ماذا سيحدث لو ضربتنا مباشرة اليوم كتلة إكليلية هائلة من الشمس؟ السؤال ليس خيالا علميالأن شيئًا كهذا قد حدث بالفعل وقلب الكوكب رأسًا على عقب: نحن نتحدث عن ما يسمى حدث كارينغتون، والتي تعتبر أكبر عاصفة شمسية لدينا سجل آلي وشهادات عنها.
ولم تكن تلك الصدمة الكونية مجرد حكاية بسيطة. من نهاية شهر أغسطس إلى بداية شهر سبتمبرفي قلب القرن التاسع عشر، أضاءت السماء بالألوان، واحترقت أجهزة التلغراف في عدة دول، وانحرف الغلاف المغناطيسي للأرض كعجينة اللعب. ولكن انتبهوا: تشير الأبحاث الحديثة إلى أن الأمر كان أشد مما كنا نعتقد، مع تغيرات في المجال المغناطيسي بمعدل يهدد عالمنا اليوم. البنى التحتية الأكثر أهمية.
ما هو حدث كارينغتون وكيف حدث؟
ولوضع الأمور في نصابها الصحيح، يتعين علينا العودة إلى الأول من سبتمبر/أيلول عام 1859. ريتشارد سي كارينجتونكان عالم فلك بريطاني يرصد مجموعة ضخمة من البقع الشمسية عندما رأى وميضًا من الضوء الأبيض على قرص الشمس: وهج استثنائي، مرئي حتى في ضوء النهار المستمر. بعد 17 ساعة و40 دقيقة فقط، المواد التي تقذفها الشمس (القذف الكتلي الإكليلي) وصلت إلى الأرض بطريقة سريعة بشكل غير عادي.
وسبقت هذه الحلقة أيام من الاضطرابات على سطح الشمس. تم إحصاء عدد كبير من البقع اعتبارًا من 28 أغسطس فصاعدًا. ومضات من الضوء؛ في الواقع، تم تسجيلها بالفعل في تلك الليلة شفق قطبي غير عادي في جميع أنحاء أمريكا الشمالية. بلغت ذروتها بين الأول والثاني من سبتمبر، عندما اشتد التفاعل بين الشمس والأرض، وأطلقت العاصفة الجيومغناطيسية قوتها الكاملة.
وتشير التحقيقات إلى سلسلة من عمليات الطرد. الأول استغرق ما بين 40 إلى 60 ساعة (طبيعيًا)بينما الثاني الذي سافر عبر "ممر البلازما المفتوحبسبب الاصطدام السابق، استغرق الأمر 17 ساعة فقط لقطع مسافة 150 مليون كيلومتر. أما الاصطدام الثاني، فقد جاء بمجال مغناطيسي موجه نحو الجنوب، مثالية للربط واهتزاز الحقل الأرضي، وكان هو الذي أثار العاصفة الجيومغناطيسية الحقيقية.
وفي غضون دقائق، تم تسخين الغلاف الجوي العلوي بواسطة الأشعة السينية والأشعة فوق البنفسجية من الوهج، لقد توسعت وزادت من "السحب" على مدار الأرض المنخفضتعرض الغلاف المغناطيسي، الذي يمتد عادةً حتى مسافة 60,000 كيلومتر تقريبًا من الأرض، لضغط هائل، حيث تشير التقديرات إلى أنه يبلغ حوالي 7000 كيلومتر. ووردت تقارير تفيد بضعف حزام فان آلن الإشعاعي مؤقتًا. تفريغ البروتونات والإلكترونات نحو الغلاف الجوي وتغذية الشفق القطبي عند خطوط عرض لا يمكن تصورها.
ربما وصلت درجة حرارة شعلة كارينغتون إلى عشرات الميجا كلفن. ليس فقط الضوء المرئي: أيضًا الأشعة السينية وحتى أشعة جاماوصلت بروتونات بطاقة تقارب عشرات الملايين إلكترون فولت، وتوغلت عميقًا في الغلاف الجوي القطبي. وقد ربطت الدراسات الحديثة هذه الأمطار الجزيئية بانخفاض في الأوزون الستراتوسفيري بنسبة تقارب 5%، وهو انخفاض كان سيستغرق عدة سنوات للتعافي.
هكذا تم اختباره على الأرض: الشفق القطبي، والتلغراف، والليالي النارية
وكان الجزء "الإنساني" من الحدث مذهلاً ومزعجاً في الوقت نفسه. كانت هناك الكثير من الشفق القطبي في خطوط العرض المتوسطة وحتى المناطق الاستوائيةمن مدريد وروما، مرورًا بسانتياغو دي تشيلي وكونسيبسيون، إلى هافانا وهاواي وشمال كولومبيا (مع تقارير من مونتيريا وأيضًا كوستاريكا). وفي أستراليا، وصفت صحيفة موريتون باي كوريير "درجات اللون الأحمر الجميلة" لعدة ليال متتالية.
لقد تكرر المشهد في جميع أنحاء العالم: يمكنك قراءة الصحيفة في منتصف الليل مع وهج السماء الأخضر المحمر. في جبال روكي، استيقظ عمال المناجم، وأشعلوا نيرانهم، وتناولوا فطورهم، ظانّين أن الفجر قد بزغ، بينما كانت الساعة في الواقع الواحدة صباحًا. فسّر البعض تلك السماء المتوهجة على أنها نذير شؤم، وهو أمر مفهوم لمن لم يرَ شفقًا قطبيًا قط في حياته.
ولكن وراء هذا المشهد، كان الضرر حقيقيا. أنظمة التلغراف، ثم شبكة الاتصالات العالميةانهارت الشبكات في أوروبا وأمريكا الشمالية؛ وشهدت الشبكات طفرات في التيار الكهربائي أثّرت على المُشغّلين، واندلعت حرائق في المكاتب، وأعطالًا مُتتالية. وتشير التقارير إلى انقطاعات واسعة النطاق استمرت قرابة 14 ساعة. ومن المُفارقات أن بعض الوصلات كانت مُحمّلة بشحنات كهربائية جوية كثيفة... تمت نقل الرسائل بدون بطاريات.، مستفيدين من الطاقة الناجمة عن العاصفة نفسها. كيف يتم إعداد الدفاع التكنولوجي؟
كانت البنية التحتية للكهرباء في ذلك الوقت ناشئة، لذا كان التأثير التكنولوجي محدودًا مقارنة باليوم. تخيلوا حدوث حادثة مماثلة في القرن الحادي والعشرين.مع الأقمار الصناعية وشبكات الطاقة المترابطة ونظام تحديد المواقع العالمي والطيران والخدمات المصرفية الرقمية: فإن الأضرار ستكون بالمليارات وسيكون التعافي طويلاً ومعقدًا.
ما تقوله السجلات: أكثر كثافة مما كنا نعتقد
الكثير مما نعرفه يأتي من مراصد ذلك الوقت، مثل كيو وجرينتش (لندن). مقاييس المغناطيسية "الفوتوغرافية" الخاصة بهم استخدموا أشعة الضوء المنعكسة من المرايا لتتبع تطور المجال على ورق حساس للضوء. المشكلة: كانت العاصفة قوية لدرجة أن الضوء تجاوز نطاق الورق، مما أدى إلى تشبع التسجيل في لحظات حرجة.
وقد سمح التحول الرقمي الحديث لهذه الفرق باستخراج المزيد من القيمة. قياس سرعة الضربة قبل وبعد التشبعقُدِّر أن المجال المغناطيسي يتغير بمعدل لا يقل عن 500 نانو تسلا في الدقيقة عند خطوط عرض مثل خط عرض لندن، وهو رقم هائل. ولتوضيح ذلك، عند خط العرض هذا، يُعد الوصول إلى 350-400 نانو تسلا في الدقيقة مرة كل قرن أمرًا استثنائيًا؛ لذا قد يكون كارينغتون أكثر ملاءمةً ضمن نطاق... الأحداث القديمة.
وبالإضافة إلى أجهزة قياس المغناطيسية، فإن "البصمات الكيميائية" تدعم حجم الحدث. في نوى الجليد من جرينلاند والقارة القطبية الجنوبية رُصد ارتفاع حاد في النترات، مصحوبًا بانفجارات شديدة من الجسيمات الشمسية، هي الأكبر منذ خمسة قرون. يتوافق كل هذا مع عاصفة مغناطيسية أرضية شديدة جدًا وفقًا للمعايير التاريخية.
ما بعد عام 1859: أحداث مياكي وحلقات بارزة أخرى
حدث كارينجتون هو أكبر عاصفة جيومغناطيسية تم رصدها بشكل مباشر، ولكن إنه ليس أسوأ شيء فعلته الشمس إذا نظرنا إلى الوراء آلاف السنين، فقد كشفت دراسات الكربون المشع (C-14) لحلقات الأشجار عن "أحداث مياكي": وهي طفرات مفاجئة ناجمة عن انفجارات الجسيمات الشمسية. وُجدت تسعة منها خلال الخمسة عشر ألف عام الماضية، مع حلقات ملحوظة في 774 و 993 م
كشفت دراسة حديثة أجريت على حفريات فرعية لأشجار وجدت في نهر دروزيت (جبال الألب الفرنسية) عن ذروة عملاقة يعود تاريخها إلى ما يقرب من 14،300 سنةضعف عدد الأحداث تقريبًا في القرنين الثامن والعاشر. بمقارنة الكربون-14 بالبريليوم في عينات الجليد، تشير الأدلة إلى عاصفة شمسية شديدة كسبب. مثل هذه الأحداث، لو حدثت اليوم، قد يؤدي إلى تلف المحولات على نطاق واسع وتسبب انقطاعات للتيار الكهربائي لعدة أشهر، بالإضافة إلى التأثير على الأقمار الصناعية وفرض مخاطر إشعاعية على رواد الفضاء.
مع اقترابنا من عصرنا التكنولوجي، لم يعد هناك نقص في المخاوف. في عام 1989، تسببت عاصفة "صغيرة" في انهيار شبكة الكهرباء في كيبيك لأكثر من تسع ساعات، وخسائر بالملايين. في عام ١٩٩٤، عطّلت مشاكل في أقمار الاتصالات (ANIK E1 وE2) الخدمات في كندا، وفي عام ١٩٩٧، تضرر قمر تلستار ٤٠١. كما أُشير إلى آثار تمدد الغلاف الجوي الناتج عن الأشعة السينية على قمر صناعي ياباني في يوليو ٢٠٠٠.
وإضافة إلى المؤامرة، حدث في 23 يوليو/تموز 2012 قذف كتلي إكليلي، والذي وفقًا لتحليلات مختلفة، لامست مدار الأرض بعد أيام من مرورهاإذا تزامنت، فقد وصفتها بعض الدراسات بأنها أكبر بكثير من عاصفة كارينغتون. على أي حال، فهي بمثابة تذكير: العواصف العاتية ليست خرافة.
دون الذهاب إلى هذا الحد، في مايو 2024 رأينا الشفق القطبي عند خطوط عرض غير عادية وانقطاعات في الاتصالات اللاسلكية عالية التردد. بل إن الإدارة الوطنية للمحيطات والغلاف الجوي (NOAA) صنفت المستويات بأنها شديدة، وأصدرت تحذيرات لمشغلي البنية التحتية للتخفيف من الآثار المحتملة. وأشار تحليل أولي أجراه معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا (MIT) إلى أن ما يصل إلى نصف الأقمار الصناعية في مدار أرضي منخفض وقد سجلوا شذوذًا مرتبطًا بالعاصفة، بما في ذلك تعطيل أنظمة السلامة المضادة للتصادم مؤقتًا.
إذا حدث ذلك اليوم: المخاطر الحقيقية وكيف نستعد
وقد اختبرت وكالة الفضاء الأوروبية "أسوأ السيناريوهات". صاروخ من الفئة X45 (إشعاع في 8 دقائق)، يليه وابل من الجسيمات في غضون 10-20 دقيقة، وبعد حوالي 15 ساعة، انفجار كتلي إكليلي بسرعة 2000 كم/ثانية. الوصفة المثالية لانقطاعات نظام تحديد المواقع العالمي (GPS)/غاليليو، واضطرابات الرادار، الأعطال الإلكترونية في الأقمار الصناعية (تقلبات البت، وإعادة الضبط)، وفي المدار المنخفض، زيادة في السحب الجوي تصل إلى 400%.
على الأرض، يمكن للتيارات المستحثة جيومغناطيسيًا أن تشبع المحولات وتتسبب في إتلافها، تشويه موجات 50/60 هرتز وإجبار عمليات الإغلاق. كما أن خطوط الأنابيب والكابلات الطويلة وشبكات السكك الحديدية معرضة للخطر. ويُصبح اتخاذ القرار معقدًا بسبب تدهور البيانات، مناورة مراوغة إن اتخاذ خطوات لتجنب الاصطدام بالقمر الصناعي قد يؤدي إلى زيادة خطر الاصطدام بأجسام أخرى.
ولكسب الوقت وتقليل الأضرار، هناك مراقبة عالمية. يوفر DSCOVR بيانات في الموقع الرياح الشمسية؛ يدرس مسبار باركر الشمسي التابع لوكالة ناسا ومسبار سولار أوربيتر التابع لوكالة الفضاء الأوروبية أصل الانفجارات؛ وهناك أدوات جديدة تصل: سوريا، وهو الذكاء الاصطناعي المدعوم من آي بي إم وناسا، يعد تحسين التنبؤ بومضات البرق في وقت أقل. كما تقوم وكالة الفضاء الأوروبية بنشر شبكة D3S وإعداد مهمة Vigil إلى L5 لمشاهدة الشمس "من الحافة" و إصدار تحذيرات مبكرة.
عندما يصل التحذير في الوقت المناسب، يكون هناك مجال للمناورة. يمكن للمشغلين إعادة تكوين الأقمار الصناعيةفصل الأحمال الحساسة، أو إعادة توجيه الطائرات إلى مسارات أكثر أمانًا فيما يتعلق بالإشعاع، أو تقليل طاقة المحولات، أو تقسيم الشبكة لاحتواء الضرر. هذا لا يمنع وقوع الحدث، ولكنه... يخفف الفاتورة ويسرع عملية التعافي.
لماذا تستطيع صحيفة الشمس تقديم مثل هذا العرض؟
وراء كل عاصفة هناك مغناطيسية. البقع الشمسية هي مناطق ذات مجال مغناطيسي مكثفهناك، تحدث التوهجات (انفجارات إشعاعية) وانبعاثات كتلية إكليلية (سحب بلازما ذات مجالها الخاص). إذا وصل مجال الانبعاثات الكتلية الإكليلية جنوبًا، فإنه يقترن بشكل أفضل بالغلاف المغناطيسي و اندلعت العاصفة الجيومغناطيسية.
تأتي الطاقة النهائية من الاندماج النووي في قلب الشمس. في كل تفاعل، يتم التخلص من حوالي 0,7% من الكتلة تتحول إلى طاقة (E=mc²). تنتقل هذه الطاقة أولًا عبر المنطقة الإشعاعية (بسمك حوالي 500,000 كيلومتر)، ثم عبر المنطقة الحملية (بسمك حوالي 200,000 كيلومتر)، لتظهر على شكل حبيبات. هذا يغلي في الغلاف الضوئي. تتغير كل "حبيبة" خلال ١٠-١٥ دقيقة، مما يدل على النقل الحراري المستمر.
تبلغ دورة الشمس حوالي 11 عامًا، مع ذروة النشاط. تم تسجيل آلاف الظواهر خلال الدورة 2008-2019.حوالي ١٣٠٠٠ سحابة بلازمية وحوالي ٢١٠٠٠ وميض، مما يُعطي فكرة عن النشاط المفرط العرضي لنجمنا. معظمها يمر دون أن نلاحظه؛ في بعض الأحيان، ومع ذلكتذهب التسديدة مباشرة نحو المرمى.
التأثيرات التكنولوجية الموثقة والدروس المستفادة
وتزداد قائمة الأضرار الحديثة مع كل دورة. شبكات الطاقة والأقمار الصناعية والراديو ونظام تحديد المواقع العالمي (GPS)...أظهرت جميعها نقاط ضعف. توضح حالات مثل ANIK E1/E2 (1994) وTelstar 401 (1997) أن العواصف قد تُعطل الخدمات الأساسية. في عام 1989، تعلمت كيبيك درسًا قاسيًا كيف شركة استثمار حكومية سيئة الإدارة يصبح انقطاعًا هائلاً للتيار الكهربائي.
ويلعب الغلاف الجوي العلوي أيضًا دوره: عندما تقوم الأشعة السينية بتسخين الغلاف الحراري، تزداد الكثافة على ارتفاعات عالية والأقمار الصناعية في مدار أرضي منخفض تتباطأ سرعتها أكثر، وتستهلك الوقود أثناء تعديل مداراتها، وتزيد من خطر الاصطدامات. إذا جمعنا كل ذلك معًا، القياسات المتدهورة ومع تزايد عدد الأجسام التي "تتقاطع" مع بعضها البعض، تصبح إدارة حركة المرور في الفضاء بمثابة رحلة شاقة.
المفاهيم الأساسية للتوجيه
- مناخ الفضاء: مجموعة من الظروف التي تحيط بالشمس والوسط بين الكواكب والتي تؤثر على الأرض والتكنولوجيا.
- القذف الكتلي الإكليلي (CME):سحابة البلازما والحقل المغناطيسي التي يمكن أن تسبب عواصف جيومغناطيسية شديدة.
- الوهج الشمسي:انفجار إشعاعي (أشعة إكس/أشعة فوق البنفسجية) يصل خلال دقائق ويغير الغلاف الأيوني.
- النجم الساطع:سلوك الشمس كنجم قادر على إصدار توهجات شديدة الكثافة.
ومن الجدير أن نتحدث عن الاحتمالات. التقديرات الرياضية الأخيرة يُقدّرون احتمال حدوث عاصفة أخرى بقوة كارينغتون في العقود القادمة بنسبة تتراوح بين 0,46% و1,88%. هذا ليس مدعاة للذعر، ولكنه أمرٌ يجب الانتباه إليه. لديك خطط وتكراراتإذا كانت سجلات كيو وجرينتش، أو ارتفاع نسبة النترات في الجليد، أو حلقات الأشجار في جبال الألب تعلمنا أي شيء، فهو أن الشمس، من وقت لآخر، تلعب ألعابًا. لحظة عظيمةوبقدر ما نعتمد على الإلكترونيات، يتعين علينا أن نكون مستعدين للتحدي التالي.
