Într-o dimineață tropicală necaracteristică în zona golfului San Francisco, pământul strălucește cu valuri de căldură și este imposibil să privești spre cer fără să alungi. Dar căldura reală se află în cadrul Laboratorului Solar și Astrofizică Lockheed Martin din Palo Alto. Acolo, într-o cameră întunecată, încărcată cu procesoare computerizate, o vedere de înaltă definiție a Soarelui umple nouă ecrane TV conjugate pentru a crea o extravaganță solară de calitate de teatru de 7 metri.
Din această poveste
[×] ÎNCHIS
VIDEO: Folosirea Soarelui pentru a crea muzică
[×] ÎNCHIS
Noile telescoape le-au oferit oamenilor de știință vederi inedite ale Soarelui, ajutându-i să înțeleagă mai bine activitatea solară
Video: O privire uimitoare la focurile solare
Continut Asemanator
- Gaze verzi de minune ale Soarelui
- O descoperire spaniolă în valorificarea energiei solare
- Fotografii fantastice ale sistemului nostru solar
Fizicianul solar Karel Schrijver scrie comenzi pentru a începe spectacolul: un film accelerat dintr-o secvență de explozii care a înfășurat Soarele la 1 august 2010. „Aceasta este una dintre cele mai uimitoare zile pe care le-am văzut vreodată pe Soare”, spune Schrijver . Se uită la cea mai apropiată stea a noastră de două decenii.
„La început, această regiune minusculă decide că nu este fericită”, spune el, sunând ca un psihiatru astronomic care se confruntă cu nevroze solare. El indică o flare, un spasm modest de lumină albicioasă. „Apoi, această regiune din apropiere începe să devină nefericită, și se stinge. Apoi un filament uriaș izbucnește și taie prin câmpul [magnetic] ca un cuțit. Vedem acest arc de material strălucitor și crește cu timpul. Un mic filament sub arc spune: „Nu-mi place acel pic” și devine instabil și se stinge ”.
Cine știa că Soarele are atâta personalitate?
În câteva ore - a fost prelungit până la câteva minute în redarea digitalizată - o mare parte din câmpul său magnetic „se supără”, spune Schrijver și se rearanjează, dezlănțuind flăcări și centuri vaste de gaz magnetizat. Reacția în lanț este mai vie decât orice reprezentare de la Hollywood. „Când le prezentăm aceste filme colegilor noștri pentru prima dată, ” spune Schrijver, „expresia profesională este, în general, „ Whoa! ””
Torrentul de imagini provine de la cel mai avansat satelit care a studiat Soarele: Observatorul Solar Dynamics al NASA sau SDO. Lansat în februarie 2010, SDO privește steaua dintr-un punct situat la 22, 300 mile deasupra Pământului. Orbita satelitului o menține într-o poziție constantă, având în vedere două antene radio din New Mexico. În fiecare secundă, 24 de ore pe zi, SDO transmite 18 megabyte de date la sol. Imaginile de înaltă rezoluție, precum și hărțile câmpurilor magnetice chinuite ale Soarelui arată geneza petelor solare și originile izbucnirii lor.
Acest film solar ar trebui să ofere noi perspective asupra vremii spațiale - impacturile resimțite pe Pământ atunci când ejectiile Soarelui ne îndreaptă drum. Uneori vremea este blândă. La 1 august 2010, erupțiile au declanșat afișaje colorate de aurora borealis peste Statele Unite, două zile mai târziu, când o furtună cu mișcare rapidă de gaze încărcate a deranjat câmpul magnetic al Pământului. Dar când Soarele se înfurie cu adevărat, luminile din nord pot semnala amenințări de dezactivare potențială.
Cea mai intensă furtună solară înregistrată a izbucnit vreodată în vara anului 1859. Astronomul britanic Richard Carrington a observat la 1 septembrie o rețea uriașă de pete solare, urmată de cea mai intensă flacără semnalată vreodată. În 18 ore, Pământul a fost asediat magnetic. Lumini strălucitoare din nord străluceau până la sud ca Marea Caraibelor și Mexic, iar firele scânteiere închideau rețelele de telegraf - Internetul zilei - în Europa și America de Nord.
O furtună magnetică din 1921 a eliminat sistemul de semnalizare pentru liniile feroviare din New York. O furtună solară din martie 1989 a stricat rețeaua electrică din Quebec, privând milioane de clienți de electricitate timp de nouă ore. Și în 2003, o serie de furtuni au provocat opriri în Suedia, au distrus un satelit științific japonez de 640 de milioane de dolari și au obligat companiile aeriene să devieze zborurile departe de Polul Nord cu un cost de 10.000 USD până la 100.000 USD.
Societatea noastră electronică modernă, conectată la nivel mondial, este acum atât de bazată pe transformatoarele îndepărtate și roiurile de sateliți, încât o explozie majoră de la Soare ar putea să o reducă. Conform unui raport din 2008 al Consiliului Național de Cercetare, o furtună solară cu dimensiunea evenimentelor din 1859 sau 1921 ar putea săvârșească sateliți, să dezactiveze rețelele de comunicații și sistemele GPS și să prăjească rețelele electrice cu un cost de 1 trilion sau mai mult.
„Spațiul din jurul nostru nu este la fel de benign, prietenos și adaptabil tehnologiei noastre, așa cum ne-am asumat-o”, spune Schrijver.
Prin documentarea originilor acestor furtuni într-un detaliu fără precedent, SDO oferă șanselor cele mai bune șanse de a înțelege capacitățile distructive ale Soarelui. Scopul este de a prognoza vremea spațială - pentru a citi starea de spirit a Soarelui suficient de mult în avans, încât putem lua măsuri de precauție împotriva lor. Succesul se va baza pe privirea suprafeței Soarelui pentru a observa izbucniri magnetice pe măsură ce se dezvoltă, în același mod în care meteorologii folosesc radarul pătrunzător de nori pentru a vedea semne ale unei tornade înainte de a urla spre pământ.
Însă, deocamdată, activitatea Soarelui este atât de complexă încât convulsiile sale înfrâng mințile de vârf ale câmpului. Când i s-a cerut să explice fizica care conduce violența Soarelui, omul de știință SDO, Philip Scherrer, de la Universitatea Stanford, nu menționează niciun cuvânt: „Nu știm, în fond”.
Steaua noastră părinte este la doar opt minute distanță, în timp ce lumina zboară. Soarele primește mai mult timp de telescop decât orice alt obiect din spațiu, iar cercetarea este o întreprindere globală. Cel mai de succes satelit anterior SDO, o misiune comună NASA-Agenția Spațială Europeană numită Observatorul Solar și Heliospheric (SOHO), trimite încă imagini ale Soarelui la 15 ani de la lansare. Un explorator mai mic acum în spațiu, numit Hinode, este o colaborare Japonia-NASA care studiază modul în care câmpurile magnetice ale Soarelui stochează și eliberează energie. Și misiunea Observatorului Relațiilor Solare Terestre (STEREO) al NASA este formată din doi sateliți aproape identici care călătoresc pe orbita Pământului, unul în fața planetei noastre și unul în urmă. Sateliții permit oamenilor de știință să creeze imagini 3-D ale ejectărilor solare. Acum, pe părțile opuse ale Soarelui, în luna februarie trecută au făcut prima fotografie a întregii suprafețe a Soarelui. La sol, telescoapele din Insulele Canare, California și din alte părți examinează Soarele cu tehnici care elimină efectele încețoșate ale atmosferei Pământului.
Soarele este o bilă de gaz suficient de mare pentru a conține 1, 3 milioane de Pământuri. Nucleul său este un cuptor de fuziune nucleară, transformând 655 de milioane de tone de hidrogen în heliu în fiecare secundă la o temperatură de 28 milioane de grade Fahrenheit. Această fuziune creează energie care în final ajunge la noi ca soare. Dar nucleele și straturile interioare ale Soarelui sunt atât de dense încât poate dura un milion de ani pentru ca un foton al energiei să lupte la doar două treimi din ieșire. Acolo ajunge ceea ce fizicienii solari numesc „zona convectivă”. Deasupra, este un strat subțire pe care îl percepem ca suprafața Soarelui. Gazele solare continuă mult în spațiu dincolo de această margine vizibilă într-o atmosferă fierbinte aprinsă numită corona. Un vânt solar tânăr suflă prin întregul sistem solar.
Lucrurile devin deosebit de interesante în zona convectivă. Giganții uriași de gaz încărcat se ridică și cad, ca într-un vas cu apă clocotită, doar mai turbulent. Soarele se rotește cu viteze diferite - aproximativ o dată la 24 de zile la ecuator și mai lent, la fiecare 30 de zile, la poli. Această diferență de viteză forfecă gazul și își încurcă curenții electrici, alimentând câmpurile magnetice ale Soarelui. Câmpul magnetic general are o direcție, la fel cum polii nordici și sudici ai Pământului ne atrag compasele. Cu toate acestea, câmpul Soarelui este plin de curbe și kink-uri și, la fiecare 11 ani, alunecă: polul nord devine sud, apoi din nou spre nord, 11 ani mai târziu. Este un ciclu dinamic pe care oamenii de știință nu îl înțeleg pe deplin și este în centrul majorității eforturilor de a înțelege cum se comportă Soarele.
În timpul acelor flipsuri, câmpul magnetic profund al Soarelui devine într-adevăr zguduit. Se ridică în sus și trage prin suprafața vizibilă pentru a crea petele solare. Aceste plasturi întunecate de gaz sunt mai reci decât restul suprafeței Soarelui, deoarece câmpurile magnetice nodate acționează ca bariere, împiedicând o parte din energia Soarelui să scape în spațiu. Câmpurile din petele solare au potențialul de a erupe. Deasupra petelor solare, câmpul magnetic al Soarelui se bucle și se învârte prin corona. Aceste riduri aprind exploziile de pe ecranele video ale lui Lockheed din Palo Alto.
Schrijver și șeful său, Alan Title, au lucrat împreună timp de 16 ani, suficient de mult pentru a-și completa propozițiile celuilalt. Cea mai recentă creație a grupului lor, Atmosferic Imaging Assembly - un set de patru telescoape care fotografiază gazele de milioane de grade în corona - este unul dintre cele trei instrumente implementate pe SDO. NASA o compară cu o cameră IMAX pentru Soare.
„Această bulă de gaz care se stinge este de 30 de ori diametrul Pământului, mișcându-se la un milion de mile pe oră”, spune Titlul, arătând pe ecran către un vortex roșu extins prins de SDO la scurt timp după lansarea satelitului. Și, observă aproape întâmplător, aceasta a fost o erupție destul de minoră.
Câmpurile magnetice mențin gazele Soarelui în linie în timp ce se aruncă în spațiu, spune Titlul, la fel cum un magnet de bară introduce filajele de fier în modele îngrijite. Cu cât câmpurile devin mai încurcate, cu atât sunt mai puțin stabile. Izbucniri solare se întâmplă atunci când câmpurile magnetice se încadrează într-un nou tipar - un eveniment pe care fizicienii îl numesc „reconectare”.
O explozie solară tipică expulzată către Pământ, numită ejectare de masă coronală, ar putea conține zece miliarde de tone de gaz încărcat în spațiu. "Trebuie să vă imaginați un set de forțe suficiente pentru a lansa toată apa din râul Mississippi la o viteză de 3.000 de ori mai rapid decât zboară un avion cu jet, în 15 până la 30 de secunde", spune el, oprindu-se un moment pentru a lăsa să se scufunde în „Pe Pământ nu există nicio contrapartidă. Avem probleme în a explica aceste procese. ”
Misiunile solare anterioare au făcut instantanee confuze ale unor ejecții de masă coronală mari. Alte telescoape au făcut zoom pentru detalii fine, dar se puteau concentra doar pe o porțiune minusculă a Soarelui. Rezoluția înaltă a SDO a unei întregi emisfere a Soarelui și înregistrările sale cu foc rapid dezvăluie modul în care suprafața și atmosfera se schimbă minut la minut. Unele caracteristici sunt atât de neașteptate, încât oamenii de știință nu le-au numit încă, cum ar fi un model de gaz tip tirbușon pe care Schrij-ver îl urmărește pe ecran cu degetul. El crede că este un câmp magnetic în spirală văzut de-a lungul marginii sale, care se ridică prin gaz în timp ce urcă în spațiu. „Este ca și cum [gazul] este ridicat în fantezie”, spune el.
Înainte ca misiunea să împlinească un an, oamenii de știință au analizat sute de evenimente, care au acoperit multe mii de ore. (Au descoperit erupțiile din 1 august, au fost legate de „zone defecte” magnetice care se întind pe sute de mii de kilometri.) Echipa lucrează sub presiune, de la NASA și din alte părți, pentru prognoze mai bune de vreme spațială.
„Domnule bun, acest lucru este complicat”, spune Schrijver, jucând un film cu dispoziția Soarelui într-o altă zi. „Nu există nicio zi liniștită pe Soare.”
La câțiva kilometri distanță, în campusul Stanford, fizicianul solar Philip Scherrer se luptă cu aceeași întrebare care animă grupul Lockheed Martin: Vom putea să prezicem când Soarele va arunca cataclismic gazul încărcat spre Pământ? „Am dori să dăm o estimare bună dacă o anumită regiune activă va produce apariții sau ejectii în masă sau dacă va dispărea”, spune el.
Scherrer, care folosește un link descendent prin satelit pentru recepția televizată, explică impactul vremii spațiale reamintind un eveniment din 1997. „Într-o sâmbătă, ne-am trezit și tot ce am văzut a fost confuz”, spune el. O ejecție de masă coronală trecuse pe Pământ cu o seară înainte. Norul magnetic a scos aparent satelitul Telstar 401 folosit de UPN și alte rețele.
"Am luat-o personal, pentru că era" Star Trek "[nu am putut să mă uit]", spune Scherrer cu un zâmbet crud. „Dacă s-ar fi întâmplat în dimineața Super Bowl, toată lumea ar fi știut despre asta.”
Echipa Scherrer și inginerii Lockheed Martin au dezvoltat imagini Helioseismice și Magnetice ale SDO, un instrument care sondează în interiorul putrezitor al Soarelui și monitorizează direcția și puterea câmpului magnetic, creând hărți alb-negru numite magnetograme. Când petele solare vin, hărțile prezintă tulburări magnetice la bazele structurilor de arhivare din atmosfera Soarelui.
Instrumentul măsoară, de asemenea, vibrațiile pe suprafața Soarelui. Pe Pământ, seismologii măsoară vibrațiile de suprafață pentru a dezvălui defectele cutremurului și structurile geologice aflate în subteran. La Soare, vibrațiile nu provin de la soare, ci de la pulsările cauzate de gazele care se ridică în sus și în jos pe suprafață la viteze de aproximativ 700 de mile pe oră. În timp ce fiecare bandă de gaz se prăbușește, el propulsează undele sonore în Soare, și ele jiglează întreaga stea. Dispozitivul Scherrer măsoară acele vibrații pe fața Soarelui.
Cheia, spune Scherrer, un expert de top în helioseismologie, după cum este cunoscută această știință, este că undele sonore se mișcă mai repede prin gazul mai fierbinte, cum ar fi nodurile turbulente aflate mult sub suprafața care prezint adesea petele solare. Undele sonore se accelerează și atunci când se deplasează prin gaze care curg în aceeași direcție. Deși aceste măsurători creează coșmaruri matematice, calculatoarele pot crea imagini cu ceea ce se întâmplă sub suprafața Soarelui.
În acest fel, echipa lui Scherrer poate detecta petele solare din partea îndepărtată a Soarelui cu câteva zile înainte de a se roti în vedere și înainte de a se afla în situația de a arunca particule dăunătoare și gaz spre Pământ. Oamenii de știință speră, de asemenea, să localizeze regiunile active care se împletesc de la Soare cu o zi sau mai mult înainte de a fi vizibile ca pete solare.
Aceste tehnici oferă previzualizări ale atracțiilor viitoare. Provocarea, spune Scherrer, este să găsească semnele potrivite de înțelegere magnetică care - precum imaginile radar ale unei tornade nou formate - oferă avertizări de încredere. Unii cercetători au activat formele câmpurilor magnetice, observând că o curbură în formă de S anume adesea anunță o izbucnire. Alții se uită dacă rezistența magnetică din centrul unui petus solar se schimbă rapid - un indiciu că ar putea fi gata de prindere.
Scherrer apelează câteva imagini pe ecranul său, scuzându-se că nu rivalizează cu filmele Lockheed. Imaginile helioseismice îmi amintesc de suprafața butonată a unei portocalii, cu noduli de gaze care se ridică în sus pe întreaga sferă a Soarelui. Graficele magnetice aruncă Soarele în tonuri de gri închis, dar când Scherrer face zoom, floturile alb-negru cresc în petice neregulate. Acestea sunt panglici de forță magnetică, care se trag în sau în afara suprafeței în mișcare constantă a Soarelui.
Când liniile de câmp magnetic se reconectează în sus în atmosfera Soarelui, Scherrer spune „este foarte asemănător unui scurtcircuit când atingeți două fire cu un curent. Energia care curge în curent se transformă în căldură sau lumină. ”Scânteile bruște se trag de-a lungul câmpului magnetic și se trântesc pe suprafața Soarelui, declanșând o flacără puternică.
Cel mai puternic dintre câmpurile magnetice de arhiere ale Soarelui poate să prindă miliarde de tone de gaz sub ele, stabilind scena pentru expulzări coronale de masă. Când o reconectare magnetică eliberează brusc toată tensiunea, gazul se ridică în spațiu cu vântul solar. „Este ca și cum ai tăia sfoara pe un balon de heliu”, spune Scherrer.
Studiind multe astfel de evenimente, Scherrer crede că el și colegii săi pot concepe un sistem care să corespundă șanselor Soarelui care vizează o erupție pe Pământ - o scară care ar putea merge de la „totul clar” la „să ia măsuri de precauție”. Astfel de orientări nu ar fi prezice, recunoaște și recunoaște, de asemenea, că prognoza solară nu poate rivaliza niciodată cu rapoartele meteorologice pământești. Predicția solară necesită echipa să compare activitatea recentă pe Soare cu modelele de computer. Dar modelele sunt atât de implicate încât, până când computerul scoate un răspuns, este posibil ca Soarele să fi apărut deja sau să rămână liniștit.
Una dintre cele mai mari surprize solare din ultimii 50 de ani nu a fost un lucru pe care Soarele l-a făcut, ci ceva ce nu a făcut: nu a produs multe pete solare în cea mai mare parte a anilor 2008 și 2009. „Am merge 60, 70, 80, 90 de zile fără o singură oră ”, spune editorul științei NASA, Tony Phillips, care publică în mod independent SpaceWeather.com. „În viața fizicienilor solari, nimeni nu a văzut asta. A surprins întreaga comunitate. ”
Nimeni nu știe ce a provocat liniștea înfiorătoare. Aparent câmpul magnetic profund nu s-a răsucit în modul său obișnuit, poate pentru că curenții electrici din interiorul Soarelui au devenit mai slabi. Unii oameni de știință au speculat că Soarele se stinge, cel puțin temporar. Un grup de fizicieni solari a studiat aceste schimbări și a proiectat că activitatea Soarelui ar putea atinge doar jumătate din nivelurile sale recente în următorul său ciclu de 11 ani. Aceasta ar putea avea implicații minore asupra schimbărilor climatice. În secolul trecut, activitatea umană a depășit cu mult modulările Soarelui în a afecta climatul Pământului. Dacă modelul activității solare reduse continuă printr-un alt ciclu al Soarelui și nu numai, scăderea subtilă a energiei de la Soare ar putea compensa ușor încălzirea globală.
Soarele este proiectat să atingă vârful actualului ciclu al petelor solare la sfârșitul anului 2013 sau începutul lui 2014. Dar nu există niciun motiv să credeți că un Soare mai sedat va rămâne așa. „Cel mai mare eveniment de particule și furtună geomagnetică din istoria înregistrată” - evenimentul din 1859 observat de Carrington - „a avut loc în timpul unui ciclu solar de aproximativ aceeași dimensiune cu cel pe care îl proiectăm în următorii doi ani”, spune Phillips. Mai mult decât atât, un studiu recent realizat de Suli Ma și colegii de la Centrul de Astrofizică Harvard-Smithsonian a arătat că o treime din furtunile solare care lovesc Pământul apar fără raze solare sau alte semne de avertizare. Aceste atacuri furișe sugerează că Soarele poate fi periculos chiar și atunci când pare liniștit.
Nu există nicio cale de a proteja Pământul de erupțiile Soarelui; furtunile puternice vor perturba întotdeauna câmpul magnetic al planetei noastre. Dar avertizarea în avans poate limita impactul acestora. Precauții includ reducerea încărcărilor de energie pentru a preveni supraîncărcările pe liniile electrice, introducerea sateliților într-un mod electronic sigur și - în cazul NASA - spunând astronauților să se adăpostească în părțile cele mai fortificate ale navei lor spațiale.
Chiar și cu aceste măsuri, un eveniment la fel de sever precum furtunile solare din 1859 sau 1921 ar provoca ravagii, spune fizicianul solar și spațial Daniel Baker, de la Universitatea din Colorado, autorul principal al raportului Consiliului Național de Cercetare din 2008. Oamenii cresc mai dependenți de tehnologia comunicațiilor până la an, spune Baker, făcându-ne din ce în ce mai vulnerabili la haosul electromagnetic. „Evenimentele [grave] apar probabil la fiecare deceniu”, spune el. "Este doar o întrebare de timp înainte ca unul dintre noi să ne lovească."
Baker și colegii săi au cerut NASA și Administrației Naționale Oceanice și Atmosferice, care conduce Centrul Spațial de Predicție a Vremilor din Boulder, Colorado, să dezvolte un sistem de sateliți de avertizare împotriva vremii. Astăzi singurul instrument care poate determina direcția câmpului magnetic în interiorul unei expulzări a masei coronale care se apropie - un factor critic pentru a determina cât de violent va interacționa cu Pământul - este pe un satelit vechi de 13 ani care nu are înlocuire pe termen scurt.
„Soarele este o stea extrem de variabilă”, avertizează Baker. „Trăim în atmosfera sa exterioară, iar coconul cibernetic care înconjoară Pământul este supus capriciilor sale. Ar fi bine să ne înțelegem cu asta. ”
Robert Irion dirijează programul de scriere științifică la Universitatea din California, la Santa Cruz.
O imagine ultravioletă extremă a soarelui. Regiunile albastre sunt cele mai tari, la 1, 8 milioane de grade Fahrenheit. (NASA / GSFC / AIA) 
Când o ejecție de masă coronală ajunge pe Pământ, particulele solare curg de-a lungul liniilor de câmp magnetic, energizează gazele din atmosferă și strălucesc ca luminile nordice (în Manitoba). (Federico Buchbinder) 
Observatorul Solar Dynamics, prezentat aici în concepția unui artist, lansat în 2010 și oferă o viziune inedită asupra Soarelui. (NASA) 
O săptămână tempestă pe Soare a culminat cu erupții de la 1 august 2010, care au aprins luminile nordice peste Statele Unite. (NASA) 
A fost „una dintre cele mai uimitoare zile pe care le-am văzut vreodată pe Soare”, spune Karel Schrijver din erupțiile din august 2010. (John Lee / Aurora Select) 
Observațiile de la Solar Dynamics Observatory arată o complexitate surprinzătoare pe suprafața Soarelui. Vânturile solare curg în spațiu dintr-o „gaură coronală” întunecată. (NASA) 
Un filament magnetic care dansează în emisfera sudică a Soarelui are o lungime de aproximativ 340.000 de mile, sau aproximativ 40 la sută mai lungă decât distanța de la Pământ la Lună. (Didier Favre) 
O flacără solară care izbucnește de la Soare urmărește bucle magnetice strălucitoare. (NASA) 
Philip Scherrer, lângă observatorul solar al lui Stanford, folosește helioseismologia și imagistica magnetică pentru a înțelege structurile profunde ale Soarelui și pentru a vedea ce se întâmplă în partea îndepărtată a stelei - înainte ca potențialele probleme să se transforme în vedere. (John Lee / Aurora Select) 
O imagine magnetică a Soarelui. (NASA) 
Instrumentele Solar Dynamics Observatory trimit înapoi imagini ale Soarelui în diferite lungimi de undă. O lungime de undă a unei ejecții de masă coronală vara trecută arată o explozie de radiații și material magnetizat care erupe de la Soare. (NASA) 
Această lungime de undă oferă o imagine mai clară a undei de explozie pe măsură ce erupția se răspândește pe suprafața Soarelui. (NASA)
