Obecny cykl słoneczny jest coraz bliżej swojej szczytowej aktywności. Dzięki temu mogliśmy obserwować już kilkukrotnie zorzę polarną nad Polską i wiele wskazuje na to, że jeszcze nie raz będziemy mieli okazję jeśli nie w tym, to w przyszłym roku. I jak z każdym szczytem aktywności cyklu słonecznego pojawiają się głosy, które wieszczą rychły upadek cywilizacji spowodowany zniszczeniem sieci energetycznej, ogólnoświatowego blackoutu oraz wszystkich urządzeń zasilanych przez prąd. Dlatego też postanowiłem sprawdzić, czy naprawdę nam cokolwiek zagraża, odwołując się do ekspertów.
Spis treści
Burza geomagnetyczna i szczyt cyklu słonecznego
Warto zacząć od… podstaw, czyli od cyklu słonecznego. Jest to okresowa zmiana aktywności słonecznej mierzona liczbą plam na powierzchni naszej gwiazdy. Zasada jest prosta: im więcej plam, tym wyższa aktywność Słońca. Pełny cykl ma 22 lata, jednak co około 11 lat występuje maksimum aktywności. Dlatego też wiele źródeł wspomina o cyklu 11-letnim. Obecnie znajdujemy się w 25. cyklu słonecznym, który rozpoczął się w grudniu 2019 roku. Oczywiście plamy słoneczne same w sobie nie stanowią dla nas zagrożenia. Problemem są koronalne wyrzuty masy, czyli uwalnianie olbrzymich ilości naładowanej materii o silnym polu magnetycznym. Te występują także pod nazwą rozbłysków słonecznych.
Jeszcze na początku 2020 roku alarmowali o nich naukowcy z NASA.
To, że cykl słoneczny jest poniżej średniej, nie oznacza, że nie ma ryzyka wystąpienia ekstremalnej pogody kosmicznej. Wpływ Słońca na nasze codzienne życie jest realny i istnieje. Personel SWPC pracuje 24 godziny na dobę, 7 dni w tygodniu, 365 dni w roku, ponieważ Słońce zawsze jest w stanie dać nam coś do prognozowania.
Doug Biesecker, fizyk zajmujący się Słońcem w Centrum Prognoz Pogody Kosmicznej w NOAA
Jeśli taki silnie naładowany obłok materii uderzy w ziemską magnetosferę, to zostanie przez nią zatrzymany, chociaż część z niej przedrze się tam, gdzie jest ona szczególnie słaba, czyli w okolicach biegunów magnetycznych. To właśnie w ten sposób powstają zorze polarne. Oczywiście takie wyrzuty, które trafiają w Ziemię, są stosunkowo częste. Zwykle są one jednak bardzo słabe i nie stanowią zagrożenia dla elektroniki na Ziemi, ani nawet dla tej w przestrzeni kosmicznej.
Czasami jednak są one na tyle silne, że są w stanie wpłynąć na satelity, oraz są w pewnym stopniu odczuwalne przez sieci energetyczne. Wtedy mówimy już o burzach geomagnetycznych. W dużym uproszczeniu jest to zakłócenie w magnetosferze Ziemi spowodowanym przez interakcję z wiatrem słonecznym, lub rozbłyskami słonecznymi. Przykładem skrajnych efektów takiej burzy jest zdarzenie z 1989 roku, kiedy to burza geomagnetyczna spowodowała rozległą awarię w sieci energetycznej w Quebecu w Kanadzie. Tą jednak naprawiono w ciągu kilkunastu godzin.
Problem z siecią energetyczną
No dobrze, ale w jaki sposób są one w stanie wpłynąć na sieć energetyczną? Otóż zakłócenia te indukują energię elektryczną w przewodnikach, tak jak robią to prądy wirowe w kuchenkach indukcyjnych. Tym samym czysto teoretycznie żarówka podłączona do odpowiednio długiego przewodu, który nie jest podłączony do źródła zasilania, może się zaświecić podczas odpowiednio intensywnej burzy geomagnetycznej.
Oczywiście nie jest to zjawisko, które daje nam po prostu darmowy prąd. Energia jest indukowana we wszystkich przewodnikach, jednak w myśl zasady: im większa jego długość, tym więcej energii zostaje zaindukowane. To natomiast może uszkodzić nie tylko same linie energetyczne, ale i urządzenia. Zwłaszcza te, które są podłączone do sieci elektrycznej. To natomiast może się zakończyć uszkodzeniem lub zniszczeniem kluczowych maszyn, oraz blackoutem obejmującym znaczną część świata. Mowa więc o konsekwencjach, na które dzisiejszy świat opierający się na błyskawicznym przesyle informacji nie jest gotowy.
Burza geomagnetyczna w obecnym cyklu słonecznym
Skoro już wiemy, czym jest to burza geomagnetyczna i jakie mogą być jej konsekwencje, to przejdźmy do odpowiedzi na pytanie: czy coś nam zagraża? W sieci krążą informacje o tym, że obecny cykl jest wyjątkowy i nieporównywalnie silniejszy, od poprzedników. Rzecz w tym, że tylko pierwsze określenie jest prawdziwe.
Otóż wyjątkowość tego cyklu polega na tym, że wedle ustaleń naukowców Słońce osiągnie szczyt aktywności wiele miesięcy wcześniej, niż pierwotnie zakładano. Pierwotnie ustalono, że ten nastąpi w lipcu 2025 roku. Teraz jednak okazuje się, że ten nastąpi między styczniem a październikiem 2024 roku.
W 2024 roku na Słońcu zaobserwowano kilka znaczących burz geomagnetycznych, które miały wpływ na Ziemię. Jak podaje Space Weather Prediction Center, w styczniu 2024 roku doszło do burzy o poziomie G1, co oznacza niewielkie zakłócenia. Incydent był rezultatem wielu rozbłysków słonecznych i erupcji filamentów, które miały miejsce od 21 do 23 stycznia.
Według portalu Geomag kolejna duża burza geomagnetyczna miała miejsce 9 maja 2024 roku. Trzy koronalne wyrzuty masy (CME) kierowane na Ziemię, obserwowane 8 maja, miały się połączyć i wywołać silną aktywność geomagnetyczną. Najbardziej intensywne okresy burzy wystąpiły 10 i 11 maja, osiągając poziomy G3. NASA przygotowała się już do intensywnego badania tych zjawisk, także na Marsie.
Aktywność Słońca osiągnie szczyt w 2024 r., co będzie rzadką okazją do zbadania, w jaki sposób burzea geomagnetyczna i promieniowanie mogą wpłynąć na przyszłych astronautów i roboty na Marsie. Ten szczytowy okres – zwany maksimum słonecznym – będzie obserwowany przez należący do NASA orbiter MAVEN (Mars Atmospheric and Volatiles Evolution) i łazik Curiosity.
NASA w komunikacie prasowym
Historyczne „rekordowe” burze geomagnetyczne
Jednak twierdzenia sugerujące jego niezwykłą na tle poprzedników siłę w najlepszym wypadku są niezrozumieniem tematu, a w najgorszym celowym wprowadzaniem ludzi w błąd. Otóż początkowo sądzono, że obecny cykl słoneczny będzie miał raczej niską intensywność i niczym szczególnym się nie wyróżni na tle poprzedniego, 24. cyklu, w którym odnotowano maksymalnie 115-116 (zależnie od źródła) plam słonecznych. Teraz jednak prognozy sugerują, że będzie on silniejszy, niż sugerowały pierwotne prognozy i w jego szczycie ma wystąpić od 137 do 173 plam słonecznych.
Owszem, jest to znacznie więcej, niż poprzednim cyklu. Warto jednak podkreślić, że 24. cykl był jednym z najsłabszych w historii pomiarów. Co więcej, 23. cykl, który również nie był zbyt intensywny, charakteryzował się większą ilością plam słonecznych (180), niż prognozowane maksimum dla obecnego cyklu.
Co więcej, cykl 19. przypadający na lata 60. czyli w czasach dość powszechnego dostępu do sieci energetycznej, miał w swoim maksimum aż 285 plam słonecznych, a mimo to nie spowodował żadnych większych problemów. Tym samym obecny cykl nie jest jakoś szczególnie groźny, wbrew temu, co niektórzy sugerują.
Burza geomagnetyczna: Wydarzenie Carringtona
Warto jednak pamiętać, że o ile liczba plam słonecznych przekłada się na aktywność Słońca, to potencjalne zagrożenia nie do końca idą z nią w parze. Dobrym przykładem tego jest Wydarzenie Carringtona z 1859 roku. Nazwa ta pochodzi od Richarda Carringtona, który zaobserwował i opisał związany z nim rozbłysk słoneczny.
Otóż w tamtym cyklu maksymalna liczba plam słonecznych wedle prognoz wynosiła 185. Problem w tym, że znaczenie ma nie tylko ich liczba, ale ich rozmiar, który idzie w parze z ewentualną siłą rozbłysku słonecznego. Natomiast kluczowe w tym wszystkim jest to, czy rozpędzona fala cząsteczek ominie Ziemię, czy też w nią uderzy. W pierwszym scenariuszu nawet potężny wyrzut nie wpłynie na naszą planetę. W drugim szczególnie mocny rozbłysk może doprowadzić do takiej samej tragedii, jaką była burza geomagnetyczna nazywana także jako Wydarzenie Carringtona.
W 1859 roku po raz pierwszy miała miejsce największa zarejestrowana burza geomagnetyczna, która znacznie uszkodziła wówczas system telegraficzny, powodując pożary z powodu iskrzenia sprzętu.
Według relacji świadków działały nawet telegrafy odłączone od zasilania. Co jak najbardziej jest możliwe, ponieważ telegraf to po prostu prymitywne urządzenie komunikacyjne pozwalające na przesyłanie informacji za pomocą sygnału elektrycznego na prostej zasadzie: jest napięcie przez krótki czas – kropka, oraz jest napięcie przez długi czas – kreska. Stan bez napięcia oznaczał brak komunikacji, natomiast sygnały wysyłano przez zwieranie obwodów elektrycznych. Wydarzenie to nie tylko wpłynęło na same telegrafy, ale także uszkodziło sieć elektryczną.
Burza geomagnetyczna – sposoby ochrony
Nie ma złej pogody, jest tylko złe przygotowanie. Kosmiczna pogoda jest tym, czym jest — naszym zadaniem jest się przygotować.
Jake Bleacher, główny naukowiec NASA Human Exploration and Operations Mission Directorate
Wedle szacunków wydarzenie na taką skalę mogłoby wywołać uszkodzenie sieci energetycznej globalnie, którego skutki byłyby naprawiane od wielu dni, po wiele lat i to nawet w krajach wysokorozwiniętych. Nie oznacza to jednak, że jesteśmy bezsilni i jedyne, co nam pozostało to bierne oczekiwanie na to, aż Słońce wypali nam sieć energetyczną.
Dobrym przykładem są tutaj działania NOAA, które rozwija i udoskonala system ostrzegania przed burzami słonecznymi i rozbłyskami. Jest to możliwe, ponieważ chmury naładowanej materii poruszają się znacznie wolniej, niż światło. Możemy więc zaobserwować sam rozbłysk, oraz jego kierunek znacznie wcześniej i się na niego przygotować. Zwykle obejmuje to zabezpieczenie satelitów i ISS.
To jednak niejedyny system tego typu. Godny uwagi jest także model DAGGER, który należy do NASA. Jest to system oparty na AI, który analizuje dane satelitarne NASA dotyczące wiatru słonecznego. Generuje on prognozę co minutę, a algorytm jest w stanie przewidzieć siłę i kierunek burzy słonecznej w mniej niż sekundę. Model ten zapewnia 30-minutowe ostrzeżenie przed potencjalnie niebezpiecznymi burzami słonecznymi, co jest kluczowe, biorąc pod uwagę, że aktywność słoneczna obecnie osiąga swoje maksimum.
Da to czas na wysłanie ostrzeżenia ludziom, oraz na odłączenie sieci energetycznej, co pozwoli zminimalizować straty. Oczywiście wygaszenie elektrowni w tak szybkim tempie nie jest możliwe. Pamiętajmy jednak, że nie jest także konieczne: wystarczy jedynie odłączyć turbiny elektryczne od maszyn parowych, aby nie generować więcej energii elektrycznej.
W przypadku zwykłego, szarego człowieka kluczowe może być odłączenie wszystkich urządzeń elektrycznych od gniazdka. To samo w sobie powinno być wystarczającym zabezpieczeniem, które pozwoli uchronić większość sprzętów w przypadku potężnej burzy geomagnetycznej. Warto także przygotować swój dom na blackout, chociaż zrobić przy tym większe zapasy, niż tylko na skromne 72 godziny. Jeśli jednak nie chcecie wydawać fortuny na zjawisko, które najprawdopodobniej nie wystąpi, to pamiętajcie, że żeby zabezpieczyć się przed blackoutem, wystarczy zaledwie 100 złotych. Nie zapominajmy także, że brak energii elektrycznej może wynikać z wielu innych powodów, niż tylko burza geomagnetyczna.
Burza słoneczna a EMP
No dobrze, a co jeśli burza geomagnetyczna będzie na tyle silna, że wywoła potężne impulsy elektromagnetyczne szerzej znane jako EMP? Te przecież mogą zniszczyć także elektronikę, która nie jest podłączona do sieci. Tu pomocne mogą być klatki Faradaya. W tym celu można zamknąć elektronikę w metalowej skrzynce, lub po prostu owinąć ją folią aluminiową. Szybką formą ochrony może być także wrzucenie elektroniki do mikrofalówki – rzecz jasna wyłączonej. Piekarnik się do tego celu nie nadaje, ponieważ mikrofalówka ma ekranowane drzwiczki, a piekarnik już nie.
Jakim cudem coś tak prostego działa? Otóż klatka Faradaya blokuje zewnętrzne statyczne i niestatyczne pola elektromagnetyczne. Dzieje się tak, ponieważ wszystkie te zakłócenia indukują się w samej klatce, która zarazem wyrównuje na swojej powierzchni różnice potencjału elektromagnetycznego, czyli napięcia. Tym samym wewnątrz niej nie występują zakłócenia pola wywołane przez zjawiska zewnętrzne. Warto jednak mieć na uwadze, że nawet w przypadku niezwykle potężnej burzy słonecznej, jak ta z 1859 roku, nie byłaby ona konieczna do ochrony urządzeń elektronicznych.
Źródło: oprac. własne, NASA(1), NASA(2), NOAA, YouTube. Zdjęcie otwierające: zdjęcie wygenerowane za pomocą DALL-E