Geomagnetická superbouře

Jaroslav Petr  |  Věda
geomagnetická superbouře

Naše civilizace je už dlouhou dobu „přeelektrizovaná“, zdánlivé denní jistoty ale mohou skončit až neuvěřitelně snadno. Hrozba pro ně visí přímo nad naší hlavou. V roce 2012 či 2013 očekávají astronomové maximum sluneční aktivity. Pokud se Slunce opravdu „rozohní“ a Země se mu připlete do cesty, čekají nás krušné chvilky.

Před 150 lety prožila Země událost, jaká se opakuje v průměru jen dvakrát za tisíciletí. Na Slunci došlo k obrovské erupci. Z povrchu naší hvězdy se vyřítily miliony tun kladně nabitých protonů. Obvykle putuje masa sluneční hmoty k Zemi tři nebo čtyři dni. Tentokrát se přiřítila během pouhých 18 hodin. Rychlostí milionů kilometrů v hodině narazila do magnetického pole Země, jež jí shodou okolností stála v cestě. Masa slunečních protonů ze sebe setřásla značnou část své energie a předala ji atomům ve svrchních vrstvách atmosféry.

Vypukla nejsilnější geomagnetická bouře, jakou lidstvo pamatuje. V telegrafním vedení indukovala proudy, které vyřadily z činnosti celou síť v Severní Americe a Evropě. Telegrafní dráty pod náporem indukované elektřiny zkratovaly a někde dokonce způsobily požáry. Výpadek trval celé dva dny. Žádné další vážné problémy však nenastaly a lidé si pamatovali noci po 1. září 1859 především kvůli nádherným polárním zářím, které prosvětlily oblohu daleko na jihu. Pohledem, jenž bývá obvyklý za polárním kruhem, se tenkrát mohli pokochat třeba i obyvatelé Havany.

Dnes by podobná sluneční erupce lidstvu tak lehce neprošla. Devatenácté století spoléhalo na uhlí a páru. Dnešní svět stojí a padá s fungováním elektronických zařízení, jež jsou vůči následkům obří sluneční erupce mnohem citlivější než lokomotivy a koňská spřežení. Pokud by se v nejbližší době opakovala stejná erupce, jakou Země zažila v září 1859, ochromila by satelity na oběžné dráze, vyřadila by z činnosti GPS navigaci, znemožnila by rádiové vysílání. Energetické sítě by zkolabovaly a Země by se ponořila do tmy na celé týdny.

Co přinese rok 2012

Nemusí přijít ani tisíciletá sluneční superbouře a i tak budeme mít starostí až nad hlavu. Také erupce, jaká postihne Zemi jednou za sto let, představuje pro naši elektrotechnickou civilizaci velké nebezpečí. Jediná možnost, jak se uchránit nejhoršího, je předvídat sluneční erupce s dostatečným předstihem. Aspoň tak, jak předvídáme tajfuny, větrné smrště, dešťové přívaly, třeskuté mrazy nebo sněhové kalamity. Nejbližší maximum sluneční aktivity, během kterého se může zrodit podobná sluneční superbouře jako v roce 1859, by mělo nastat v roce 2012 nebo 2013. Když se nedávno sešli fyzikové na konferenci ve Washingtonu a položili si otázku „Jsme připraveni na maximum sluneční aktivity?“, odpověděli si sborově: „Nejsme!“

„Jsme na tom určitě lépe, než jsme byli ještě před deseti lety,“ řekl v rozhovoru pro prestižní vědecký týdeník Science astrofyzik Daniel Baker z University of Colorado. „Ale zjevně nejsme připraveni tak, jak bychom měli být.“ Vědci odhadují, že v předvídání slunečních erupcí jsou dnes fyzikové tam, kde byli meteorologové v předpovídání počasí v 60. letech minulého století. Dokážou předvídat erupce jen s minimálním předstihem a postrádají počítačové modely, s jejichž pomocí by zvýšili spolehlivost dlouhodobých předpovědí.

Bez elektřiny a mobilů

Svět je vůči úderům slunečních erupcí stále vnímavější. Technická zařízení, na jejichž funkci závisí hladký chod ekonomicky vyspělých společností, jsou zranitelnější. Například provoz elektrických rozvodných sítí je důkladně optimalizován a za normálních okolností nepotřebuje velké rezervy v kapacitě.

Pokud v nich však bude geomagnetická bouře indukovat silné proudy, začnou se chovat naprosto nevypočitatelně. Podobně můžou selhat nejpokročilejší verze systému GPS využívané například pro autonomní navigaci letadel. Jejich provoz nepočítá se zátěží srovnatelnou s chaosem vyvolaným velkou sluneční bouří. Také mobilní telefony by se s vysokou pravděpodobností ocitly „v úzkých“, protože tvůrci mobilní sítě většinou vůbec neberou do úvahy erupce kalibru srovnatelného se sluneční superbouří z 1. září 1859. Zprávy astrofyziků a dalších expertů se čtou jako scénář nového katastrofického hollywoodského trháku.

Na základě následků mnohem menších slunečních erupcí odhadují odborníci škody vzniklé v prvním roce po superbouři na 1 až 2 biliony dolarů. Svět by se z této katastrofy vzpamatovával 4 až 10 let. Poruchy ve svrchní ionosféře by vyřadily rádiovou komunikaci a GPS z činnosti na dlouhé dny. Výboje indukované v elektrické rozvodné síti by „spálily“ transformační stanice. Mnoho satelitů by bylo nenávratně zničeno a obnova každého, který přežil, by si vyžádala investice desítek milionů dolarů. Podle amerických vědců by stačila „repríza“ relativně slabší sluneční erupce z května roku 1921 a bez elektrického proudu by se rázem ocitla půlka Severní Ameriky.

Hlídači ve vesmíru

V roce 1997 byl vypuštěn satelit ACE (Advanced Composition Explorer). Družice se uhnízdila v Lagrangeově bodě 1 a je „vystrčena“ plných 1,5 milionu kilometrů směrem ke Slunci. Její aparatury nejen zachytí materiál sluneční erupce, ale změří i orientaci jeho magnetického pole.

Nebezpečné jsou erupce, jejichž magnetické pole má opačnou orientaci než magnetické pole Země. Už po dvou letech služby poslala ACE k Zemi první varování. Pozdě. Třetina z celkového „přídělu“ sluneční bouře dopadla na Zemi dřív, než dorazila výstraha. I to názorně demonstruje, jak jsme zvýšenou sluneční aktivitou snadno zranitelní. Přesnou předpověď sluneční aktivity na 8 až 24 hodin dopředu si v současnosti nedokážeme zajistit.

Fyzikové se snaží o něco podobného jako meteorologové, kteří od 50. let minulého století vyvíjeli počítačové modely, vkládali do nich data o stavu počasí a výsledky modelových předpovědí pak porovnávali s tím, co se dělo na obloze. Postupem času se jim podařilo celý systém zdokonalit natolik, že dnes běžně vydávají spolehlivé předpovědi na týden dopředu. Systém pro předvídání slunečních erupcí je mnohem komplikovanější než meteorologické předpovědi. Sluneční erupce jsou poměrně vzácné a geomagnetické bouře, jimž je následně vystavena Země, závisí na mnoha různorodých faktorech.

Určující jsou poměry ve sluneční koróně, která má teplotu řádově kolem milionu stupňů a její hustota se blíží vakuu. Na druhé straně rozhoduje o rozsahu geomagnetické bouře i studená a hustá zemská atmosféra a zemský povrch. Fyzici musí obsáhnout širokou škálu procesů odehrávajících se v prostoru „mezi Sluncem a blátem pod našima nohama“.

Vědci to řeší tak, že pro každou část tohoto notně heterogenního a komplikovaného systému vytvářejí vlastní počítačový model a tyto „dílčí“ modely pak spojují do „řetězců“. Zatím se všechny modely rozsáhle testují a žádný není zralý pro praxi. Ty nejlepší se po důkladném vylepšení dočkají uplatnění nejdříve za dva až tři roky. V nejbližším maximu sluneční aktivity se předpovědi slunečních erupcí a geomagnetických bouří nedočkáme. Snad v tom dalším, jež přijde za 11 let.

Výpadek elektrické rozvodné sítě v Quebecu

Sluneční erupce, ke které došlo 9. března 1989, zasáhla Zemi o tři a půl dne později. Polární záře zaplály hluboko na jihu, např. v Texasu. Došlo k výpadku vysílání stanice Svobodná Evropa pro Rusko, což Američané zpočátku připisovali účinku ruských rušiček. S vážnými potížemi se potýkaly družice s polární drahou letu. Raketoplán Discovery, který byl v té době na misi ve vesmíru, zaznamenal „záhadné“ poruchy. Například jeden senzor během geomagnetické bouře signalizoval kritický tlak v nádrži na tekutý vodík a varoval před nebezpečím exploze.

Největším komplikacím čelila kanadská provincie Quebec. Vlivem izolujícího geologického podloží byla většina nabitých částic nasměrována do elektrické rozvodné sítě. Pojistné mechanismy síť vyřadily z činnosti, aby ji uchránily před většími škodami. Během pouhých 90 sekund byla quebecká rozvodná síť kompletně mimo provoz. Uprostřed mrazivé noci se celá provincie ocitla bez proudu. Na většině postiženého území se podařilo obnovit dodávky elektřiny po devíti hodinách. Někde to však trvalo i několik dní.

Výpadek burzy v Torontu

V srpnu 1989 musela burza cenných papírů v Torontu ukončit obchodování, protože „klekly“ počítače. Ukázalo se, že na vině byly následky silné sluneční erupce a následné geomagnetické bouře, která poničila spoustu mikročipů a způsobila tak kolaps burzovní počítačové sítě.

dosluhující satelity

Dosluhující satelity

Dozor nad Sluncem drží čtrnáct let stará družice SOHO a jen o dva roky mladší družice ACE. Vědci s napětím sledují, jak dlouho tito „kosmičtí stařečkové“ ještě vydrží plnit své úlohy. SOHO může podle expertů zkolabovat prakticky kdykoli. ACE je na tom přece jen o trochu lépe. Družice, která by dosloužilou ACE nahradila, se však nestaví. Její budování a vypuštění se dokonce ani neplánuje a není jasné, kde by se na ni vzaly peníze.

Nejčtenější