סופות שמש חשובות להיווצרות האורורה בוראליס, המכונה גם האורות הצפוניים, אחד מהתופעות הטבעיות המדהימות ביותר. אירוע הקרינה היפה הזה מתרחש כאשר חלקיקי רוח השמש המואצים על ידי סופות שמש מתקשרים עם השדה המגנטי של כדור הארץ ואטמוספירה.
כך זה פועל:
אינטראקציה עם השדה המגנטי
כאשר חלקיקי השמש (בעיקר פרוטונים ואלקטרונים) מגיעים לכדור הארץ, הם עוקבים אחרי קווי השדה המגנטי שלו לכיוון הקטבים, שם יש פחות מגנטיות ולכן הם יכולים לחדור לאטמוספירה.
התנגשויות עם חלקיקי האטמוספירה
באזורים הקוטביים, יוני השמש מתנגשים עם מולקולות חמצן או חנקן שמהוות חלק מגזי האטמוספירה של כדור הארץ. התנגשויות אלו מביאות למצב נרגש עבור מולקולות הגז, כלומר, חלק מהאלקטרונים במולקולות אלו עשויים לשנות באופן זמני לרמות אנרגיה גבוהות יותר.
פלט אור
לאחר זמן קצר, אלקטרונים נרגשים במולקולות האטמוספירה חוזרים לרמת האנרגיה המקורית שלהם, מה שמוביל לפליטת אור. בהתאם לסוגי הגזים השונים ולגובה שבו התרחשה ההתנגשות; האור הזה יכול להיות ירוק, אדום, כחול או סגול. במיוחד, חמצן פולט בעיקר אור ירוק-אדום בעוד חנקן פולט אור כחול-סגול.
הצגה חזותית
בזכות אינטראקציות אלו ישנה תצוגת תאורה מרהיבה הנקראת אורורה בוראליס המתרחשת בשמי הלילה. זה קורה בעיקר באזורים קוטביים בשל הקרבה שלהם לקטבים המגנטיים, אך לעיתים במהלך סופות שמש אינטנסיביות; ניתן עדיין לראות את זה גם באורך רוחב נמוך יותר.
כך, סופת שמש לא רק יוזמת אורורות אלא גם משפיעה על עוצמתן ועל האזור שבו הן מופיעות. על ידי התבוננות בסופות שמש אפשר לחזות מתי ואיפה בדיוק האורורות יהפכו לנראות.
סופות שמש הן תופעות מזג אוויר חלל אינטנסיביות הנובעות מהאינטראקציה המורכבת בין פני השמש לבין הסביבה הפלזמטית שסביבה (שדות מגנטיים). הן מתבטאות בצורות שונות כמו התפרצויות הנקראות התפרצויות מסה קורונלית (CMEs) ורוחות שמש מהירות.
הבאות יחשפו כיצד כל אחת מהתופעות הללו תורמת לסופת שמש:
התפרצויות שמש
התפרצויות שמש הן התפוצצויות פתאומיות ועזות על פני השמש שמשחררות כמויות גדולות של קרינה אלקטרומגנטית, כולל אור, גלי רדיו ורנטגן. זה מתרחש כאשר האנרגיה המגנטית המאוחסנת באטמוספירה של השמש משתחררת בפתאומיות. לעיתים, התפרצויות אלו עשויות לקחת רק דקות עד שעות לפני שהן מגיעות לכדור הארץ, ולכן מפריעות למערכות תקשורת רדיו או אפילו גורמות נזק ישיר לציוד לוויני.
התפרצויות מסה קורונליות (CMEs)
התפרצויות מסה קורונליות הן עננים עצומים מלאים בחלקיקים טעונים חשמלית המופצים לחלל על ידי השמש. הן יכולות לשאת כמה מיליארד טון של חומר קורונלי כאשר הן נעות במהירויות של כמה מאות קילומטרים בשנייה ועד כמה אלפי קילומטרים בשנייה. כאשר הן מגיעות לכדור הארץ, הן עשויות לגרום לסופות גיאומגנטיות שמייצרות זרמים חשמליים בתוך האטמוספירה של כדור הארץ ובשטח שלו, מה שמוביל לקריסות בקווי חשמל כמו גם להפרעות בתקשורת ובמערכות ניווט.
רוחות שמש מוגברות וזרמי חלקיקים
השמש משחררת באופן מתמשך חלקיקים טעונים חשמלית המכונים רוח שמש לחלל. עם שינויים קבועים בצפיפותם או במהירותם, במיוחד הקשורים להתפרצויות מסה קורונליות, ההשפעות על השדה המגנטי של כדור הארץ עשויות להיות מוגברות ובכך לגרום לפעילות גיאומגנטית רבה יותר.
השפעות מזג האוויר בחלל
כל התהליכים הללו יחד יכולים להשפיע על האיונוספירה והשדה המגנטי של כדור הארץ, ובכך לייצר כמה השפעות של מזג האוויר בחלל כמו אורות צפוניים, עיוותי גלי רדיו, סכנות לאסטרונאוטים בחלל ובעיות פוטנציאליות לרשתות חשמל על פני כדור הארץ. חשוב לעקוב ולחזות סופות שמש כדי שהן יגרמו להשפעה מינימלית.
סכנות סופות שמש
סופות שמש מביאות לתוצאות שונות על כדור הארץ, חלקן מסוכנות במיוחד לטכנולוגיה ולתשתיות המודרניות. לכן, נבחן כיצד סופות שמש עשויות להשפיע עלינו.
מערכות תקשורת או ניווט
רוחות שמש חזקות עשויות להפריע לתקשורת רדיו כמו גם לאותות GPS. זה חשוב במיוחד עבור תחבורה אווירית וימית כאשר תקשורת וניווט מדויקים הם קריטיים לבטיחות.
לווין
פעילות שמש עשויה להגדיל את נפח האטמוספירה סביב כדור הארץ, מה שמגביר את החיכוך על לוויינים במסלול נמוך, וגורם להם לשנות את מסלולם או אפילו לשרוף בעת חזרתם לאטמוספירה. בנוסף, רוחות שמש פוגעות באלקטרוניקה ובתאים סולאריים על לוויינים.
רשתות חשמל
ההשלכה החמורה ביותר האפשרית של סופת שמש היא השפעתה על רשתות חשמל. שילוב של השדה המגנטי של כדור הארץ עם חלקיקי שמש הנקראים סופות גיאומגנטיות יכול לגרום לזרם ברשתות חשמל בקנה מידה גדול, מה שגורם ל-overload במtransformers ולכיבוי ממושך.
קרינה
באזורים גבוהים, שבהם האסטרונאוטים שוהים בטיסות, יש עלייה ברמות הקרינה כתוצאה מפעילות השמש, מה שמגביר את הסיכון מחשיפה לקרינה ודורש אמצעים מיוחדים כדי להגן על הנחשפים לתנאים כאלה.
נזק כתוצאה ממזג האוויר בחלל
למרות שמדובר בתופעה מרהיבה, האורות הצפוניים יכולים גם להעיד על אירוע גיאופיזי משמעותי הנגרם על ידי סערות שמש.
בעוד שסופות שמש קיצוניות אינן מתרחשות לעיתים קרובות מספיק, מדענים ומהנדסים עדיין עוקבים אחרי הפעילויות של השכן השמש שלנו כדי שיוכלו לחזות סיכונים מראש ולהפחית אותם אם זה קורה בכלל.
לדוגמה, שירות מזג האוויר בחלל של NOAA כולל מערכות אזהרה מוקדמות שמטרתן להכין אנשים לסערות שמש המתקרבות.
כבר היו כמה תקריות משמעותיות הקשורות להשלכות של תופעות מזג האוויר בחלל המשפיעות על כדור הארץ, כולל תשתיות וטכנולוגיה שניזוקו. הנה כמה:
קוויבק, קנדה ב-1989
המקרה המפורסם ביותר של נזק מסופת שמש התרחש ב-13 במרץ 1989 כאשר סערת שמש עוצמתית גרמה לסערה גיאומגנטית על פני כדור הארץ. כתוצאה מכך, נגרמו זרמים עצומים בתחנת החשמל הידרואלקטרית של הידרו-קוויבק בקנדה, מה שהוביל להפסקות חשמל חמורות. במשך תשע שעות, יותר משישה מיליון אנשים היו ללא חשמל.
שבדיה ב-2003
במהלך אחת מסופות השמש הגדולות ביותר שנרשמו אי פעם – סערות ליל כל הקדושים בשל התרחשותן באוקטובר 2003 – רשתות החשמל בשבדיה חוו בעיות חמורות עם טרנספורמטורים, מה שהוביל להפסקות חשמל ובעיות בהעברת החשמל ברשת.
נזק ללוויינים
חלק מהלוויינים נהרסו או כשלו בעקבות עלייה בפעילות השמש לאורך זמן. נזקים כאלה כוללים תקלות בתקשורת כמו גם קצרי חשמל, ונזקים אלקטרוניים כתוצאה מחלקיקים טעונים בחלל.
השפעה על תחבורה אווירית
אירועים אלה יכולים להשפיע על תהליכי התעופה, במיוחד בטיסות קוטביות אשר נתקלות ברמות גבוהות יותר של קרינה קוסמית, מה שהופך אותן לפגיעות יותר לכישלונות בתקשורת ובניווט.
למרות שאלה אירועים נדירים, הם מדגישים את הצורך במעקב אחרי פעילויות השמש כמו גם בנקיטת אמצעי זהירות נחוצים עבור התשתיות הקריטיות שלנו, כפי שנראה על ידי בעלי עניין אחראיים במדינות שונות השואפים להפחית את ההשפעות האפשריות בעתיד ובכך להפוך את רשתות החשמל והמערכות הטכנולוגיות שלהם לעמידות יותר.
ב-1859, התרחשו הסערות הסולאריות הגדולות ביותר שנרשמו אי פעם, הידועות כאירוע קארינגטון. סערה מגנטית זו הייתה מאוד חזקה, ודווחה ונקראה על ידי האסטרונום הבריטי ריצ'רד קארינגטון שראה התפרצויות סולאריות עצומות.