVIII век. Въз основа на тези щателни наблюдения сега знаем, че от 1755 г. насам Слънцето вече е преминало през 24 слънчеви цикъла и че 25-ият цикъл, започнал през 2019 г., вероятно е напът да достигне своя връх. Това се потвърждава от наличието на повече от сто слънчеви петна на повърхността му, докато в периодите на слаба активност се виждат само няколко.

„Тези области, които изглеждат по-тъмни, тъй като са с няколко хиляди градуса по Целзий по-студени от заобикалящата ги материя, са свързани с внезапни скокове на магнитното поле, циркулиращо вътре в Слънцето, което пробива повърхността му“, обяснява Алексис Руйяр, изследовател от CNRS в Института за изследвания в областта на астрофизиката и планетарните науки IRAP2 в Тулуза (Югозападна Франция). „Усложняването и усилването на магнитното поле непосредствено над клъстерите от слънчеви петна са причина за слънчевите бури, при които се изхвърлят шлейфове от заредени частици, а именно електрони и протони, със скорост от няколкостотин до няколко хиляди километра в секунда.“

Подобни бури могат да изминат разстоянието от около 150 милиона километра между повърхността на Слънцето и външната граница на земното магнитно поле за период от един до четири дни. В края на пътуването си изхвърлените от Слънцето йонизирани частици се сблъскват с магнитосферата на Земята, което води до нейното пренастройване. Докато се движат по протежение на това пренастроено магнитно поле, някои от заредените частици се връщат обратно в йоносферата, горния слой на атмосферата, където влизат в контакт с молекули кислород и азот. Когато слънчевата буря взаимодейства със земното магнитно поле, тя се превръща в геомагнитна буря.

Геомагнитни бури и рискове за инфраструктурата

Снимка: iStock

Както обяснява Руйяр, полярните сияния са в известен смисъл резултат от тази среща. „Когато молекулите, атомите и йоните на атмосферата се удрят с висока скорост в електроните, пренасяни от геомагнитната буря, те временно се възбуждат. За да се върнат към първоначалното си енергийно ниво, възбудените атоми излъчват светлина, чийто цвят зависи както от тяхното естество, така и от състава на горните слоеве на атмосферата.“

На височини над 200 км червената светлина се получава от възбуждането на кислорода, който се намира главно в горната част на атмосферата. Между 100 и 200 км същият химичен вид произвежда сини и зелени оттенъци. Под 100 км лилавият цвят се получава в резултат на взаимодействието на електроните с молекулите на азота, които са концентрирани в долните слоеве на атмосферата.

Грандиозното представяне на северното сияние обаче прикрива по-тревожна картина. В нашия все по-технологичен свят слънчевите бури могат да имат огромно въздействие върху човешките дейности. Компанията Space X научи това по трудния начин: през февруари 2022 г. тя изгуби 40 телекомуникационни спътника Starlink, докато ги извеждаше в орбита. Въпреки че компанията не посочи причините за този неуспех, много е вероятно да е била замесена геомагнитна буря, тъй като ускорените частици освобождават част от енергията си в горните слоеве на атмосферата, като по този начин повишават температурата ѝ и я карат да се разширява.

„Тъй като не са предвидили настъпването на тази буря, скоростта, разпределена на спътниците, за да им позволи да достигнат крайната си орбита, се е оказала недостатъчна, за да им позволи да преминат през тази област на атмосферата, която е станала по-плътна, което ги е накарало да паднат преждевременно обратно на Земята“, потвърждава Жан Лиленстен, професор-изследовател от CNRS и астроном в Института за планетарни науки и астрофизика в Гренобъл (IPAG)3. Някои смятат, че това разширяване на атмосферата може дори да изхвърли от курса някои от космическите отпадъци, които обикалят около нашата планета. При все по-нарастващото количество отломки (понастоящем 34 000 фрагмента с размер над 10 см) вероятно ще се увеличи рискът в случай на слънчево изригване някой от тези обекти, движещи се със скорост над 28 000 км/ч, да се сблъска със спътник.

GPS сателитите страдат

Геомагнитните бури също така променят разпределението на електроните в атмосферата, което може да попречи на сигналите, излъчвани от GPS сателитите, които шофьорите използват, за да определят точното местоположение на автомобилите си. Такава беше съдбата на стотици ферми в Средния Запад (САЩ) по време на слънчевата буря през май 2024 г., когато GPS навигационната система, която позволява на тракторите да оптимизират схемата на сеитба на тези огромни парцели земеделска земя, внезапно се срина в резултат на електромагнитни смущения.

Някои стратегически отрасли могат да бъдат нарушени и от индуцирани геомагнитни течения, които се образуват на повърхността на Земята в резултат на бързи промени в магнитното поле, причинени от геомагнитни бури. Това може да засегне всичко – от петролопроводите до подводните телекомуникационни кабели, нефтените сондажи и системите за производство и пренос на електроенергия. През март 1989 г. например шест милиона души в Квебек бяха потопени в тъмнина за близо десет часа след масивна повреда в електрическата мрежа на канадската провинция.

Важното за хората е, че при извънредно силна магнитна буря може да се стигне до спиране на тока и интернет комуникациите в световен мащаб, а това би „замразило“ дейността на почти всичко.

Един голям епизод на всеки 150 години

Въпреки това най-мощната слънчева буря, регистрирана досега, все още е тази през лятото на 1859 г., известна още като събитието Карингтън. Епизодът, три пъти по-интензивен от този, който преживяхме през пролетта на 2024 г., наруши значително телеграфните комуникации, като дори доведе до избухване на пламъци в някои съоръжения. „В доклад, публикуван през 2013 г., американски изследователи изчислиха, че слънчево изригване с такава сила би причинило щети на стойност между 600 и 2600 милиарда долара, ако се случи в днешния технологично развит свят“, посочва Лиленстен.

Снимка: iStock

Като се има предвид, че слънчеви бури с такава сила се случват средно на всеки 150 години, възможността за събитие от такъв мащаб в близко бъдеще не може да бъде напълно изключена, въпреки че няма как да знаем кога точно ще се случи. Учудващо е, че учените все още не могат да предвидят кога точно активността на Слънцето достига своя връх. „В момента не сме в състояние да предвидим със сигурност дали активна област на повърхността на Слънцето ще предизвика геомагнитна буря или колко интензивно ще бъде това хипотетично събитие“, признава Руйяр. Като се има предвид, че слънчевото изригване, предизвикало геомагнитната буря от 1859 г., е достигнало Земята за едва 17 часа, докато това от 10 май 2024 г. – за два дни, възможността да се предвиди подобен епизод би оставила достатъчно време, за да се защитят най-чувствителните съоръжения на нашата планета, като се изключат.

Пик на активността в началото на 2025 г.

Едно нещо е сигурно: слънчевите бури ще стават все по-мощни през следващите няколко месеца. „С наближаването на пика на цикъла нови струпвания на слънчеви петна ще се образуват все по-близо до екватора на Слънцето“, предупреждава Лиленстен. „Тъй като тази концентрация на слънчеви петна в екваториалната област се характеризира с натрупване на енергия, изригванията, които вероятно ще се появят там, ще имат по-голяма вероятност да засегнат нашата планета.“

През последните двадесет години научната общност изгради мрежа от наземни и космически обсерватории, включително американския спътник SDO (Solar Dynamics Observatory), за да следи възможно най-отблизо активността на Слънцето. Оборудвана със сензори с много висока разделителна способност, обсерваторията, която е разположена в геосинхронна орбита на 36 000 км над Земята, непрекъснато следи промените в намагнетизираната повърхност, както и в силно динамичната корона, намираща се на по-голяма височина.

Подобрени възможности за наблюдение

Снимка: iStock

Подобряването на прогнозите за слънчевите бури и съответно по-добрата подготовка за рисковете, които те представляват за човешките дейности, обаче изисква значително да се увеличи капацитетът за наблюдение на Слънцето. С оглед на това специалистите от Френската организация за приложни изследвания в областта на космическото време (OFRAME) планират да разширят съществуващия набор от сонди и сензори, разположени на Земята или в близката до нея космическа среда, които измерват електромагнитни полета и частици. Тази изследователска програма може да бъде допълнително разширена чрез разполагането на микросателити, предназначени за наблюдение на горните слоеве на атмосферата и магнитосферата.

„Идеята е да се адаптират методите за моделиране на земното време, които се основават основно на изобилие от измервателни точки, към средата Земя-Слънце“, обяснява Руйяр, който е един от директорите на OFRAME. Числени модели, които симулират разпространението на слънчевите ветрове и бури, насочени към Земята, с цел прогнозиране на геомагнитни бури, също се разработват като част от програмата Solar Terrestrial Observations and Modelling Service (STORMS).

До 2031 г. Европейската космическа агенция (ЕКА) планира да разположи космическа метеорологична обсерватория в точка L5 – наблюдателна точка, разположена извън оста Слънце-Земя. Докато телескоп в орбита около Земята, като американския спътник SDO, осигурява само челен поглед върху слънчевите бури, инструментът в тази стратегическа точка ще даде възможност за страничен поглед върху такива събития. От тази уникална позиция бъдещият спътник на ЕКА, наречен Vigil, ще може да забележи и най-малкия намек за изригване на Слънцето и да проследи разпространението на слънчевите бури към нашата планета до момента на сблъсъка им с магнитното поле на Земята.

Възникващата дисциплина „космическо време“

Снимка: iStock

По този начин ставаме свидетели на появата на нова дисциплина – космическо време, която е в услуга не само на научната общност, но и на бизнеса, който проявява голям интерес. Въпреки че все още не е възможно да се предвиди точно началото на слънчевата буря, след като тя започне, вече може да се определи с точност моментът, в който нейните последици ще се почувстват на Земята.

Други инициативи са насочени към разпространение на знания за космическото време. Това е мисията на оперативния център за космическо време COMEA5, чиято цел е в близко бъдеще да изготвя прогнози за космическото време за широката общественост, пише „CNRS News“.