U posljednje vrijeme mnogi ljudi širom svijeta imali su priliku vidjeti sjevernu i južnu auroru golim okom. Ovaj neuobičajeni događaj izazvan je vrlo jakom solarnom olujom koja je uticala na Zemljino magnetno polje.
Sunce dostiže maksimalnu tačku aktivnosti u svom jedanaestogodišnjem ciklusu. To znači da možemo očekivati više eksplozivnih izlijevanja čestica. U pravim okolnostima, ove čestice stvaraju prekrasne aurore na nebu, kao i geomagnetske oluje koje mogu oštetiti infrastrukturu poput energetskih mreža i satelita u orbiti.
Dakle, šta se zapravo događa da izazove ove fenomene? Sjeverna i južna svjetlost obično su ograničene na vrlo visoke i vrlo niske geografske širine. Visokoenergetske čestice sa Sunca teku prema Zemlji, vođene solarnim magnetnim poljem. One se prenose na Zemljino magnetno polje u procesu poznatom kao rekonekcija.
Ove brze i vruće čestice zatim se kreću duž Zemljinih magnetnih linija – u smjeru sile magneta – sve dok ne udare u neutralnu, hladnu atmosfersku česticu poput kisika, vodika ili dušika. U tom trenutku, dio te energije se gubi – i to zagrijava lokalnu okolinu.
Međutim, atmosferske čestice ne vole biti energetski napunjene, pa oslobađaju dio ove energije u vidljivom spektru svjetlosti. U zavisnosti od elementa koji je pregrijan, vidimo različite talasne dužine – i stoga boje – emitovane u vidljivom spektru elektromagnetnog spektra. Ovo je izvor aurora koje možemo vidjeti na visokim geografskim širinama i, tokom jakih solarnih događaja, na nižim geografskim širinama.
Plave i ljubičaste boje u aurori dolaze od dušika, dok su zelene i crvene od kisika. Ovaj proces se dešava stalno, ali zbog toga što je Zemljino magnetno polje oblikovano slično štapnom magnetu, područje koje je energizirano dolaznim česticama je na vrlo visokim i niskim geografskim širinama (Arktički krug ili Antarktik uopšteno).
Pa šta se dogodilo da nam omogući da vidimo auroru mnogo južnije na sjevernoj hemisferi?
Možda se sjećate iz škole kako ste posipali gvozdene opiljke po papiru na vrhu magneta da vidite kako se usklađuju s magnetnim poljem. Možete ponoviti eksperiment više puta i svaki put vidjeti isti oblik.
Zemljino magnetno polje je također konstantno, ali se može komprimirati i oslobađati u zavisnosti od snage Sunca. Jednostavan način da se to zamisli je da se zamisle dva polunapuhana balona pritisnuta zajedno.
Ako napušete jedan balon, dodajući mu više gasa, pritisak će se povećati i potisnuti manji balon nazad. Kada otpustite taj dodatni gas, manji balon se opušta i vraća natrag.
Za nas, što je jači taj pritisak, to se relevantne linije magnetnog polja bliže ekvatoru guraju, što znači da se aurora može vidjeti.
Izuzetne oluje
Za modernu infrastrukturu, najveće struje se generiraju u električnim vodovima, željezničkim prugama i podzemnim cjevovodima. Brzina ovog kretanja je također važna i prati se mjerenjem koliko je magnetno polje poremećeno od “normalnog”. Jedna takva mjera koju koriste istraživači zove se indeks poremećenog olujnog vremena.
Prema ovome, geomagnetske oluje od 10. i 11. maja bile su izuzetno jake. S tako jakom olujom, postoji potencijalna opasnost od induciranja električnih struja. Električni vodovi su najugroženiji, ali su profitirali od zaštita ugrađenih u elektrane. Ove zaštite su u fokusu od geomagnetske oluje 1989. godine koja je istopila transformator u Quebecu, Kanada – uzrokujući višesatne nestanke struje.
Najviše su ugroženi metalni cjevovodi koji korodiraju kada kroz njih prolazi električna struja. Ovo nije trenutni efekat, ali postoji sporo nakupljanje erodirajućeg materijala. Ovo može imati vrlo jak uticaj na infrastrukturu, ali je vrlo teško za otkriti.
Dok su struje na zemlji problem, one su još veći izazov u svemiru. Sateliti imaju ograničenu količinu uzemljenja i električni udar može uništiti instrumente i komunikacije. Kada satelit izgubi komunikaciju na ovaj način, naziva se zombi satelit i često je potpuno izgubljen – uzrokujući veliki gubitak investicija.
Promjene u Zemljinom magnetnom polju također mogu uticati na svjetlost koja prolazi kroz njega. Ne možemo vidjeti ovu promjenu, ali tačnost GPS sistema može biti ozbiljno pogođena, jer se očitanje lokacije oslanja na vrijeme potrebno za prijenos signala između vašeg uređaja i satelita. Povećanje gustine elektrona (broj čestica na putu signala) uzrokuje da se talas savije, što znači da mu treba duže da dosegne vaš uređaj.
Iste promjene mogu uticati na brzinu prenosa satelitskog interneta i radijacione pojaseve planete. Ovi pojasevi su torus visoko energetskih naelektrisanih čestica, uglavnom elektrona, udaljeni oko 13.000 km od površine. Geomagnetska oluja može gurnuti ove čestice u nižu atmosferu. Ovdje čestice mogu ometati visoko frekventni (HF) radio koji koriste avioni i uticati na koncentracije ozona.
Aurora nije ograničena samo na Zemlju – mnoge planete je imaju i one nam mogu puno reći o magnetnim poljima koja postoje na tim nebeskim tijelima. Poseban uređaj korišten za simulaciju aurora je “planeterella”, prvi put razvijen početkom 1900-ih od strane norveškog naučnika Kristiana Birkelanda.
Magnetna kugla (koja predstavlja Zemlju) postavlja se u vakuumsku komoru i solarni vjetar se simulira ispaljivanjem elektrona na kuglu. U Velikoj Britaniji imamo dva takva instrumenta na univerzitetima, a na Nottingham Trent University nedavno sam pomogao studentu da izgradi verziju s ograničenim budžetom kao magistarski projekt.
Promjenom jačine magnetnog polja i udaljenosti između objekata, možete posmatrati kako se aurora mijenja. Emisija je uglavnom ljubičasta, što se očekuje u atmosferi sa 72% dušika. Snažan prsten emisije pojavljuje se oko vrha, gdje bi aurora bila viđena na Zemlji, i ovaj prsten se pomjera gore i dolje u zavisnosti od jačine magnetnog polja.
Kao prirodni događaj, aurora je čudo. Ali još bolje je što sa svakom jakom geomagnetskom olujom, pravimo poboljšanja koja pomažu u zaštiti od potencijalne štete od budućih događaja.
Napredak u zaštiti infrastrukture
Jedan od ključnih aspekata zaštite od geomagnetskih oluja je kontinuirani napredak u tehnologiji i metodama praćenja. Razvijaju se napredni modeli za predikciju solarnog vremena koji omogućavaju pravovremeno upozorenje i pripremu. Na primjer, sateliti u Lagrangeovoj točki L1 između Sunca i Zemlje mogu pružiti oko sat vremena upozorenja prije nego što solarni udar dosegne Zemlju.
Pored toga, moderni električni sistemi sve više uključuju zaštitne mehanizme koji mogu automatski isključiti ili preusmjeriti struju kako bi se spriječile štete. Elektrane sada često imaju sofisticirane metode za praćenje i reagovanje na geomagnetske poremećaje, smanjujući rizik od velikih kvarova poput onog u Quebecu 1989. godine.
Ipak, korozija metalnih cjevovoda ostaje izazov, jer je to proces koji se odvija sporije i teže ga je detektirati na vrijeme. Stoga je važno redovno nadgledanje i održavanje infrastrukture kako bi se smanjili dugoročni efekti geomagnetskih oluja.
Uticaj na svemirske misije
Geomagnetske oluje ne utječu samo na zemaljsku infrastrukturu; one također predstavljaju značajan rizik za svemirske misije. Elektronska oprema na satelitima i svemirskim letjelicama može biti ozbiljno oštećena tokom ovih događaja. Gubitak komunikacije sa satelitima može dovesti do gubitka dragocjenih podataka i velikih financijskih gubitaka.
Osim toga, astronauti na Međunarodnoj svemirskoj stanici (ISS) također su izloženi povećanom zračenju tokom jakih solarnih aktivnosti. Zbog toga je važno da agencije poput NASA-e i ESA-e imaju protokole za zaštitu astronauta, uključujući skloništa s povećanom zaštitom od zračenja.
Šira slika
Aurora kao prirodni fenomen nije samo fascinantna za posmatranje već nam pruža i važne informacije o interakcijama između Zemljinog magnetnog polja i solarnog vjetra. Ova istraživanja pomažu nam da bolje razumijemo osnovne procese koji oblikuju našu planetu i njezino okruženje u svemiru.
Kroz kontinuirana istraživanja i tehnološke inovacije, nadamo se da ćemo bolje predvidjeti i ublažiti efekte jakih geomagnetskih oluja. Tako ćemo moći uživati u spektaklu aurora bez brige o štetama koje ove prirodne pojave mogu izazvati.
