Galingiausia iš visų kada nors užregistruotų Saulės audrų įvyko 1859 m. Dangų užliejusios pašvaistės buvo matomos ir toli pietuose esančiuose Karibuose, magnetinių kompasų rodyklės chaotiškai sukiojosi, o telegrafai sugedo. Ledynų kernai rodo, kad tokio masto Saulės dalelių pliūpsnis būna retai – vidutiniškai kas 500 metų. Tačiau net ir mažesnės, kas 50 m. vykstančios audros galėtų „iškepti“ palydovus, sutrikdyti radijo stočių darbą ir nutraukti tarpžemyninį ryšį.

Įvertinus tokio įvykio kainą, tampa aišku, kad reikalinga nuolatinė Saulės stebėsena ir geresnė palydovų bei elektros linijų apsauga.

1859 m. rugpjūčio 28 d., sekmadienį, Amerikos žemynus apgaubus nakties tamsai, danguje tarytum šmėklos pasirodė pašvaistės. Plazdančios šviesos skraistės papuošė padangę nuo Meino iki Floridos pusiasalio galo.

Išgąsdinti Kubos gyventojai pašvaistes regėjo tiesiai virš galvų; ties pusiauju esančių laivų žurnaluose buvo rašoma apie rausvos spalvos šviesas, siekiančias pusiaukelę iki zenito. Daugelis žmonių pamanė, kad jų mieste prasidėjo gaisras.

Viso pasaulio moksliniai prietaisai, stropiai fiksuojantys smulkius Žemės magnetinio lauko pokyčius, gavo signalą, išeinantį už matavimo skalės ribų. Indukuota elektros srovė ėmė tekėti viso pasaulio telegrafo sistemomis. Baltimorės telegrafo operatoriai plušėjo nuo 8 val. vakaro iki kitos dienos 10 val. ryto, kol pagaliau perdavė paprasčiausią 400 žodžių ilgio pranešimą spaudai.

 Po septyniolikos valandų antroji pašvaisčių banga Ameriką gaubiančią naktį pavertė diena – jos pasiekė net Panamą. Raudonos ir žalios spalvų šviesoje žmonės galėjo skaityti laikraščius. Uoliniuose kalnuose įsikūrę aukso ieškotojai atsikėlė 1 val. nakties ir pradėjo pusryčiauti, manydami, kad iš už debesų jau teka Saulė. Visoje Europoje ir Amerikoje iš rikiuotės išėjo telegrafo sistemos.

Didelė audra

Tuo metu, kai ši dėmių grupė buvo atsisukusi tiesiai į Žemę, iš Saulės išlėkė pirmoji vainiko medžiagos išmeta. Mūsų planeta pakliuvo tiesiai į jos centrą. Iš tikrųjų, pataikyti nėra labai sunku. Kai iš Saulės išlėkusi medžiagos išmeta pasiekia Žemės orbitą, jos skersmuo jau būna išsiplėtęs iki gerų 50 mln. km – dydžiui tūkstančius kartų lenkia mūsų planetą.

2. Pirmas gūsis. Superaudra išsviedė ne vieną, bet dvi vainiko medžiagos išmetas. Manoma, kad praėjo nuo 40 iki 60 valandų, kol pirmoji iš jų pasiekė Žemę. Remiantis 1859 m. užregistruotais magnetometro rodmenimis, galima teigti, kad Žemę pasiekusios plazmos magnetinis laukas tikriausiai buvo sraigto formos. Iš pradžių jis buvo nukreiptas į šiaurę. Tokios krypties laukas sustiprino pačios Žemės magnetinį lauką, todėl išmetos poveikis buvo mažesnis. Iš vainiko atlėkusi medžiaga nesuspaudė mūsų planetos magnetosferos – netoli Žemės esančios erdvės srities, kurioje dominuoja ne Saulės, bet Žemės magnetinis laukas. Taigi mūsų planetoje magnetometrai užregistravo reiškinį, kurį Saulę tiriantys mokslininkai vadina staigia audros pradžia. Daugiau beveik niekas jos nepastebėjo. Tebetekančios aplink Žemę plazmos laukas lėtai apsisuko. Po 15 valandų jis jau buvo priešingas Žemės lauko krypčiai ir jo nebestiprino. Į šiaurę nukreiptos planetos magnetinio lauko linijos susilietė su į pietus nukreiptomis plazmos debesies lauko linijomis. Tada abiejų laukų linijos susijungė į paprastesnę konfigūraciją ir atidavė milžinišką sukauptos energijos kiekį. Būtent tuomet ir prasidėjo telegrafo ryšio trikdžiai, danguje pasirodė pašvaistės. Po vienos–dviejų dienų plazmos debesis nukeliavo tolyn nuo Žemės ir mūsų planetos magnetinis laukas atgavo ankstesnį pavidalą.

Čia pavaizduota šiaurės pašvaistė, kuri buvo matoma Njardvike, Islandijoje. Tai išraiškingiausia Saulės aktyvumo nuotrauka. Šie dramatiški šviesų spektakliai vyksta tuomet, kai elektringos dalelės, kurių daugumą sudaro Saulės vėjas, susiduria su viršutinių Žemės atmosferos sluoksnių dujomis. Spalvas lemia skirtingai spinduliuojantys įvairūs cheminiai elementai. Pašvaistės dažniausiai pasirodo tik greta ašigalių, tačiau didelės superaudros metu gali švytėti ir atogrąžų danguje.

3. Rentgeno žybsnis. Didžiausios vainiko medžiagos išmetos paprastai sutampa su vienu ar keliais intensyviais žybsniais. Šiuo atžvilgiu 1859 m. audra buvo ne išimtis. Žybsnio, kurį rugsėjo 1 d. pastebėjo Karingtonas ir kiti, vietoje temperatūra galėjo siekti beveik 50 mln. K. Tikėtina, kad jo metu sklido ne tik regimoji šviesa, bet ir rentgeno bei gama spinduliai. Tai buvo pats ryškiausias kada nors užregistruotas Saulės žybsnis, liudijantis į jos atmosferą prasiveržus milžinišką energijos kiekį. Spinduliuotė šviesos greičiu pasiekė Žemę per aštuonias su puse minutės – dar gerokai prieš antrąją vainiko medžiagos išmetą. Jei tuo metu būtų egzistavęs trumpabangis radijas, juo nebūtų galima naudotis, nes jonosferoje (tai radijo bangas atspindintis atmosferos sluoksnis) ėmė kauptis energija. Rentgeno spinduliai taip pat įkaitino viršutinius atmosferos sluoksnius ir šie išsipūtė dešimtis ar šimtus kilometrų.

Skrudinti palydovai

Kitos didelės magnetinės audros aukomis neabejotinai taps dirbtiniai Žemės palydovai. Net įprastomis sąlygomis kosminių spindulių dalelės ardo Saulės baterijas, todėl per metus jų pagaminama energija sumažėja maždaug 2 proc. Jos taip pat veikia palydovo elektroniką. Taip buvo sugadinti ir prarasti daugelis ryšių palydovų, pavyzdžiui, Anik E1 ir E2 1994 m. ir Telstar 401 1997 m. Didelė Saulės audra per keletą valandų gali sutrumpinti palydovo veikimo laiką 1−3 metais ir sukelti daugybę techninių problemų: nuo klaidingų, bet nekenksmingų komandų inicijavimo iki pavojingų elektrostatinių iškrovų.

Norėdami išsiaiškinti, kaip kosminiai ryšių palydovai atlaikytų audrą, sumodeliavome 1 tūkst. superaudros scenarijų. Buvo tiriami įvairaus stiprumo įvykiai − nuo galingiausios Kosmoso eros audros (įvykusios 1989 m. spalio 20 d.) iki 1859 m. superaudros. Nustatėme, kad audros ne tik sumažins Saulės baterijų efektyvumą (to ir buvo tikimasi), bet ir gerokai sumažės iš palydovinių retransliacijų gaunamas pelnas. Pagal daugelį scenarijų bendri nuostoliai dažnai viršijo 20 mlrd. JAV dolerių. Mes darėme prielaidą, kad palydovų savininkai ir konstruktoriai stengėsi sumažinti galimus nuostolius, palydovų paleidimo metu palikdami nemažą rezervą retransliatoriuose ir 10 proc. galios atsargą. Jei darysime ne tokias optimistines prielaidas, nuostoliai priartės prie 70 mlrd. JAV dolerių. Maždaug toks pelnas gaunamas iš visų ryšių palydovų per vienerius metus. Tačiau čia nebuvo įskaičiuota netiesioginė ekonominė palydovų veiklos sutrikimų klientams padaryta žala.

Laimei, geosinchroniniai ryšių palydovai yra stebėtinai atsparūs kartą per dešimtmetį nutinkantiems įvykiams, o jų veikimo laikas išaugo nuo vos 5 metų praeito amžiaus 9 dešimtmetyje, iki beveik 17 metų šiandien. Šiuolaikinėse Saulės baterijose konstruktoriai atsisakė silicio ir ėmė naudoti galio arsenidą. Tai padėjo sumažinti masę ir padidinti galingumą. Be to, padidėjo atsparumas kosminiams spinduliams. Palydovų operatoriai šiandien iš specializuoto NOAA (angl. National Oceanic and Atmospheric Administration) kosminės aplinkos prognozės centro (angl. Space Weather Prediction Center, SWPC) gauna išankstinius perspėjimus apie artėjančias audras. Tai padeda audros metu išvengti sudėtingų palydovų manevrų ar kitų reikšmingesnių pakeitimų. Tokia strategija neabejotinai sumažins didelės audros poveikį. Norėdami dar labiau apsaugoti palydovus, inžinieriai turėtų naudoti storesnius ekranus, sumažinti Saulės baterijų įtampą (tai sumažintų statinių elektros iškrovų tikimybę), pridėti papildomas dubliavimo sistemas ir sukurti programinę įrangą, kuri veiktų ir su apgadintais duomenimis.

KAIP PASIRENGTI

Sužinoję, kad ateina audra, turime elgtis taip:
palydovų operatoriai turi laikinai sustabdyti svarbiausių komandų sekų perdavimą; per audrą jie privalo stebėti savo techniką ir nutraukti visų netikrų komandų vykdymą;

GPS vartotojai turi naudoti alternatyvias orientacijos sistemas;
astronautai turi vengti išeiti į kosmosą.

Sunkiau įvertinti kitas superaudros pasekmes. Rentgeno spindulių energijos veikiama atmosfera išsipūs ir padidės stabdymo jėga, veikianti mažesniame nei 600 km aukštyje skriejančius karinius bei komercinius palydovus, skirtus ryšiams ir teikiančius paviršiaus vaizdus. Japonijos palydovas ASCA (angl. Advanced Satellite for Cosmology and Astrophysics) į tokias sąlygas pateko per liūdnai pagarsėjusią Bastilijos dienos audrą, kuri įvyko 2000 m. liepos 14 d. Per ją palydovas prarado energijos, aukščio ir po keleto mėnesių – gerokai anksčiau, nei buvo planuota, – įskrido į atmosferą. Žemose orbitose skriejantiems palydovams per superaudrą kils didžiulis pavojus – tikėtina, kad kai kurie iš jų praėjus kelioms savaitėms ar mėnesiams sudegs, kaip ir ASCA.

Išjunkite šviesas

Poveikis energetikai

Tam tikra galios dalis pateks į dažnių diapazoną, kurio nenufiltruos turima elektros įranga. Iki tol ramiai dūzgę transformatoriai ims vibruoti ir cypti. Kadangi magnetinė audra paveiks juos visoje šalyje, tokia situacija gali greitai virsti visuotiniu įtampos reguliavimo gedimu visame tinkle. Energijos tiekimo tinklai dirba arti savo galimybių ribos, ir trūksta visai nedaug, kad jie sugestų.

Džonas Kapenmanas (John G. Kappenman) iš Metatech Corporation bendrovės nustatė, kad jei šiandien įvyktų tokia magnetinė audra, kokia vyko 1921 m. gegužės 15 d., pusėje Šiaurės Amerikos teritorijos visiškai nutrūktų energijos tiekimas. Daug didesnė audra, tokia, kaip 1859 m., sutrikdytų visą tinklą. Kitos pramoninės šalys taip pat yra pažeidžiamos, tačiau Šiaurės Amerikai kyla ypač didelis pavojus, nes ji yra šalia šiaurės magnetinio poliaus. Kadangi transformatoriai būtų fiziškai sugadinti, pažeistos įrangos remontas ir keitimas užtruktų daugelį savaičių ar net mėnesių. 2003 m. Kapermanas JAV kongrese patvirtino, kad „bus sudėtinga suteikti skubią ir konkrečią pagalbą nelaimės paliestiems žmonėms, kurių skaičius gali viršyti 100 mln.“
Superaudra taip pat paveiks radijo signalus. Sutriks visuotinės padėties nustatymo sistemos (GPS) ir kitų su ja susijusių sistemų veikla. Galingi Saulės žybsniai ne tiks sutrikdys jonosferą, pro kurią sklinda laiko sinchronizavimo signalai; padidės radijo triukšmas GPS veikimo dažniuose. Dėl šių priežasčių padėties nustatymo paklaidos išaugs iki 50 m ar net daugiau, ir daugeliui karinių bei civilinių poreikių GPS sistema taps visai nenaudinga. Panašių problemų kilo 2003 m. spalio 29 d., kai magnetinė audra atjungė WAAS (angl. Wide Area Augmentation System) − radijo tinklą, kuris skirtas patikslinti GPS nustatytoms padėtims. Komerciniams lėktuvams tada teko naudotis atsarginėmis sistemomis.

Didelės energijos dalelės veikia lėktuvų radijo ryšio signalus. Tai ypač pastebima aukštose platumose. Bendrovė United Airlines nuolat stebi kosminės aplinkos sąlygas ir siekdama išvengti radijo bangų interferencijos, keletą kartų atidėjo skrydžius, kurių trajektorijos buvo netoli ašigalio. Superaudra gali priversti pakeisti daugelio skrydžių maršrutus ne tik netoli Žemės magnetinių polių, bet ir virš visos Kanados bei šiaurinės JAV dalies. Tokios nepalankios sąlygos gali išsilaikyti apie savaitę.

Pasiruošimas

Kad ir kaip būtų gaila, didėjant Saulės audrų visuomenei keliamam pavojui, pati visuomenė apie tai žino vis mažiau. Neseniai apžvelgėme spaudos pranešimus nuo pat 1840 m. ir atradome, kad didžiausi pasikeitimai įvyko maždaug praeito amžiaus 6 dešimtmetyje. Iki tol magnetinės audros, Saulės žybsniai dažnai pakliūdavo į pirmuosius laikraščių puslapius. Pavyzdžiui, 1940 m. kovo 24 d. pirmajame Boston Globe puslapyje puikavosi didžiulė antraštė JAV smogė magnetinė audra. Po 1950 m. tokių antraščių pasitaikydavo tik vidiniuose puslapiuose.

Net ir nedidelės audros atsieina nepigiai. 2004 m. Kevinas Forbsas (Kevin Forbes) iš Amerikos katalikiškojo universiteto ir Orvilas Krisas Sairas (Orville Chris St. Cyr) iš NASA Godardo kosminių skrydžių centro ištyrė elektros energijos rinką nuo 2000 m. birželio 1 d. iki 2001 m. gruodžio 31 d. ir padarė išvadą, kad per tą laikotarpį Saulės audros padidino didmeninę elektros energijos kainą maždaug 500 mln. JAV dolerių. Tuo tarpu JAV Gynybos departamentas įvertino, kad vyriausybei priklausančiuose palydovuose Saulės sukelti gedimai kainuoja apie 100 mln. JAV dolerių kasmet. Be to, palydovus apdraudusios draudimo bendrovės nuo 1996 iki 2005 m. išmokėjo beveik 2 mlrd. JAV dolerių, skirtų padengti nuostoliams dėl sugedusių ir prarastų komercinių palydovų. Dėl dalies gedimų buvo kaltos atšiaurios kosminės sąlygos.

Mums daug pagelbėtų gerokai patikimesnė Saulės ir geomagnetinių audrų prognozė. Jei palydovų operatoriai būtų įspėti iš anksto, jie galėtų atidėti svarbiausius manevrus ir reaguoti į anomalijas, kurios, jei nieko nesiimama, gali sukelti kritinių situacijų. Oro linijų pilotai turi pasiruošti iš anksto suplanuotiems skrydžių maršrutų pakeitimams. Elektros energiją tiekiančių tinklų operatoriai privalo atidžiai stebėti silpnesnes tinklo grandis ir parengti planus, kurie padėtų kiek įmanoma sutrumpinti – jo neveikimo laikotarpį.

Įvairios agentūros, tarp jų − NASA bei JAV Nacionalinis mokslo fondas, jau 20 m. dėjo pastangas kurdamos kosminės aplinkos sąlygų prognozės sistemas. Šiuo metu daugiau nei 1 tūkst. verslo ir vyriausybinių agentūrų gauna kasdienines prognozes iš NOAA SWPC. Šio centro metinis 6 mln. JAV dolerių biudžetas yra daug mažesnis už 500 mlrd. JAV dolerių pajamas, kurias gauna jo palaikomos pramonės šakos. Tačiau visą informaciją jis gauna iš pačių įvairiausių nespecializuotų palydovų, menkai tinkamų efektyviai ilgalaikei kosminės aplinkos sąlygų stebėsenai.

Kai kurie mokslininkai mano, kad šiuo metu kosminės aplinkos prognozę galime pateikti maždaug tokiu tikslumu, kokiu NOAA praeito amžiaus 6 dešimtmečio pradžioje galėjo pateikti oro prognozę. Žvelgiant iš stebėsenos pozicijų, labai praverstų nebrangūs, ilgaamžiai kosminiai „plūdurai“, kurie sektų esamą situaciją naudodami pačius paprasčiausius prietaisus. Tuo pat metu mokslininkai dar turi gerokai padirbėti, siekdami suprasti Saulės audrų fiziką ir prognozuoti jų poveikį. Jei tikrai norime apsaugoti savo techninę infrastruktūrą ir pasiruošti kitoms superaudroms, turime padvigubinti savo investicijas į prognozes, modeliavimą ir fundamentalius tyrimus.  

Apie autorius

Stenas Odenvaldas (Sten F. Odenwald) (kairėje) yra Katalikiškojo Amerikos universiteto astronomijos profesorius ir vyresnysis Grinbelte, Merilande, veikiančios bendrovės SP Systems mokslininkas. Jis – aktyvus mokslo populiarintojas ir knygų autorius, dirbantis pagal kontraktą NADA Godardo kosminių skrydžių centre. Pagrindinės Odenvaldo tyrimų sritys – infraraudonoji kosminė spinduliuotė ir kosminio klimato fenomenologija. Aistrą astronomijai jam įžiebė televizijos programa The Outer Limits. Tuo metu būsimam mokslininkui buvo 11 metų.

Džeimsas Grinas (James L Green) (dešinėje) yra NASA Planetary Science Division direktorius. Jis tyrinėjo planetų magnetosferas ir yra magnetosferos tyrimų misijos IMAGE mokslininkas. Jis domisi istorija ir ruošia straipsnį apie oro balionus Amerikos civiliniame kare. Besidomėdamas šia tema jis laikraščiuose aptiko maždaug 200 straipsnių apie 1859 m. superaudrą.

Jei norite pasidomėti plačiau

• The 23rd Cycle: Learning to Live with a Stormy Star. Sten Odenwald. Columbia University Press, 2001.
• The Fury of Space Storms. James L. Burch in Scientific American, Vol. 284, No. 4, p. 86–94; April 2001.
• The Paradox of the Sun’s Hot Corona. Bhola N. Dwivedi and Kenneth J. H. Phillips in Scientific American, Vol. 284, No. 6, p. 40–47; June 2001.
• The Great Historical Geomagnetic Storm of 1859: A Modern Look. Edited by M. Shea and C. Robert Clauer in Advances in Space Research, Vol. 38, No. 2, p. 117–118; 2006.
• The Mysterious Origins of Solar Flares. Gordon D. Holman in Scientific American, Vol. 294, No. 4, p. 38–45; April 2006.

Straipsnio tekstinė ir vaizdinė medžiaga priklauso "Scientific American lietuviškas leidimas" žurnalui ir be redakcijos sutikimo draudžiama kopijuoti ar kitaip atgaminti straipsnyje panaudotą informaciją.

Komentarai (12)