تأثيرات العواصف الشمسية: ماذا يعني ذلك لنا؟

مقدمة حول الأضواء الشمالية والنشاط الشمسي

من المحتمل أن تتسبب سلسلة من التوهجات الشمسية والكتلة الإكليلية المنبعثة من الشمس في خلق شفق مبهر قد يُرى حتى جنوب ألاباما وشمال كاليفورنيا، كما قد يؤدي ذلك إلى تعطيل الاتصالات على الأرض الليلة وخلال عطلة نهاية الأسبوع، وفقًا لمركز التنبؤ بالطقس الفضائي التابع للإدارة الوطنية للمحيطات والغلاف الجوي.

تفاصيل العاصفة المغناطيسية الأرضية

وقد أصدر المركز، وهو قسم من دائرة الأرصاد الجوية الوطنية، مراقبة عاصفة مغناطيسية أرضية شديدة مساء الجمعة. وهي أول ساعة من نوعها تصدر منذ يناير 2005.

ما هي العاصفة الجيومغناطيسية G4؟

واعتبارًا من بعد ظهر يوم الجمعة، لاحظ العلماء في المركز اضطرابًا كبيرًا في المجال المغناطيسي للأرض، والمعروف باسم G4 أو العاصفة الجيومغناطيسية الأرضية الشديدة. هذا هو المستوى 4 من 5 درجات من الخطورة.

وتم رصد الظروف التي تشير إلى العاصفة الجيومغناطيسية الأرضية الشديدة لأول مرة من قبل مركز التنبؤ بالطقس الفضائي في الساعة 12:37 ظهراً بتوقيت شرق الولايات المتحدة، بعد أن انتقلت من الشمس ووصلت إلى الأقمار الصناعية التي تراقب الطقس الفضائي على بعد مليون ميل (1.6 مليون كيلومتر) من الأرض.

أسباب النشاط الشمسي المتزايد

وبينما تقترب الشمس من ذروة نشاطها في دورتها التي تستمر 11 عاماً، والمعروفة باسم "الحد الأقصى الشمسي"، في وقت لاحق من هذا العام، لاحظ الباحثون توهجات شمسية متزايدة الشدة تندلع من الجرم السماوي الناري.

تأثيرات العواصف المغناطيسية الأرضية

ويسبب النشاط الشمسي المتزايد شفقًا يتراقص حول قطبي الأرض، ويُعرف باسم الشفق القطبي الشمالي أو الشفق القطبي والشفق الجنوبي أو الشفق القطبي. عندما تصل الجسيمات المفعمة بالطاقة من المقذوفات الكتلية الإكليلية إلى المجال المغناطيسي للأرض، فإنها تتفاعل مع الغازات في الغلاف الجوي لتخلق ضوءًا ملونًا مختلفًا في السماء.

تتبع مركز التنبؤ بالطقس الفضائي عدة توهجات قوية تنبعث من مجموعة كبيرة من البقع الشمسية على سطح الشمس منذ يوم الأربعاء. ويبلغ قطر العنقود 16 ضعف قطر الأرض.

كما رصد العلماء أيضاً ما لا يقل عن سبعة انفجارات كتلية إكليليّة أو سحب كبيرة من الغاز المتأين تسمى البلازما والمجالات المغناطيسية التي تنفجر من الغلاف الجوي الخارجي للشمس، وتنطلق من الشمس في اتجاه الأرض. ومن المتوقع أن تستمر هذه الانفجارات الكبيرة حتى يوم الأحد.

ويغطي مقياس المركز للطقس الفضائي ثلاث فئات: التوهجات الشمسية التي تسبب انقطاع الترددات الراديوية العالية التردد، والعواصف المغناطيسية الأرضية، والعواصف الإشعاعية الشمسية.

ووفقًا لشون دال، منسق الخدمة في مركز التنبؤ بالطقس الفضائي، فإن النشاط الشمسي الحالي قادر على إنتاج عاصفة إشعاعية شمسية.

وقال دال: "هذه هي النهاية المنخفضة جداً لمقياسنا". "إنه يعني أشياء لبعض عمليات إطلاق الصواريخ ومشغلي الأقمار الصناعية. لكن في هذه المرحلة الزمنية، لا يوجد شيء لا يمكن التعامل معه حسب فهمنا. إن إمكانية وقوع أحداث أقوى بالطبع موجودة وسنرى ما إذا كان أي منها سيتحقق."

وقد توقع المركز أن تحدث ذروة نشاط العاصفة المغناطيسية الأرضية للأرض بين الساعة الثانية صباحًا والخامسة صباحًا بتوقيت شرق الولايات المتحدة يوم السبت.

وأشار المركز إلى أن هذا "حدث غير عادي". كانت هناك ثلاث عواصف جيومغناطيسية أرضية منذ ديسمبر/كانون الأول 2019، لكن جميعها اعتبرت ضعيفة، وفقًا للمركز.

وقد تسببت العواصف الجيومغناطيسية التي تحركها الشمس في الأشهر الأخيرة في ظهور الشفق في أماكن نادراً ما تُرى فيها، بما في ذلك جنوباً مثل نيو مكسيكو وميسوري وكارولينا الشمالية وكاليفورنيا في الولايات المتحدة، وجنوب شرق إنجلترا وأجزاء أخرى من المملكة المتحدة.

واعتمادًا على الموقع، قد لا تكون الشفق مرئية دائمًا في السماء، ولكن يقول الخبراء إن الشفق قد لا يكون مرئيًا دائمًا في الأفق، لأنه قد يخلق عرضًا ملونًا هناك أيضًا.

حتى إذا لم تكن الشفق مرئية في السماء، يوصي الخبراء في المركز بالتقاط صور للسماء بهاتفك لأن الصور قد تلتقط ما لا يمكنك رؤيته بالعين المجردة.

قال مايكل ليمون، أستاذ علوم المناخ والفضاء والهندسة في جامعة ميشيغان في آن أربور، في بيان: "من المحتمل أن تكون الشفق مرئيًا في جنوب ميشيغان". وأضاف: "ابتعد عن أضواء المدينة إلى مكان ذي سماء صافية وستتمكن من رؤية التوهج الأخضر أو الأحمر للشفق القطبي عبر السماء".

كيف تؤثر العواصف المغناطيسية على البنية التحتية؟

عندما تتوجه المقذوفات الكتلية الإكليلية إلى الأرض، يمكن أن تسبب عواصف مغناطيسية أرضية، أو اضطرابات كبيرة في المجال المغناطيسي للأرض.

"يمكن للعواصف المغناطيسية الأرضية أن تؤثر على البنية التحتية في المدار القريب من الأرض وعلى سطح الأرض، مما قد يؤدي إلى تعطيل الاتصالات وشبكة الطاقة الكهربائية والملاحة والراديو وعمليات الأقمار الصناعية"، وفقًا لمركز التنبؤ بالطقس الفضائي. "وقد أخطر (المركز) مشغلي هذه الأنظمة حتى يتمكنوا من اتخاذ إجراءات وقائية."

وقام المركز بإخطار المشغلين في هذه المناطق لاتخاذ الإجراءات اللازمة للتخفيف من احتمالية حدوث أي تأثيرات، والتي تشمل إمكانية حدوث مشاكل متزايدة وأكثر تواتراً في التحكم في الجهد الكهربائي. وتشمل الجوانب الأخرى التي سيراقبها المشغلون احتمال حدوث حالات شاذة أو تأثيرات على عمليات الأقمار الصناعية وتكرار أو فترات أطول من تدهور نظام تحديد المواقع العالمي.

وفي المقابل، يتأكد المشغلون أيضًا من أن خطوط الطاقة تعمل كما هو متوقع، والتأكد من أن المعدات البديلة متوفرة وتعمل، وتعليق أي أعمال صيانة، حسبما قال دال.

وقال دال: "لكن العنصر الأساسي هنا هو أن يعرفوا ما الذي يسبب أي شيء في حال حدوث أي مشكلة في حال حدوث أي مشكلة مما يتيح لنا القدرة على اتخاذ الخطوات المناسبة للمساعدة في التخفيف من حدة أي مشاكل متطورة والسيطرة عليها".

قال روب ستينبرغ، عالم الفضاء في مركز التنبؤ بالطقس الفضائي، إنه عندما تصل المقذوفات الإكليلية الكتلية فإنها تحمل مجالها المغناطيسي الخاص بها، والذي يمكن أن يطغى على خطوط الطاقة ويحفز التيارات الكهربائية، لذلك سيراقب المشغلون أي علامات على مثل هذا النشاط.

"عندما نتحدث عن التأثيرات على شبكة الكهرباء، فإننا نتحدث عن خطوط نقل الجهد العالي. هذا هو المكان الذي يمكن أن تتطور فيه هذه التيارات. إنها ليست على أي خط ينتقل من محول صغير إلى منزلهم". "إنها تتطور فقط على خطوط نقل الجهد العالي، مما يخلق مشاكل للمحولات الرئيسية التي تتحكم في التوزيع."

المخاطر على البعثات الفضائية

كما يمكن أن تتسبب العواصف الشمسية التي تولدها الشمس في انقطاع التيار الكهربائي اللاسلكي بل وتشكل مخاطر على البعثات الفضائية التي تحملها الطواقم.

وتكرس مجموعة تحليل الإشعاع الفضائي التابعة لوكالة ناسا جهودها لمراقبة ظروف رواد الفضاء على متن محطة الفضاء الدولية. وإذا بدا أن هناك خطراً إشعاعياً متزايداً، يمكن لرواد الفضاء الانتقال إلى أجزاء من المحطة تكون محمية بشكل أفضل.

تتبع طقس الفضاء والنشاط الشمسي

وحذر المركز من أن النشاط الشمسي الإضافي قد يتسبب في استمرار ظروف العاصفة المغناطيسية الأرضية خلال عطلة نهاية الأسبوع.

حتى الآن، لم يلاحظ الباحثون سوى ثلاث عواصف جيومغناطيسية أرضية شديدة خلال الدورة الشمسية الحالية، التي بدأت في ديسمبر 2019، وفقًا للمركز.

في السابق، حدثت عاصفة جي 5، أو العاصفة الجيومغناطيسية الأرضية الشديدة في أكتوبر 2003، مما أدى إلى انقطاع التيار الكهربائي في السويد وتلف محولات الطاقة في جنوب أفريقيا، وفقًا للمركز.

ويقول الخبراء في المركز إنهم "قلقون بعض الشيء"، ولكن بشكل أساسي لأن مثل هذه الأحداث نادرة الحدوث.

وشبّه الفريق الأمر بالاستعداد لعاصفة صيفية: احتفظ ببطاريات وراديو الطقس في متناول اليد في حالة انقطاع التيار الكهربائي، لكنه قال إن الناس لا يحتاجون إلى "القيام بأي شيء خارج عن المألوف" للاستعداد لطقس الفضاء. لا يتوقع حدوث أي انقطاع في خدمة الإنترنت أو الهاتف المحمول. ومن غير المتوقع أن يكون أي انقطاع في نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) طويل الأمد، طالما أن مقدمي الخدمة يمكنهم إعادة الاتصال بإشارات الأقمار الصناعية بسرعة، وفقًا للخبراء في المركز.

دورة النشاط الشمسي وتأثيرها على الأرض

تمر الشمس كل 11 عاماً أو نحو ذلك بفترات من النشاط الشمسي المنخفض والمرتفع، وهو ما يرتبط بكمية البقع الشمسية على سطحها. وتؤدي المجالات المغناطيسية القوية والمتغيرة باستمرار في الشمس إلى هذه المناطق المظلمة، والتي يمكن أن يصل حجم بعضها إلى حجم الأرض أو أكبر.

على مدار الدورة الشمسية، تنتقل الشمس من فترة هدوء إلى فترة نشاط مكثف ونشط. وخلال ذروة النشاط، التي تسمى بالذروة الشمسية، تنقلب أقطاب الشمس المغناطيسية. ثم تهدأ الشمس مرة أخرى خلال فترة الحد الأدنى الشمسي.

ومن المتوقع أن تبلغ الذروة الشمسية القصوى ذروتها خلال منتصف إلى أواخر عام 2024، لكن الشمس ستبقى نشطة لبضع سنوات بعد ذلك.

كيفية توقع التوهجات الشمسية

وتستخدم الفرق في مركز التنبؤ بالطقس الفضائي بيانات من المراصد الأرضية والفضائية، والخرائط المغناطيسية لسطح الشمس، والملاحظات فوق البنفسجية للغلاف الجوي الخارجي للشمس لتحديد الوقت الذي من المرجح أن ترسل فيه الشمس توهجات شمسية وانبعاثات كتلية إكليليّة وغيرها من الأحوال الجوية الفضائية التي يمكن أن تؤثر على الأرض.

يمكن أن تؤثر التوهجات الشمسية على الاتصالات ونظام تحديد المواقع العالمي على الفور تقريباً لأنها تعطل الغلاف الأيوني للأرض، أو جزء من الغلاف الجوي العلوي.

كما يمكن للجسيمات النشطة التي تطلقها الشمس أن تعطل الإلكترونيات على المركبات الفضائية وتؤثر على رواد الفضاء الذين لا يتمتعون بالحماية المناسبة في غضون 20 دقيقة إلى عدة ساعات.

ويمكن أن تصل المواد المرسلة بسرعة بعيداً عن الشمس أثناء القذف الكتلي الإكليلي إلى الأرض بعد ما بين 30 و 72 ساعة بعد ذلك، مما يسبب عواصف جيومغناطيسية تؤثر على الأقمار الصناعية وتخلق تيارات كهربائية في الغلاف الجوي العلوي تنتقل عبر الأرض ويمكن أن يكون لها تأثير على شبكات الطاقة الكهربائية.

كما تؤثر العواصف أيضًا على أنماط رحلات شركات الطيران التجارية، التي تُطلب منها الابتعاد عن قطبي الأرض أثناء العواصف المغناطيسية الأرضية بسبب فقدان الاتصالات أو قدرات الملاحة.

وقد حدثت عواصف شديدة من قبل، مثل العاصفة التي تسببت في تعطيل شبكة الكهرباء في كيبيك في عام 1989 وحدث كارينغتون عام 1859، ولا تزال هذه الأخيرة أشد عاصفة جيومغناطيسية أرضية تم تسجيلها على الإطلاق، مما تسبب في اشتعال محطات التلغراف واشتعال النيران فيها.

وإذا ما حدث مثل هذا الحدث اليوم، فقد يتسبب في أضرار تقدر قيمتها بتريليونات الدولارات ويعطل بعض شبكات الكهرباء لفترة طويلة من الزمن.