خورشید بیدار می‌شود

 به این ترتیب زندگی در سیاره ما به حالت فلج در می‌آید. در عرض چند هفته حتی ژنراتورهای اضطراری که در نیروگاه‌های تولید برق هسته‌ای به کار گرفته شده‌اند از کار می‌افتند و این یعنی یک فاجعه بزرگ، چون پمپ‌های الکتریکی که آب را از مخازن مخصوص به حوضچه‌های خنک‌کننده منتقل می‌کنند دیگر کار نمی‌کنند و به این ترتیب احتمال نشت مواد رادیواکتیو به بالاترین حد خود می‌رسد. تنها کافی است تصور کنید در سراسر آمریکا 30 تأسیسات اتمی در حد و اندازه چرنوبیل وجود دارد. دانشمندان هجوم حجم عظیمی از پلاسمای خورشیدی به زمین را فاجعه‌ای بزرگ می‌دانند که از کار افتادن تأسیسات اتمی تنها بخشی از تبعات آن به شمار می‌آید. حالا خبر نگران‌کننده این است که بنا به گفته بسیاری از دانشمندان متخصص در زمینه تأثیر اوضاع جوی و فضایی بر شبکه‌های برق، زمین در آستانه رویارویی با یکی از این حملات قرار دارد. گرچه هجوم پلاسما به زمین می‌تواند در هر زمانی روی دهد اما تقریبا هر 11 سال یک بار یکی از شدیدترین آنها روی می‌دهد. به خاطر داشته باشیم که جولای 2013 پایان یکی از این بازه‌های زمانی 11 ساله است.

قدرتمندترین هجوم ذرات پلاسمای خورشیدی به زمین که از زمان پیدایش سیاره مادر در یک چرخه خورشیدی روی داده است به‌زودی باز هم تکرار می‌شود. دانشمندان پیش‌بینی می‌کنند اوج نسخه بسیار شبیه به آن تا سال 2013 زمین را تحت تأثیر قرار خواهد داد. در حادثه مشابهی که سال 1859 روی داد و از آن به حادثه کارینگتون یاد می‌شود تخلیه الکتریکی روی داده در سراسر آمریکا اپراتورهای تلگراف را شوکه کرد و حتی در بسیاری از موارد ماشین‌آلاتی که برای ارسال و دریافت تلگراف به کار گرفته می‌شدند نیز به آتش کشیده شدند. در یکی دیگر از این موارد که به سال 1921 مربوط می‌شود شبکه‌های رادیویی در سراسر سواحل شرق آمریکا و زیرساختارهای تلگراف در بسیاری از مناطق اروپایی به شدت آسیب دیدند. گروهی از دانشمندان که این مقوله را دنبال می‌کنند در گزارشی که سال 2008 به آکادمی ملی علوم آمریکا ارائه کردند چنین برآورد کردند که توفان خورشیدی مشابه آنچه سال 1921 روی داد می‌تواند با از کار افتادن 350 ترانسفورماتور در شبکه برق فعلی آمریکا منجر شود که در نتیجه آن 130 میلیون نفر در سراسر این کشور در خاموشی مطلق قرار خواهند گرفت. البته می‌توان ترانسفورماتورهای از کار افتاده را با دستگاه‌های جدید تعویض کرد اما این کار وقتگیری است و حداقل 2 سال برای ساخت آنها زمان لازم است.

زمانی که جریان برق مورد استفاده در نیروگاه‌های اتمی متوقف می‌شود ژنراتورهای دیزلی شروع به کار می‌کنند. این دستگاه‌ها آب را به حوضچه‌های خنک کننده سوخت اتمی منتقل می‌کنند. اما استفاده از این ژنراتورها برای این منظور نهایتا تا 30 روز امکان‌پذیر است. ذوب شدن میله‌های حاوی سوخت اتمی فرآیندی است که در چنین شرایطی آغاز می‌شود و این همان چیزی است که در حادثه زمین لرزه و سونامی چند ماه پیش ژاپن دیده شد که در پی آن آسیب‌های فراوانی به نیروگاه اتمی فوکوشیما وارد آمد. دانشمندان از ذوب شدن میله‌های حاوی سوخت در چنین حالتی مطمئن هستند؛ چون پیش از این نیز نمونه‌های مشابهی روی داده است. نشت مواد رادیو اکتیو نگرانی‌های زیادی به همراه دارد؛ چون در این وضعیت قرمز سلامت انسان‌هایی که تا شعاع ده‌ها کیلومتری نیروگاه‌های اتمی آسیب دیده قرار دارند بشدت در معرض خطر قرار می‌گیرد. یک ماه پیش از حادثه نیروگاه اتمی فوکوشیما، گروهی از مهندسان در آمریکا که در بنیادی موسوم به  Foundation for Resilient Societies عضویت دارند درخواستی روانه کمیسیون مقررات هسته‌ای این کشور کردند که در آن پیشنهاداتی درخصوص بهبود و به روز رسانی سیستم‌های امنیتی مربوط به مواقع اضطراری در نیروگاه‌های اتمی سراسر آمریکا ارائه شده بود. در این درخواست عنوان شده است که وقوع یک توفان سهمگین خورشیدی تبعاتی برای نیروگاه‌های اتمی آمریکا به همراه خواهد داشت که فراتر از اثرات زمین لرزه 9 ریشتری ژاپن بر نیروگاه اتمی فوکوشیماست و در پی آن حدود دوسوم از نیروگاه‌های اتمی آمریکا برای یک تا دو سال بدون برق خواهند بود.

البته جلوگیری از وارد آمدن چنین لطماتی به شبکه‌های برق و نیروگاه‌های اتمی کار چندان سخت و پیچیده‌ای نیست اما بسیار هزینه‌بر است. اگر دانشمندان پیش‌بینی زمانی مناسبی از زمان آغاز این توفان‌ها و رسیدن امواج آنها به زمین داشته باشند (حداقل تا چند ساعت قبل) شرکت‌های اداره کننده شبکه‌های برق سراسر جهان می‌توانند ترانسفورماتورهای خود را خاموش کرده و پس از پایان توفان خورشیدی بار دیگر آنها را روشن کنند. اما در اینجا یک مسأله جدی وجود دارد. از کار انداختن موقتی شبکه‌های برق آن هم در چنین مقیاس کلانی هزینه‌های میلیارد دلاری به همراه دارد، تازه اگر پیش‌بینی‌ها درباره زمان آغاز توفان با ضریب دقت بالایی صورت گرفته باشد.

اکتبر سال گذشته گروهی از دانشمندان ناسا از آغاز برنامه‌ای موسوم به سپر خورشیدی خبر دادند. این برنامه برای نظارت بر فوران‌های خورشیدی و انجام پیش‌بینی‌های دقیق درخصوص زمان آغاز و رسیدن امواج آن به زمین در نظر گرفته شده است. این یک گام جدی در راه مقابله با تبعات سنگین توفان‌های خورشیدی محسوب می‌شود. مبنای اصلی کار در این برنامه استفاده از ماهواره‌ای است که در سال 1997 به فضا پرتاب شده است. محققانی که در این برنامه بی‌سابقه حضور دارند به خود می‌بالند چون تنها گروهی در دنیا هستند که با استفاده از ماهواره روی این مقوله تخصصی کار می‌کنند.

کشورهایی نظیر آمریکا که انبوهی از نیروگاه‌های اتمی را در خود جای داده‌اند بشدت نگران تبعات منفی توفان‌های خورشیدی هستند. ماهواره‌ای که سال 1997 در قالب برنامه سپر خورشیدی به فضا پرتاب شد تنها برای 5 سال کار مفید طراحی شده بود و اکنون با یک حساب ساده سرانگشتی مشخص می‌شود که نزدیک به 12 سال از پایان عمر آن گذشته است و این درحالی است که سیستم پشتیبان دیگری برای آن در نظر گرفته نشده است. این نگرانی موجب شده تا وزارت امنیت داخلی آمریکا دست به کار شده و در زمینه استفاده از یک ترانسفورماتور جایگزین اضطراری سرمایه‌گذاری کند اما نکته مهم این است که این پروژه تا چند سال آینده به سرانجام نمی‌رسد.

جان کاپنمن از چندی پیش خازن 100 هزار دلاری برای مقابله با توفان‌های خورشیدی ساخته است اما هنوز هیچ کس از کارایی آن و سایر تلاش‌های مشابهی که در این زمینه صورت گرفته است مطمئن نیست. توماس پاپیک محققی است که نقش اصلی را در تألیف گزارش ارائه شده به کمیسیون مقررات هسته‌ای آمریکا داشته است. او می‌گوید: توفان خورشیدی که زمین در انتظار رویارویی با آن است شباهت کمی با توفان‌هایی دارد که در صد سال گذشته روی داده‌اند. از این‌رو می‌توان گفت کارهایی که برای محافظت از خود انجام داده ایم تنها شبیه ساخت آب‌بندی کوچک برای رویارویی با یک سیلاب عظیم است. او هشدار می‌دهد که ما باید سیستم محافظتی بزرگی برای رویارویی با توفان خورشیدی صدساله طرحی کنیم.

در سپتامبر 1859 خورشید یکی از قدرتمندترین توفان‌های خود را به نمایش گذاشت. شدت آن توفان تا به حدی بود که بر فراز کوبا و هاوایی نمایش‌های خیره‌کننده‌ای از نورشمالگان برپا شده بود. گرچه بیش از 150 سال از آن رویداد می‌گذرد اما همواره دانشمندان زیادی بوده‌اند که یک پرسش اساسی را بارها و بارها مطرح کرده‌اند؛

چه اتفاقی روی خواهد داد اگر باز هم چنین توفان شدیدی آغاز شود؟

توفان‌های خورشیدی همواره زمین را تحت تأثیر قرار می‌دهند اما تبعات آنها آنقدر چشمگیر نیست که نگرانی‌هایی به همراه داشته باشد. در طول سال دانشمندان زیادی در گوشه و کنار جهان مشغول بررسی این توفان‌ها هستند. پروفسور دانیل بیکر از دانشگاه کلورادو یکی از این افراد است که از وی به عنوان یکی از کارشناسان برجسته اوضاع جوی و فضایی در دنیا یاد می‌شود. او می‌گوید طی 4 سال گذشته شراره‌های قدرتمند خورشید به شکل‌گیری توفانی منجر شده است که برخی از ارتباطات زمینی را مختل کرده است. مشاهدات ثبت شده نشان می‌دهند که در 15 فوریه شراره‌های قدرتمند خورشید آنچنان غرشی داشته‌اند که میلیون‌ها تن ذرات باردار روانه زمین کرده‌اند. این هجوم پلاسمایی توفان زمین مغناطیسی نیز به همراه داشته است که در نتیجه آن میدان مغناطیسی زمین نیز تحت تأثیر قرار گرفته است.

در صورتی که توفان خورشیدی قدرتمندی روی دهد تنها نیروگاه‌های اتمی سراسر جهان نیستند که مورد آسیب‌های جدی قرار می‌گیرند بلکه مجموعه وسیعی از سیستم‌ها و فناوری‌های کاربردی که نبود آنها لطمات جبران‌ناپذیری به زندگی انسان‌ها می‌زنند نیز تحت تأثیر قرار می‌گیرند. از سیستم‌های ارتباطاتی ماهواره‌ای گرفته تا بسیاری از فناوری‌های مرتبط با امور امنیتی و حتی سیستم‌های مسیریابی هوایی همگی تحت تأثیر قرار می‌گیرند. خدمه سیستم‌های پروازی و البته فضانوردان نیز از جمله انسان‌هایی هستند که بیشترین آسیب‌ها را بابت فوران‌های خورشیدی و توفان‌های ناشی از آنها متحمل می‌شوند. بیکر با اطمینان می‌گوید: خورشید کم کم بیدار می‌شود. بدیهی است طی یک قرن گذشته خورشید یکی از آرام‌ترین دوران‌های خود را سپری کرده است. اما اکنون به نظر می‌رسد که زمان غرش کم سابقه آن فرا رسیده باشد.

توفان‌های خورشیدی در دل خورشید شکل می‌گیرند اما چگونه؟ تمام درک دانشمندان در این باره به این حقیقت علمی ختم می‌شود و آن این‌که که میدان‌های مغناطیسی خورشید و خطوط میدانی آن علت اصلی شکل‌گیری این توفان‌ها هستند. با این حال این هنوز یک درک بسیار ابتدایی است. ما هنوز شواهد روشنی در اختیار نداریم که نشان دهند چه شکلی از خطوط میدان مغناطیسی خورشید ممکن است در آستانه شکل‌گیری یک فوران عظیم خورشیدی ایجاد شود؟

البته حداقل می‌دانیم که در خورشید حلقه‌های متصل به سطحی وجود دارند که به طور طبیعی شدت فوران‌های خورشیدی را کم می‌کند. اما بر اساس فرآیندی که از آن به طناب مغناطیسی یاد می‌شود توفان‌های خورشیدی شکل می‌گیرند. در حقیقت این طناب را می‌توان عامل اصلی این پدیده انرژیکی نامید. تا مدت‌ها هیچ کس از وجود این عامل اطلاعی نداشت اما اکنون و به لطف مشاهدات دقیق دانشمندان درک ما از این عامل افزایش یافته است. دانشمندان نظریه‌ای را در این زمینه مطرح کرده‌اند که بر اساس آن پدیده طناب مغناطیسی شامل خطوط میدان مغناطیسی می‌شود که به دور یک محور مرکزی پیچیده شده و جریان الکتریکی تولید می‌کنند. در ادامه این جریان قوی این قابلیت را دارد تا نیروی الکترومغناطیسی بسیار قدرتمندی تولید کند که با وجود آن خطوط میدان مغناطیسی خورشید قدرتمند شده و طناب مغناطیسی را با سرعت‌هایی که شاید فعلا برای ما قابل درک نباشد به سمت بیرون هدایت می‌کند.

در حال حاضر بشر بیشتر به دنبال دستیابی به فناوری‌های لازم جهت پیش‌بینی دقیق زمان آغاز توفان‌های شدید خورشیدی و رسیدن امواج پلاسمایی آن به زمین است. درک فرآیند فوران‌های خورشیدی می‌تواند به دانشمندان در دستیابی به فناوری‌های مورد نظر کمک زیادی کند.

ماهواره‌ها فعلا از اولویت‌های اصلی دانشمندان در این مسیر دشوار به شمار می‌آیند. به‌تازگی این امکان منحصر به فرد فراهم شده است که با استفاده از سیستم‌های ماهواره‌ای، بسیاری از شبکه‌ها و سیستم‌های آسیب‌پذیر در برابر توفان‌های خورشیدی در آستانه رسیدن امواج مخرب آنها به زمین از کار بیفتند و بلافاصله پس از پایان آنها بار دیگر کار خود را از سر بگیرند. همان‌گونه که بشر هنوز به توانایی‌های لازم جهت پیش‌بینی زمین لرزه دست نیافته است، پیش‌بینی توفان‌های خورشیدی نیز هنوز به طور قطع امکانپذیر نیست. اما آنچه در دو دهه گذشته در زمینه شناخت فوران‌های خورشیدی روی داده است نویدبخش روزهایی امیدوارکننده است؛ دورانی که آسیب‌دیدگی زیرساختارهای ارتباطاتی، صنایع گوناگون و البته نیروگاه‌های اتمی ناشی از توفان‌های خورشیدی به‌حداقل می‌رسد.

منابع: technology review

popsci / wired