SUNČEVO (NE)VRIJEME I GEOMAGNETSKE OLUJE

Tekst: Karlo Bermanec

Foto: NASA/ProGEO/LASCO/EIT

Sunce većinom doživljavamo kao svjetleću loptu tamo negdje daleko, koja nas grije i ponaša se mirno, a ne kao trajnu nuklearnu eksploziju, osim kad iznenada počne izbacivati zračenje i plazmu u nasumičnim smjerovima. Pa popričajmo malo o našoj najbližoj zvijezdi, Suncu.

Ovo bi vam moglo zvučati komplicirano, ali ne brinite, pojasnit ću vam jednostavnim riječima. Možemo reći da je Sunce velika lopta plina, a u njegovoj jezgri se odvija nuklearna fuzija kojom se svake sekunde spaja 600 milijuna tona vodika u helij.

Sunčevu plazmu tvore električno nabijeni protoni i elektroni koji stvaraju magnetsko polje dok se kreću, a to magnetsko polje tada oblikuje tok čestica. Ti nabijeni protoni i elektroni su “zaglavljeni” u dinamičnoj povratnoj petlji koja se zove dinamo, a koje održava na životu Sunčevo magnetsko polje. Ovo magnetsko polje pohranjuje ogromnu količinu energije koja izbija iz Sunca i nosi sa sobom stalni mlaz solarne plazme, koja poput lagane kiše (što je poznatije kao sunčev vjetar) stvara svojevrsno svemirsko vrijeme.

Minimum i maksimum sunčeve aktivnosti

Trenutno se nalazimo u takozvanom 25. Solarnom ciklusu. Otprilike svakih 11 godina, Sunčevo magnetsko polje napravi preokret. Drugim riječima, sjeverni magnetski pol postaje južni  magnetski pol, i obrnuto. Kako ciklus napreduje, stvara se sve više Sunčevih pjega koje su vidljiva manifestacija magnetskih oluja. Broj sunčevih pjega s vremenom raste do nekog maksimuma i tada se magnetsko polje preokreće. Zatim se aktivnost Sunca počinje smanjivati do minimuma kada na njegovoj površini mjesecima nema gotovo niti jedne pjege. Od tog minimuma započinje novi sunčev ciklus.

Sunčeve pjege su područja posebno jakih magnetskih sila na površini Sunca. Izgledaju kao mrlje na Suncu, tamnije su od okoline jer su hladnije. One po veličini mogu biti čak i nekoliko puta veće od promjera Zemlje. Napredak solarnog ciklusa prati se po sunčevim pjegama, jer su upravo one izvorište divovskih eksplozija – poput sunčevih baklji ili koronalnih izbačaja mase (CME) koje mogu izbaciti svjetlost, energiju i solarni materijal u svemir.

Međunarodna skupina stručnjaka čiji su pokrovitelji NASA i NOAA, objavila je da se solarni minimum dogodio u prosincu 2019., što je bio i početak novog solarnog ciklusa. Budući da je naše Sunce toliko promjenjivo, mogu proći mjeseci dok se ne proglasi ovaj događaj. Sa solarnim minimumom iza nas, očekujemo da će se aktivnost Sunca povećati prema sljedećem predviđenom maksimumu u srpnju 2025. Na slici 2 se također vidi da se maksimumi i minimumi pojedinih ciklusa razlikuju po broju sunčevih pjega, i da se taj broj smanjuje od 1980. do danas.

Oblici svemirskog (ne)vremena

Dok se Sunčeva plazma bućka i struji uokolo, njezino se magnetsko polje plete i kovrča. To stvara goleme magnetske silnice i čvorove koji sadrže ogromne količine energije. Kad se magnetski čvorovi raspadnu (eksplodiraju prema van) Sunce može izbaciti plazmu u svemir, a to zovemo sunčevom olujom. Takve Sunčeve oluje dolaze u mnogim vrstama, poput Sunčevih baklji koje predstavljaju val visokoenergetskog zračenja koji se brzinom svjetlosti širi Sunčevim sustavom. Sunčeva baklja odnosi protone u solarnom vjetru, i ubrzava ih velikom brzinom u solarnu protonsku oluju.

Po jačini slijede koronalni izbačaji mase (“CME”), koji otkidaju milijune ili čak milijarde tona plazme iz Sunčeve atmosfere, izbacujući je kroz Sunčev sustav brzinom do 9 milijuna km/h. Kada nas takve oluje pogode, na Zemlji se ništa ne dogodi. Dok manje oluje mogu oštetiti satelite, utjecati na radio komunikaciju, ili predstavljati opasnost za astronaute, za ljude na površini, svemirski vremenski uvjeti su bezopasni. Zemljina atmosfera štiti nas od najgorih posljedica Sunčeve baklje upijajući nalete X-zraka visoko u atmosferi, mnogo prije nego što dođu do površine. Električni nabijena plazma iz CME odbija se od Zemljinog magnetskog polja, preusmjeravajući oluje energije prema sjevernom i južnom polu, gdje energetske čestice padaju u atmosferu, uzrokujući osvjetljenje atmosfere i stvaranje prekrasne polarne svjetlosti (aurore).

Tako dolazimo i do pojma “geomagnetske oluje”, privremenog poremećaja Zemljinog magnetskog polja (magnetosfere) uzrokovan udarnim valom solarnog vjetra ili CME izbačajem. Nekoliko fenomena svemirskog vremena obično je povezano ili je uzrokovano geomagnetskom olujom. To uključuje događaje poput izbacivanja solarnih energetskih čestica (SEP), geomagnetski inducirane struje (GIC), ionosferske poremećaje koji uzrokuju radijske i radarske smetnje, poremećaj navigacije magnetskim kompasom i pojave aurora na mnogo nižim geografskim širinama od normalnih. Kao i kod bilo koje vremenske prilike – većinom su stvari u redu. Međutim, ponekad postoje i uragani. U slučaju Sunca, to su solarne superoluje.

Povijesni primjeri

Takozvani “Carringtonov događaj” bio je najintenzivnija geomagnetska oluja u zabilježenoj povijesti, s vrhuncem od 1. do 2. rujna 1859. tijekom 10. solarnog ciklusa. Tog kobnog jutra britanski astronom Richard Carrington usmjerio je svoj solarni teleskop prema Suncu i uočio ogroman kompleks sunčevih pjega. Bio je toliko impresioniran da je to i nacrtao (slika 8). Dok je promatrao Sunčevu pjegu, Carrington je primijetio kako bljeska sjajno, točno u svom teleskopu, pretvarajući se u veliku bijelu baklju u obliku bubrega. Carrington je shvatio da vidi dotad neviđenu aktivnost na površini Sunca. Unutar jedne minute aktivnost je zamrla i nestala. A onda otprilike 5 minuta kasnije, polarna svijetlost je odjednom postala vidljiva na cijelom planetu. Dakle ne samo na sjevernim zemljopisnim širinama, nego svugdje na Zemlji. Čak i u tropima.

Zapravo, sjajne aurore bile su toliko svijetle da ste uz njih mogli pročitati knjigu. Ali, kao nuspojavu taj je događaj uzrokovao pregaranje dalekovoda i iskrenje električnih instalacija, pa čak i požare na više telegrafskih stanica.

Slična geomagnetska oluja u ožujku 1989. g. isključila je struju širom Quebeca u Kanadi. Solarna baklja 4.11.2003. g., “zasitila” je detektore X-zraka na nekoliko satelita za praćenje Sunčevog vremena, jer je za 28 puta premašila granicu njihove osjetljivosti. CME je bio izbačen s površine Sunca brzinom od oko 2300 kilometara u sekundi (8,2 milijuna km/h). Solarna superoluja “Carrington-klase” (solarna baklja, koronalni izbačaj mase, solarni Elektromagnetski Puls) dogodila se i 23.7.2012., ali je zbog Sunčeve rotacije za 9 dana promašila Zemlju. Dobro smo prošli!

Kako klasificiramo solarne baklje

Sunčeve baklje se klasificiraju prema njihovoj svjetlini u valnim duljinama rendgenskih zraka. Postoje tri kategorije, od snažnijih prema slabijima:

• baklje X-klase su velike; to su veliki događaji koji mogu izazvati prekid radio-komunikacija (radijsko zamračenje) diljem svijeta i dugotrajne radijacijske oluje u gornjim slojevima atmosfere.
• baklje M-klase su srednje veličine; općenito uzrokuju kratka radijska zamračenja koja utječu na polarna područja Zemlje. Manje radijacijske oluje ponekad prate baklju M-klase.
• baklje C-klase su male s malo vidljivih posljedica na Zemlji.

Nedavni problemi

Prisjetimo se da je solarna oluja u veljači 2022. uzrokovala blago zagrijavanje i zgušnjavanje   vanjskog dijela visoke Zemljine atmosfere (ionosfere u kojoj se nalaze orbite mnogih satelita), povećavajući time otpor i trenje sa (razrijeđenim) zrakom na visini od stotinjak kilometara iznad Zemlje na kojoj se nalaze sateliti i time onesposobila, te potom i porušila 40 SpaceX Starlink satelita koji su izgorjeli u atmosferi ubrzo nakon lansiranja.

Ali, mi Zemljani imamo i novije probleme. Velika solarna baklja magnitude X1.1 je otkrivena u nedjelju 17.4.2022. oko vrlo aktivne sunčeve pjege AR 2994., te još jedna Magnitude X2.2 od sunčeve pjege AR 2992, koja se zbog sunčeve rotacije okrenula od smjera Zemlje. Te baklje su izazvale jako zamračenje kratkovalnog radija i pomorske telekomunikacije u jugoistočnoj Aziji i dijelu Australije, jer je solarna baklja utjecala na tada osunčanu stranu Zemlje.

Srećom je koronalni izbačaj mase (CME) bio usmjeren dalje od Zemlje. Sunčeva rotacija je donijela aktivnu regiju s pjegama u bolji položaj, okrenut prema Zemlji tijekom sljedećih nekoliko dana, pa možemo očekivati još pokoji takav događaj.

Znanstvenici su ustanovili da čak i mirne zvijezde, poput našeg Sunca, mogu stvoriti super oluje svakih nekoliko tisuća godina. Ako nas takva oluja pogodi nespremne, posljedice bi mogle biti katastrofalne. Teško je prenaglasiti ​​koliko ovisimo o električnoj energiji. Ovo se ne tiče samo osvjetljenja u kući. To znači da takva superoluja može onesposobiti sve transformatore, sva računala, mobilnu i satelitsku komunikaciju, navigaciju. Sva moderna vozila s elektroničkim komponentama upravljanja će stati, a trajni prekid napajanja električnom energijom može dovesti do prekida proizvodnje u tvornicama, prekida transporta roba i raspada opskrbnih lanca hranom i sirovinama, može prekinuti vodoopskrbu i kanalizaciju, isprazniti bolničke generatore, onesposobiti ventilaciju u visokim zgradama, ostaviti supermarkete praznima, a hladnjake ugašenima dok će hrana na poljima neobrana trunuti. Oporavak nakon takvog katastrofalnog događaja mogao bi potrajati doslovce godinama, jer bi bio otežan, ako ne i onemogućen nedostatkom glavnog energenta – električne energije.

Ima li razloga za paniku?

Koliko god moderni mediji najavljuju da nas solarne oluje mogu “poslati u kameno doba”, vjerojatno ipak neće. Iako se solarne oluje ne mogu spriječiti, neke njihove nuspojave se mogu ublažiti ili čak spriječiti. Znanstvenici koji promatraju Sunce imaju nekoliko sati do nekoliko dana da primijete nadolazeći CME. A inženjeri koji rade na elektro-energetskim sustavima su svjesni rizika od solarnih oluja. Transformatori i trafostanice mogu se kratkotrajno isključiti u nadi da se u zavojnicama transformatora neće inducirati struje koje bi mogle dovesti do njihovog pregaranja. A uz ulaganja i nadogradnje, koje su jeftine u usporedbi s drugim prirodnim katastrofama koje zahtijevaju isto, mogli bismo zaštititi svjetsku električnu mrežu čak i protiv jakih solarnih oluja.

Što možemo poduzeti na osobnoj razini?

Postoje mjere zaštite za elektroničke uređaje, slično kao što radimo u slučaju grmljavinskih nevremena, preventivnim iskapčanjem elektroničkih uređaja iz utičnica ili nabavom prenaponske zaštite. S prenaponskom zaštitom u obliku produžne reglete s filterom, prigušnicom, osiguračem i utičnicama, možemo uspješno zaštititi računala, televizore i drugu osjetljivu elektroniku. Zlu ne trebalo, dobro je pripremiti se, jer rizik je stvaran, a zadnja stvarna iskustva imamo iz davnog 19. stoljeća kada je bilo vrlo malo korisnika i sustava koji su ovisili o električnoj energiji.

Opis fotografija:

Naslovna slika – Sunce AIA 0193 filter, Solar Dynamic Observatory (NASA)

Slika 1 – Građa Sunca (Wikipedia)

Slika 2 – Solarni maksimum (lijevo) i minimum (desno) (NASA)

Slika 2 – Predviđanje Solarnih ciklusa

Slika 4 – Solarna baklja klase X5.7 pojavljuje se kao svijetli bljesak u blizini središta solarnog diska u videu snimljenom teleskopom za snimanje ekstremnih ultraljubičastih slika (EIT)

Slika 5 – Snimka solarne oluje (Large Angle and Spectrometric Coronagraph (LASCO))

Slika 6 – Prikaz Sunčevog vjetra  i zemljine magnetosfere (Wikipedija)

Slika 7 – Polarna svjetlost

Slika 8 – Carringtonova rukom crtana skica sunčevih pjega (Carrington_1859)

Slika 9 – Radio zamračenje Azije i Australije (https://www.solarham.net/)

Slika 10 – CME X1.1 solarna baklja (Large Angle and Spectrometric Coronagraph (LASCO))

Slika 11 – Aktivno područje sa sunčevim pjegama i silnice sunčeve plazme 21. 4. 2022. (https://www.solarham.net/)

Slika 12 – Nagle promjene napona u električnoj mreži izazvane nevremenom