زمین ممکن است بسیار بیشتر از آنچه دانشمندان تصور می‌کردند در برابر طوفان‌های قدرتمند خورشیدی آسیب‌پذیر باشد و رویدادهای شدید می‌توانند به فناوری‌های مدرن، ضربه‌ای دو برابر سخت‌تر از آنچه مدل‌های قبلی پیش‌بینی می‌کردند وارد کنند.
سپر مغناطیسی زمین ممکن است آن حد ایمنی و محدودیتی را که دانشمندان زمانی برایش قائل بودند، نداشته باشد. تحقیقات جدید نشان می‌دهد که قدرتمندترین طوفان‌های خورشیدی می‌توانند جو فوقانی سیاره را تا دو برابر شدیدتر از تخمین‌های سنتی اختلال‌پذیر سازند!
این یافته، فرضیه‌ای چند دهه‌ای را درباره نحوه واکنش زمین هنگام برخورد با بادهای خورشیدی فوق‌العاده شدید به چالش می‌کشد. پاسخ ژئومغناطیسی سیاره به جای اینکه به یک حد حداکثری برسد و در آنجا ثابت بماند (یکسان شود)، ممکن است با شدیدتر شدن شرایط، همچنان افزایش یابد.
این موضوع می‌تواند پیامدهای جدی برای دنیایی داشته باشد که روزبه‌روز وابستگی بیشتری به ماهواره‌ها، GPS، ارتباطات رادیویی، هوانوردی و شبکه برق سراسری پیدا می‌کند.
این مطالعه که در مجله Nature منتشر شده، به سرپرستی دکتر نیثین سیواداس (Dr. Nithin Sivadas) از مرکز پروازهای فضایی گودارد ناسا و با همکاری دکتر ماریا والاخ (Dr. Maria Walach) از دانشگاه لنکستر انجام شده است. این پژوهش بررسی کرده که چرا اندازه‌گیری‌ها برای مدت‌های طولانی نشان‌دهنده وجود یک «سقف» بر روی شدت فعالیت‌های ژئومغناطیسی بوده است.
هوای فضایی چگونه فناوری را تهدید می‌کند؟
هوای فضایی با فعالیت بر روی خورشید آغاز می‌شود. باد خورشیدی — جریانی مداوم از ذرات باردار الکتریکی — به سمت بیرون در منظومه شمسی حرکت کرده و با میدان مغناطیسی زمین تعامل برقرار می‌کند. فوران‌های خورشیدی می‌توانند این جریان را به‌شدت تقویت کرده و اختلالاتی را به سمت سیاره بفرستند.
هنگامی که این ذرات به زمین می‌رسند، می‌توانند انرژی را به مگنتوسفر (مغناطیس‌کره) منتقل کرده و جریان‌های الکتریکی قدرتمندی در جو فوقانی ایجاد کنند. همین فرایند می‌تواند شفق‌های قطبی خیره‌کننده‌ای تولید کند، اما در طول رویدادهای شدید، می‌تواند در کار ماهواره‌ها اختلال ایجاد کند، سیگنال‌های ناوبری و ارتباطی را قطعی کند، میزان قرارگیری فضانوردان و خلبانان در معرض پرتوها را افزایش دهد و جریان‌های تخریب‌گری را در شبکه‌های برق القا کند.
دکتر والاخ می‌گوید:
میدان مغناطیسی سیاره ما کار خود را در محافظت از ما در برابر بسیاری از اثرات هوای فضایی بسیار عالی انجام می‌دهد، بنابراین این اثرات اغلب فقط به شکل اختلالات جزئی یا شفق‌های قطبی زیبا ظاهر می‌شوند. با این حال، موارد شدیدی نیز وجود دارد که ماهواره‌ها به طور غیرمنتظره‌ای به زمین سقوط می‌کنند یا ما سیگنال‌های ارتباطی و GPS را از دست می‌دهیم.
حد فرضی سپر مغناطیسی
دانشمندان پیش از این بر این باور بودند که زمین دارای یک حد و مرز درونی است که نشان می‌دهد تا چه اندازه می‌تواند پاسخ شدیدی بدهد. اندازه‌گیری‌ها نشان می‌داد که با شدت یافتن بادهای خورشیدی، جریان‌های جوی افزایش می‌یابند، اما در نهایت با همان نرخ دیگر افزایش نمی‌یابند. محققان چندین توضیح فیزیکی برای این «اشباع ظاهری» ارائه کردند، از جمله نظریه‌هایی که طبق آن‌ها، مگنتوسفر مقدار انرژی ورودی به جو فوقانی را محدود می‌کرد.
مطالعه جدید توضیح بسیار متفاوتی ارائه می‌دهد: این سقف فرضی ممکن است یک خطای آماری باشد که به دلیل عدم قطعیت در خود اندازه‌گیری‌ها ایجاد شده است.
شرایط بادهای خورشیدی معمولاً توسط فضاپیماها در نزدیکی اولین نقطه لاگرانژی (L1) — در فاصله‌ای حدود ۱ میلیون مایل (۱.۶ میلیون کیلومتر) نزدیک‌تر از زمین به خورشید — ثبت می‌شود. از آن نقطه، فضاپیما می‌تواند هشدار پیش‌هنگام درباره هوای فضاییِ در حال ورود ارائه دهد. با این حال، باد خورشیدی قبل از رسیدن به سیاره همچنان به حرکت و تغییر ادامه می‌دهد.
این فاصله، نوعی عدم قطعیت در مورد زمان‌بندی و همچنین شدت باد خورشیدی که در نهایت به زمین برخورد می‌کند ایجاد می‌کند. یک اندازه‌گیری فوق‌العاده شدید در نقطه L1 ممکن است شرایط مگنتوسفر را در چند دقیقه بعد به طور کامل و دقیق نشان ندهد.
بازگشت به میانگین
این موضوع زمانی اهمیت ویژه‌ای پیدا می‌کند که محققان رویدادهای نادر را تحلیل می‌کنند. اندازه‌گیری‌های فوق‌العاده بالا، بیشتر احتمال دارد که حاوی خطاهای غیرمعمول بزرگ باشند. شرایط واقعیِ مرتبط با آن‌ها اغلب به میانگین نزدیک‌تر خواهد بود؛ یک گرایش آماری که با نام «بازگشت به میانگین» (Regression to the mean) شناخته می‌شود.
در نتیجه، ممکن است یک اندازه‌گیری شدیدِ باد خورشیدی در نقطه L1 با یک پاسخِ کمتر شدید در زمین مقایسه شود. وقتی بسیاری از این مشاهدات ترکیب شوند، این عدم تطابق می‌تواند باعث شود به نظر برسد که زمین دیگر پاسخ متناسب نمی‌دهد، حتی زمانی که هیچ حد و مرز فیزیکی واقعی به دست نیامده است.
محققان این احتمال را با استفاده از بیش از ۱ میلیون اندازه‌گیری جمع‌آوری‌شده توسط فضاپیمای ناسا که در مداری بسیار نزدیک‌تر به زمین می‌چرخید، آزمایش کردند. آن‌ها همچنین از روش‌های آماری برای لحاظ کردن عدم قطعیت در زمان‌بندی و شدت باد خورشیدی استفاده کردند.
پس از اصلاح آن عدم قطعیت‌ها، اشباع ظاهری تا حد زیادی ناپدید شد. پاسخ ژئومغناطیسی زمین در سراسر محدوده مشاهده‌شده، کاملاً متناسب با شدت باد خورشیدی باقی ماند. این تحلیل نشان می‌دهد که اثرات شدیدترین طوفان‌ها می‌تواند حدود دو برابر بزرگ‌تر از آن چیزی باشد که مدل‌های قبلی پیشنهاد می‌کردند.
آمادگی برای طوفان‌های شدید و نادر
این یافته‌ها نشان نمی‌دهند که پاسخ زمین تحت هر شرایط ممکنی همچنان افزایش خواهد یافت. قوی‌ترین طوفان‌های خورشیدی بسیار نادر هستند، بنابراین دانشمندان شواهد مستقیم کمی از نحوه واکنش سیاره به رویدادی دارند که ممکن است فقط هر چند صد یا چند هزار سال یک‌بار رخ دهد.
با این حال، این مطالعه هیچ شاهد آماری متقاعدکننده‌ای برای آن «سقف محافظتی» که در بسیاری از نظریه‌ها و مدل‌ها گنجانده شده بود پیدا نمی‌کند. این بدان معناست که مدل‌هایی که فرض می‌کنند پاسخ زمین در نهایت ثبات می‌یابد و متوقف می‌شود، ممکن است خطرات ناشی از قدرتمندترین طوفان‌های خورشیدی را دست‌کم گرفته باشند.
دکتر والاخ گفت:
اگر هیچ حد بالایی برای پاسخ سیاره ما به باد خورشیدی وجود ندارد، مدل‌سازی برای موارد شدید باید این موضوع را در نظر بگیرد و ما باید مراقب اثرات هوای فضایی باشیم. خوشبختانه، این موارد بسیار شدید، نادر هستند، اما این بدان معناست که ما داده‌های محدودی برای کار در دست داریم و تنها زمان نشان خواهد داد که در رویدادهای بسیار شدید و نادر (از نوع یک بار در هزار سال) چه اتفاقی می‌افتد.
دکتر سیواداس نیز گفت:
ما معمولاً فرض می‌کنیم که حقیقت ممکن است پیرامون داده‌های اندازه‌گیری‌شده باشد. اما نظریه احتمالات می‌گوید که حقیقت به یک سمت گرایش دارد. به همین دلیل است که خطرات هوای فضایی دست‌کم گرفته شده به نظر می‌رسند.
منبع: Scitechdaily
