wszechświat
Autor: Weronika Śliwa | dodano: 2012-09-07
Kosmiczna meteopatia

Dzień zaczął się pechowo. Prezenter w radiu brzmiał dziwnie chrypliwie, w dodatku donosił o katastrofie – wybuchu gazu, który wyciekł z rozszczelnionego syberyjskiego rurociągu. W pracy nieoczekiwany błąd sprawił, że główny serwer trzeba było zresetować. Zła passa trwała do wieczora – rodzina z Kanady dotarła wykończona – start samolotu opóźniono, a na lotnisku krążyły pogłoski o tajemniczych zakłóceniach łączności z lecącymi nad Arktyką samolotami. A potem znienacka zgasło światło. Co było winne tych wszystkich nieszczęść? Odległe o 150 mln km Słońce.  

Wpływ aktywności Słońca na nasze życie nie jest na ogół tak widoczny jak w tym wymyślonym, aczkolwiek prawdopodobnym, przykładzie, choć, paradoksalnie, wraz z rozwojem techniki jej podatność na zaburzenia przez gwałtowne słoneczne erupcje wzrasta. Coraz więcej satelitów obserwuje powierzchnię Słońca i mierzy oddziaływania wypływających zeń cząstek z polem magnetycznym Ziemi. Dzięki temu potrafimy w pewnym stopniu przewidywać kosmiczną pogodę i chronić przed jej kaprysami najbardziej podatne urządzenia i systemy. Najgorsza kosmiczna pogoda przypada na ogół na występujące co 11 lat maksimum aktywności Słońca.

W słonecznej atmosferze pojawiają się wówczas rozbłyski i wybuchy, a w przestrzeń kosmiczną trafiają olbrzymie ilości promieniowania ultrafioletowego i rentgenowskiego oraz miliardy ton zjonizowanej materii. Poruszający się z prędkością światła błysk promieniowania rentgenowskiego, ultrafioletowego i towarzyszące mu fale radiowe docierają do Ziemi po ośmiu minutach. Gdy uderzają w atmosferę, wywołują krótkotrwałe, ale silne zaburzenia jonosfery – górnej warstwy atmosfery, odpowiadającej za przekazywanie sygnałów radiowych – natychmiast więc pojawiają się problemy z łącznością. Dotyka to szczególnie fal krótkich, pochłanianych silniej niż zazwyczaj przez zjonizowane warstwy jonosfery, ale także przechodzących przez jonosferę decymetrowych fal UHF, wykorzystywanych m.in. do komunikacji z satelitami. W czasie kosmicznej niepogody nie można więc w pełni polegać na łączności satelitarnej i systemie GPS.

Niszczący strumień cząstek
Wyrzucone przez Słońce wysokoenergetyczne protony, elektrony oraz inne cząstki naładowane docierają w pobliże Ziemi po kilku godzinach od pierwotnego rozbłysku. Przed ich zalewem do pewnego stopnia chroni nas magnetosfera, która skutecznie odchyla bieg większości naładowanych cząstek. W okolicy biegunów magnetycznych zaporą dla nich jest jednak przede wszystkim atmosfera. Tej ochrony są pozbawieni jednak astronauci i – w znacznym stopniu – pasażerowie i załoga samolotów przelatujących na dużych wysokościach nad Arktyką. Gdy Słońce jest szczególnie aktywne, podgrzana atmosfera Ziemi rozszerza się tak bardzo, że sięga orbit nisko krążących satelitów. Tarcie o ten rzadki gaz hamuje ich ruch i przyspiesza upadek.

Tego rodzaju efekt był przyczyną przedwczesnego upadku laboratorium Skylab w 1979 roku. Na ogół jednak tarcie o znienacka pojawiającą się atmosferę zmienia tylko tor ruchu ciał bliskich Ziemi – po wybuchach słonecznych w 1989 roku w wyraźny sposób zmieniło orbitę aż 1000 spośród satelitów. Strumień cząstek naładowanych uszkadza też systemy elektroniczne satelitów i panele ich baterii słonecznych; nieliczne cząstki, którym uda się dotrzeć do powierzchni Ziemi, powodują czasem losową zmianę bitów w pamięci komputerów, niszcząc zgromadzone dane.

Burza geomagnetyczna
Po kilku dniach docierają w pobliże Ziemi zaburzenia nieustannie wiejącego od Słońca wiatru słonecznego – strumienia wolniejszych cząstek naładowanych. Uderzający w ziemską magnetosferę gwałtowniejszy niż zazwyczaj wiatr przesuwa i odkształca jej granice. Fluktuacje rejestrowanego na Ziemi pola magnetycznego – burze geomagnetyczne – objawiają się m.in. niewielkimi drganiami igły kompasu. Inne konsekwencje burz nie są już tak niewinne – zmienne pole magnetyczne generuje prądy w długich metalowych przedmiotach, np. rurociągach czy przewodach energetycznych. Zjawisko to odkryto już w XIX wieku. Wkrótce po wynalezieniu telegrafu kosmiczne burze zaczęły przysparzać kłopotów pocztowcom. Podczas szczególnie silnych burz krótkotrwałe zmiany pola magnetycznego generowały w drucie telegrafu tak silne prądy, że niekiedy wystarczały do wysłania wiadomości, telegrafistom groziło jednak porażenie prądem.

Dodatkowe chaotyczne prądy generowane liniach energetycznych zwiększają ryzyko awarii sieci energetycznej. Dotyczy to głównie obszarów położonych blisko biegunów magnetycznych Ziemi, a więc północnej części Stanów Zjednoczonych i Kanady oraz Syberii. Klasycznym przykładem jest wydarzenie z 1989 roku. Prąd wygenerowany w przewodach podczas burzy geomagnetycznej spowodował w Kanadzie dziewięciogodzinne wyłączenie prądu na obszarze zamieszkanym przez 9 mln ludzi. Niekontrolowane prądy płynące transportującymi gaz i ropę rurociągami przyspieszają ich korozję. Najdramatyczniej wpływ Słońca na trwałość gazociągu dał znać o sobie 4 czerwca 1989 roku w pobliżu baszkirskiej Ufy. Wybuch gazu wydobywającego się z nieszczelnego, skorodowanego gazociągu pozbawił życia 575 pasażerów dwóch przejeżdżających obok pociągów.

Nie tylko dla hodowców gołębi
Kosmiczna pogoda wymaga kosmicznych meteorologów. Choć nie- którym konsekwencjom słonecznych kaprysów nie potrafimy na razie zaradzić, wcześniejsza informacja o nadchodzących zaburzeniach pozwala uniknąć choć części strat. Załogi misji orbitalnych rezygnują ze spacerów kosmicznych i chronią się w najlepiej zabezpieczonych przed promieniowaniem pomieszczeniach statku. Uprzedzeni o burzy geomagnetycznej piloci nadarktycznych samolotów i kapitanowie statków przełączają radia na mniej podatne na zakłócenia zakresy i mniej ufają automatycznym systemom nawigacyjnym. Poszukujący złóż geolodzy wstrzymują się od wykonywania niektórych pomiarów, które na skutek zaburzeń pola magnetycznego byłyby i tak niewiarygodne. Swoją czujność wzmagają natomiast operatorzy sieci energetycznych – według szacunków ekonomistów trafna prognoza kosmicznej pogody, umożliwiająca zastosowanie dodatkowych środków bezpieczeństwa, pozwala oszczędzić rocznie średnio 365 mln dolarów. Skutki kosmicznych zaburzeń dotykają nie tylko przedmiotów martwych.

Prognozy dotyczące burz geomagnetycznych śledzą też choćby hodowcy gołębi. Ptaki te wykorzystują do orientacji m.in. kierunek pola magnetycznego Ziemi. Jego zaburzenie podczas silniejszych burz magnetycznych sprawia, że do celu dolatuje mniej gołębi niż zazwyczaj, w wielu krajach nie organizuje się więc wtedy gołębich zawodów. Czy burze geomagnetyczne mają też bezpośredni wpływ na ludzi? Nie ma dotąd rozstrzygających tę kwestię danych. Niektórzy lekarze odnajdują jednak korelacje między wysoką aktywnością Słońca a liczbą samobójstw, zaburzeń psychicznych czy zawałów serca.

Czy zwiększoną aktywność Słońca da się prognozować z dużym wyprzedzeniem? Na razie nie jest to możliwe. Choć założenie o istnieniu 11-letniego cyklu słonecznego pozwala na dość dokładne przewidywanie okresów maksymalnej aktywności Słońca, nie daje odpowiedzi na pytanie, czy najbliższy cykl będzie burzliwy, czy stosunkowo spokojny. Słońce potrafi nas też zaskoczyć – świadczą o tym chociaż by wyjątkowo wysokoenergetyczne wybuchy obserwowane niemal dwa lata po ostatnim maksimum. Kosmicznym meteopatom pozostaje więc śledzenie prognoz krótkoterminowych, dostępnych na stronach poświęconych kosmicznej pogodzie: www.SpaceWeather.com

Więcej w specjalnym wydaniu miesięcznika „Wiedza i Życie" nr 01/2008 »
Drukuj »
Ten artykuł nie został jeszcze skomentowany.
Aktualne numery
07/2020
06/2020
Kalendarium
Lipiec
11
W 1901 r. Luigi Carnera odkrył planetoidę Roma.
Warto przeczytać
Co wspólnego mają suknia ślubna i kombinezon sapera?    
Dlaczego dla marynarzy bardziej niebezpieczne od rekinów są krewetki?
Kiedy kurczak najlepiej sprawdza się jako broń artyleryjska?

WSPÓŁPRACUJEMY
Logowanie

Nazwa użytkownika

Hasło

Autor: Weronika Śliwa | dodano: 2012-09-07
Kosmiczna meteopatia

Dzień zaczął się pechowo. Prezenter w radiu brzmiał dziwnie chrypliwie, w dodatku donosił o katastrofie – wybuchu gazu, który wyciekł z rozszczelnionego syberyjskiego rurociągu. W pracy nieoczekiwany błąd sprawił, że główny serwer trzeba było zresetować. Zła passa trwała do wieczora – rodzina z Kanady dotarła wykończona – start samolotu opóźniono, a na lotnisku krążyły pogłoski o tajemniczych zakłóceniach łączności z lecącymi nad Arktyką samolotami. A potem znienacka zgasło światło. Co było winne tych wszystkich nieszczęść? Odległe o 150 mln km Słońce.  

Wpływ aktywności Słońca na nasze życie nie jest na ogół tak widoczny jak w tym wymyślonym, aczkolwiek prawdopodobnym, przykładzie, choć, paradoksalnie, wraz z rozwojem techniki jej podatność na zaburzenia przez gwałtowne słoneczne erupcje wzrasta. Coraz więcej satelitów obserwuje powierzchnię Słońca i mierzy oddziaływania wypływających zeń cząstek z polem magnetycznym Ziemi. Dzięki temu potrafimy w pewnym stopniu przewidywać kosmiczną pogodę i chronić przed jej kaprysami najbardziej podatne urządzenia i systemy. Najgorsza kosmiczna pogoda przypada na ogół na występujące co 11 lat maksimum aktywności Słońca.

W słonecznej atmosferze pojawiają się wówczas rozbłyski i wybuchy, a w przestrzeń kosmiczną trafiają olbrzymie ilości promieniowania ultrafioletowego i rentgenowskiego oraz miliardy ton zjonizowanej materii. Poruszający się z prędkością światła błysk promieniowania rentgenowskiego, ultrafioletowego i towarzyszące mu fale radiowe docierają do Ziemi po ośmiu minutach. Gdy uderzają w atmosferę, wywołują krótkotrwałe, ale silne zaburzenia jonosfery – górnej warstwy atmosfery, odpowiadającej za przekazywanie sygnałów radiowych – natychmiast więc pojawiają się problemy z łącznością. Dotyka to szczególnie fal krótkich, pochłanianych silniej niż zazwyczaj przez zjonizowane warstwy jonosfery, ale także przechodzących przez jonosferę decymetrowych fal UHF, wykorzystywanych m.in. do komunikacji z satelitami. W czasie kosmicznej niepogody nie można więc w pełni polegać na łączności satelitarnej i systemie GPS.

Niszczący strumień cząstek
Wyrzucone przez Słońce wysokoenergetyczne protony, elektrony oraz inne cząstki naładowane docierają w pobliże Ziemi po kilku godzinach od pierwotnego rozbłysku. Przed ich zalewem do pewnego stopnia chroni nas magnetosfera, która skutecznie odchyla bieg większości naładowanych cząstek. W okolicy biegunów magnetycznych zaporą dla nich jest jednak przede wszystkim atmosfera. Tej ochrony są pozbawieni jednak astronauci i – w znacznym stopniu – pasażerowie i załoga samolotów przelatujących na dużych wysokościach nad Arktyką. Gdy Słońce jest szczególnie aktywne, podgrzana atmosfera Ziemi rozszerza się tak bardzo, że sięga orbit nisko krążących satelitów. Tarcie o ten rzadki gaz hamuje ich ruch i przyspiesza upadek.

Tego rodzaju efekt był przyczyną przedwczesnego upadku laboratorium Skylab w 1979 roku. Na ogół jednak tarcie o znienacka pojawiającą się atmosferę zmienia tylko tor ruchu ciał bliskich Ziemi – po wybuchach słonecznych w 1989 roku w wyraźny sposób zmieniło orbitę aż 1000 spośród satelitów. Strumień cząstek naładowanych uszkadza też systemy elektroniczne satelitów i panele ich baterii słonecznych; nieliczne cząstki, którym uda się dotrzeć do powierzchni Ziemi, powodują czasem losową zmianę bitów w pamięci komputerów, niszcząc zgromadzone dane.

Burza geomagnetyczna
Po kilku dniach docierają w pobliże Ziemi zaburzenia nieustannie wiejącego od Słońca wiatru słonecznego – strumienia wolniejszych cząstek naładowanych. Uderzający w ziemską magnetosferę gwałtowniejszy niż zazwyczaj wiatr przesuwa i odkształca jej granice. Fluktuacje rejestrowanego na Ziemi pola magnetycznego – burze geomagnetyczne – objawiają się m.in. niewielkimi drganiami igły kompasu. Inne konsekwencje burz nie są już tak niewinne – zmienne pole magnetyczne generuje prądy w długich metalowych przedmiotach, np. rurociągach czy przewodach energetycznych. Zjawisko to odkryto już w XIX wieku. Wkrótce po wynalezieniu telegrafu kosmiczne burze zaczęły przysparzać kłopotów pocztowcom. Podczas szczególnie silnych burz krótkotrwałe zmiany pola magnetycznego generowały w drucie telegrafu tak silne prądy, że niekiedy wystarczały do wysłania wiadomości, telegrafistom groziło jednak porażenie prądem.

Dodatkowe chaotyczne prądy generowane liniach energetycznych zwiększają ryzyko awarii sieci energetycznej. Dotyczy to głównie obszarów położonych blisko biegunów magnetycznych Ziemi, a więc północnej części Stanów Zjednoczonych i Kanady oraz Syberii. Klasycznym przykładem jest wydarzenie z 1989 roku. Prąd wygenerowany w przewodach podczas burzy geomagnetycznej spowodował w Kanadzie dziewięciogodzinne wyłączenie prądu na obszarze zamieszkanym przez 9 mln ludzi. Niekontrolowane prądy płynące transportującymi gaz i ropę rurociągami przyspieszają ich korozję. Najdramatyczniej wpływ Słońca na trwałość gazociągu dał znać o sobie 4 czerwca 1989 roku w pobliżu baszkirskiej Ufy. Wybuch gazu wydobywającego się z nieszczelnego, skorodowanego gazociągu pozbawił życia 575 pasażerów dwóch przejeżdżających obok pociągów.

Nie tylko dla hodowców gołębi
Kosmiczna pogoda wymaga kosmicznych meteorologów. Choć nie- którym konsekwencjom słonecznych kaprysów nie potrafimy na razie zaradzić, wcześniejsza informacja o nadchodzących zaburzeniach pozwala uniknąć choć części strat. Załogi misji orbitalnych rezygnują ze spacerów kosmicznych i chronią się w najlepiej zabezpieczonych przed promieniowaniem pomieszczeniach statku. Uprzedzeni o burzy geomagnetycznej piloci nadarktycznych samolotów i kapitanowie statków przełączają radia na mniej podatne na zakłócenia zakresy i mniej ufają automatycznym systemom nawigacyjnym. Poszukujący złóż geolodzy wstrzymują się od wykonywania niektórych pomiarów, które na skutek zaburzeń pola magnetycznego byłyby i tak niewiarygodne. Swoją czujność wzmagają natomiast operatorzy sieci energetycznych – według szacunków ekonomistów trafna prognoza kosmicznej pogody, umożliwiająca zastosowanie dodatkowych środków bezpieczeństwa, pozwala oszczędzić rocznie średnio 365 mln dolarów. Skutki kosmicznych zaburzeń dotykają nie tylko przedmiotów martwych.

Prognozy dotyczące burz geomagnetycznych śledzą też choćby hodowcy gołębi. Ptaki te wykorzystują do orientacji m.in. kierunek pola magnetycznego Ziemi. Jego zaburzenie podczas silniejszych burz magnetycznych sprawia, że do celu dolatuje mniej gołębi niż zazwyczaj, w wielu krajach nie organizuje się więc wtedy gołębich zawodów. Czy burze geomagnetyczne mają też bezpośredni wpływ na ludzi? Nie ma dotąd rozstrzygających tę kwestię danych. Niektórzy lekarze odnajdują jednak korelacje między wysoką aktywnością Słońca a liczbą samobójstw, zaburzeń psychicznych czy zawałów serca.

Czy zwiększoną aktywność Słońca da się prognozować z dużym wyprzedzeniem? Na razie nie jest to możliwe. Choć założenie o istnieniu 11-letniego cyklu słonecznego pozwala na dość dokładne przewidywanie okresów maksymalnej aktywności Słońca, nie daje odpowiedzi na pytanie, czy najbliższy cykl będzie burzliwy, czy stosunkowo spokojny. Słońce potrafi nas też zaskoczyć – świadczą o tym chociaż by wyjątkowo wysokoenergetyczne wybuchy obserwowane niemal dwa lata po ostatnim maksimum. Kosmicznym meteopatom pozostaje więc śledzenie prognoz krótkoterminowych, dostępnych na stronach poświęconych kosmicznej pogodzie: www.SpaceWeather.com