5 rzeczy, które powinieneś wiedzieć o rozbłyskach słonecznych

Kilka dni temu Słońce dało prawdziwego czadu. Nasza gwiazda zaczęła groźnie iskrzyć emitując rozbłyski najsilniejszej klasy, a wśród nich wyrzut X9.3 – największy od dwunastu lat. Gdy piszę te słowa, rozpędzone cząstki zapewne uderzają z impetem w ziemską atmosferę. To dobry moment aby napisać co nieco na temat tego typu kosmicznych zdarzeń.

1. Słońce miewa “te dni”

Cykle słoneczne

Przez całe tysiąclecia Słońce darzono dosłownie boską czcią. Z kultem solarnym korespondowała wizja oślepiającej i nieskazitelnej tarczy słonecznej. Nic dziwnego, że aż do XVII wieku nie podejrzewano, iż dawca ciepła i światła może skrywać choćby delikatne niedoskonałości lub ulegać jakimkolwiek wahaniom. Wtedy to szokującego odkrycia dokonał słynny Galileusz, który za pomocą swojej lunety, ośmielił się bliżej poznać powierzchnię Gwiazdy Dziennej. Włoch odnotował istnienie na świetlistej powierzchni ciemnych, dynamicznych obszarów zagadkowego pochodzenia, wskazujących ponad wszelką wątpliwość, iż słoneczna pogoda jest nie mniej zmienna niż ta na Ziemi.

Jak zapewne doskonale wiesz, czarne ślady opisane przez Galileusza noszą obecnie nazwę plam słonecznych i stanowią wyjątkowo zimne regiony naszej gwiazdy. “Zimno” w tym przypadku, oznacza 4,5 do 5 tysięcy stopni – niby sporo, ale wciąż o około tysiąc stopni mniej od przeciętnej temperatury heliosfery.

A co mają plamy do rozbłysków? One jako pierwsze uświadomiły nam, że nawet tak pewny i stabilny obiekt jak Słońce, miewa swoje humorki i w momentach wyjątkowego rozdrażnienia, może narobić niemałych szkód. I o ile same plamy większego wrażenia na nikim nie robią, o tyle ich liczba i położenie, pozwalają na pomiar aktualnego temperamentu naszej gwiazdy. Już XIX-wieczni astronomowie, jak Heinrich Schwabe i Rudolf Wolf, wpadli na pomysł, aby przez zliczanie plam rozrysować wiarygodny wykres aktywności słonecznej. Nie musiało minąć wiele czasu aby uczeni pojęli, że opalająca naszą planetę gwiazda, wykazuje niesłychaną regularność, z wyraźnymi 11-letnimi cyklami. Oczywiście dzięki znacznej poprawie sprzętu i metod obserwacji, jesteśmy dziś jeszcze mądrzejsi. Wiemy m.in., że plamy łączą się ze zmianami w polu magnetycznym Słońca oraz udało nam się stworzyć dość dokładny model przebiegu całego cyklu, rozpoczynającego się od powstawania plam w okolicach słonecznych “zwrotników”, a kończącego na ich przesunięciu i zintensyfikowaniu na szerokości równika. Właśnie te 11-letnie okresy naznaczone zwiększaniem liczby plam, zwiastują nadejście wyrzutów koronalnych, wzmocnienie wiatru słonecznego oraz nasilenie rozbłysków. Nie trzeba wielkiej wyobraźni aby dostrzec, że obserwowana sumienność Słońca wymiernie zwiększa nasze szanse na przewidywanie kosmicznych niebezpieczeństw i zabezpieczenie się przed nimi.

2. Rozbłyski są znacznie wolniejsze od światła

Magnetosfera chroni nas przez wiatrem słonecznym
Tak magnetosfera chroni nas przed aktywnością Słońca.

W sieci sporo osób wyraziło zdziwienie, że NASA jest w stanie nawet z kilkudniowym wyprzedzeniem wszcząć alarm związany z aktywnością Słońca. Podejrzewam, że to kwestia mylnego utożsamiania rozbłysku słonecznego wyłącznie z błyskiem światła. Gdyby chodziło o jakąś formę promieniowania elektromagnetycznego, rzeczywiście astronomowie mieliby związane ręce. Samo światło potrzebuje dokładnie ośmiu minut aby dotrzeć ze Słońca do Ziemi i żaden foton, ani żadna inna cząstka nie może trafić do ziemskich odbiorników szybciej. Sęk w tym, że nasza drogocenna gwiazda, nieustannie sypie całą gamą drobin o masie różnej od zera, a zatem wolniejszych od światła. Są wśród nich elektrony, protony jak również jądra helu (czyli cząstki alfa), mknące przez przestrzeń z prędkością od 400 do ponad 2 tys. km/s. To oczywiście prędkości setki razy większe od najszybszych pocisków i pojazdów zbudowanych przez człowieka (Voyager 1 opuszcza Układ Słoneczny w tempie 17 km/s), ale stanowiące mniej niż ułamek procenta prędkości światła. 

Pamiętaj, że od centrum Układu dzieli nas słuszny dystans 150 milionów kilometrów. O ile dla promienia światła to zaledwie kilka minut drogi, o tyle oderwany od Słońca strumień plazmy, potrzebuje nawet kilkudziesięciu godzin aby nas dosięgnąć. Oznacza to, że zazwyczaj mamy dość czasu aby przedsięwziąć jakiekolwiek kroki zaradcze.

3. Monitorujemy słoneczną pogodę

Rozbłysk słoneczny z 2003 roku
Rozbłysk z 2003 roku uchwycony przez LASCO.

Cały Układ Słoneczny nieustannie przewiewa lekka bryza mknących przez przestrzeń cząstek elementarnych. Rozbłysk w tej metaforze równa się nadejściu kosmicznego sztormu, i podobnie jak w przypadku morskiej nawałnicy – wolimy się do niego przygotować. W tym celu, niemal od początku ery kosmicznej, doskonalimy się w przewidywaniu tzw. pogody kosmicznej. Prognozy stawiane przez “astrometeorologów” mają kapitalne znaczenie, które w następnych dekadach będzie jeszcze rosło.

Współcześnie funkcjonuje cały szereg instytucji, placówek i urządzeń mających za zadanie monitorować stan Słońca i wyłapywać wszelkie odchylenia od normy. Wspomnę chociażby wspólną amerykańsko-europejską sondę SOHO, wystrzeloną w przestrzeń w 1995 roku. Wśród jej dwunastu podzespołów znajduje się Szerokokątny Koronograf Spektroskopowy LASCO. Koronografy, jak wskazuje nazwa, służą do badania korony słonecznej, a tym samym umożliwiają bezpośrednie dostrzeżenie koronalnych wyrzutów masy, towarzyszących najpotężniejszym rozbłyskom. Sonda SOHO ma tę przewagę nad podobnymi urządzeniami, że została umiejscowiona w punkcie libracyjnym, pomiędzy Ziemią a Słońcem. Dzięki temu rozwiązaniu, koronograf monitoruje naszą gwiazdę bez przerwy. Jeśli chcesz, możesz samodzielnie zobaczyć efekty pracy LASCO na stronie NASA, gdzie znajdziesz aktualizowaną co kilkanaście minut fotografię korony solarnej.

Innym ciekawym instrumentem jest sonda DSCOVR należąca do NOAA (tej samej agencji, która zajmuje się m.in. kwestią globalnego ocieplenia), wystrzelona na pokładzie Falcona w 2015 roku. DSCOVR leży w podobnym miejscu co dwadzieścia lat starsza SOHO, ale została dedykowana niemal wyłącznie monitorowaniu pogody kosmicznej oraz stanu ziemskiej magnetosfery.

4. Utrudniają wyprawy kosmiczne

Rozbłyski, jak i cała wesoła twórczość naszej gwiazdy, pozostają jednym z głównych czynników studzących ludzkie marzenia o kosmicznych wojażach. Mało kto zdaje sobie sprawę, ile szczęścia mieli uczestnicy księżycowego programu Apollo. Przedostatnia edycja projektu miała miejsce w kwietniu 1972 roku, natomiast ostatnia – Apollo 17 – w grudniu. Pomiędzy nimi, latem 1972 roku miał miejsce jeden z największych rozbłysków słonecznych tamtej dekady. Każdy astronauta, który w tym momencie znajdowałby się poza ochronnym płaszczem ziemskiej magnetosfery, otrzymałby dawkę ponad 4 siwertów. To dużo. O wiele, wiele więcej niż dawka śmiertelna. Równie dobrze mógłby włożyć głowę do tunelu aktywnego akceleratora cząstek elementarnych i liczyć na przeżycie (choć podobno pewien fizyk przetrwał taką przygodę…).

Kwestia, która była zaledwie niedogodnością w latach 70., w perspektywie planowanej wyprawy na Marsa urasta do rangi podstawowego problemu. Żadna z misji księżycowych nie trwała dłużej niż kilkanaście dni, więc mogliśmy liczyć, że Słońce akurat nie wystrzeli. W przypadku wielomiesięcznej podróży na Marsa sprawy mają się zupełnie inaczej: wręcz musimy brać w rachubę wystawienie załogi nawet na kilka rozbłysków w czasie drogi jak i samego pobytu na Marsie. Entuzjaści podróży na Czerwoną Planetę przekonują, że uda się przezwyciężyć tę trudność przez odpowiednie pomieszczenia ochronne, w których astronauci będą się kryć w chwili zagrożenia. Oznacza to jednak potrzebę nieustannego kontrolowania kondycji Słońca i stworzenie sprawnego systemu alarmowego. Jakakolwiek omyłka lub przeoczenie będzie równoznaczne ze stratą załogi.

5. Mogą nas wykończyć

Rozbłyski słoneczne są śmiertelnie groźne

To nie jest przesada, ani wydumana apokaliptyczna wizja. Możemy mieć farta i unikać uderzenia jakiegoś dorodnego meteorytu przez całe tysiąclecia, ale nie powinniśmy liczyć na podobny uśmiech fortuny w kwestii Słońca. Teoretycznie nie jest tak źle: rozbłyski raczej nie zagrażają życiu na Ziemi i nie musimy trapić się zbieraniem zapasów i szukaniem podziemnych schronów. Właściwie ucierpi “tylko” nasza elektronika. Padną satelity, sieci komórkowe, internet, niektóre linie energetyczne i co bardziej delikatne sprzęty. 

Niewykluczone, że słyszałeś o rekordowej burzy słonecznej z 1859 roku, zwanej burzą Carringtona. Chciałbym jej poświęcić osobny wpis, ale już teraz przypomnę, że wydarzenie sprzed 150 lat było tak silne, że zorze polarne mogli podziwiać mieszkańcy Ameryki Łacińskiej, zaś z linii telegraficznych dosłownie wyskakiwały iskry. Rzecz jasna, dla ówczesnych wszystkie te anomalie nie były niczym więcej niż tylko przyrodniczą ciekawostką. Dziś jednak, taki sam rozbłysk przyniósłby katastrofę. O wiele słabsza burza słoneczna z roku 1989 doprowadziła do awarii transformatorów w Quebecu, paraliżując tamtejszą sieć energetyczną, a także uszkodziła systemy informatyczne giełdy w Toronto. Najbardziej przygnębiający jest jednak fakt, że naszą gwiazdę stać na wiele więcej. Poza krótkimi 11-letnimi cyklami, daje się również wyróżnić bardziej długofalowe okresy wzrostu aktywności Słońca, którym mogą towarzyszyć super-rozbłyski. Astronomowie nie mają tu niestety zbyt wiele danych, jako, że w czasach przedindustrialnych takie wydarzenia siłą rzeczy przechodziły niemal bez echa (opieramy się tu głównie na analogicznych zachowaniach innych gwiazd). Nie zmienia to faktu, że nawet przeciętne rozbłyski mogą narobić sporo zamieszania, zwłaszcza w cybernetycznych społeczeństwach uzależnionych od energii i komunikacji. Zwolennicy najczarniejszych scenariuszy wróżą następnym pokoleniom regularne okresy chaosu.

Literatura uzupełniająca:
F. Hsia-San Shu, Galaktyki, gwiazdy, życie. Fizyka Wszechświata, przeł. S. Bajtlik, Warszawa 2003;
A. Branicki, Na własne oczy, Warszawa 2016;
R. Zubrin, R. Wagner, Czas Marsa. Dlaczego i w jaki sposób musimy skolonizować Czerwoną Planetę, przeł. L. Kallas, Warszawa 1997; 
S. Lewin, Sun Unleashes Strongest Solar Flare of Past Decade, [online: https://www.scientificamerican.com/article/sun-unleashes-strongest-solar-flare-of-past-decade/];
L. Lovett, What If the Biggest Solar Storm on Record Happened Today?, [online: http://news.nationalgeographic.com/news/2011/03/110302-solar-flares-sun-storms-earth-danger-carrington-event-science/].
Ukryty chaos Układu Słonecznego Nobel za topologiczne stany materii – krótko i niezbyt przejrzyście Pomnik na miliardy lat