Furtunile solare sunt importante pentru formarea aurorii boreale, cunoscută și sub numele de Luminile Nordului, unul dintre cele mai uimitoare fenomene naturale. Acest eveniment de radiație frumos apare atunci când particulele de vânt solar accelerate de furtunile solare interacționează cu câmpul magnetic și atmosfera Pământului.
Așa funcționează:
Interacțiunea cu câmpul magnetic
Pe măsură ce particulele solare (în principal protoni și electroni) ajung pe Pământ, ele urmează liniile câmpului magnetic spre poli, unde există mai puțin magnetism și, prin urmare, pot penetra în atmosferă.
Coliziunile cu particulele atmosferice
În regiunile polare, ionii solari colizionează cu moleculele de oxigen sau azot care fac parte din gazele atmosferice ale Pământului. Aceste coliziuni rezultă într-o stare excitată pentru moleculele de gaz, ceea ce înseamnă că unii electroni din aceste molecule pot schimba temporar la niveluri energetice mai ridicate.
Emisia de lumină
După o scurtă perioadă, electronii excitați din moleculele atmosferice revin la nivelul lor energetic inițial, observându-se emisia de lumină. În funcție de diferitele tipuri de gaze și altitudinea la care a avut loc coliziunea, această lumină poate fi verde, roșie, albastră sau violetă. În special, oxigenul emite în principal lumini verde-roșii, în timp ce azotul emite lumini albastre-violete.
Prezentare vizuală
Datorită acestor interacțiuni, există un spectaculos spectacol de lumini denumit Aurora Borealis, care are loc în cerul nopții. Acesta se întâmplă în principal în jurul regiunilor polare datorită proximității lor față de poli magnetici, dar uneori, în timpul furtunilor solare intense, poate fi observat chiar și la latitudini mai joase.
Așadar, o furtună solară nu doar că inițiază aurore, ci influențează și intensitatea acestora, precum și regiunea în care apar. Prin observarea furtunilor solare, este posibil să prezicem când și unde exact aurorele vor deveni vizibile.
Furtunile solare sunt evenimente intense de vreme spațială care rezultă din interacțiunea complexă dintre suprafața Soarelui și mediul plasmatic înconjurător (câmpuri magnetice). Ele se manifestă în diferite forme, cum ar fi erupțiile solare cunoscute sub numele de ejecții de masă coronală (CME) și vânt solar rapid.
Următoarele dezvăluie cum fiecare dintre aceste fenomene contribuie la o furtună solară:
Erupțiile solare
Erupțiile solare sunt explozii bruște și intense pe suprafața Soarelui care emit cantități mari de radiație electromagnetică, inclusiv lumină, unde radio și raze X. Acest lucru se întâmplă atunci când energia magnetică stocată în atmosfera soarelui este eliberată brusc. Uneori, aceste erupții pot dura doar câteva minute până la ore înainte de a ajunge pe Pământ, interferând astfel cu sistemele de comunicație radio sau chiar provocând daune directe echipamentelor satelit.
Expulzii de masă coronală (EMC)
EMC-urile sunt nori masivi plini cu particule încărcate electric, propulsate în spațiu de soare. Acestea sunt capabile să transporte câteva miliarde de tone de material coronal pe măsură ce călătoresc cu câteva sute de kilometri pe secundă până la câteva mii de kilometri pe secundă. Odată ce ajung pe Pământ, pot duce la furtuni geomagnetice care generează curenți electrici în atmosfera Pământului și la suprafața acestuia, provocând colapsuri ale liniilor electrice, precum și întreruperi în sistemele de comunicație și navigație.
Creșterea vântului solar și a fluxurilor de particule
Soarele eliberează continuu particule încărcate electric, denumite vânt solar, în spațiu. Cu modificări regulate în densitatea lor numerică sau viteză, în special asociate cu EMC-urile, efectele asupra câmpului magnetic al Pământului pot fi amplificate, provocând astfel o activitate geomagnetică mai mare.
Efectele vremii spațiale
Toate aceste procese împreună pot afecta ionosfera și câmpul magnetic al Pământului, generând astfel mai multe impacturi ale vremii spațiale, cum ar fi aurorele, distorsiuni ale undelor radio, pericole pentru astronauți în spațiu și probleme potențiale pentru rețelele electrice terestre. Este important să monitorizăm și să prezicem furtunile solare pentru a minimiza impactul acestora.
Pericolele furtunilor solare
Furtunile solare au diferite consecințe pe Pământ, unele dintre ele fiind periculoase în mod special pentru tehnologia modernă și infrastructură. Prin urmare, vom analiza cum pot influența furtunile solare.
Sisteme de comunicație sau navigație
Vânturile solare puternice pot perturba comunicațiile radio, precum și semnalele GPS. Acest lucru este deosebit de crucial pentru transportul aerian și maritim, când comunicațiile și navigația precise sunt esențiale pentru siguranță.
Sateliți
Activitatea solară ar putea crește volumul de atmosferă din jurul Pământului, crescând astfel rezistența pe sateliții din orbita joasă a Pământului, provocându-i să-și schimbe orbita sau chiar să ardă la reintrarea în atmosferă. În plus, vânturile solare pot deteriora electronica și celulele solare de pe sateliți.
Rețele electrice
Cea mai severă consecință posibilă a unei furtuni solare este impactul său asupra rețelelor electrice. O combinație a câmpului magnetic al Pământului cu particule solare, denumită furtuni geomagnetice, poate induce curent în rețelele electrice de mari dimensiuni, rezultând în suprasarcini ale transformatoarelor și întreruperi de lungă durată.
Radiație
La latitudini mari, unde astronauții se află în zboruri aeriene, există o radiație crescută din cauza activității solare, ceea ce crește riscul expunerii la radiație, necesitând măsuri speciale pentru a proteja persoanele expuse la astfel de condiții.
Daune cauzate de vremea spațială
Deși vizual impresionante, aurorele pot indica de asemenea un eveniment geofizic solid cauzat de furtunile solare.
Deși furtunile solare extreme nu au loc suficient de des, oamenii de știință și inginerii continuă să monitorizeze activitățile vecinului nostru solar pentru a putea prezice riscurile din timp, reducându-le dacă se întâmplă cumva.
De exemplu, Serviciul de Vreme Spațială al NOAA are sisteme de avertizare timpurie menite să pregătească oamenii pentru furtunile solare care urmează.
Au existat deja unele incidente semnificative asociate cu consecințele fenomenelor vremii spațiale care afectează Pământul, inclusiv infrastructură și tehnologie deteriorate. Iată câteva:
Quebec, Canada în 1989
Cea mai faimoasă instanță de daune cauzate de furtunile solare a avut loc pe 13 martie 1989, când o furtună solară puternică a provocat o furtună geomagnetică pe Pământ. Ca rezultat, a generat curenți uriași la centrala hidroelectrică Hydro-Québec din Canada, ceea ce a dus la întreruperi severe de energie. Timp de nouă ore, mai mult de șase milioane de oameni au fost fără electricitate.
Suedia în 2003
În timpul uneia dintre cele mai mari furtuni solare înregistrate vreodată – furtunile de Halloween datorită apariției lor în octombrie 2003 – rețelele electrice suedeze au întâmpinat probleme severe cu transformatoarele, ducând la întreruperi de curent și probleme de transmisie în rețea.
Deteriorarea sateliților
Anumiți sateliți au fost distruși sau au eșuat din cauza unei creșteri a activității solare de-a lungul timpului. Astfel de daune includ întreruperi de comunicație, precum și scurtcircuite și daune electronice cauzate de particule încărcate din spațiu.
Influența asupra transportului aerian
Aceste evenimente ar putea afecta procesele de aviație, în special pentru zborurile polare, care se confruntă cu niveluri mai ridicate de radiație cosmică, făcându-le mai vulnerabile la eșecuri de comunicație și navigație.
Deși rare, astfel de evenimente subliniază necesitatea monitorizării activităților soarelui, precum și luarea măsurilor de precauție necesare pentru infrastructurile noastre critice, așa cum se observă de către părțile responsabile din diferite națiuni care își propun să reducă posibilele impacturi viitoare, făcând astfel rețelele electrice și sistemele tehnice mai reziliente.
În 1859, a avut loc cea mai mare furtună solară înregistrată vreodată, cunoscută sub numele de Evenimentul Carrington. Această furtună magnetică foarte puternică a fost raportată și numită de astronomul britanic Richard Carrington, care a observat flăcări solare uriașe.