Kaip milžiniškos saulės dėmės gali sukelti katastrofas

Įsivaizduokite dėmę ant Saulės, tokio dydžio, kad ji galėtų praryti kelias dešimtis Žemių. Jei mėginsite suvokti jos mastą, tai tampa sunku: viena saulės dėmė, magnetinių laukų audra, turinti gryną potencialą sukelti vieną iš smarkiausių išsiveržimų, kokius gali išvystyti mūsų žvaigždė.

Dėmė, kurios dydis prilygsta žemynams

Maks Planko Saulės sistemos tyrimų instituto (MPS) mokslininkai tą vaizdinį priskyrė skaičiui. Analizavę 300 galingiausių saulės žybsnių, užfiksuotų tarp 2010 ir 2016 metų, jie susiejo žybsnio energiją su aktyvių regionų dydžiu - tais suveržtais magnetiniais ploteliais Saulės paviršiuje, kuriuose dažnai randamos tamsios saulės dėmės. Rezultatas yra statistinis ryšys, siejantis, kiek energijos išskiria žybsnis ir kokio dydžio buvo jo tėvinis aktyvus regionas.

Šis susiejimas svarbus, nes istorinius įrašai rodo, kad mūsų žvaigždė kartais formavo saulės dėmes daug didesnes nei įprastos šiandien. Ryškus pavyzdys - 1947 metų saulės dėmė, užėmusi maždaug 0,6 procento matomos Saulės disko ploto. Kitaip tariant: jos skersmuo būtų apie 40 kartų didesnis už Žemės. Naudodami naują energijos ir dydžio ryšį, tyrėjai padarė išvadą, kad tokio masto saulės dėmė teoriškai galėtų sukelti žybsnį prie žemesnės ribos to, ką astronomai vadina superžybsniu.

Superžybsniai nėra kasdieniai reiškiniai. Kai kuriose Saulę primenančiose žvaigždėse astronomai juos pastebi maždaug kartą per šimtmetį. Jie gali išlaisvinti šimtus ar tūkstančius kartų daugiau energijos nei didžiausi žybsniai, tiesiogiai stebėti Saulės sistemoje. Jei ir mūsų Saulė galėtų sukurti panašius įvykius, pasekmės šiuolaikinei technologijai būtų reikšmingos, nors tiesioginis poveikis žmonių sveikatai galėtų likti ribotas.

Skaitant praeitį medžių žieduose ir saulės dėmių kataloguose

Neturime teleskopų, nukreiptų į Saulę per giliąją praeitį. Vietoje to tyrėjai naudoja proksinius rodiklius. Medžių žiedų įrašai rodo tam tikrų izotopų padidėjimus, kurie reiškia, kad Žemė prieš ilgą laiką buvo paveikta ekstremalių saulės dalelių įvykių. Tie šuoliai yra radiacijos audrų pirštų atspaudai, daug stipresni už bet ką, užfiksuotą teleskopiniu laikotarpiu. Naujas tyrimas siūlo, kad bent dalis šių ekstremalių saulės dalelių įvykių galėjo būti sukelti superžybsnių ant Saulės.

"Mūsų Saulė turi superžybsnių potencialą," sako Natalie Krivova, astrofizikė MPS ir pagrindinė straipsnio autorė. Ji įspėja, kad superžybsnių nebuvimas palyginti neseniai, palydovų eroje, nereiškia, jog jų negali būti ilgesnėse laiko skalėse. Vietoj to, empirinė sąsaja tarp aktyvaus regiono dydžio ir išleistos energijos turėtų išlikti galiojančia, jeigu kada nors įvyktų tikrai ekstremalus renginys.

Yra ir pastabų. Žybsnio bendra energija yra vienas dalykas; ar ta energija virsta dalelių audra, pasiekiančia Žemę, priklauso nuo magnetinės geometrijos ir to, kiek lengvai energingos dalelės gali pabėgti iš Saulės magnetinių narvų. Todėl tolimesnės modeliavimo pastangos turi žvelgti toliau už vienos dėmės rodiklius ir stengtis rekonstruoti, kaip saulės dėmių grupės sąveikauja, kaip susijungia lauko linijos ir kurios magnetinės konfigūracijos laiko energiją, o kurios ją paleidžia į kosmosą.

Istorinis ranka pieštas 1947 metų saulės dėmės piešinys. 

Kodėl šis tyrimas svarbus dabar

Gyvename su vis sudėtingesnėmis elektros tinklų sistemomis, palydovų konstelacijomis ir pasaulinėmis navigacijos sistemomis. Pakankamai didelis kosminių orų įvykis galėtų sutrikdyti ryšį, pakenkti palydovams ir sukelti plačias infrastruktūros gedimus. 1859 metų Karingtono įvykis yra pamokantis pavyzdys: telegrafo sistemos sugriuvo, o auros pasirodė net žemose platumose. Šiuolaikinė technologija būtų daug pažeidlesnė.

Todėl Saulės viršutinių ribų supratimas nėra abstrakti akademinė užduotis. Maxo Planko vadovaujama analizė nustato apribojimus maksimaliai žybsnių energijai, kurią istoriškai užfiksuotos ekstremalios saulės dėmių grupės galėjo teoriškai generuoti. Tyrėjai pabrėžia, kad jie neskaičiavo, kaip dažnai tokie įvykiai įvyksta. Dažnis lieka atvira problema, kuri reikalauja statistinių tyrimų, fizikinio modeliavimo ir geresnių praeities Saulės aktyvumo įrašų derinimo.

Ekspertų įžvalga

"Saulės dėmės dydžio susiejimas su žybsnio energija suteikia mums praktišką būdą vertinti riziką per amžius, o ne dešimtmečius," sako dr. Laura Mendes, Saulės fizikė Kalifornijos universitete. "Tačiau pats dydis nėra lemtis. Magnetinė struktūra aplink dėmę, jos ryšiai su kaimyniniais aktyviais regionais ir srauto atsiradimo laikas visi lemia, ar sukaupta energija išeis dideliu, audringu protrūkiu, ar liks įstrigusi. Būsimi modeliavimai turės ištirti šias detales, kad pereitų nuo galimybės prie tikimybės."

Išvada

Maxo Planko komandos darbas neįrodo, kad Saulė yra patyrusi superžybsnius žmonijos istorijoje. Tačiau jis rodo, kad mūsų žvaigždė pajėgi suformuoti žaliavas tokiems įvykiams. Milžiniškos saulės dėmės, kurios pralenkia Žemę keliasdešimčiu kartų, jau yra buvusios. Su tinkama magnetine aplinka jos galėtų būti pradinis taškas žybsniams, esančioms superžybsnių spektro žemesnėje dalyje, stebimiems kitose žvaigždėse.

Mokslininkams kelias į priekį aiškus: detalesnis modeliavimas, pastangos sujungti istorinius įrašus su fizikos teorija ir nuolatinis Saulės magnetinio elgesio stebėjimas. Visuomenei išvada yra tokia pat praktiška. Kosminiai orai yra retai pasitaikanti, tačiau didelės įtakos turinti grėsmė. Suvokimas, ką Saulė gali padaryti, padeda inžinieriams ir planuotojams kurti atsparesnes sistemas ir suteikia politikams duomenis, reikalingus pasiruošti įvykiui, kuris nors ir retas, būtų reikšmingas.