Exploziile solare şi efectele lor asupra omenirii

Exploziile solare sunt percepute ca variaţii bruşte, rapide şi intense ale strălucirii Soarelui. Ele apar în cazul eliberării bruşte de energie magnetică acumulată îm atmosfera solară. Radiaţia emisă cu această ocazie se întinde pe întreg spectrul electromagnetic, de la undele radio cu cea mai mare lungime de undă, lumina vizibilă, şi până la emisii de raze X şi gamma cu cea mai scurtă lungime de undă. Energia eliberată echivalează cu milioane de bombe cu hidrogen de 100 megatone care explodează simultan.

Prima explozie solară înregistrată în literatura de specialitate a fost cea din 1 septembrie 1859, fiind observată independent de doi oameni de ştiinţă, Richard C. Carrington şi Richard Hodgson.

Exploziile solare cedează energie şi accelerează în atmosfera solară particule atomice (electroni, protoni) şi nucleee de elemente grele. Puterea unei explozii solare este de ordinul a 10²⁷ ergi pe secundă. Exploziile solare mai mari pot elibera energii de până la 10³² ergi. Această energie este de 10 milioane de ori mai mare decât energia eliberată de o explozie a unui vulcan. Pe de altă parte, această energie este mai mică decât o zecime din energia totală emisă de Soare în fiecare secundă.

Evoluţia exploziilor solare

Există trei etape în dezvoltarea unei explozii solare:

1. Etapa precursoare, când se iniţiază eliberarea de energie magnetică. În ceastă etapă se emite radiaţii X.
2. Etapa impulsivă, în care protonii şi electronii sunt acceleraţi la energii de peste 1 MeV. În această etapă se emit unde radio, radiaţii X de mare frecvenţă, şi radiaţii gamma.
3. Etapa radiativă, în care creşte concentraţia de radiaţii X de putere emise.

Durata acestor trei etape poate varia de la câteva secunde până la o oră.

Exploziile solare străbat stratul atmosferic cel mai depărtat de Soare denumit coroana solară, care constă din gaz foarte rarefiat. Acest gaz are în mod obişnuit o temperatură de câteva milioane de grade Kelvin. În interiorul unei explozii solare, temperatura atinge în mod normal 10…20 milioane grade Kelvin, putând ajunge şi până la 100 milioane grade Kelvin. Coroana solară este vizibilă în spectrul radiaţiilor X, iar strălucirea ei nu este uniformă, concentrându-se în zona ecuatorului solar, sub formă de bucle. Aceste bucle strălucitoare sunt localizate în şi conectate cu zone de puternice câmpuri magnetice denumite regiuni active. Petele solare sunt localizate în aceste regiuni active, iar exploziile solare se produc tot aici.

Frecvenţa exploziilor coincide cu ciclul solar de 11 ani. Când ciclul solar este la minimum, regiunile active sunt mici şi rare şi apar puţine explozii solare. Acestea cresc în număr cu cât Soarele se apropie de perioada de maxim a ciclului.

Impactul exploziilor solare asupra omenirii

Radiaţiile şi particulele de mare energie produse de exploziile solare sunt periculoase pentru organismele vii. La suprafaţa Pământului suntem totuşi protejaţi de aceste efecte datorită câmpului magnetic al Pământului şi a atmosferei. Cele mai periculoase emisii din exploziile solare sunt particulele încărcate energetic (protonii primari de mare energie) şi radiaţia electromagnetică (radiaţiile X primare).

Radiaţiile X din exploziile solare sunt stopate de atmosfera Pământului mult desupra suprafeţei Pământului. Ele distorsionează totuşi ionosfera Pământului care, la rândul ei, distorsionează unele comunicaţii radio. Împreună cu radiaţia ultraviolet energetică, înclzesc atmosfera eterioară a Pământului, expandând-o. Aceasta determină o frânare suplimentară a sateliţilor tereştri orbitali, reducându-le timpul de viaţă. De asemenea, aceste schimbări în atmosferă şi emisiile radio intense pot degrada precizia măsurătorile Sistemului de Poziţionare Globală (GPS).

Particulele energetice produse în exploziile solare ating adesea Pământul. Câmpul magnetic al Pământului le opreşte aproape pe toate înainte de a ajunge pe suprafaţa Pământului. Câteva astfel de particule ajung totuşi pe Pământ dar nu cresc în mod semnificativ nivelul obişnuit al radiaţiei.

Ejecţia masei coronariene

Cel mai serios efect asupra activităţilor umane are loc în timpul furtunilor magnetice. Majoritatea acestora sunt induse de ejecţia masei coronariene, asociată de obicei cu exploziile solare. Ca şi exploziile solare, ejecţiile masei coronariene sunt mai frecvente în perioada fazei active a ciclului de 11 ani al Soarelui.

Ejecţiile masei coronariene au mai multe şanse să aibă un efect semnificativ asupra activităţilor noastre decât exploziile solare întrucât ele transportă mai mult material într-un volum mai mare al spaţiului interplanetar, crescând probabilitatea de interacţie cu Pământul. În timp ce o explozie solară singură produce particule de mare energie aproaqpe de Soare, dintre care unele scapă în spaţiul interplanetar, o ejecţie a masei coronariene produce o undă de şoc care eliberează continuu particule energetice în timp ce se propagă în spaţiul interplanetar. Când o ejecţie a masei coronariene atinge Pământul, impactul distorsionează magnetosfera Pământului, determinând o furtună geomagnetică. O ejecţie a masei coronariene are nevoie în mod obişnuit de 3-5 zile pentru a atinge Pământul după ce părăseşte Soarele. Observarea ejecţiei masei coronariene de pe Soare oferă o atenţionare timpurie asupra furtunilor geomagnetice.

Misiunile spaţiale

O problemă gravă care poate apare în timpul furtunilor geomagnetice este distrugerea sateliţilor orbitali ai Pământului, în special cei cu orbite geosincrone mari, care sunt de obicei sateliţi de comunicaţii. Sateliţii sau rămân încărcaţi puternic în timpul furtunilor şi este distrusă vreuna din componente de curentul mare care se descarcă în satelit, sau o altă parte componentă este distrusă de particulele de mare energie care penetrează satelitul. Nu se poate prezice când şi unde poate fi distrus un satelit în timpul furtunilor geomagnetice.

Astronauţii din staţiile spaţiale nu sunt în pericol imediat datorită orbitelor relativ joase ale misiunilor lor. Dar trebuie să fie atenţi la expunerea cumulativă din timpul plimbărilor lor în spaţiu. Particulele energetice din exploziile solare sau ejecţiile masei coronariene pot fi periculoase pentru un astronaut în misiune pe Lună sau Marte.

Întreruperi de energie electrică

O altă problemă majoră care poate apare în timpul furtunilor geomagnetice este întreruperea temporară a energiei electrice pentru o zonă mare. Cel mai cunoscut caz s-a întâmplat în 1989 în Quebec. Curenţii de intensitate mare din magnetosferă induc curenţi de mare intensitate în liniile de transport a energiei electrice, distrugând transformatoarele electrice şi staţiile electrice. Aceasta se întâmplă mai ales la latiduni mari, unde curenţii induşi sunt cei mai mari, şi în regiunile cu linii lungi de transport a energiei electrice şi unde terenul este slab conducător de electricitate.

Acestea sunt cele mai serioase probleme care pot apare datorită unei activităţi solare de scurtă durată şi a furtunilor geomagnetice rezultate. Un aspect pozitiv al furtunilor geomagnetice, ca frumuseţe, sunt aurorile polare.

Distrugerile sateliţilor şi a reţelelor de transport a energiei electrice pot fi foarte scumpe şi pot întrerupe activitatea umană. Din fericire, acest tip de distrugeri este foarte rar. Furtunile geomagnetice sunt mai deranjante acum decât în trecut, datorită dependenţei noastre mai mari de sistemele tehnice care pot fi afectate de curenţii electrici şi particulele energetice din magnetosfera Pământului.

(Sursa: NASA)