Ziemskie skutki słonecznych burz

Regularne eksplozje na odległym Słońcu mogą wywołać prawdziwy kataklizm w naszej codzienności. Dlaczego?

Najpoważniejszym niebezpieczeństwem związanym z magnetyczną apokalipsą byłoby uszkodzenie sieci internetowej.
istockphoto

W ostatnich dniach marca media obiegła wiadomość o silnej burzy geomagnetycznej, dzięki której na terenie całej Polski możliwa będzie obserwacja zórz polarnych. Zjawisko, które ma źródło na powierzchni Słońca, miało też przynieść szereg znacznie mniej przyjemnych problemów niż kolorowe rozbłyski na niebie. Czym są burze geomagnetyczne i dlaczego coś, co dzieje się niemal 150 mln km od naszej planety, może mieć katastrofalne skutki dezorganizujące naszą codzienność?

Czym są burze słoneczne?

Burze słoneczne, często nazywane też burzami magnetycznymi lub geomagnetycznymi, to poważne zaburzenia w polu magnetycznym Ziemi. Dochodzi do nich na skutek potężnych eksplozji, jakie regularnie mają miejsce na powierzchni najbliższej nam gwiazdy – Słońca.

Nasza planeta jest otoczona magnetosferą, czyli przestrzenią, w której dominującym polem magnetycznym jest to wytwarzane przez Ziemię. Magnetosfera działa trochę jak płaszcz, który utrzymuje stabilne warunki magnetyczne. Im dalej od powierzchni naszej planety, tym wpływ pola magnetycznego staje się słabszy, aż wreszcie przestaje dominować. Jednak magnetosfera nie pokrywa Ziemi równomiernie – po stronie przeciwległej do Słońca ma kształt przypominający warkocz komety i sięga mniej więcej 600–700 tys. km od powierzchni planety. Od strony Słońca jest znacznie cieńsza, ma około 70 tys. km. Dzieje się tak dlatego, że właśnie z kierunku naszej gwiazdy na magnetosferę oddziałuje tzw. wiatr słoneczny (strumień naładowanych elektrycznie cząsteczek), które wywierają presję na ziemskie pole magnetyczne. W magnetosferze Ziemi to pole magnetyczne planety determinuje ruch swobodnych cząsteczek, takich jak elektrony, protony czy jony. Efektem burzy magnetycznej jest zaburzenie tego stanu i wprowadzenie chaosu w ten porządek. Jak do tego dochodzi?

Przyczyną zaburzeń są pojawiające się od czasu do czasu eksplozje, zdarzające się na powierzchni Słońca. To potężne wybuchy, w wyniku których w przestrzeń kosmiczną wyrzucone zostają ogromne ilości naładowanych magnetycznie cząstek. Protony, elektrony bądź jony pierwiastków ciężkich, wystrzelone niczym pocisk z artyleryjskiej armaty, z ogromną prędkością przemierzają przestrzeń międzyplanetarną. Stopniowo, w miarę oddalania się od Słońca, średnica tego „wystrzału” poszerza się, jednak po pokonaniu odległości, jaka dzieli Słońce od Ziemi, nie jest to rozproszona chmura, a raczej coś przypominającego kształtem słup światła. Takie słoneczne wyrzuty wystrzeliwują w różnych kierunkach, czasami także w stronę naszego globu. Gdy natrafiają po drodze na naszą planetę, nagle i radykalnie zwiększa się ciśnienie na ziemską magnetosferę, a naładowane cząstki ze słonecznej eksplozji – mówiąc obrazowo – zyskują przewagę nad stabilnym ziemskim polem magnetycznym. Właśnie takie zjawisko, którego efektem jest nagłe i silne zaburzenie pola magnetycznego wokół Ziemi, nazywamy burzą magnetyczną (ze względu na jej skutek) lub słoneczną (ze względu na pochodzenie zjawiska). Takie zaburzenie ziemskiej magnetosfery ma wpływ na zjawiska w naturze (m.in. wytwarzanie się zórz polarnych), ale również na funkcjonowanie wielu wynalazków naszej cywilizacji, których działanie ma związek z polem magnetycznym.

Największa burza

Najsilniejsza burza słoneczna, jaka dała się we znaki naszej cywilizacji, wydarzyła się późnym latem 1859 r., czyli niemal 165 lat temu. Tamtego roku już w ostatnich dniach sierpnia obserwowano na powierzchni Słońca liczne, niepokojące plamy. 1 września brytyjski astronom Richard Carrington zauważył niezwykle intensywny rozbłysk naszej gwiazdy. Była to eksplozja o gigantycznej sile, która wyrzuciła w przestrzeń kosmiczną poruszające się z niesamowitą prędkością masy cząstek. Ten wystrzał dotarł do naszej planety po 18 godzinach (zwykle pokonanie tej drogi trwa kilka dni). Wyrzut słoneczny dotarł więc do Ziemi 2 września, a efekty były naprawdę spektakularne. Obserwowane zwykle na dalekiej Północy zorze polarne były widoczne przez kilka kolejnych nocy, nawet w południowej części półkuli północnej, m.in. w krajach śródziemnomorskich, na Karaibach, w Ameryce Środkowej, a nawet na wyspach hawajskich. We wspomnieniach pracujących w Górach Skalistych poszukiwaczy złota możemy przeczytać, że zorza była tam tak jasna, że obudzeni w środku nocy mężczyźni byli przekonani, że jest poranek. Jednak prawdziwy strach wywołały skutki burzy w dziedzinie komunikacji – w całej Europie i Ameryce Północnej masowo odnotowywano awarie sieci telegraficznej. Doszło do tak silnej indukcji prądu elektrycznego, że wiele urządzeń było pod napięciem, pomimo odłączenia ich od sieci, odnotowano też przypadki zapalenia się papieru w urządzeniach telegraficznych.

Najsilniejsza burza magnetyczna w XX wieku miała miejsce w maju 1921 r. Do historii przeszła jako „Nowojorska burza kolejowa”, bo skoki napięcia spowodowane zjawiskiem doprowadziły do licznych pożarów, w tym na Grand Central Terminal w Nowym Jorku. Znowu odnotowano liczne awarie sieci telegraficznej, za to łączność radiowa była doskonała – można było komunikować się tą drogą na nadzwyczajnie duże odległości.

Bardzo zaskakujące skutki wywołała też nieco słabsza burza magnetyczna z 1972 r., w efekcie której doszło do samodetonacji min głębinowych w pobliżu wietnamskiego wybrzeża.

Czy to groźne?

Wspomniane burze słoneczne były znacznie silniejsze niż burza, z jaką mieliśmy do czynienia kilkanaście dni temu. Choć i ta ostatnia została zaklasyfikowana jako silna – w pięciostopniowej skali przypisano jej kategorię czwartą. Ale tak silne, jak burza z 1859 r., a nawet intensywniejsze zjawiska, od czasu do czasu będą występowały. Co mogłoby się wydarzyć dziś, gdyby doszło do powtórki sprzed 165 lat? Skutki byłyby dla nas o wiele dotkliwsze niż dla ludzi żyjących w połowie XIX wieku. Dlaczego?

Ponieważ dziś – w znacznie większym stopniu niż wtedy – korzystamy z urządzeń i systemów, które są podatne na zmiany pola magnetycznego. W 2022 r. średniej intensywności zjawisko uszkodziło 40 satelitów systemu Starlink, należącego do Elona Muska. Z różnych analiz wynika, że burza o sile podobnej do tej z 1859 r. mogłaby uszkodzić wiele innych satelitów, a w konsekwencji zaburzyć funkcjonowanie bardzo wielu systemów, m.in. nawigacji satelitarnej. To doprowadziłoby do katastrofalnych skutków w dziedzinie transportu. Awaria elektryczności dotknęłaby dziesiątki milionów ludzi, a mnóstwo urządzeń elektrycznych zostałoby uszkodzonych. Jednak najpoważniejszym niebezpieczeństwem związanym z magnetyczną apokalipsą byłoby uszkodzenie sieci internetowej. I nie chodzi jedynie o dostęp do swojego profilu w mediach społecznościowych, ale także o sprawy znacznie poważniejsze: systemy ochrony zdrowia, komunikacje lotnicza, kolejowa, drogowa czy morska, giełda, zarządzanie bezpieczeństwem. To wszystko mogłoby być sparaliżowane. Bo o ile światłowodowy internet jest mniej podatny na takie zjawiska, o tyle już duże, podmorskie kable przesyłowe w znacznej mierze tak.

Będą kolejne

To, że burze magnetyczne będą się od czasu do czasu powtarzać, jest pewne. To, że prędzej czy później pojawi się równie silna lub silniejsza niż ta z połowy XIX wieku – również nie ulega wątpliwości. Pewną pociechą jest fakt, że rośnie świadomość związanych z tym zjawiskiem zagrożeń, co może przełożyć się na poszukiwania rozwiązań alternatywnych, pozwalających zachować ciągłość funkcjonowania przynajmniej najważniejszych systemów. A także to, że od zaobserwowania eksplozji na Słońcu do uderzenia burzy magnetycznej w Ziemię mija trochę czasu. Na reakcję będziemy mieli od kilkunastu do kilkudziesięciu godzin. Niewiele, ale zawsze.