Zvezda, ki kroji vesoljsko vreme in sproža geomagnetne nevihte

Potem ko je Slovenijo novembra lani presenetilo rožnato rdeče žarenje neba in so astronomi omenjali, da bi se predstava letos lahko ponovila, zdaj zastrižemo z ušesi ob novicah o geomagnetnih nevihtah, ki jih sproža Sonce. Delci, ki jih v svojo okolico požene naša zvezda, lahko v Zemljini atmosferi ustvarijo čarobne polarne sije najrazličnejših barv, lahko pa imajo te nevihte tudi bolj neprijetne posledice.

»Sonce je edina zvezda v celotnem vesolju, ki vpliva na naš vsakdan,« spomni dr. Primož Kajdič, vesoljski fizik, ki živi in deluje v Mehiki. Z njim smo se pogovarjali o vesoljskem vremenu, o najmočnejših geomagnetnih nevihtah v moderni zgodovini, skrivnostih Sonca in o bližajočem se spektaklu, ki ga pripravljata Sonce in Luna (pri nas ga bo v živo mogoče spremljati v spletnih prenosih).

Kaj je vesoljsko vreme in ali ga kroji predvsem Sonce oziroma dogajanje na njem?

Da, izvor vesoljskega vremena je Sonce. Pojem pa se nanaša na motnje, izvorno predvsem na motnje v okolici našega planeta, širše pa tudi na sami zvezdi, drugih planetih in v celotnem osončju.

Sonce na Zemljo in okolico vpliva na različne načine. Veliko ima pozitivnih učinkov: je vir toplote in svetlobe, na Zemlji omogoča življenje. Njegovi vplivi pa so tudi negativni. Je vir sončevega vetra, to je ioniziran plin, ki v medplanetarni prostor potuje s hitrostjo od 300 do 800 kilometrov na sekundo. Na Soncu se dogajajo različne eksplozije, po katerih se v okolico sprostijo ogromne količine snovi in magnetnega polja – to so izbruhi koronalne snovi.

Sončev veter in delci izbruhov občasno dosežejo Zemljo, kjer naletijo na magnetno polje. To začne vibrirati, spreminja se jakost polja, tudi smer. V tem primeru govorimo o geomagnetnih nevihtah, ki so verjetno najbolj znan pojav vesoljskega vremena. Na Zemlji se ob teh nevihtah dogajajo različni pojavi. Med najlepšimi so polarni siji.

Po drugi strani lahko nevihta povzroči nevšečnosti. Leta 1989 je recimo celotna kanadska provinca Quebec za okoli osem ur ostala brez električne energije. Ustavil se je promet, luči so se ugasnile, šole so zaprli, praktično vse je obstalo. Zanimiv je tudi primer med vietnamsko vojno. Ameriška vojska je ob obali posejala mine in nekega dne se je veliko teh min sprožilo brez očitnega razloga. Analiza je nato pokazala, da je bila najverjetneje kriva geomagnetna nevihta, ki je spremenila zemeljsko magnetno polje.

Lahko bi naštel še druge primere, ko so hitri nabiti delci okvarili telekomunikacijske in znanstvene satelite. Negativno lahko vplivajo tudi na zdravje astronavtov.

Kako dobro znate vesoljsko vreme napovedovati?

Največja težava so izbruhi koronalne snovi, ki so nepredvidljivi in za zdaj nenapovedljivi. Znamo ugotoviti smer, ali delci potujejo proti Zemlji, težje pa natančno napovemo, kdaj bo izbruh dosegel naš planet in ali bo povzročil geomagnetno nevihto. To je odvisno od lastnosti izbruhov. Okoli 15 milijonov kilometrov pred Zemljo v smeri proti Soncu imamo satelite, ki merijo dogajanje v medplanetarnem prostoru, merijo jakost magnetnega polja, gostoto in hitrost sončevega vetra in tako dalje. Ti podatki nam nato dajo približno 40 minut časa, da se odzovemo. Gre za informacije komercialnega značaja, saj so pomembne predvsem za podjetja, ki imajo v lasti velike telekomunikacijske satelite, in na podlagi teh informacij jih poskušajo zaščititi.

Sončeva aktivnost se spreminja v ciklu. Trenutno je v najbolj aktivnem obdobju. Kaj to pomeni za dogajanje na njem in za vesoljsko vreme?

V 19. stoletju so na podlagi števila sončevih peg na površju zvezde ugotovili, da se Sončeva aktivnost periodično spreminja v ciklu, ki traja od devet do trinajst let, v povprečju enajst, glavni indikator pa so pege. Ko je teh ogromno, govorimo o maksimumu, ko jih praktično ni, gre za Sončev minimum. Trenutno še ni jasno, ali smo maksimum že dosegli ali še ne, po napovedih bi se to lahko zgodilo v začetku leta 2025, lahko pa tudi prej. Zagotovo bomo vedeli, ko bo jasno, da aktivnost upada.

Med minimumi se zgodi en izbruh koronalne snovi na nekaj dni oziroma na teden, med maksimumi se jih zgodi nekaj na dan. Trenutno se še vedno pojavljajo blišči, Sonce pa veselo bruha izbruhe koronalne snovi. Eden izmed njih je v preteklih dneh prispel do nas in sprožil geomagnetno nevihto (pogovarjali smo se minuli teden, beseda pa teče o blišču 23. marca; op. a.).

Ob tokratnem izbruhu v Sloveniji nismo videli severnega sija. Kaj vse se mora zgoditi, da lahko te sije opazujemo tudi na območjih daleč stran od tečajev, celo blizu ekvatorja?

Izbruhi koronalne snovi s sabo nosijo velike količine plazme in magnetnega polja. Izbruh mora priti v stik z Zemljinim magnetim poljem, pri tem se mora zgoditi pojav, ki mu rečemo magnetno prevezovanje. Da je to dovolj učinkovito, mora biti izbruh zelo hiter. Jakost magnetnega polja, ki ga izbruh nosi, mora biti dokaj velika. Izpolnjen mora biti tudi pogoj, da je magnetno polje izbruha čim bolj orientirano v smeri sever–jug, gledano z Zemlje. Jakost neviht merimo z indeksom DST. Čim bolj je vrednost negativna, tem bolj je geomagnetna nevihta intenzivna in večja je verjetnost polarnih sijev.

V Sloveniji polarni sij vidite v smeri proti severu in pravzaprav ni nad državo. Sij se namreč lahko oblikuje do 200 kilometrov visoko v atmosferi, če so vremenske razmere ustrezne, ga je mogoče videti tudi 2000 kilometrov daleč. V Sloveniji torej vidite sije, ki so nad severnimi predeli Nemčije, če bi bili nad Slovenijo, bi bili točno nad vami. Ampak za to bi bila potrebna res ekstremna geomagnetna nevihta. Sije pa bi potem videli po vsem svetu in imeli bi kopico težav.

Najbolj intenzivna geomagnetna nevihta v moderni dobi se je zgodila leta 1859. Danes jo poznamo kot Carringtonov dogodek. Richard Carrington, britanski astronom, je pred geomagnetno nevihto 1. septembra 1859 na Soncu opazil blišč, manj kot 24 ur pozneje so se na Zemlji začele dogajati čudne stvari. Polarni sij so lahko opazovali tudi s Kube, nebo nad Severno Ameriko pa je bilo tako svetlo, da so lahko ponoči brali brez pomoči umetne svetlobe. Če bi se to zgodilo danes, bi govorili o večmilijardni škodi, ker smo odvisni od tehnologije. Če ne bi delovali navigacijski sistemi, bi se promet ustavil, verjetno bi bili brez interneta, elektrike.

Leta 2012 se je zgodil izbruh, za katerega smo potem izračunali, da bi, če bi dosegel Zemljo, povzročil geomagnetno nevihto, ki bi bila po jakosti primerljiva s Carringtonovim dogodkom, vendar na srečo ni bil usmerjen proti našemu planetu.

Jakost bliščev in izbruhov je različna. Kakšni mehanizmi so na Soncu, od katerih je odvisna jakost? In ali obstajajo dokazi iz preteklosti, da so bili izbruhi, ki so dosegli Zemljo, še precej močnejši od Carringtonovega dogodka?

Sonce ima močno magnetno polje, energija, nakopičena v njem, se sprosti – znova pride do magnetnega prevezovanja – v hitrost plina, ki ga Sonce izvrže v medplanetarni prostor. Od magnetne energije, ko se to prevezovanje zgodi, je odvisno, kako hiter in močan bo izbruh koronalne snovi. Drugi dejavnik so razmere v medplanetarnem prostoru. Razlog, da je bil izbruh iz leta 2012 zelo močan na razdalji ene astronomske enote, kar je povprečna razdalja med Soncem in Zemljo, je bil le deloma v tem, da je bilo ogromno energije magnetnega polja skladiščeno na območju izbruha. Ti hitri izbruhi nato, ko zapustijo Sonce, naletijo na upor v medplanetarnem prostoru, ki je podoben zračnemu uporu, s tem se hitrost plinov in delcev zmanjšuje. Leta 2012 je bil zaradi izbruhov pred tem medplanetarni prostor praktično prazen, preostale delce je odpihnilo, zato ni bilo upora, hitrost izbruha na razdalji ene astronomske enote (to je približno 150 milijonov kilometrov) je bila še vedno 2700 kilometrov na sekundo.

In da, imamo dokaze za veliko veliko močnejše izbruhe, in sicer v letnicah fosiliziranih dreves. Nedavno je bil objavljen članek, v katerem opisujejo dokaze za izjemno močan izbruh pred 14.300 leti. Nabiti delci visoko v atmosferi proizvajajo ogljik-14. Ogljik-12 predstavlja 99 odstotkov vsega ogljika na Zemlji, C-14 pa je radioaktivni izotop, ki ima razpolovno dobo dobrih 5500 let. Ta ogljik sčasoma preide v živa bitja prek fotosinteze, z analizami lahko ugotovimo, koliko izotopa je bilo v naravi, ko je bitje živelo. V drevesnih letnicah so odkrili nenadna povišanja ogljika-14, teh je bilo več, izjemno povišanje pa je bilo pred 14.300 leti, kar razlagajo s tem, da se je verjetno zgodil izbruh na Soncu.

Carringtonov dogodek sledi v drevesnih letnicah ni pustil. Kar pomeni, da so morali biti dogodki, ki jih pripisujejo Soncu, neprimerno močnejši od Carringtonovega dogodka. To je moralo biti neverjetno, celotno nočno nebo je bilo verjetno v barvah.

Pred temi delci nas dobro ščiti Zemljino magnetno polje, če bi želeli potovati po vesolju ali živeti na Marsu, pa bi ogrožali naše zdravje.

To so delci relativno visokih energij, na nas delujejo podobno kot radioaktivnost. Skupaj s kozmičnimi delci, ki pa prihajajo iz drugih delov naše ali drugih galaksij, so sončevi delci ena glavnih nerešenih težav pri dolgotrajnih medplanetarnih poletih za ljudi. Za zdaj nimamo ustrezne zaščitne tehnologije. Zemljino magnetno polje nas ščiti, vendar se delci prebijejo do površja. Če bi se zgodil kak megaizbruh, bi seveda vsa živa bitja na Zemlji prejela določeno dozo ionizirajočega sevanja.

Na Marsu magnetnega polja ni, atmosfera, ki nas na Zemlji tudi ščiti, je tam zelo redka. Enako je na Luni, kjer ni ne magnetnega polja ne atmosfere. Prav dolgotrajnega bivanja tam si za zdaj ne znamo predstavljati, razen če iznajdejo ustrezno rešitev.

Katere so še največje skrivnosti Sonca?

Glavno nerešeno vprašanje je, zakaj je zunanja plast Sončeve atmosfere ali korona tako zelo vroča, zakaj je njena temperatura od enega do dva milijona kelvinov. Sonce je zelo vroče v sredici, tam je od 10 do 15 milijonov stopinj kelvinov, na površju Sonca, ki seveda ni trdno tako kot na Zemlji, je okoli 6000 stopinj, nato pa se temperatura znova zvišuje in ni jasno, zakaj. Sončeva korona je kraj, kjer se rodi sončev veter. Zato je pomembno, da bi poznali odgovor.

Nasa je k Soncu poslala Parkerjevo sondo, imenuje se po ameriškem znanstveniku Eugenu Parkerju, ki je predlagal obstoj sončevega vetra. Sonda se iz leta v leto bolj približuje Soncu, do zdaj je že preletela korono, in tam zbira najrazličnejše podatke. Evropski Solar Orbiter tudi zbira podatke o vetru in drugem dogajanju na Soncu, kroži pa okoli njega na razdalji 0,3 astronomske enote, torej mu je nekoliko bližje kot Merkur.

To je trenutno največja skrivnost Sonca, sem pa prepričan, da ko bomo rešili to vprašanje, se bodo pojavila nova.

Astronomi pravijo, da Sonce v primerjavi z drugimi zvezdami ni nič posebnega. Kaj menite vi?

To, da ni posebno, je zelo dobro. Seveda je za astronome in astrofizike zanimivo, če se spreminja sij zvezde ali pa da eksplodira v supernovo. Ampak če bi bilo dogajanje na naši zvezdi še bolj pestro, potem nas ne bi bilo tukaj. Sonce je za vesoljske fizike sicer zelo zanimivo. Je naravni laboratorij, kjer lahko razmeroma od blizu opazujemo fizikalne pojave, ki veljajo tudi za druge zvezde. Sonce je edina zvezda v celotnem vesolju, ki vpliva na naš vsakdan.

Katere lastnosti oziroma pojave vi preučujete?

Naša raziskovalna skupina se ukvarja s pojavi, ki so posledica interakcije sončevega vetra z Zemljinim magnetnim poljem. Kot opisano, so nekateri pojavi vesoljskega vremena lahko zelo intenzivni, vse več pa je dokazov o pojavih, ki sicer niso intenzivni, so pa konstantni in se dogajajo tudi, ko je Sonce mirno.

Osmega aprila bo nastopil sončni mrk, ozek pas popolnega mrka se bo raztezal od Mehike čez Teksas do Ohia in Kanade. Delni sončni mrk pa bo viden po vsej Srednji in Severni Ameriki, žal ne tudi v Evropi. Mrki so prava paša za oči in zelo zanimivi za znanost. Zakaj?

V Sloveniji boste mrk lahko spremljali v prenosih v živo, iz Mehike ga bom prenašal na Sončnem blogu. Prvi kraj na kopnem, kjer bo v Mehiki viden mrk, bo Mazatlán v zvezni državi Sinaloa, kjer bo popolna faza mrka trajala dobre štiri minute. Po srednjeevropskem času bo popolni mrk nastopil nekaj po 19. uri. Mrk imenujejo veliki severnoameriški mrk. Statistično gledano pa so vremenske razmere za opazovanje najbolj ugodne ravno v Mehiki, zato pri nas govorimo o velikem mehiškem mrku. Raziskovalci ga v teh dneh precej promoviramo, ker je lepa priložnost, da javnost, predvsem mlade, navdušimo za naravne pojave in za znanost.

V preteklosti so bili mrki dobra priložnost za velika odkritja. Med popolnim mrkom je vidna korona, tako so ravno med mrkom razvozlali, kako vroča je, Einsteinovo teorijo relativnosti so prav tako potrdili z opazovanjem mrka. Tudi danes so to odlične priložnosti za raziskovanje. Nasa bo morda izvedla eksperiment s posebnim letalom, ki bo sledilo Lunini senci, to pomeni, da bodo iz zraka popolni mrk namesto štirih minut opazovali šest minut. Sonce bodo snemali v različnih valovnih dolžinah, ugotavljali bodo, kako se atmosfera odziva na mrk, zlasti ionosfera.

Tudi biologe zanimajo mrki, saj nenadna noč sredi dneva vpliva na živali. Študija iz leta 1991, ko se je v Mehiki zgodil popolni sončni mrk, na primer opisuje, kako je ta vplival na pajke, ki zjutraj spletejo mrežo, zvečer pa jo pospravijo. Ko je nastopil mrk, so pajki hiteli plesti mreže. V neki mehiški jami so opazovali netopirje, ki so ob nenadni stemnitvi postali aktivni. Iz leta 1984 obstajajo pričevanja o šimpanzih v ZDA, ki so kazali proti mrku. Živali se različno odzivajo na dogajanje, zagotovo pa se najbolj nenavadno na mrke odzivamo ljudje.

Veliko zanimivosti o Soncu najdemo na vašem Sončnem blogu, obstaja tako slovenska kot španska različica.

Še ko sem bil le ljubiteljski astronom, sem se precej ukvarjal s popularizacijo astronomije. Nato je za nekaj let to zamrlo, potem je znova vzniknila želja, da poljudno predstavim zanimiva dejstva o Soncu in pojavih, povezanih z njim. Javnost navdušujejo črne luknje, galaksije, temna snov, Sonce pa je, ker nam je tako vsakdanje, kar nekoliko krivično spregledano. In sem poskusil, začetki so bili, moram priznati, precej nerodni. Spoznal sem, da popularizacija znanosti ni le to, da nekaj napišeš ali poveš. Je veščina, ki se je je treba naučiti, da so besedila razumljiva in privlačna za bralce.

V španski različici trenutno veliko pišem ravno o mrku, saj veliko ljudi v Mehiki ne ve, da se bo mrk zgodil, in zdi se mi skoraj nedopustno, da bi zamudili ta pojav. O tem predavam tudi po šolah, odziv otrok je zelo pozitiven, sploh če jih znaš ustrezno motivirati, česar pa se je prav tako treba naučiti.