آیا خورشید، اینترنت را قطع می‌کند؟

مدتی است که دوباره شاهد پیچیدن زمزمه‌هایی در فضای مجازی مبنی بر احتمال اصابت یک طوفان خورشیدی به زمین و قطعی گسترده و طولانی مدت شبکه برق و اینترنت هستیم. مبحثی که به این دلیل بر سر زبان‌ها افتاده که ما اکنون در دوره بیشینه فعالیت چرخه ۱۱ ساله خورشید هستیم و گاه به گاه با برخورد باد و طوفان خورشیدی به سیاره‌مان مواجه می‌شویم.

بیشینه فعالیت خورشید، بخشی از چرخه تقریباً ۱۱ ساله ستاره منظومه ماست که در آن خورشید در فعال‌ترین حالت خود قرار می‌گیرد و پوشیده از لکه‌های خورشیدی تاریک و حلقه‌های پلاسما می‌شود که پرتاب‌های جرم تاجی و بادهای خورشیدی را از خود به بیرون شلیک می‌کند.

اکنون این بحث، داغ شده و سر و صداهایی اغلب به دلیل نگرانی از قطعی احتمالی شبکه اینترنت جهان به پا کرده است، چرا که در عصر مدرن، بشریت به سیستم‌های الکترونیکی بی‌شماری وابسته است که بدون آنها زندگی برایش بسیار سخت می‌شود. از بانکداری الکترونیکی گرفته تا سفر با هواپیما و استفاده از فناوری ماهواره‌ای برای برقراری ارتباط با اقصی نقاط دنیا، همگی از ملزومات امروزه بشر هستند که ابرطوفان‌های خورشیدی می‌توانند همه آنها را مختل کنند.

اما این موضوع جدیدی نیست که به تازگی توسط دانشمندان کشف شده باشد، بلکه قدمتی ۱۵۰ ساله دارد. چنانکه در بهمن ماه سال ۱۳۹۸ در خبری اطلاع دادیم که وقوع یک طوفان خورشیدی خطرناک در هر دوره ۲۵ ساله محتمل است.

زمین توسط یک حباب محافظ معروف به مگنتوسفر(مغناطیس‌سپهر) محافظت می‌شود و اشعه‌های مضر خورشید را مهار می‌کند، اما هنگامی که خورشید گاهی اوقات رشته‌هایی از پرتوهای پر سرعت را منتشر می‌کند، به شدت میدان مغناطیسی زمین را تحت تاثیر قرار می‌دهد.

دانشمندان می‌گویند، ابرطوفان‌های خورشیدی که توانایی مختل کردن همه ماهواره‌ها و فضاپیماها و اختلال جدی در شبکه برق و مخابرات و اینترنت را دارند، هر ۲۵ سال یک بار از سطح خورشید تولید می‌شوند. این گفته از داده‌های تاریخی جمع‌آوری شده از ایستگاه‌های انگلیس و استرالیا که ۱۵۰ سال قدمت دارند، آمده است.

کارشناسان می‌گویند، خطر برخورد میان ماهواره‌ها پس از وقوع یک طوفان خورشیدی بزرگ بسیار زیاد خواهد بود و ماهواره‌ها ممکن است گم شوند و یافتن آنها می‌تواند هفته‌ها طول بکشد.

خوشبختانه چنین طوفان‌های خورشیدی قدرتمندی اغلب اتفاق نمی‌افتند. از زمان طوفان‌های اکتبر ۲۰۰۳ که به "طوفان‌های هالووین" مشهور شده‌اند، زمین از یک دوره هوای فضایی نسبتاً معتدل برخوردار بوده است. با این حال، در سال ۲۰۱۲، سیاره ما تنها ۹ روز با برخورد یک پرتاب جرم تاجی بزرگ فاصله داشت که می‌توانست طوفان خورشیدی قرن را رقم بزند.

با این حال، نرخ نسبتاً پایین این رویدادها باعث نشده تا کارشناسان آسوده خاطر باشند، زیرا می‌ترسند اگر کنترل موقعیت مداری ماهواره‌ها را در محیط شلوغ فضای امروزی از دست بدهند، اتفاقات ناگواری رخ دهد.

خوشبختانه خورشید ما که یک کوتوله زرد است که ۹۹.۸ درصد از جرم کل منظومه شمسی را تشکیل می‌دهد و در حال حاضر در یک مرحله نسبتاً پایدار از چرخه زندگی تقریبا ۱۰ میلیارد ساله خود قرار دارد. با این حال هنوز توانایی ایجاد هرج و مرج بر روی زمین را دارد.

خورشید ما الگوی فعالیت ۱۱ ساله را تجربه می‌کند که ستاره شناسان آنها را چرخه‌های خورشیدی می‌نامند. خورشید در حال حاضر در چرخه فعلی خود در نقطه حداقل قرار دارد که طی آن نسبتاً غیرفعال است.

بسیاری از مطالعات مربوط به فعالیت خورشیدی به آغاز عصر فضا در سال ۱۹۵۷ باز می‌گردند، بنابراین تنها پنج چرخه خورشیدی آخر را در نظر می‌گیرند. داده‌های میدان مغناطیسی مورد استفاده در مطالعه جدید از شاخص "aa" که یک شاخص فعالیت جهانی ژئومغناطیسی است که ۱۵۰ سال گذشته را پوشش می‌دهد، گرفته شده است و شامل ۱۴ چرخه خورشیدی گذشته است.

دانشمندانی که طوفان‌های خورشیدی را مطالعه می‌کنند، دریافته‌اند که به نظر می‌رسد فرکانس شراره‌های خورشیدی از یک چرخه خورشیدی ۱۱ ساله پیروی می‌کند و در زمان اوج فعالیت ممکن است هر روز چندین طوفان خورشیدی رخ دهد. در مواقع دیگر ممکن است کمتر از یک طوفان خورشیدی در هفته رخ دهد.

پژوهشگران این داده‌ها را مورد تجزیه و تحلیل قرار دادند و تخمین زدند که طوفان‌های شدید در ۶ سال از این ۱۵۰ سال یا به طور متوسط ​​هر ۲۵ سال یک بار رخ داده‌اند.

دانشمندان پیش‌بینی می‌کنند که چرخه فعالیت کنونی خورشید منجر به اوج گرفتن طوفان‌های خورشیدی در سال ۲۰۲۵ خواهد شد.

طوفان خورشیدی چیست؟

طوفان‌های خورشیدی زمانی رخ می‌دهند که خورشید، فوران‌های بزرگ جرم و انرژی را به شکل شراره‌های خورشیدی و خروج جرم از تاج خورشیدی منتشر می‌کند. این پدیده‌ها جریانی از بارهای الکتریکی و میدان‌های مغناطیسی را با سرعتی حدود سه میلیون مایل در ساعت به سمت زمین می‌فرستند.

طوفان خورشیدی که فوران جرم و انرژی از خورشید به سمت زمین است، ممکن است به یکی از موارد "شراره خورشیدی"، "خروج جرم از تاج خورشیدی" و "طوفان ژئومغناطیسی" اشاره داشته باشد.

شراره خورشیدی از انفجار بزرگ در اتمسفر خورشید به وجود می‌آید و باعث آزاد شدن انرژی در حد ۶ ضرب در ۱۰ به توان ۲۵ ژول می‌شود که در حدود یک ششم انرژی خروجی از سطح خورشید در هر دقیقه‌ است. این پدیده در سایر ستارگان هم دیده می‌شود که به آنها نیز شراره ستاره‌ای گفته می‌شود.

یک خروج جرم از تاج خورشیدی(coronal mass ejection) یا به صورت مخفف "CME" یک فوران پر جرم از باد خورشیدی و افزایش میدان‌های مغناطیسی است که تاج خورشید بیرون می‌آید و در فضا منتشر می‌شود. خروج جرم از تاج خورشیدی معمولا با دیگر پدیده‌های خورشیدی مانند شراره خورشیدی همراه است.

طوفان ژئومغناطیسی(Geomagnetic Storm) یک اختلال موقتی مگنتوسفر زمین است که از لرزش موج باد خورشیدی یا ابر میدان مغناطیسی است که با میدان مغناطیسی زمین تعامل دارد.

ابرهای گاز داغی که در فوران‌های تاج خورشیدی از خورشید خارج می‌شوند، طوفانی از ذرات یونیزه پرانرژی را تشکیل می‌دهند که می‌تواند ماهواره‌ها را بسوزاند، شبکه‌های انتقال برق و مخابرات را با اختلال روبرو کند و فضانوردان را به کام مرگ بفرستد. پیش‌بینی این طوفان‌ها کار آسانی نیست، زیرا هر فورانی در تاج خورشیدی به وقوع طوفان ذرات منجر نمی‌شود. ستاره‌شناسان حدس می‌زنند چاشنی وقوع این طوفان، جهت‌گیری میدان مغناطیسی ابر فوران یافته باشد.

تحقیقات جدید می‌گوید ۱.۶ تا ۱۲ درصد احتمال وجود دارد که یک طوفان خورشیدی با قدرت کافی برای ایجاد اختلالی فاجعه بار در زمین در دهه آینده رخ دهد و این طوفان علاوه بر ایجاد خسارات قابل توجه به زیرساخت‌های اینترنت، می‌تواند بر شبکه‌های برق سراسر جهان نیز تأثیر بگذارد.

آیا زمین تا به حال با طوفان خورشیدی روبرو شده است؟

در حال حاضر اطلاعات بسیار کمی در مورد طوفان‌های خورشیدی در دسترس است و تنها سه طوفان بزرگ تا به امروز ثبت شده که آخرین آن در سال ۲۰۱۲ بوده است. زمین تاکنون از این طوفان‌ها تقریباً بدون هیچ آسیبی قسر در رفته است.

زمین از یک طوفان خورشیدی خطرناک در سال ۲۰۱۲ نجات یافت، هنگامی که یک خروج جرم از تاج خورشیدی(CME) از سطح خورشید فوران کرد، اما خوشبختانه سیاره ما را تحت تاثیر قرار نداد و به سمت دیگری رفت.

شدیدترین طوفان خورشیدی معروف به "رویداد کارینگتون" در سپتامبر سال ۱۸۵۹ توسط دو اخترشناس به نام‌های "ریچارد سی. کارینگتون" و "ریچارد هاجسون" ثبت شده است. این طوفان چنان اختلال ژئومغناطیسی شدیدی روی زمین ایجاد کرد که سیم‌های تلگراف شعله‌ور شدند و به بلااستفاده شدن قطب‌نماها در سراسر جهان منجر شد و در یک اتفاق نادر، شفق قطبی که همانطور که از نامش پیداست در قطب‌های زمین رخ می‌دهد، در کلمبیا که در نزدیکی خط استوا قرار دارد، دیده شد!

اگر چنین انفجار کیهانی امروز اتفاق بیفتد، به شبکه‌های برق ما به حدی آسیب می‌رساند که خاموشی در سراسر جهان رخ می‌دهد.

تقریباً هر یک قرن، این باد خورشیدی به یک طوفان خورشیدی تمام عیار تبدیل می‌شود که می‌تواند برای زندگی مدرن ما فاجعه بار باشد.

تأثیر اقتصادی اختلال اینترنت برای یک روز تنها در ایالات متحده بیش از هفت میلیارد دلار تخمین زده می‌شود. بنابراین اگر شبکه اینترنت برای روزها یا حتی ماه‌ها غیرفعال شود چه می‌شود؟

وقتی طوفان بزرگ خورشیدی بعدی از خورشید راهی شود، مردم روی زمین حدود ۱۳ ساعت فرصت دارند تا خود را برای ورود آن آماده کنند. بیایید امیدوار باشیم وقتی که این طوفان به ناچار فرا می‌رسد، از این زمان حداکثر استفاده را ببریم.

مرکز پیش‌بینی آب و هوای فضایی در «اداره ملی اقیانوسی و جوی آمریکا»(NOAA) در سال ۲۰۲۳ گزارش داد که یک شراره خورشیدی به عنوان یک طوفان خورشیدی در کلاس X فوران کرد و موجب قطعی موقت اما قوی رادیویی در بخش‌هایی از آمریکای جنوبی، آمریکای مرکزی و اقیانوس آرام شد. شراره‌های کلاس X قوی‌ترین انواع طوفان‌های خورشیدی هستند.

شراره‌های خورشیدی در سطوح مختلف انرژی منتشر می‌شوند. ضعیف‌ترین شراره‌ها که به عنوان طوفان‌های نوع A، B یا C طبقه‌بندی می‌شوند، معمولا جزئی هستند. شعله‌های قوی‌تر نوع M می‌توانند ذرات بارور را به زمین پرتاب کنند که نمایش نور را به دنبال دارد.

این طوفان‌ها، ارسال سیگنال‌های GPS را دشوار می‌کنند و می‌توانند موقعیت‌یابی را تا چند متر از بین ببرند. برای بسیاری از صنایع از جمله هوایی، دریایی، رباتیک، حمل و نقل، کشاورزی و نظامی، خطاهای موقعیت‌یابی چند متری GPS به سادگی قابل تحمل نیستند. سیستم‌های رانندگی خودران نیز به موقعیت‌یابی دقیق نیاز دارند. به ویژه ماهواره‌ها برای عملکرد بهتر دنیای مدرن بسیار مهم هستند و حفاظت از آنها در برابر طوفان‌ها یک حوزه مهم تحقیقاتی است.

برخی از این خطرات را می‌توان با محافظت از وسایل الکترونیکی در برابر طوفان‌ها یا توسعه موادی که در برابر طوفان‌ مقاوم‌تر هستند، به حداقل رساند، اما در مقابل یک طوفان خورشیدی قوی، تنها می‌توان محافظت بسیار زیادی ایجاد کرد و از وقوع آن گریزی نیست.

توانایی پیش‌بینی دقیق طوفان‌ها تا اندازه معینی می‌تواند حفاظت پیشگیرانه از ماهواره‌ها و سایر دارایی‌ها را با خاموش کردن تجهیزات الکترونیکی حساس یا تغییر جهت ماهواره‌ها برای محافظت بهتر ممکن سازد. در هر حال، اگرچه مدل‌سازی و پیش‌بینی طوفان‌های خورشیدی به طور قابل توجهی در چند سال گذشته بهبود یافته است اما بسیاری از پیش‌بینی‌ها هم ممکن است اشتباه باشند.

این در حالی است که به گفته پژوهشگران، ترموسفر یا همان گرم‌سپهر زمین - چهارمین لایه تشکیل‌دهنده جو زمین- آمپر چسبانده است! چرا که پس از بمباران شدن‌های متعدد توسط طوفان‌های خورشیدی به بالاترین درجه حرارت در ۲۰ سال گذشته رسیده است. این افزایش دما توسط سه طوفان ژئومغناطیسی در ژانویه و فوریه ایجاد شده است.

کمک درختان به پیش‌بینی طوفان‌های خورشیدی

جالب اینجاست که گروهی از پژوهشگران دانشگاه کوئینزلند(UQ) می‌گویند که داده‌های حلقه‌های درختان می‌توانند به ما در پیش‌بینی احتمال وقوع رویداد بعدی طوفان خورشیدی کمک کنند.

دانشمندان می‌گویند، هر بار که یک طوفان خورشیدی رخ می‌دهد، غلظت رادیوایزوتوپ C-۱۴(ایزوتوپ کربن-۱۴) در محیط افزایش می‌یابد و مازاد C-۱۴ از آب، هوا و موجودات زنده از جمله گیاهان و حیوانات عبور می‌کند.

در حالی که ایزوتوپ C-۱۴ از یک شراره خورشیدی که از یک درخت عبور می‌کند، فیلتر می‌شود و آثار خود را بر روی حلقه‌های تنه درخت بر جای می‌گذارد. بنابراین حلقه‌های تنه درخت به عنوان یک ضبط کننده سابقه از این رویداد عمل می‌کند.