تعتبر العواصف الشمسية مهمة لتشكيل الأضواء الشمالية المعروفة أيضًا بالأورورا بورياليس، وهي واحدة من أعظم الظواهر الطبيعية. يحدث هذا الحدث الإشعاعي الجميل عندما تتفاعل جزيئات الرياح الشمسية التي تتسارع بفعل العواصف الشمسية مع المجال المغناطيسي للأرض وغلافها الجوي.
إليك كيف يعمل ذلك:
التفاعل مع المجال المغناطيسي
عندما تصل الجسيمات الشمسية (معظمها بروتونات وإلكترونات) إلى الأرض، تتبع خطوط المجال المغناطيسي نحو القطبين حيث يوجد مغناطيسية أقل وبالتالي يمكنها التغلغل إلى الغلاف الجوي.
التصادمات مع جزيئات الغلاف الجوي
في المناطق القطبية، تصطدم الأيونات الشمسية بجزيئات الأكسجين أو النيتروجين التي تشكل جزءًا من غازات الغلاف الجوي للأرض. تؤدي هذه التصادمات إلى حالة مثارة لجزيئات الغاز مما يعني أن بعض الإلكترونات في هذه الجزيئات قد تتغير بشكل مؤقت إلى مستويات طاقة أعلى.
إصدار الضوء
بعد فترة قصيرة، تعود الإلكترونات المثارة في جزيئات الغلاف الجوي إلى مستوى الطاقة الأصلي لها مما يؤدي إلى إصدار الضوء. اعتمادًا على أنواع الغازات المختلفة والارتفاع الذي حدثت فيه التصادمات؛ يمكن أن يكون هذا الضوء أخضر أو أحمر أو أزرق أو بنفسجي. على وجه الخصوص، يصدر الأكسجين بشكل رئيسي أضواء خضراء وحمراء بينما يعطي النيتروجين أضواء زرقاء بنفسجية.
العرض المرئي
بفضل هذه التفاعلات، يحدث عرض ضوئي رائع يُشار إليه بالأورورا بورياليس في سماء الليل. يحدث ذلك في الغالب حول المناطق القطبية بسبب قربها من الأقطاب المغناطيسية، ولكن في بعض الأحيان خلال العواصف الشمسية القوية؛ يمكن رؤيته حتى في خطوط عرض أقل.
لذا، فإن العاصفة الشمسية لا تبدأ فقط بالأورورا ولكنها تؤثر أيضًا على شدتها والمنطقة التي تظهر فيها. من خلال مراقبة العواصف الشمسية، يمكن التنبؤ بموعد ومكان ظهور الأورورا بدقة.
تعتبر العواصف الشمسية أحداثًا قوية في الطقس الفضائي ناتجة عن تفاعل معقد بين سطح الشمس وبيئة البلازما المحيطة بها (المجالات المغناطيسية). تتجلى هذه العواصف في أشكال مختلفة مثل الومضات والانبعاثات المعروفة باسم الانبعاثات الكتلية الإكليلية (CMEs) والرياح الشمسية السريعة.
يوضح ما يلي كيف تسهم كل من هذه الظواهر في حدوث عاصفة شمسية:
الومضات الشمسية
الومضات الشمسية هي انفجارات مفاجئة وشديدة على سطح الشمس تصدر كميات كبيرة من الإشعاع الكهرومغناطيسي بما في ذلك الضوء، والأمواج الراديوية، وأشعة إكس. يحدث ذلك عندما يتم الإفراج فجأة عن الطاقة المغناطيسية المخزنة في الغلاف الجوي للشمس. في بعض الأحيان، قد تستغرق هذه الانفجارات دقائق إلى ساعات قبل أن تصل إلى الأرض مما يتداخل مع أنظمة الاتصالات الراديوية أو حتى يتسبب في أضرار مباشرة لمعدات الأقمار الصناعية.
انفجارات الكتلة الإكليلية (CMEs)
تعتبر الانفجارات الكتلة الإكليلية سحبًا ضخمة مليئة بالجسيمات المشحونة كهربائيًا التي تُدفع إلى الفضاء بواسطة الشمس. إنها قادرة على حمل حوالي مليار طن من المواد الإكليلية أثناء سفرها بسرعة تتراوح بين عدة مئات من الكيلومترات في الثانية إلى عدة آلاف من الكيلومترات في الثانية. عند وصولها إلى الأرض، يمكن أن تؤدي إلى عواصف جيومغناطيسية تُنتج تيارات كهربائية داخل الغلاف الجوي للأرض وعلى سطحها، مما يؤدي إلى انهيارات في خطوط الطاقة بالإضافة إلى انقطاعات في أنظمة الاتصالات والملاحة.
زيادة الرياح الشمسية وتيارات الجسيمات
تقوم الشمس باستمرار بإطلاق الجسيمات المشحونة كهربائيًا المعروفة باسم الرياح الشمسية إلى الفضاء. مع التغيرات المنتظمة في كثافتها العددية أو سرعتها، خاصة المرتبطة بالانفجارات الكتلة الإكليلية، قد تتضخم التأثيرات على المجال المغناطيسي للأرض مما يؤدي إلى زيادة النشاط الجيومغناطيسي.
آثار الطقس الفضائي
يمكن أن تؤثر جميع هذه العمليات معًا على الأيونوسفير والمجال المغناطيسي للأرض، مما ينتج عنه عدة تأثيرات للطقس الفضائي مثل الشفق القطبي، تشوهات موجات الراديو، المخاطر على رواد الفضاء في الفضاء ومشكلات محتملة لشبكات الطاقة الأرضية. من المهم مراقبة وتوقع العواصف الشمسية بحيث يمكن أن يكون لها الحد الأدنى من التأثير.
مخاطر العواصف الشمسية
تؤدي العواصف الشمسية إلى نتائج مختلفة على الأرض، بعضها خطير بشكل خاص على التكنولوجيا الحديثة والبنية التحتية. لذلك، سنرى كيف يمكن أن تؤثر العواصف الشمسية علينا.
أنظمة الاتصالات أو الملاحة
يمكن أن disrupt الرياح الشمسية القوية الاتصالات الراديوية وكذلك إشارات نظام تحديد المواقع العالمي (GPS). وهذا أمر بالغ الأهمية بشكل خاص للنقل الجوي والبحري عندما تكون الاتصالات الدقيقة والملاحة ضرورية للسلامة.
الأقمار الصناعية
قد تزيد النشاط الشمسي من حجم الغلاف الجوي حول الأرض مما يزيد من السحب على الأقمار الصناعية في المدار المنخفض، مما يتسبب في تغيير مدارها أو حتى احتراقها عند إعادة دخولها الغلاف الجوي. بالإضافة إلى ذلك، تتسبب الرياح الشمسية في إتلاف الإلكترونيات والخلايا الشمسية على الأقمار الصناعية.
شبكات الطاقة
أكثر العواقب المحتملة خطورة للعواصف الشمسية هي تأثيرها على شبكات الطاقة. يمكن أن يؤدي دمج المجال المغناطيسي للأرض مع الجسيمات الشمسية المعروفة بالعواصف الجيومغناطيسية إلى توليد تيار في شبكة الطاقة الكبيرة مما يؤدي إلى تحميل المحولات بشكل زائد وانقطاعات طويلة الأمد.
الإشعاع
في خطوط العرض العالية، حيث يتواجد رواد الفضاء أثناء رحلات الطائرات، هناك زيادة في الإشعاع بسبب النشاط الشمسي مما يزيد من خطر التعرض للإشعاع ويتطلب تدابير خاصة لحماية المعرضين لمثل هذه الظروف.
الأضرار الناتجة عن الطقس الفضائي
على الرغم من أنها مثيرة للإعجاب بصريًا، إلا أن الشفق القطبي يمكن أن يشير أيضًا إلى حدث جيولوجي صلب ناتج عن عواصف شمسية.
بينما لا تحدث العواصف الشمسية الشديدة بشكل متكرر بما يكفي، لا يزال العلماء والمهندسون يراقبون أنشطة جارتنا الشمسية حتى يتمكنوا من توقع المخاطر مسبقًا وتقليلها إذا حدثت على الإطلاق.
على سبيل المثال، تحتوي خدمة الطقس الفضائي التابعة للإدارة الوطنية للمحيطات والغلاف الجوي (NOAA) على أنظمة إنذار مبكر تهدف إلى إعداد الناس للعواصف الشمسية القادمة.
لقد كانت هناك بعض الحوادث الكبيرة المرتبطة بالفعل بعواقب ظواهر الطقس الفضائي التي تؤثر على الأرض، بما في ذلك الأضرار التي لحقت بالبنية التحتية والتكنولوجيا. إليك بعض منها:
كيبك، كندا في عام 1989
حدثت أشهر حالة من أضرار العواصف الشمسية في 13 مارس 1989 عندما تسببت عاصفة شمسية قوية في عاصفة جيو مغناطيسية على الأرض. ونتيجة لذلك، تسببت في تيارات هائلة في محطة هيدرو-كيبك لتوليد الطاقة الكهرومائية في كندا، مما أدى إلى انقطاع كبير في الكهرباء. لمدة تسع ساعات، كان أكثر من ستة ملايين شخص بلا كهرباء.
السويد في عام 2003
خلال واحدة من أكبر العواصف الشمسية التي تم تسجيلها على الإطلاق - عواصف الهالوين بسبب حدوثها في أكتوبر 2003 - واجهت شبكات الطاقة السويدية مشاكل شديدة مع المحولات أدت إلى انقطاع الكهرباء ومشاكل في نقل الشبكة.
أضرار الأقمار الصناعية
تم تدمير بعض الأقمار الصناعية أو فشلت بسبب زيادة النشاط الشمسي مع مرور الوقت. تشمل هذه الأضرار انقطاع الاتصالات بالإضافة إلى دوائر قصيرة، وأضرار إلكترونية بسبب الجسيمات المشحونة في الفضاء.
تأثير النقل الجوي
يمكن أن تؤثر هذه الأحداث على عمليات الطيران، خاصة بالنسبة للرحلات القطبية التي تواجه مستويات أعلى من الإشعاع الكوني مما يجعلها أكثر عرضة لفشل الاتصالات والملاحة.
على الرغم من ندرتها، فإن هذه الأحداث تبرز ضرورة مراقبة أنشطة الشمس وكذلك اتخاذ الاحتياطات اللازمة للبنى التحتية الحيوية لدينا، كما يتضح من قبل أصحاب المصلحة المسؤولين في جميع الدول الذين يهدفون إلى تقليل التأثيرات المحتملة في المستقبل، مما يجعل شبكات الكهرباء والأنظمة التقنية لديهم أكثر مرونة.
في عام 1859، كانت هناك أعظم عاصفة شمسية تم تسجيلها على الإطلاق، المعروفة باسم حدث كارينجتون. تم الإبلاغ عن هذه العاصفة المغناطيسية القوية وتسميتها من قبل عالم الفلك البريطاني ريتشارد كارينجتون الذي رأى توهجات شمسية هائلة.