Ryzyko potężnej burzy magnetycznej. Co grozi Ziemi?

Ponad 150 lat temu, na początku września 1859 roku, na Słońcu nastąpiło wyjątkowe zjawisko, które zaobserwował angielski astronom amator Richard Carrington – rozbłysk na jednej z bardzo rozbudowanych plam słonecznych. Rozbłysk wybił chmurę plazmy w przestrzeń międzyplanetarną. Obecnie podobne zjawiska nazywa się koronalnym wyrzutem masy (CME).

Jeśli weźmiemy pod uwagę dostępny wówczas sprzęt oraz obserwacje w zakresie widzialnym, zrozumiemy, jak silny musiał być ówczesny rozbłysk. To wydarzenie, znane jako „flara Carringtona”, jest klasyfikowane jako rozbłysk przynajmniej klasy X10, choć z pewnością było to znacznie więcej. Wiercenia lodu grenlandzkiego sugerują, że był to najsilniejszy rozbłysk (w sensie efektów geomagnetycznych) w ostatnich 400 latach.

Zaledwie 18 godzin po "flarze Carringtona" wybita plazma dotarła w okolice Ziemi. Tak rozpoczęła się prawdopodobnie najsilniejsza zanotowana burza magnetyczna w historii współczesnych obserwacji astronomicznych.

Zorza polarna, którą zaobserwowano wtedy nawet w rejonach Karaibów, momentami była tak silna, że w jej świetle możliwe było czytanie gazet. Ponadto wystąpiła seria awarii sieci telegraficznych w Europie i Ameryce Północnej, która uniemożliwiła wymianę informacji na dłuższe dystanse.
 
23 lipca 2012 roku nastąpiła kolejna (zarejestrowana) tak potężna burza magnetyczna. Na szczęście ominęła Ziemię o około 90 stopni względem ruchu orbitalnego naszej planety dookoła Słońca. Tego dnia nastąpił silny rozbłysk po niewidocznej z Ziemi stronie Słońca i wywołał bardzo szybkie oraz rozbudowane CME.

Zaledwie 19 godzin później to CME dotarło do sondy STEREO Ahead, która krąży po orbicie nieco mniejszej od ziemskiej (około 0,95 jednostki astronomicznej, z czasem 346 dni) i znajduje się przed naszą planetą w ruchu orbitalnym. 

Gdyby podobna burza uderzyła w Ziemię, skutki mogłyby być katastrofalne. Z pewnością doszłoby do uszkodzenia wielu satelitów oraz do poważnych utrudnień w telekomunikacji, obserwacji Ziemi oraz nawigacji. Astronauci na pokładzie Międzynarodowej Stacji Kosmicznej mogliby dostać potężne dawki promieniowania, potencjalnie śmiertelne.

Jest również możliwe, że ucierpiałoby wiele systemów energetycznych oraz sprzętu podłączonego do tych sieci w państwach położonych stosunkowo blisko obszarów polarnych, czyli np. w Europie, Japonii oraz w Ameryce Północnej. Prawdopodobnie doszłoby także do poważnych zakłóceń w transporcie lotniczym i morskim.

Szkody mogłyby być poważne, a ich naprawa trwałaby bardzo długo - szczególnie, że wiele elementów, takich jak transformatory sieci, nie jest magazynowanych w dużych ilościach. Wartość ekonomiczna takich potencjalnych szkód szacowana bywa nawet na dwa tysiące miliardów dolarów!

Czy dojdzie do katastrofy?

Jakie jest ryzyko uderzenia podobnej burzy magnetycznej w Ziemię? Fizyk Pete Riley postanowił je oszacować na podstawie historycznych danych. Uzyskana wartość to aż 12 proc. dla najbliższych 10 lat.

Jego obliczenia zostały opublikowane w pracy naukowej na łamach czasopisma "Space Weather". Publikacja powstała jeszcze przed wydarzeniami z lipca 2012 roku.
 
Riley opiera swoje wyliczenia na parametrze Dst, liczonym w nanoteslach (nT), z silniejszych rozbłysków ostatnich pięciu dekad. Dst pozwala na określenie siły uderzenia CME w ziemską magnetosferę i jej dalsze „drgania”. Wartości ujemne Dst wywołują efekty geomagnetyczne.

Typowe wartości Dst dla „mniejszych” burz magnetycznych, które generują zorze polarne, to takie od ok. minus 50 nT. Największa z zanotowanych dotychczas burz magnetycznych, z 1989 roku, która dokonała pewnych zniszczeń w kanadyjskiej sieci energetycznej, to około  minus 640 nT. Natomiast szacunki „flary Carringtona” to od -800 do aż -1750 nT.

Wartość 12 proc. została wyliczona dla Dst równego -850 nT i więcej. Z kolei dla Dst wynoszącego -1700 nT i więcej ryzyko zostało oszacowane na 1,5 proc.

Powyższy zakres wartości można porównać z publikacją heliofizyka Daniela Bakera z University of Colorado, który postanowił oszacować Dst dla CME z lipca 2012 roku. Baker wyliczył wartość Dst na około -1200 nT.

Co więcej, dane sugerują, że tak duża siła wspomnianego CME pochodzi od kilku wcześniejszych, które kilka dni wcześniej „oczyściły drogę” w przestrzeni międzyplanetarnej dla silnego CME.

Co ciekawe, najnowsza publikacja Janet Luhmann i Ying Liu sugeruje, że były to dwa CME, oddzielone od siebie czasem zaledwie 10-15 minut. Nie zostały spowolnione w przestrzeni międzyplanetarnej i dlatego miały prędkość rzędu 2000 km/s.
 
Dwa lata temu ludzkość mogła nie być przygotowana na tak silną burzę magnetyczną. Obecnie, m.in. dzięki wyżej wymienionym publikacjom naukowym, jest szansa na publikację ostrzeżenia po rozbłysku z szybkim CME. Wciąż jednak bardzo mało wiemy o mechanizmach tworzących i przyspieszających CME, choć mogą one mieć bezpośredni wpływ na urządzenia używane przez ludzi każdego dnia.
 
Dzięki sondom STEREO-Ahead i STEREO-Behind nasza wiedza na temat Słońca i jego wpływu na Układ Słoneczny doznała wyraźnego poszerzenia. Niestety, już niebawem obie sondy przestaną dostarczać informacji. Przerwa w transmisji danych wyniesie ponad rok. Przełoży się to na mniejszą ilość aktualnych informacji o „pogodzie kosmicznej”.