فكرة "الطيران عبر عاصفة شمسيةيبدو الأمر ملحميًا، لكن الواقع التشغيلي في قمرة القيادة يختلف تمامًا عما تراه في الأفلام. في عاصفة شمسية، قد تبدو السماء خالية من العيوب للعين المجردة؛ ومع ذلك، البيئة الفضائية حول الأرض تغيرت ويترتب على ذلك تداعيات على الاتصالات والملاحة وتخطيط المسارات، وخاصة في خطوط العرض العليا.
في الوقت نفسه، لا ينبغي الخلط بين العواصف الشمسية والعواصف الجوية. سيواجه الراكب المسافر من دنفر إلى شيكاغو عند عبور جبهة حمل حراري كبيرة اضطرابات جوية أو تحويلات في مساره أو تأخيرات بسبب الأحوال الجوية التقليدية، بينما قد تُجبر العاصفة الشمسية... إعادة برمجة الطرق القطبية، أو زيادة الانفصالات، أو تغيير الإجراءات دون أي غيوم أو برق في الأفق. فهم كلٍّ من هذه الأمور وتأثيرها على الطيران أمرٌ أساسيٌّ للحدّ من المشاكل وزيادة السلامة.
ما هي العاصفة الشمسية وكيف تنشأ؟
الفضاء بين الشمس والأرض ليس "فارغًا" تمامًا؛ فنحن نغرق في تدفق مستمر من الإشعاع والجسيمات دون الذرية التي نسميها الرياح الشمسية. عندما يشتد النشاط الشمسي، يمكن للشمس أن تطرد كميات كبيرة من البلازما المشحونة والإشعاع في شكل ومضات و الانبعاث الكتلي الإكليلي (CMEs)، والتي تتحرك بسرعة هائلة وتضرب أحيانًا بيئتنا الكوكبية.
سطح الشمس عبارة عن محيط من البلازما المتحركة، مع مناطق ذات نشاط مغناطيسي مكثف نراها كبقع شمسية. تتطور هذه المناطق على مدار دورات تبلغ حوالي 11 عامًا؛ وفي ذروة الدورة، التوهجات والانفجارات الكتلية الإكليلية أكثر تواترا وقوةفي النوبات الشديدة، يتم إطلاق "سحب" من الجسيمات والمجالات المغناطيسية التي تصل إلى الأرض في غضون ساعات أو أيام.
يمكن تمييز عدة مراحل/تأثيرات: 1) الوهج، الذي يصدر دفعة من الإشعاع الكهرومغناطيسي وتصل إشاراته (الضوء، الأشعة السينية) في حوالي 8 دقائق؛ 2) عاصفة الإشعاع الشمسي3) الجسيمات النشطة التي يمكن أن تؤثر بشكل خاص على الأقمار الصناعية وتلك التي تعمل خارج الحماية الجوية؛ و3) الانبعاثات الكتلية الإكليلية، وهي كتلة ممغنطة من البلازما يمكن أن تؤدي إلى عواصف جيومغناطيسية عند التفاعل مع الغلاف المغناطيسي.
إن اتجاه المجال المغناطيسي لـ CME أمر بالغ الأهمية: إذا وصل بمكون جنوبي وارتبط بكفاءة بحقل الأرض، يعطي الغلاف المغناطيسي المزيد من الطاقة وتكون التأثيرات أكبر (تدهور الاتصالات، والتيارات الكهربائية المُستحثة، إلخ). أما في التكوينات "السليمة" المُوجهة شمالًا، فيكون التأثير أقل.
من يراقب الزمكان وكيف يتم تصنيفه؟
هناك تنسيق دولي لـ مراقبة الطقس الفضائي والتحذير منهتتألف خدمة البيئة الفضائية الدولية (ISES) من 13 دولة - الولايات المتحدة الأمريكية، وكندا، والبرازيل، وأستراليا، واليابان، والصين، والهند، وروسيا، وبولندا، وجمهورية التشيك، وبلجيكا، والسويد، وجنوب أفريقيا - وتعمل كشبكة لتبادل البيانات والتنبيهات. وتُقدم الإدارة الوطنية للمحيطات والغلاف الجوي (NOAA)، من خلال مركزها للتنبؤ بالطقس الفضائي، ينشر تنبيهات ومقاييس شدة مستخدمة على نطاق واسع.
تصنف الإدارة الوطنية للمحيطات والغلاف الجوي التأثيرات الرئيسية إلى ثلاث عائلات بمستويات تتراوح من 1 إلى 5 (من الخفيف إلى الشديد): انقطاع الراديو (R), عاصفة الإشعاع الشمسي (S) y العاصفة الجيومغناطيسية (G)وهي طريقة عملية لترجمة الملاحظات الشمسية والمغناطيسية إلى تأثيرات متوقعة على التقنيات والعمليات.
- R (انقطاع الراديو):تدهور أو فقدان اتصالات التردد العالي على الجانب المضاء بأشعة الشمس من الأرض؛ التأثير المحتمل على إشارات نظام الملاحة العالمي عبر الأقمار الصناعية.
- S (عاصفة الإشعاع الشمسي)الجسيمات عالية الطاقة التي تؤثر على الأقمار الصناعية والاتصالات في خطوط العرض العليا؛ تشكل خطرا على رواد الفضاء غير المحميين.
- G (العاصفة الجيومغناطيسية): التقلبات في الشبكات الكهربائية، والتيارات المستحثة في البنية التحتية والاضطرابات الواسعة النطاق في الأنظمة المدارية والراديويّة.
يُستخدم أيضًا تصنيف سطوع الأشعة السينية للتوهجات: الفئة C (صغيرة)، M (متوسطة)، وX (كبيرة). تتراوح كل فئة من 1 إلى 9 (C1-C9، M1-M9، X1-X9)، مما يشير إلى شدتها. وبالتالي، يُعد حدث X2.7 توهجًا شديدًا؛ كلما زاد الرقم، زادت الطاقة المشعة والإمكانات المترتبة على التأثيرات المرتبطة بها.
التأثير على الطيران: ما الذي يتغير حقًا على متن الطائرة؟
في مجال الطيران التجاري، من المعروف جيدًا أن الجبهات الرئيسية الثلاث للتأثير على العاصفة الشمسية الشديدة هي: فقدان أو تدهور الاتصالات عالية التردد (خاصة على الطرق القطبية)، أخطاء وتدهور نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) ونظام الملاحة العالمي (GNSS) (يتطلب تعزيز إجراءات الملاحة وزيادة المسافات الفاصلة) وإعادة تخطيط الطرق لتجنب خطوط العرض المرتفعة خلال أوقات الذروة.
عندما يفشل نظام HF أو يتدهور، يمكن أن يفقد المراقبون الاتصال بالطائرة في المناطق النائية؛ ومن أجل السلامة، يتم تفعيل البروتوكولات المحافظة، وفي الحالات المطولة، تم تفعيل خطة الطوارئوبالتوازي مع ذلك، تصبح طبقة الأيونوسفير غير منتظمة، مما يؤدي إلى تغيير انتشار الراديو وإضافة أخطاء إلى إشارات GNSS، وبالتالي الحد من الأساليب المعتمدة على نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) أو زيادة التباعد الرأسي.
في المسارات القطبية - حيث تقلّ تغطية الترددات العالية جدًا (VHF) ويُعد التردد العالي (HF) أمرًا بالغ الأهمية - قد تختار شركات الطيران تحويل مسارها أو الطيران جنوبًا، مما يؤدي إلى استهلاك وقود أكثر، وإطالة أوقات الرحلات، واحتمالية التوقف غير المخطط له. هذا لا يعني أنك تحلق عبر منطقة خطرة بشكل واضح؛ بل يعني... في حالة عدم وجود سحابة في المقدمة، فإن البيئة الكهرومغناطيسية تجبر على اتباع نمط طيران أكثر تحفظًا..
فيما يتعلق بالإشعاع، لا داعي للقلق بالنسبة للمسافرين العرضيين. فالدرع الجوي والمجال المغناطيسي يُخففان الجرعات بشكل كبير. في الحالات الشديدة وفي الرحلات البحرية عبر خطوط العرض العليا، قد تزداد الجرعة قليلاً، ولهذا السبب، فإن أطقم العمل - الذين يقضون ساعات طويلة في البحر - يتم إدارتها باستخدام معايير التعرض التراكميإذا كانت ذروة الظروف الجوية تستدعي ذلك، يتم تأجيل المسار أو تعديل ملف الرحلة.
حالات حقيقية: من عام 1859 إلى أحدث الحلقات
نقطة المرجع التاريخية القصوى هي حدث كارينغتون (1859)، عاصفة هائلة تسببت في ظهور الشفق القطبي عند خطوط عرض منخفضة بشكل غير عادي و انهارت شبكات التلغرافمما تسبب في حرائق وأعطال في المعدات آنذاك. بعد ذلك بوقت طويل، في عام ١٩٨٩، تسببت حادثة أخرى في انقطاع شبكة الكهرباء في كيبيك لساعات، وألحقت أضرارًا بالأقمار الصناعية.
في العصر الحديث، وقع مثالٌ على اصطدام جوي في 24 يناير/كانون الثاني 2012 (انفجارٌ بقوة 8.7 درجة). حُوِّلت الرحلات العابرة للقطب الشمالي، وتأثرت بعض الطائرات في خطوط العرض العليا. لقد قاموا بتعديل مستوى طيرانهم للتخفيف من الآثار. كانت هناك مشاكل في الأقمار الصناعية ذات المدار القطبي؛ حتى أجهزة الاستشعار على قمر ACE تعطلت مؤقتًا بسبب انفجار الجسيمات.
شهدت تلك الدورة نفسها ذرواتٍ شديدة في مارس/آذار 2012: عواصف جيومغناطيسية وصلت قوتها إلى عشرة أضعاف قوة الرياح الشمسية المعتادة، وبلغت سرعتها حوالي 2.000 كيلومتر/ثانية لبعض الانبعاثات الكتلية الإكليلية. وحدث انقطاع للموجات الراديوية، مصنف على أنه R3، في مناطق من أستراليا والصين والهند، واستمر لساعات. تم الإبلاغ عن انقطاعات في الاتصالات عالية التردد في مناطق واسعة من الكوكب.
وفي الآونة الأخيرة، أدى النشاط المتزايد للدورة الحالية إلى ترك الشفق القطبي في خطوط العرض غير العاديةشهدت المنطقة المحيطة بأوشوايا توهجات شمسية شديدة، منها توهج بقوة 2.7 في مايو. وقد نبه مركز التنبؤ بالطقس الفضائي التابع للإدارة الوطنية للمحيطات والغلاف الجوي (NOAA) مشغلي الكهرباء والأقمار الصناعية، بالإضافة إلى سلطات الملاحة الجوية في المنطقة. وحذروا من إمكانية تعديل مسار الرحلة لعدة أيام بسبب تدهور نظام الملاحة عبر الأقمار الصناعية.
التنبؤ بالطقس الفضائي والعلوم التطبيقية
لقد تطورت المعرفة بشكل كبير: أصبحت الشبكات العالمية والأقمار الصناعية المخصصة لمراقبة الشمس والغلاف المغناطيسي متاحة الآن، بالإضافة إلى خدمات تنشر النشرات والتحذيرات في الوقت الفعلي تقريبًا. تتيح منصات مثل www.spaceweather.org أو خدمات ISES وNOAA للمشغلين وشركات الطيران... توقع التأثيرات واتخاذ القرارات التشغيلية.
يُعد قياس الأشعة الكونية مجالًا بحثيًا بالغ الأهمية لتوقع العواصف الجيومغناطيسية. تُسجل أجهزة الكشف المُثبتة في أنتاركتيكا - وهي بيئة مثالية نظرًا لموقعها على خط العرض ودور المجال المغناطيسي الأرضي - التغيرات آنيًا. عندما تصل سحابة بلازما ممغنطة، يميل إلى تقليل تدفق الأشعة الكونية المقاسة، والذي يعمل بمثابة "تحذير" لتعديل التوقعات التشغيلية.
الأشعة الكونية جسيمات عالية الطاقة، مصدرها خارج الأرض؛ وعند دخولها الغلاف الجوي، تصطدم وتتكاثر في "شلال" من الجسيمات الثانوية. تبلغ ذروة هذا التتابع على ارتفاع حوالي 10 كيلومترات، تحديدًا حيث تحلق الطائرات التجارية، مما يفسر ضرورة تواجد الطواقم. إدارة التعرض السنوي الخاص بكوخاصة على الطرق القريبة من القطبين وأثناء الأحداث الشمسية الشديدة.
وقد أنشأت المجموعات الأكاديمية لوحات معلومات عامة لتصور النشاط الشمسي والأشعة الكونية في الوقت الحقيقي، كما تقدم بعض الاتحادات الدولية منتجات تشغيلية لمساعدة الطيران المدني في اتخاذ قرار بشأن إلغاء رحلة قطبية، أو تعزيز الاتصالات البديلة، أو خطة للنوافذ ذات الفصل الأكبروتتطلب هذه العملية استمرارية على مدار الساعة طوال أيام الأسبوع وموارد مستدامة، والتي لا تزال قيد التوحيد في العديد من البلدان.
العاصفة الشمسية ليست مثل عاصفة الصيف
من المهم التأكيد على الفرق بين هذا والعواصف الجوية العادية. يتساءل المسافر عن مدى أمان السفر من دنفر إلى شيكاغو في ظل نظام الحمل الحراري الذي يغطي نصف البلاد، فيفكر في السحب الركامية، والاضطرابات الجوية الشديدة، وخطوط العواصف. في هذه الحالات، يستخدم طاقم الطائرة ومراقبو الحركة الجوية... الرادارات الموجودة على متن الطائرة وبيانات الأقمار الصناعية والتحويلات لتفادي الخلايا، والالتفاف حولها، أو انتظار تحسن أداء العداء.
عندما يكون النظام هائلاً، لا تُحلّق عبره مباشرةً؛ بل تتجوّل حول القطاعات الأقل نشاطًا أو تُؤخّر الرحلة. تُدار المسارات من خلال فترات زمنية محددة، ومستويات، وحد أدنى من الظروف الجوية، وخطط طوارئ. على النقيض من ذلك، لا تُشكّل العاصفة الشمسية غيومًا لتجنّبها الرادار؛ فتأثيرها كهرومغناطيسي وعملي. لذلك، إنه ليس "مرئيًا" ولا "متقاطعًا" وعلى هذا النحو، تتم إدارة المخاطر من خلال خطط الاتصال والملاحة والمسار.
أجرت ناسا أيضًا حملات لدراسة العواصف... ولكن من النوع الجوي. ومن الأمثلة على ذلك مهمة TC4 في أمريكا الوسطى، حيث حلقت طائرات مثل ER-2 وWB-57 وDC-8 إلى طبقتي التروبوبوز والستراتوسفير لقياس الجسيمات التي تحقنها العواصف العميقة. كيف تؤثر السحب الرقيقة على توازن الطاقة الكوكب. لا علاقة لهذا بالعواصف الشمسية، بل بالأرصاد الجوية وتغير المناخ.
استخدمت تلك الحملات نظام RTMM (مراقبة المهام في الوقت الفعلي)، وهو نظام يدمج الأقمار الصناعية والرادارات وأجهزة الاستشعار لعرض صورة عامة آنية على العلماء. وتشبه الفكرة، في جوهرها، كيفية إدارة الزمان والمكان. دمج البيانات من مصادر متعددة اتخاذ قرار سريع باستخدام أفضل المعلومات المتاحة.
الاتصالات ونظام تحديد المواقع العالمي (GPS) والشبكات: لماذا تتأثر؟
خلال العواصف الجيومغناطيسية القوية، تُضيف التيارات في الغلاف الأيوني والجسيمات التي تسقط فيه حرارةً وتُغير كثافته. يُغير هذا كيفية انتشار موجات الراديو عالية التردد وكيفية انتقال إشارات نظام الملاحة العالمي عبر الأقمار الصناعية (GNSS)، مما يُسبب أخطاءً في تحديد المواقع، وأحيانًا... انقطاعات اسمية في أقسام الاتصالات ترددات عالية. في المدارات المنخفضة، يتمدد الغلاف الجوي ويزيد من المقاومة الديناميكية الهوائية، مما يؤثر على الأقمار الصناعية الصغيرة.
في الشبكات الكهربائية، تُحفّز التغيرات الجيومغناطيسية تياراتٍ في الخطوط والأنابيب الطويلة، مما قد يُفعّل أجهزة الحماية أو يُتلف المُحوّلات. هذا ليس خيالًا علميًا: إذ يتلقى مُشغّلو الكهرباء تنبيهاتٍ رسميةً من الإدارة الوطنية للمحيطات والغلاف الجوي (NOAA) لوضع الأنظمة في الوضع الآمن. في عالم الأقمار الصناعية، يُمكن للجسيمات النشطة أن تُسبّب "أوامر وهمية" (تغييرات في البتات بسبب التفريغات) قادرة على... قم بإيقاف تشغيل الهوائيات أو طي الألواح إذا لم يتم التخفيف منها من خلال التكرار والحماية.
من جانبها، يجمع قطاع الطيران بين إجراءات تخفيف معروفة: مسارات بديلة، وروابط بوسائل أخرى (مثل SATCOM، وCPDLC، وVHF في حال توفر التغطية)، وزيادة الفصل، وقيود مؤقتة على إجراءات GNSS عند انخفاض الدقة. في حال تأثر التردد العالي (HF)، تُطبق الإجراءات التالية: فقدان إجراءات الاتصالات وتعزيز التنسيق بين مراكز التحكم.
أسئلة سريعة وتفاصيل رئيسية
متى تبدأ التأثيرات؟ يصل الإشعاع الكهرومغناطيسي من الوهج الشمسي في غضون دقائق (ولهذا السبب يُلاحظ انقطاع البث الراديوي أحيانًا بشكل فوري تقريبًا)، بينما يستغرق القذف الكتلي الإكليلي (CME) من بضع ساعات إلى عدة أيام. في عام ٢٠١٢، قُيست جسيمات تتحرك بسرعة تزيد عن ٦ ملايين كيلومتر في الساعة؛ أسرعها تجاوزت 2.000 كم/ثانية.
هل هو آمن على الأرض؟ نعم. يحمينا الغلاف الجوي والمجال المغناطيسي بفعالية كبيرة. وماذا عن الركاب؟ بالنسبة لمن يسافرون أحيانًا، حتى خلال فترات النشاط الشمسي العالي، تكون الجرعة الإضافية ضئيلة. طواقم ومسارات الرحلات القطبية. ويتم إدارتها من خلال المراقبة والتخطيط الجرعي.- تأجيل الأقسام إذا لزم الأمر أثناء الأحداث الشديدة.
هل يمكن أن "ينهار" الدرع؟ في الظروف شديدة الكثافة المؤاتية للاقتران المغناطيسي، يمكن أن يضعف الغلاف المغناطيسي وينقل كمية كبيرة من الطاقة إلى الغلاف الجوي. هذا هو السيناريو الأكثر خطورة على شبكات الطاقة وأنظمة الأقمار الصناعية. تشمل التدابير الموصى بها: عمليات الإغلاق المُتحكم بها والأوضاع الآمنة مؤقتًا في البنية التحتية الحيوية.
كيف أحصل على تحديثات الطقس الفورية؟ بالإضافة إلى نشرات NOAA/ISES والخدمات الإقليمية، تُدمج العديد من شركات الطيران بيانات الطقس الفضائي في جدول رحلاتها. يُرجى العلم أن بعض مواقع التواصل الاجتماعي لا تعمل إلا مع تفعيل JavaScript؛ على سبيل المثال، تتطلب بعض صفحات X متصفحًا متوافقًا للتشاور مع مركز المساعدة الخاص بهم وعرض المحتوى المضمن.
هل فُقدت أقمار صناعية حديثة بسبب هذا؟ نعم؛ فقد تسببت زيادة كثافة الغلاف الجوي نتيجةً لارتفاع درجة حرارة الطبقات العليا في سقوط أقمار صناعية صغيرة في مدار أرضي منخفض في حالاتٍ حديثة. وفي حالاتٍ أخرى، الجسيمات النشطة تتلف الإلكترونيات أو إعادة التشغيل بالقوة؛ ولهذا السبب توجد إجراءات لتأمين الهوائيات والألواح في حالة التحذيرات من العواصف.
ماذا عن الرحلات الجوية هذه الأيام؟ أصدرت هيئات مثل Aerocivil تحذيرات خلال فترات النشاط الشمسي العالي، مشيرةً إلى أنه "قد يتم تعديل بعض المسارات" بسبب تدهور نظام الملاحة عبر الأقمار الصناعية. إنها رسالة تحذيرية. في حالة حدوث تدهور في نظام GNSS، يتم تطبيق البدائل. ويتم إعطاء الأولوية للسلامة، مع حدوث تأخيرات أو تحويلات في بعض الأحيان.
نقطة عملية أخيرة: مع أن قول "سأطير عبر عاصفة شمسية" يبدو مُبهرًا، إلا أن الطائرة لا تحلق في الواقع عبر أي سحابة بلازما مرئية؛ بل تحلق عبر مساحة من الفضاء حيث يتعطل الغلاف الأيوني والمغناطيسي. بالنسبة للراكب، عادةً ما تُترجم هذه التجربة، على الأكثر، إلى... رحلة أطول قليلاً، أو تحويلة، أو رسائل المقصورة توضيح التأخير.
بالنظر إلى الصورة الشاملة، يمتلك قطاع الطيران اليوم مقاييس (R/S/G، Kp)، وشبكات تحذير عالمية، وأجهزة استشعار في المدار وعلى الأرض، وبروتوكولات متينة للعمل بأمان أثناء ظواهر الطقس الفضائي. ولا يزال الطقس الكلاسيكي يُشكل تهديدًا أكثر تكرارًا للأداء في الوقت المحدد والسلامة التشغيلية العامة من الشمس. ومع ذلك، لفهم هذه الظاهرة وتمييزها عن العواصف الحملية ومعرفة كيفية إدارتها يساعدك على السفر بهدوء أكبر وفهم سبب تغير خطة الرحلة أحيانًا أثناء الطيران.
