طوفان های خورشیدی ویرانگر هر ۲۵ سال یک بار به زمین برخورد می کنند

باتوجه به گسترش روزافزون ارتباطات الکترونیکی و فناوری‌هایی که تحت‌تأثیر طوفان‌های خورشیدی قرار می‌گیرند، پیش‌بینی وقوع این رویدادها اهمیت زیادی دارد.

براساس نتایج یک مطالعه‌ی جدید، طوفان‌های خورشیدی قوی که می‌توانند به تجهیزات الکترونیکی آسیب برسانند، هر ۲۵ سال یک‌بار به زمین برخورد می‌کنند و طوفان‌هایی با قدرت کمتر و در عین حال خطرناک نیز معمولا هر ۳ سال یک‌بار رخ می‌دهند. این طوفان‌های قدرتمند می‌تواند تجهیزات الکترونیکی ازجمله تجهیزات ارتباطی، تجهیزات هواپیمایی، شبکه‌های برق و ماهواره‌ها را دچار اختلال کنند.

پژوهشگران دو نوع طوفان مغناطیسی قدرتمند را شناسایی کردند: طوفان‌های ابرقدرتمند که معمولا هر ۲۵ سال یک‌بار رخ می‌دهند و طوفان‌های ضعیف‌تر ولی درعین حال شدید و خطرناک (طوفان‌های شدید) که به‌طور متوسط هر ۳ سال یک بار رخ می‌دهند. نتایج پژوهش جدید در مجله‌ی Geophysical Research Letters منتشر شده است. دکتر ساندرا چاپمن از دانشگاه وارویک نویسنده‌ی نخست این مقاله است.

طوفان‌‌های خورشیدی، طوفان‌های ژئومغناطیسی نیز نامیده می‌شود. این طوفان‌ها در اثر آشفتگی‌هایی در خورشید ایجاد شده و در اثر آن ذرات باردار وارد فضا می‌شوند. این ذرات به اتمسفر زمین برخورد می‌کنند و موجب بروز این نوع طوفان‌ها می‌شوند. ذرات باردار می‌توانند حاصل خروج جرم از تاج خورشیدی (CME)، نواحی برهمکنشی هم‌چرخش (CIR) و حفره‌های تاجی باشند که جریانی پرسرعت از بادهای خورشیدی را ایجاد می‌کنند که می‌توانند با سرعتی دوبرابر سرعت بادهای خورشیدی عادی حرکت کنند. معروف‌ترین طوفان ژئومغناطیسی «رویداد کارینگتون» است که در سال ۱۸۵۹ رخ داد. رویداد کارینگتون، قدرتمندترین طوفان ژئومغناطیسی است که تاکنون ثبت شده است. طوفان مذکور برخی از سیستم‌های تلگراف را در بخش‌هایی از جهان دچار اختلال کرد، موجب آتش‌سوزی شد و حتی به برخی از اپراتورهای تلگراف شوک وارد کرد. طوفان دیگری نیز در سال ۱۹۸۹ در کبک اتفاق افتاد که سیستم توزیع برق را مختل کرد و شفق‌های قدرتمند را ایجاد کرد که حتی در جنوب تگزاس قابل رویت بود.

همان‌طور که ارتباطات الکترونیکی در جهان امروز گسترش پیدا می‌کند، خطر ناشی‌از وقوع طوفان‌های خورشیدی بیشتر می‌شود و نه فقط سیستم توزیع انرژی بلکه سیستم‌های ارتباطی جهان نیز درگیر این مسئله می‌شوند. در این خصوص، ماهواره‌ها ممکن است از آسیب‌پذیری بیشتری برخوردار باشند. این درحالی است که جامعه‌ی امروزی بیش از آن‌چه مردم تصور می‌کنند، بر آن‌ها متکی است. طبق محاسبات انجام‌شده، اگر امروزه طوفانی به قدرتمندی رویداد کارینگتون رخ دهد، خسارتی به ارزش میلیاردها و شاید حتی تریلیون‌ها دلار به‌همراه خواهد داشت.

دانشمندان به دلیل لزوم پیش‌بینی طوفان‌های خورشیدی به این موضوع علاقمند هستند. در مقاله‌ی جدیدی از داده‌های میدان مغناطیسی استفاده شد که از ۱۵۰ سال پیش جمع‌آوری شده است. نویسندگان می‌گویند براساس اطلاعات موجود، آن‌ها می‌توانند متوجه شوند که در این دوره‌ی زمانی چه تعداد طوفان قوی رخ داده است. چاپمن در مصاحبه‌ی مطبوعاتی خود گفت:

این طوفان‌های بسیار قدرتمند رویدادهای نادری هستند اما تخمین احتمال وقوع آن‌ها بخش مهمی از برنامه‌ریزی درجهت محافظت از زیرساخت‌های مهم ملی دربرابر این رویدادها است.

پژوهشگران در مقاله‌ی خود نشان می‌دهند که در طول ۱۵۰ سال گذشته، طوفان‌های مغناطیسی شدید، ۴۲ بار رخ داده است یعنی به‌طور متوسط هر ۳ سال یک‌بار. طی همین دوره، طوفان‌های ابرقدرتمند نیز ۶ بار یعنی هر ۲۵ سال یک‌بار رخ داده است. معمولا این طوفان‌ها چند روز طول می‌کشد اما می‌تواند برای فناوری‌های امروزه بسیار تخریب‌کننده باشد.

طوفان‌های بسیار قدرتمند می‌توانند باعث قطع انرژی، ایجاد اختلال یا وارد آمدن آسیب به ماهواره‌ها، بروز اختلال در حمل‌ونقل هوایی و سیگنال‌های سیستم موقعیت‌یابی جهانی (GPS) و ارتباطات رادیویی شوند (از GPS فقط برای موقعیت‌یابی استفاده نمی‌شود. سیستم بانکداری مدرن نیز برای همگام‌سازی معاملات مالی خود به‌شدت متکی‌بر GPS است). چاپمن گفت:

این پژوهش درراستای ایجاد تصویری بهتر درمورد احتمال وقوع طوفان‌های خورشیدی قدرتمند در آینده، روش جدیدی را برای مطالعه‌ی داده‌های تاریخی ارائه می‌دهد.

رویداد کارینگتون بخشی از مطالعه‌ی حاضر نبود زیرا داده‌هایی که پژوهشگران مورد بررسی قرار دادند، شامل آن نمی‌شد. داده‌های میدان مغناطیسی مورد بررسی مربوط‌به ایستگاه‌هایی در بریتانیا و استرالیا است که در انتهاهای مخالفی از زمین واقع شده‌اند. این داده‌ها حداقل ۱۴ چرخه‌ی خورشیدی را شامل می‌شوند که قدمت آن‌ها به قبل از عصر فضا برمی‌گردد.

تجزیه‌و‌تحلیل پژوهشگران نشان می‌دهد که ممکن است طوفان‌های قدرتمندی مانند رویداد کارینگتون رایج‌تر از چیزی باشد که تصور می‌شود و می‌تواند با کمترین هشدار در هر زمانی رخ دهد. پروفسور ریچارد هورن که هدایت بخش هواشناسی فضایی را در مطالعه‌ی بریتانیایی جنوبگان برعهده دارد، گفت:

پژوهش ما نشان می‌دهد که نسبت‌به آنچه تصور می‌کنیم، طوفان‌های خورشیدی شدید با فراوانی بالاتری، رخ می‌دهد. آمارها نباید موجب گمراهی شما شوند. این پدیده در هر زمان می‌تواند رخ دهد و ما هنوز نمی‌توانیم زمان وقوع آن‌ها را پیش‌بینی کنیم.

طوفان‌های خورشیدی در خورشید متولد می‌شوند اما با مطالعه‌ی وضعیت آب‌و‌هوای فضایی و تغییرات میدان مغناطیسی در سطح زمین می‌توان آن‌ها را تحت نظارت قرار داد. در این رابطه، داده‌های باکیفیت از چندین ایستگاه روی زمین در دسترس است و قدمت آن‌ها به زمان آغاز عصر فضایی یعنی سال ۱۹۵۷ بازمی‌گردد.

دانشمندان می‌دانند که خورشید دارای یک چرخه‌ی فعالیت تقریبا ۱۱ ساله است و در جریان این چرخه، شدت تشعشعات خورشید تغییر می‌کند. مشکل این جاست که داده‌های کافی در این مورد نداریم و تنها اطلاعات مربوط‌به ۵ چرخه‌ی خورشیدی در دست است. برای دستیابی به درک بهتر از طوفان‌های خورشیدی قدرتمند و میزان وقوع آن‌ها، به مجموعه داده‌های بزرگ‌تری نیاز داریم که شامل تعداد بیشتری از چرخه‌های خورشیدی شود. پژوهشگران در مطالعه‌ی حاضر برای رسیدن به داده‌های بیشتر، از شاخص ژئومغناطیسی aa استفاده کردند که از مناطقی در بریتانیا و استرالیا جمع‌آوری شده بود. این شاخص تأثیر میدان مغناطیسی پشت‌صحنه‌ی زمین را حذف کرده و براساس آن برآورد می‌کند که در طول ۱۵۰ سال گذشته، ۱۴ چرخه‌ی خورشیدی وجود داشته است. این طولانی‌ترین و تقریبا پیوسته‌ترین رکورد تغییر در میدان مغناطیسی در سرتاسر سطح زمین است.

پژوهشگران برای رسیدن به نتیجه‌گیری از میانگین‌های سالانه‌ی چند درصد بالای شاخص aa استفاده کردند. آن‌ها متوجه شدند که در طول ۱۵۰ سال گذشته، طوفان‌های شدید ۴۲ بار و طوفان‌های ابرقدرتمند ۶ بار رخ داده است. بر این اساس می‌توان گفت طوفان‌های ابرقدرتمند هر ۲۵ سال یک‌بار رخ می‌دهند. طوفان سال ۱۹۸۹ که موجب خاموشی در کبک شد، از همین نوع طوفان‌ها بود. چند سال پیش نیز نزدیک بود حادثه‌ای رخ دهد. در سال ۲۰۱۲، در پی خروج جرم از تاج خورشیدی طوفان قدرتمندی روانه‌ی فضا شد. خوشبختانه زمین در مسیر این طوفان قرار نداشت اما داده‌ها نشان می‌داد اگر این امواج به زمین برخورد می‌کردند، حاصل آن یک طوفان قدرتمند بود.

باتوجه به اینکه اقتصاد و روش زندگی ما هر روز بیشتر و بیشتر به ماهواره‌ها، ارتباطات و شبکه‌های انرژی متکی می‌شود، بسیاری از دولت‌ها و سازمان‌ها درک و پیش‌بینی آب‌و‌هوای فضایی را در اولویت قرار داده‌اند. درحال‌حاضر چندین فضاپیما ازجمله رصدخانه‌ی خورشیدی و هلیوسفر (SOHO)، رصدخانه پویایی‌شناسی خورشید (SDO) و کاوشکر خورشیدی پارکر درحال مطالعه‌ی خورشید هستند. این فضاپیماها درک ما از خورشید و نیز توانایی پیش‌بینی این طوفان‌های خطرناک را افزایش می‌دهند.