Saulės banga, kurios niekas nesitikėjo
Šiandien mokslininkų bendruomenė stebi reiškinį, kuris verčia permąstyti daugelį prognozių apie dabartinį Saulės ciklą. Saulės aktyvumas pasiekė tokį lygį, kokio nebuvo matyti daugiau nei dvi dekadas. Tai nėra tiesiog dar vienas įprastas Saulės dėmių padidėjimas – kalbame apie tikrą energijos sprogimą, kuris jau dabar daro įtaką mūsų planetai ir gali turėti rimtų pasekmių artimiausiu metu.
Paskutinį kartą panašų aktyvumą stebėjome apie 2003 metus, kai galingos Saulės audros sukėlė elektros tinklų sutrikimus Švedijoje ir Pietų Afrikoje. Tačiau šiandieninė situacija turi vieną esminį skirtumą – mes dabar esame nepalyginamai labiau priklausomi nuo technologijų, kurios yra jautrios kosminiam orui. Palydovai, GPS sistemos, elektros tinklai, aviacijos komunikacijos – visa tai gali patirti sutrikimų, kai Saulė „pyktauja”.
Kas iš tikrųjų vyksta ant Saulės paviršiaus
Saulė šiuo metu yra 25-ojo ciklo viduryje, kuris prasidėjo 2019 metų gruodį. Kiekvienas Saulės ciklas trunka vidutiniškai 11 metų, per kuriuos aktyvumas kyla nuo minimumo iki maksimumo ir vėl nusileidžia. Teoriškai maksimumas turėjo būti pasiektas 2025 metų viduryje, tačiau realybė pralenkė visas prognozes – Saulės dėmių skaičius jau dabar viršija net optimistiškiausias prognozes.
Per pastaruosius kelis mėnesius Saulės paviršiuje buvo užfiksuota daugiau nei 200 aktyvių regionų vienu metu. Tai milžiniški magnetiniai laukai, kurie išsiveržia iš Saulės vidaus ir sukuria tamsias dėmes – vietoves, kur temperatūra yra „tik” apie 3700 laipsnių Celsijaus, palyginti su aplinkine 5500 laipsnių temperatūra. Šios dėmės yra ne kas kita, kaip magnetinių audrų ženklas.
Kai šie magnetiniai laukai persitvarko ar „persijungia”, įvyksta tai, ką mokslininkai vadina koroniniais masės išsiveržimais (CME). Tai milžiniški magnetizuotos plazmos debesys, kurie išlekia į kosmosą greičiu iki 3000 kilometrų per sekundę. Jei toks debesis yra nukreiptas į Žemę, jo pasiekimas užtrunka nuo 15 iki 18 valandų.
Kodėl prognozės buvo tokios klaidingos
Įdomu tai, kad dar prieš trejus metus NASA ir NOAA (Nacionalinė vandenyno ir atmosferos administracija) prognozavo gana silpną 25-ąjį ciklą. Jų modeliai rodė, kad maksimalus Saulės dėmių skaičius neviršys 115 per mėnesį. Realybė? Šį pavasarį buvo užfiksuota daugiau nei 160 dėmių per mėnesį, o kai kuriomis dienomis – net virš 200.
Ši diskrepancija atsiranda dėl kelių priežasčių. Pirma, Saulės dinamika yra neįtikėtinai sudėtinga – mes kalbame apie plazminę sferą, kurioje vyksta termobranidiniai procesai, apie kuriuos vis dar žinome per mažai. Antra, ankstesni ciklai (ypač 24-asis) buvo neįprastai silpni, todėl modeliai buvo „apmokyti” remiantis šiais duomenimis. Trečia, Saulės dinamo – mechanizmas, kuris generuoja magnetinį lauką – gali turėti ilgalaikių svyravimų, kurių mes dar nesuprantame.
Kai kurie mokslininkai dabar diskutuoja apie galimybę, kad įžengiame į naują aktyvesnį Saulės fazę, panašią į tą, kuri vyko XX amžiaus viduryje. Jei tai tiesa, ateinantys ciklai taip pat gali būti stipresni nei tikėtasi.
Konkretūs padariniai Žemei ir technologijoms
Pirmasis ir akivaizdiausias poveikis – poliarinės pašvaistės. Per pastaruosius mėnesius šiaurės pašvaistė buvo matoma net pietinėse JAV valstijose, Vidurio Europoje ir netgi Viduržemio jūros regione. Tai gražu, bet kartu ir perspėjimas – jei pašvaistė matoma taip toli nuo polių, tai reiškia, kad geomagnetinė audra yra labai stipri.
Tačiau už gražių šviesų slypi rimtesnės problemos. Palydovai patiria padidėjusį atmosferos pasipriešinimą, kai Saulės aktyvumas pakelia viršutinės atmosferos temperatūrą ir tankį. Tai sukelia orbitų degradaciją – palydovai krenta žemyn greičiau nei įprastai. SpaceX prarado dešimtis Starlink palydovų 2022 metų vasarį būtent dėl šios priežasties.
GPS tikslumas gali sumažėti keliomis dešimtimis metrų, kai jonosferos sluoksniai yra sutrikdyti. Tai kritiškai svarbu aviacijai, laivybai ir tiksliam žemės ūkiui. Radijo ryšys, ypač trumpųjų bangų diapazone, gali būti visiškai nutrauktas tam tikrose planetos dalyse.
Elektros tinklai yra ypač pažeidžiami. Geomagnetinės audros sukelia geomagnetiškai indukuotas sroves (GIC), kurios teka per ilgus laidus ir transformatorius. 1989 metų kovo 13 dieną tokia audra sukėlė visiško Kvebeko elektros tinklo žlugimą – 6 milijonai žmonių liko be elektros 9 valandoms. Šiuolaikiniai tinklai yra dar labiau tarpusavyje sujungti, todėl domino efektas galėtų būti dar didesnis.
Kas turėtų būti budrus ir kaip pasirengti
Pirmiausia – operatoriai ir įmonės, kurios valdo kritinę infrastruktūrą. Elektros tinklų valdytojai turėtų stebėti NOAA Kosminio oro prognozių centrą ir turėti parengtus protokolus, kaip sumažinti transformatorių apkrovą audros metu. Tai gali reikšti laikinus elektros tiekimo apribojimus, bet tai geriau nei sudegintas transformatorius, kurio pakeitimas gali užtrukti mėnesius.
Palydovų operatoriai jau dabar koreguoja orbitas ir išjungia jautriausias sistemas, kai tikimasi stiprių audrų. Aviacijos bendrovės turėtų vengti poliarinių maršrutų per stiprias audras, nes ten radijo ryšys gali būti prarastas, o įgulos ir keleiviai gauna padidėjusią radiacijos dozę.
Paprastiems žmonėms pasiruošimas yra paprastesnis, bet ne mažiau svarbus. Turėkite atsarginį elektros šaltinį svarbiems prietaisams, ypač jei gyvenate kaime ar atokiau. Laikykite namuose žibintuvėlį, baterijas, radijo imtuvą. Svarbu suprasti, kad per didelę geomagnetinę audrą ne tik elektra gali išsijungti – gali neveikti bankai, degalinės, parduotuvės, nes visa šiuolaikinė infrastruktūra priklauso nuo elektros ir ryšio.
Mokslinė stebėsena ir ankstyvojo perspėjimo sistemos
Gera žinia ta, kad šiandien turime gerokai geresnę stebėsenos infrastruktūrą nei prieš 20 ar 30 metų. DSCOVR palydovas, esantis Lagranžo taške L1 (tarp Žemės ir Saulės), veikia kaip „kosminis budėtojas” – jis aptinka artėjančius CME maždaug 15-60 minučių prieš jiems pasiekiant Žemę. Tai nėra daug laiko, bet pakanka įspėti operatorius ir automatiškai paleisti apsaugos protokolus.
Solar Dynamics Observatory (SDO) ir Solar and Heliospheric Observatory (SOHO) misijos nuolat stebi Saulę įvairiuose bangų ilgiuose, leidžiančiuose matyti procesus, vykstančius skirtinguose Saulės sluoksniuose. Dirbtinio intelekto algoritmai dabar analizuoja šiuos duomenis realiuoju laiku ir gali numatyti išsiveržimus keletą valandų prieš jiems įvykstant.
Tačiau yra problema – daugelis šių sistemų yra senos ir artėja prie savo misijos pabaigos. DSCOVR buvo paleistas 2015 metais ir jau viršijo savo numatomą tarnavimo laiką. Jei jis sugestų, mes liktume beveik akli prieš artėjančias audras. Naujas palydovas, Space Weather Follow-On, planuojamas tik 2025-2026 metais.
Istorinės pamokos: Carrington įvykis ir ne tik
Kalbant apie Saulės audras, neįmanoma nepaminėti 1859 metų rugsėjo 1-2 dienų įvykio, žinomo kaip Carrington įvykis. Tai buvo stipriausia užfiksuota geomagnetinė audra istorijoje. Pašvaistės buvo matomos net Karibuose, o telegrafų sistemos visame pasaulyje sutriko – kai kurie operatoriai pranešė apie elektros smūgius, popierius užsidegė, o kai kurie telegrafai veikė net be baterijų, maitinami vien geomagnetiškai indukuotų srovių.
Jei panašaus stiprumo audra įvyktų šiandien, padariniai būtų katastrofiški. 2008 metais Nacionalinė mokslų akademija (JAV) paskelbė ataskaitą, kurioje vertino, kad tokio įvykio ekonominiai nuostoliai pirmaisiais metais galėtų siekti 1-2 trilijonus dolerių, o atsigavimas užtruktų 4-10 metų. Tai būtų 20 kartų baisiau nei uraganas Katrina.
Laimei, Carrington klasės įvykiai yra reti – statistiškai jie įvyksta maždaug kartą per 150-200 metų. Tačiau 2012 metų liepos mėnesį tokio stiprumo CME praskriejo pro Žemės orbitą – mes pralėkėme pro kulką vos savaite. Jei ta audra būtų įvykusi savaitę anksčiau, būtume patekę tiesiai į jos kelią.
Ką daryti dabar ir artimiausioje ateityje
Dabartinis Saulės aktyvumas primena, kad gyvename žvaigždės kaimynystėje, ir ši žvaigždė nėra visada rami. Maksimalus 25-ojo ciklo aktyvumas tikėtinas 2024-2025 metais, todėl artimiausiais metais turėtume būti ypač budrūs.
Vyriausybės turėtų investuoti į elektros tinklų atsparumą – tai reiškia transformatorių apsaugą, tinklo segmentavimą, kad problemos neplatintųsi domino principu, ir atsarginių transformatorių atsargas. JAV šiuo metu turi tik apie 5% reikalingų atsarginių didelių transformatorių. Jei keletas jų būtų sunaikinti vienu metu, pakeitimas galėtų užtrukti metus ar ilgiau.
Privatus sektorius, ypač palydovų ir telekomunikacijų pramonė, turėtų diegti atsparesnes sistemas ir turėti detalesnius avarinių situacijų planus. Tai kainuoja, bet daug mažiau nei galimi nuostoliai.
Mokslo bendruomenė turėtų gauti daugiau finansavimo Saulės tyrimams ir geresnių prognozavimo modelių kūrimui. Mes vis dar nesuprantame daugelio fundamentalių dalykų apie tai, kaip veikia Saulės dinamo ir kodėl vieni ciklai yra stipresni už kitus.
Kai žvaigždė primena, kas čia šeimininkas
Šiandieninis rekordinis Saulės aktyvumas yra ne tik mokslinė smulkmena ar graži pašvaistė danguje. Tai konkretus priminimas, kad mūsų technologinė civilizacija yra trapesnė, nei mėgstame galvoti. Mes pastatėme globalią sistemą, kuri veikia elektra ir palydovais, bet dažnai pamirštame, kad visa tai gali būti sutrikdyta energijos bangos, ateinančios iš 150 milijonų kilometrų atstumo.
Artimiausi keli metai bus kritiniai. Saulė tik įsibėgėja, ir statistiškai stipriausios audros paprastai įvyksta ne tiksliai maksimume, o šiek tiek vėliau, nusileidimo fazėje. Tai reiškia, kad 2025-2026 metai gali būti ypač įdomūs kosminio oro prasme.
Gera žinia ta, kad mes žinome apie šį pavojų ir turime technologijas jam stebėti bei bent iš dalies nuo jo apsisaugoti. Bloga žinia – mes vis dar nepakankamai rimtai tai vertiname ir per lėtai investuojame į apsaugą. Kiekviena diena be didelės audros yra dovana, kuria turėtume pasinaudoti pasirengdami, o ne manyti, kad tai reiškia, jog pavojus neegzistuoja.
Saulė šiandien primena mums, kad esame ne planetos valdovai, o jos nuomininkai, gyvenantys pagal kosmoso taisykles. Ir kartais šeimininkas – mūsų žvaigždė – nusprendžia priminti, kas čia iš tikrųjų diktuoja sąlygas.
