Exkluzivně pro NG: Hrozba jménem sluneční superbouře
Předpověď kosmického počasí pro příštích několik let: sluneční bouře s pravděpodobností katastrofálních výpadků elektrického proudu na Zemi. Jsme připraveni?
Předpovědět, co Slunce udělá, dokážeme jen s předstihem několika dní
Ve čtvrtek 1. září 1859 třiatřicetiletý sládek a amatérský astronom Richard Carrington vystoupal po schodech do své soukromé observatoře nedaleko Londýna, otevřel průzor v kopuli a, jak měl za slunečného rána ve zvyku, nastavil dalekohled tak, aby promítal 28 centimetrů široký obraz Slunce na projekční stínítko. Právě obkresloval sluneční skvrny na kousek papíru, když se přímo před jeho očima náhle objevily „dvě plošky oslnivě jasného a bílého světla“ uprostřed velké skupiny slunečních skvrn.
V tutéž chvíli ručička magnetometru visící na hedvábné niti v londýnské Královské observatoři Kew začala zběsile kmitat. Před úsvitem následujícího dne mohutná polární záře v červených, zelených a purpurových barvách ozářila oblohu daleko na jih až po Havaj a Panamu. Táborníci v Skalnatých horách, kteří si spletli polární záři s východem slunce, vstali a začali si vařit snídani.
Erupce, kterou Carrington pozoroval, byla předzvěstí sluneční superbouře – ohromného elektromagnetického vzruchu, který vymrštil miliardy tun nabitých částic směrem k Zemi. (Svědkem erupce se stal i další anglický amatérský astronom Richard Hodgson.) Když se tato neviditelná vlna střetla s magnetickým polem naší planety, generovala elektrické proudy v telegrafních drátech. Přepětí vyřadilo z provozu několik stanic, ovšem telegrafní operátoři na mnoha místech zjistili, že mohou odpojit baterie a pokračovat v činnosti za použití „pouhé“ geomagnetické elektřiny. „Fungujeme pouze na proud z polární záře,“ odvysílal bostonský telegrafista operátorovi v Portlandu ve státě Maine. „Jak můj text přijímáte?“ „Mnohem lépe než se zapojenými bateriemi,“ odpověděl Portland.
Podívejte se na video National Geographic:
Provozovatelé dnešních komunikačních systémů a rozvodných sítí by byli méně nadšení. Žádná sluneční bouře tak mohutná, jako byla událost z roku 1859, od té doby nenastala, takže je těžké vypočítat, jaký by měla srovnatelná událost dopad na dnešní mnohem víc „prodrátovaný“ svět. Je ovšem možné udělat si představu podle výpadku proudu v Quebeku z 13. března 1989, kdy sluneční bouře zhruba třetinového rozsahu než Carringtonova událost vyřadila na necelé dvě minuty rozvodnou síť zásobující více než šest milionů zákazníků. Bouře Carringtonovy intenzity by spálila více transformátorů, než kolik mají elektrárenské společnosti na skladě, a ponechala by miliony lidí bez světla, pitné vody, čištění odpadních vod, vytápění, klimatizace, paliva, telefonních služeb, léků nebo s rychle se kazícími potravinami po dobu několika měsíců, než by se sestavily a instalovaly nové transformátory. Nedávná zpráva americké Národní akademie věd odhaduje, že taková bouře by mohla způsobit ekonomický rozvrat odpovídající 20 hurikánům o síle Katriny, stála by jeden až dva biliony dolarů jen v prvním roce a obnova by trvala celé desetiletí.
Sluneční nejistota
„Předpovědět, co Slunce udělá, dokážeme jen s předstihem několika dní,“ běduje Karel Schrijver ze Sluneční a astrofyzikální laboratoře Lockheed Martin v kalifornském Palo Altu. V souvislosti s očekáváním, že letos začne období nejvyšší sluneční aktivity, přibírají střediska kosmického počasí zaměstnance a doufají v to nejlepší. „Snažíme se pochopit, jak počasí ve vesmíru ovlivňuje společnost a jak moc zlé by to mohlo být,“ říká Schrijver. „Z morálního hlediska je správné, abyste ve chvíli, kdy identifikujete hrozbu takovéhoto rozsahu, na ni byli připraveni. Podobně jako je tomu se zemětřesením v San Francisku. Nepřipravit se na ni bude mít neúnosné následky.“
Jen málo vesmírných těles nám připadá tak důvěrně známých jako Slunce – tady je, vysoko na obloze každý slunečný den –, přesto jen málo z nich je tak zvláštních. Zamíříte-li na ni speciální sluneční dalekohled, promění se všední žlutá koule v dynamický kraj divů. Protuberance velikosti naší planety vystřelují do temného kosmického prostoru jako zářivé medúzy, aby se pak po zakřivených drahách zkroutily a po několika hodinách či dnech sklouzly zpátky na povrch Slunce, jako by byly připoutány neviditelnou silou.
A skutečně jsou. Slunce netvoří ani plyn, ani kapalina, ani pevná hmota, nýbrž plazma, „čtvrté skupenství hmoty“, které vzniká, když atomy ztratí své elektrony. Všechny nabité částice pak ze slunečního plazmatu vytvářejí úžasný elektrický vodič – mnohem vodivější než měděný drát. Slunce je také prostoupené magnetickými poli. Většinou zůstávají skrytá uvnitř masivní sluneční koule, některé magnetické kanály, široké jako průměr Země, se však objevují na povrchu v podobě slunečních skvrn. Dávají pak podobu magnetické choreografii a pohánějí sluneční vítr, který každou vteřinu odnáší do vesmíru miliony tun plazmatu rychlostí 700 kilometrů za sekundu.
Motorem veškeré této aktivity je úchvatně spletité soukolí nijak mimořádné hvězdy. Sluneční jádro – kypějící, žhavá koule plazmatu o teplotě 15 milionů stupňů Celsia, šestkrát hustší než zlato – přeměňuje každou vteřinu 700 milionů tun protonů na jádra helia; při tomto procesu se uvolňuje energie srovnatelná s deseti miliardami vodíkových bomb. Jádro zvolna pulzuje, roztahuje se, když se rychlost přeměny zvyšuje, a smršťuje se, když se naopak jaderné reakce zpomalí. S tímto pomalým tlukotem srdce rezonují nesčetné další rytmy, počínaje jedenáctiletým cyklem sluneční aktivity a rytmy v rozpětí stovek let konče.
VIDEO: Nejkrásnější erupce na Slunci, jaké jste viděli
Energii uvolněnou jadernou přeměnou v slunečním jádru přenášejí směrem ven energické fotony, které se prodírají hustým labyrintem iontů a elektronů. V této zářivé vrstvě je hmota tak hustá, že fotonům trvá déle než 100 000 let, než proniknou do sousední konvektivní zóny poté, co urazily 70 procent cesty ze slunečního jádra. Po zhruba měsíci se fotony dostanou do fotosféry, části Slunce, kterou vidíme. Odtud jim trvá pouhých osm minut, než jako sluneční světlo doletí k Zemi.
Jak by se dalo předpokládat, tato obří termonukleární pec nadělá spoustu hluku. „Slunce zvučí jako zvon miliony různých tónů,“ říká Mark Miesch z Národního střediska pro výzkum atmosféry v coloradském Boulderu. Tóny vyvolávají na povrchu Slunce vibrace, které vědci studují, aby zmapovali proudy hluboko v konvektivní zóně – tato vědní disciplína se nazývá helioseizmologie. Informace zprostředkované helioseizmickými senzory na palubě Observatoře sluneční dynamiky NASA nedávno umožnily výzkumníkům ze Stanford University detekovat magnetické shluky 65 000 kilometrů pod povrchem Slunce a předpovědět jejich vynoření o několik dní později v podobě slunečních skvrn.
Takové údaje poskytují zásadní informace o tom, jak se utváří sluneční bouře. Slunce pracuje jako obrovské dynamo, které od pólu k pólu obepínají siločáry globálního magnetického pole připomínající ptačí klec. Lokální siločáry propletené s plazmou v konvektivní zóně se kroutí a ohýbají a vyrážejí nad povrch, kde vytvářejí smyčky, které jsou viditelné díky žhavému, zářivému plazmatu. Když se smyčky překříží, mohou se zkratovat, což způsobuje obrovské exploze nazývané sluneční erupce. Během těchto událostí se vmžiku uvolní energie odpovídající stovkám milionů megatun TNT, vznikne rentgenové a gama záření a nabité částice se urychlí téměř na rychlost světla.
Masivní skvrna na Slunci předpovídá příchod velkých problémů
Carringtonova událost sestávala z dvojice jevů, k nimž vzácně dochází v těsné souslednosti: silná sluneční erupce, která vyvolala výtrysk koronální hmoty (CME) – gigantickou magnetickou erupci rozžhavené plazmy vrženou do vesmíru. První CME pravděpodobně dospěl k Zemi v normálním časovém rozpětí 40 až 60 hodin a proklestil cestu slunečním větrem pro druhý CME, který dráhu urazil za pouhých 17 hodin. Během společné srážky došlo k stlačení magnetosféry Země (oblast, kde na sebe vzájemně působí magnetické pole planety a sluneční vítr) z běžné výšky 60 000 kilometrů až na 7 000 kilometrů, čímž byly dočasně vyrušeny van Allenovy radiační pásy obklopující naši planetu. Nabité částice vstupující do vnější atmosféry vyvolaly intenzivní polární záře nad velkou částí Země. Někteří lidé se domnívali, že jejich města zachvátil požár.
Supererupce Carringtonova rozsahu pravděpodobně nastává jen jednou za několik století. Ovšem i bouře mnohem menší intenzity mohou způsobit značné škody, obzvlášť když se lidé stávají stále závislejšími na technice umístěné ve vesmíru. Sluneční činnost narušuje ionosféru – vrstvu zemské atmosféry, kde dochází k polární záři, víc než 100 kilometrů nad zemským povrchem. Piloti bezmála 11 000 každoročních komerčních letů vedoucích přes severní polární oblast závisejí na krátkovlnných radiových signálech, které se odrážejí od ionosféry, aby mohli komunikovat nad 80. rovnoběžkou, za hranicí dosahu komunikačních satelitů kroužících nad rovníkem. Když kosmické počasí poruší ionosféru a přeruší krátkovlnnou komunikaci, mají piloti povinnost změnit kurz, což může stát až 100 000 dolarů na let. Rozkolísaná ionosféra způsobí zmatky i v signálu GPS, což má za následek chyby při určení polohy, které mohou dosáhnout až 50 metrů. To znamená, že zeměměřiči se musejí sbalit a jet domů, plovoucí ropné plošiny mají problém udržet pozici a piloti se nemohou spoléhat na stále oblíbenější systémy GPS využívané pro přistávání na mnoha letištích.
Ultrafialové záření emitované během slunečních erupcí může také komplikovat oběžné dráhy umělých družic tak, že ohřeje atmosféru a ta pak satelity víc brzdí. NASA odhaduje, že Mezinárodní kosmická stanice klesne o víc než 300 metrů za den v období, kdy je zvýšená sluneční aktivita. Sluneční bouře také ovlivňují citlivou elektroniku na komunikačních satelitech, proměňují je v „zombie“ neovladatelně se řítící na oběžné dráze a pro svět „tam dole“ mrtvé.
Pokračování článku najdete v červnovém čísle magazínu National Geographic
Na rozdíl od satelitů ve vesmíru nemá většina rozvodných sítí zabudovanou pojistku proti prudkému náporu silné geomagnetické bouře. Jelikož většina velkých transformátorů je uzemněná přímo do země, mohou geomagnetické bouře indukovat proudy, které by je mohly přehřát, zapálit nebo přivést k explozi. Škody by byly katastrofální. Podle Johna Kappenmana z poradenské firmy Storm Analysis Consultants, který studuje vliv kosmického počasí na elektrickou rozvodnou síť, by sluneční erupce podobná té, která se odehrála v květnu 1921, dnes zhasla světla v polovině Severní Ameriky. Bouře jako v roce 1859 by vyřadila celou síť a uvrhla by stamiliony lidí zpátky k způsobu života v předelektrické éře na mnoho týdnů nebo možná i měsíců. Kappenman to vyjádřil slovy: „Hrajeme se Sluncem ruskou ruletu.“
Napsal Timothy Ferris
