في أحلك ساعات يوم 13 مارس 1989 ، لاحظ الناس في جميع أنحاء أمريكا الشمالية شيئًا غريبًا في السماء. اتصلوا بالأصدقاء والجيران وطرحوا نفس السؤال.
هل رأيت السماء؟
من نيويورك إلى فلوريدا وكوبا وهندوراس ، رأى الناس نفس الشيء الغريب - تيارات طويلة من الضوء. غالبًا ما تم الإبلاغ عن هذه التيارات على أنها ضاربة إلى الحمرة ، وكانت تلتوي ورقصت في السماء الشمالية. يخشى بعض الناس أن تكون مركبة فضائية أطلقت مؤخرًا قد انفجرت. اتصل سكان أماريلو بولاية تكساس بإدارة الإطفاء. بدا التوهج وكأنه نار بعيدة ، مشتعلة باتجاه المدينة.
لم يكن حريق. كانت ظاهرة طبيعية تسمى الشفق القطبي . الشفق القطبي شائع بالقرب من القطب الشمالي والجنوبي. لكنها نادرًا ما تصل إلى السماء فوق ولايات جنوب الولايات المتحدة ، مثل تكساس.
شيء قوي - وخارج كوكب الأرض - دفع هذه "الأضواء الشمالية" جنوبًا.
الشرح:ما هي الشبكة الكهربائية؟
في مقاطعة كيبيك الكندية ، كان عرض الضوء العلوي مجرد البداية. تسبب نفس الحدث الذي تسبب في حدوث الشفق القطبي أيضًا في تدفق تيار كهربائي قوي تحت الأرض. دخل هذا التيار في أسلاك كهربائية مدفونة. أثقلت الهزة الناتجة شبكة الطاقة الكهربائية. هذه هي شبكة المولدات والأسلاك التي تنقل الكهرباء.
في الساعة 2:44 صباحًا ، بدأت الأضواء تنطفئ. بعد دقيقة واحدة ، كانت مقاطعة كيبيك بأكملها مظلمة. توقفت أنظمة التدفئة الكهربائية عن العمل. وكذلك المصاعد ، حتى بين الطوابق. تحولت ناطحات السحاب في مونتريال إلى ظلال تلوح في الأفق. تسعة ملايين شخص كانوا ضعفاء. في ذلك الصباح ، تم إغلاق مترو الأنفاق والمطار. أصدرت شركة الكهرباء بيانًا:"يجب على كل سائقي السيارات الجالسين عند إشارات المرور السباب أن يدركوا أنه ليس خطأنا".
تعرضت شبكات الكهرباء في شمال الولايات المتحدة للصدمات أيضًا ، لكن لم تنطفئ أنوارها.
نتج عرض الضوء والتعتيم بسبب ما يسميه العلماء مغنطيسيًا جغرافيًا (JEE-oh-mag-NET-ik) عاصفة . يحدث عندما يصطدم تيار نشط من الجزيئات من الفضاء الخارجي بالمجال المغناطيسي الذي يحيط بالأرض ويحميها. العواصف المغناطيسية الأرضية هي أحد الأمثلة على طقس الفضاء.
عادةً ما تصف كلمة "الطقس" ما يحدث في الجزء السفلي من الغلاف الجوي للأرض. يصف طقس الفضاء الأحداث التي تحدث على نطاق أوسع بكثير ، من الشمس إلى الأرض.
يدرس العلماء طقس الفضاء لمعرفة كيفية التنبؤ بالعواصف الشديدة. كما تعلمت كيبيك في عام 1989 ، يمكن أن يكون لتلك الاستحمام بالجسيمات عالية الطاقة من الفضاء الخارجي عواقب وخيمة ، بل تهدد الحياة على سطح الأرض.
كما هو الحال مع الطقس على الأرض ، يصعب التنبؤ بطقس الفضاء. لكن العلماء يعرفون بالفعل السبب وراء كل عاصفة في طقس الفضاء:شمسنا.
يأتون من الفضاء الخارجي
تبدأ العواصف الكبيرة مثل تلك التي حدثت في عام 1989 بطرد يشبه التجشؤ لجسيمات عالية الطاقة من الشمس. وهذا ما يسمى بالقذف الكتلي الإكليلي (Koh-ROH-nuhl). بعد رحلة طولها 150 مليون كيلومتر (93 مليون ميل) ، اصطدمت النقطة النشطة بالمجال المغناطيسي للأرض.
يقول دانيال بيكر:"ضربت تلك الانفجارات الكبيرة من المواد الأرض وتسببت في أشد عواصف الطقس الفضائي". إنه عالم فيزياء فلكية بجامعة كولورادو بولدر. لقد كان يدرس طقس الفضاء منذ عقود.
يمكن أن تهدد هذه العواصف شبكة الكهرباء وتؤدي إلى انقطاع التيار الكهربائي على نطاق واسع. يمكنهم إتلاف الأقمار الصناعية - خاصة تلك الموجودة في المدارات العالية - أو إخراجها من الخدمة. تتيح الأقمار الصناعية الاتصال والملاحة حول العالم ، لذا فإن فشلها قد يشل العديد من الأنظمة.
قد تؤدي الجسيمات عالية الطاقة أيضًا إلى إصابة رواد الفضاء أو الركاب على متن طائرات تحلق عالياً في السماء ، لأن المركبات الفضائية والطائرات لا توفر الكثير من الحماية. ويتوقع بعض العلماء أن عاصفة مغناطيسية أرضية قوية يمكن أن تلحق الضرر بالأجهزة الإلكترونية.
في الوقت الحالي ، لا يمكن للباحثين توقع مثل هذه الأحداث في وقت مبكر جدًا. كما أنهم لا يعرفون مدى خطورة العاصفة. جزء من المشكلة هو أن اكتشاف طقس الفضاء يعني فهم الشمس. والشمس نفسها عبارة عن لغز عملاق متوهج وصاخب.
يدرس الفيزيائي بيت رايلي كيف يشكل سلوك الشمس طقس الفضاء. يعمل في شركة تسمى Predictive Science في سان دييغو ، كاليفورنيا. للتنبؤ بأسوأ سيناريو لطقس الفضاء ، كما يقول ، يتعين على العلماء التفكير في سؤالين مهمين.
أولاً ، ما هو أسوأ شيء يمكن أن تلقيه علينا الشمس؟
وثانيًا ، ما هو أسوأ ضرر يمكن أن يحدثه على الأرض؟
برقيات مشتعلة
لحسن الحظ ، العواصف الفضائية نادرة. يلاحظ أليكس هاندز:"إننا محميون جيدًا في معظم الأوقات بالمجال المغناطيسي في الغلاف الجوي العلوي". إنه عالم فيزياء بجامعة سوري في إنجلترا. يدرس تهديد الطقس الفضائي للأقمار الصناعية.
كانت أقوى عاصفة للطقس الفضائي معروفة للعلماء هي أول عاصفة تمت ملاحظتها على الإطلاق. حدث ذلك في عام 1859 ، فجر العصر الكهربائي. في أول يومين من شهر سبتمبر من ذلك العام ، أضاءت الشفق القطبي اللامع سماء الليل الشمالية. يقول بيكر إن الأضواء الجوية كانت ساطعة لدرجة تمكن الناس من قراءة الصحف في الليل.
يقول العلماء:طقس الفضاء
كانت هذه الأيام الأولى للتكنولوجيا. كانت التلغراف شائعة ، ولكن مرت 20 عامًا قبل أن يحصل توماس إديسون على براءة اختراع لأول مصباح كهربائي. وصفت المقالات الصحفية التي كُتبت خلال العاصفة الفضائية آلات التلغراف التي تتسبب في إلقاء الشرر والأوراق بالقرب من أسلاك التلغراف التي اشتعلت فيها النيران.
في ذلك الوقت ، كان عالم الفلك البريطاني ريتشارد كارينجتون يدرس الشمس. قبل أيام قليلة من العاصفة ، لاحظ وجود بقع داكنة على سطح الشمس. نحن الآن نسمي هذه البقع الشمسية ، ويمكن أن يكون بعضها بحجم الأرض.
بينما واصل كارينجتون دراسة الشمس ، رأى ومضين من الضوء الساطع. يبدو أنهم أتوا من البقع الشمسية. كان يشك في أن البقع الشمسية وتلك الومضات الساطعة مرتبطة بالعاصفة الكهربائية الغريبة. (نظرًا لأن كارينجتون قام بهذا الارتباط ، فإن عاصفة عام 1859 تُعرف الآن باسم حدث كارينجتون).
منذ ذلك الحين ، أكد العلماء فرضية كارينجتون. البقع الشمسية وتلك الومضات الساطعة ، التي تسمى الآن التوهجات الشمسية ، مرتبطة بالطقس الفضائي. في 160 عامًا الماضية ، اكتشف العلماء كيفية تتبع عواصف الطقس الفضائي من أصولها على سطح الشمس إلى آثارها على الأرض.
يوضح رايلي أن سبب هذه العواصف "يتعلق بالطاقة المغناطيسية للشمس".
المحرك المغناطيسي لطقس الفضاء
عند رؤيتها من الأرض ، تبدو الشمس هادئة ولا تتغير. عن قرب قصة مختلفة.
الشمس عبارة عن كرة دوارة كبيرة من البلازما المتماوجة. هذا غاز مصنوع من جسيمات مشحونة. هذا يجعل الشمس مكانًا بريًا.
كل هذا التدوير والتموج ينتج مجالات مغناطيسية . المجال المغناطيسي هو الفضاء حول المغناطيس حيث يمكن للمغناطيس أن يمارس قوة على أشياء أخرى. على سبيل المثال ، يتسبب المجال المغناطيسي للأرض في توجيه البوصلة إلى الشمال من خلال ممارسة قوة على الإبرة المغناطيسية الدوارة. (يمكنك رؤية المجال المغناطيسي حول قضيب مغناطيسي عن طريق رش برادة الحديد حوله. تصطف الحشوات في خطوط منحنية متوازية تربط أحد طرفي المغناطيس بالطرف الآخر.)
المجالات المغناطيسية للشمس أكثر تعقيدًا. لا يعرف العلماء ما إذا كانوا على السطح فقط أم أنهم امتدوا إلى أعماق الشمس. إنهم يعرفون أن للشمس قطبًا شماليًا وقطبًا جنوبيًا ، تمامًا كما تفعل الأرض. ولكن على عكس الأرض ، فإن الشمس ليست صلبة. لذلك أثناء تدويرها ، تلتف هذه الحقول إلى أشكال تشبه الحلزونية. حتى أن البعض يبرز في الفضاء مثل الحلقات.
تخيل الشمس ككرة دوارة من الأربطة المطاطية. يمثل كل شريط مطاطي خط مجال مغناطيسي. ومع ذلك ، فإن منتصف هذه الكرة تدور بسرعة مختلفة عن سرعة أعلى وأسفل. نتيجة لذلك ، يتم سحب بعض الأربطة المطاطية - الحقول المغناطيسية - وتمددها. أنها تمتد أكثر إحكاما وضيق حتى ... المفاجئة!
هذا الخاطف يطلق الطاقة عندما تنكسر خطوط المجال وتعيد الاتصال. يعرف علماء الفلك أنه حيثما تنقطع خطوط المجال ، تصبح الشمس نشطة مغناطيسيًا. من المرجح أن تحتوي هذه المناطق على بقع شمسية ، وهي علامات على النشاط. قد تنتج هذه المناطق أيضًا توهجات شمسية - ومضات ساطعة ، كما رأى كارينجتون. توهج شمسي ، بضوء ساطع وأشعة سينية ، يصل إلى الأرض بعد ثماني دقائق من تشكله.
غالبًا ما ترتبط التوهجات الشمسية بالقذف الكتلي الإكليلي أو CMEs. عندما تكون الشمس نشطة ، فإنها ترسل عددًا قليلاً من الكتل الإكليلية المقذوفة إلى الفضاء كل يوم. يمكن أن تكون هذه عملاقة. يبدو بعضها بحجم الشمس نفسها تقريبًا. عندما تكون الشمس أكثر هدوءًا ، تظهر CME مرة واحدة فقط كل بضعة أيام. لكن لا تنخدع ، كما يقول بيكر. لا يزال بإمكان CME من شمس هادئة أن ينشر الخراب على الأرض.
يقول:"لمجرد وجود عدد قليل نسبيًا من البقع الشمسية لا يعني أن الشمس غير قادرة على إنتاج عاصفة قوية لها عواقب على التكنولوجيا البشرية".
يتبع النشاط المغناطيسي للشمس نمطًا منتظمًا إلى حد ما. كل 11 عامًا ، تغير الأقطاب المغناطيسية للشمس أماكنها. يطلق العلماء على الوقت بين هذا المفتاح الدورة الشمسية . تميل السنوات القليلة الأولى من الدورة إلى الهدوء. في النصف الأخير ، تستيقظ الشمس وتصبح الأمور ممتعة. يرى العلماء المزيد من البقع الشمسية في نهاية الدورة. وذلك أيضًا عندما أصبحت CME أكثر شيوعًا.
تولد عاصفة
تنطلق الشمس من صاروخ CME مثل قذيفة مدفع بلازما عملاقة. تنضم تلك الكتلة الكبيرة من الطاقة إلى الرياح الشمسية ، وهي تيار مستمر من الجسيمات المشحونة التي تنتقل من الشمس إلى الأرض. يكمل معظم التعليم الطبي المستمر الرحلة في غضون أيام قليلة. كانت كتلة CME التي تسببت في حدث كارينغتون ذات كتلة تعادل كتلة مذنب. كما انطلق عبر الفضاء أسرع من 2000 كيلومتر في الثانية (4.5 مليون ميل في الساعة). وصلت بعد أقل من يوم من مغادرتها الشمس.
يشبه CME قطعة من الشمس. حتى أن لديها مجالها المغناطيسي الخاص. ويؤثر اتجاه مجالها على مقدار الخطر الذي يشكله التعليم الطبي المستمر على الأرض. أحيانًا يصطف المجال المغناطيسي لـ CME مع المجال المغناطيسي للأرض. في مثل هذه الحالات ، يكون الشمال المغناطيسي هو نفسه في CME كما هو الحال على الأرض. عندما يحدث ذلك ، فإن مجال الأرض يحمي الكوكب من الطاقة الزائدة.
تتنافر الشحنات المتشابهة ، مثل الأطراف الشمالية لمغناطيسين ستدفع بعضهما البعض بعيدًا. يقول بيكر:"إنها مثل ضربة خاطفة". يرتد نوع CME بعيدًا عن الأرض دون التسبب في ضرر كبير.
ولكن عندما يتم توجيه المجالين المغناطيسيين في اتجاهين متعاكسين ، انتبه.
يقول بيكر:"إنه يفتح الباب على مصراعيه". تنفجر الجسيمات المشحونة في CME في اتجاه الأرض مباشرةً. يؤدي تدفق الطاقة إلى عواصف مغنطيسية أرضية كبيرة يمكن أن تحدث الخراب.
يقول بيكر إن معرفة الطريقة التي ستساعد بها النقاط الميدانية لـ CME العلماء على التنبؤ بالمخاطر من حدث ما. يقول:"إنه أصعب شيء نواجهه في التنبؤ بطقس الفضاء". إذا عرف العلماء كيف اصطفت النقطة عندما غادرت الشمس ، "سنكون متقدمين بأميال في قدرتنا على التنبؤ."
خطأ وشيك وأسوأ سيناريو
يتعلم الباحثون الذين يدرسون طقس الفضاء المزيد عن كيفية تحرك الطاقة عبر الفضاء. لكنهم يريدون حقًا معرفة كيفية التنبؤ بالأحداث الخطيرة والاستعداد لها.
في 23 يوليو 2012 ، أطلقت الشمس CME عملاقًا باتجاه الأرض. لقد فاتها ، ولكن ليس كثيرا. إذا كانت قد غادرت الشمس قبل 10 أيام ، لكانت قد تسببت في مشاكل. يقدر بيكر أنه كان من الممكن أن يتسبب في حدوث عاصفة مغنطيسية أرضية أقوى من حدث كارينغتون. وكان من الممكن أن يتسبب في المزيد من الضرر. ذلك لأن المجتمع يعتمد على الأجهزة الإلكترونية الآن أكثر بكثير مما كان عليه قبل 160 عامًا.
يقول:"لقد كنا محظوظين للغاية". "كان سينتج عاصفة قوية للغاية وربما حطمت الأرقام القياسية." ولم نكن مستعدين. كانت العاصفة تأتي عندما كانت الشمس هادئة لفترة طويلة. "ربما كنا نتخلى عن حذرنا قليلاً."
تشير تنبؤات أسوأ السيناريوهات إلى أن عاصفة كبيرة تتعلق بالطقس الفضائي قد تتسبب الآن في أضرار تتراوح قيمتها بين 1 تريليون إلى 2 تريليون دولار. تشير بعض التقديرات إلى أن مثل هذه العاصفة قد تقطع السبل بأكثر من 100 مليون شخص بدون كهرباء - بعضهم لأشهر أو حتى سنوات.
اكتشفت الأيدي ، في إنجلترا ، أن عاصفة شديدة بسبب طقس الفضاء يمكن أن تدمر الألواح الشمسية على الأقمار الصناعية. بعد ذلك ، لن يكونوا قادرين على إنتاج طاقة كافية للعمل. كما ستتلف المكونات الموجودة على متن الأقمار الصناعية. تستخدم الأقمار الصناعية للاتصالات والملاحة والدفاع. نظرًا لاعتمادنا على الأقمار الصناعية ، كما يقول ، فإن عواصف الطقس الفضائي تشكل تهديدات كبيرة.
أسئلة الفصل الدراسي
يقول بيكر إن وقت الاستعداد هو الآن. تشير الدراسات إلى أن عاصفة مثل حدث كارينجتون يمكن أن تحدث كل قرن أو نحو ذلك. هذا يعني أننا متأخرون عن موعد آخر كبير. ونظرًا لأننا نستخدم المزيد والمزيد من الأجهزة الإلكترونية ، فإننا معرضون بشكل متزايد للخطر ، كما يقول. "إن قابليتنا للتأثر بتأثيرات طقس الفضاء تزداد بشكل كبير بمرور الوقت."
ويقول إن الوكالات الحكومية بدأت مؤخرًا في الاعتراف بأن طقس الفضاء يشكل خطرًا طبيعيًا. أسوأ سيناريو يصفه يجمع بين عاصفة مغناطيسية أرضية قوية وكارثة مثل الإعصار. ويقول إنه يمكن ترك الناس عالقين في حاجة إلى المساعدة.
في الواقع ، يقول ، "يمكن أن يكون شيئًا مدمرًا للغاية."
