زیبایی و دیو: شوک‌های خورشیدی ایجاد کننده شفق‌ها ممکن است ساختارهای قدرت را نابود کنند
برای هزاران سال، انسان‌ها به شفق‌های رنگارنگ که در آسمان شب می‌رقصند، خیره شده‌اند. اما این نمایش‌های زیبا بیشتر از یک منظره دیدنی هستند. آن‌ها نشانه‌ای از یک خطر پنهان – جریان‌های القا شده ژئومغناطیسی – هستند.
شفق‌ها توسط ذرات خورشیدی که به میدان مغناطیسی زمین برخورد می‌کنند، ایجاد می‌شوند. همین نیروها ممکن است میدان مغناطیسی را فشرده کرده و جریان‌های عظیمی ایجاد کنند که ممکن است به زمین برسند.
تحقیقات جدید نشان می‌دهد که زاویه برخورد این شوک‌های خورشیدی با زمین برای حفاظت از زیرساخت‌ها حیاتی است.
دنی اولیویرا از مرکز پرواز فضایی گودارد ناسا و نویسنده اصلی این مطالعه جدید توضیح داد: «شفق‌ها و جریان‌های القا شده ژئومغناطیسی توسط عوامل مشابه هوای فضایی ایجاد می‌شوند. شفق یک هشدار بصری است که نشان می‌دهد جریان‌های الکتریکی در فضا می‌توانند این جریان‌های القا شده ژئومغناطیسی را روی زمین تولید کنند.»
شوک‌های مستقیم‌الصدمه
شفق‌های زرق و برق‌دار زمین از دو فرآیند ناشی می‌شوند: طوفان‌های خورشیدی که توسط خورشید ایجاد می‌شوند و فشرده‌سازی‌های میدان مغناطیسی که توسط شوک‌های میان‌سیاره‌ای ایجاد می‌شوند. این شوک‌ها زمانی رخ می‌دهند که یک باد خورشیدی سریع‌تر از یک جریان آهسته‌تر پیشی بگیرد و یک موج شوک ایجاد کند.
هر دو می‌توانند جریان‌های خطرناکی را در زمین ایجاد کنند که ممکن است به زیرساخت‌های الکتریکی آسیب برسانند. رویدادهای بزرگتر تهدیدهای بزرگتری به همراه دارند، اما حتی شوک‌های کوچک نیز خطرناک هستند.
اولیویرا افزود: «منطقه شفق می‌تواند در طی طوفان‌های ژئومغناطیسی شدید به‌طور قابل توجهی گسترش یابد. معمولاً مرز جنوبی آن در عرض جغرافیایی 70 درجه قرار دارد، اما در طی رویدادهای شدید می‌تواند تا عرض جغرافیایی 40 درجه یا حتی بیشتر پایین بیاید، همانطور که در طوفان می 2024 – شدیدترین طوفان در دو دهه گذشته – اتفاق افتاد.»
محققان دریافتند که شوک‌های مستقیم‌الصدمه احتمالاً قویترین جریان‌های القا شده ژئومغناطیسی را ایجاد می‌کنند که به «جریان‌های الکتریکی قدرتمند زمینی، تهدیدی برای خطوط لوله و کابل‌های زیرآبی» منجر می‌شوند.
این امر به این دلیل است که شوک‌های مستقیم‌الصدمه می‌توانند میدان مغناطیسی را بیشتر فشرده کنند.
چگونه زاویه پیدا شد
محققان بررسی کردند که چگونه زاویه و زمان‌بندی شوک‌های خورشیدی بر جریان‌های القا شده ژئومغناطیسی تأثیر می‌گذارد. برای درک ارتباط، محققان به بررسی دو مجموعه داده پرداختند.
یکی مجموعه‌ای از شوک‌های میان‌سیاره‌ای ثبت شده بود، و دیگری خوانش‌های جریان الکتریکی از یک خط لوله گاز طبیعی در منسلا، فنلاند. این خط لوله در منطقه‌ای قرار دارد که در زمان‌های فعالیت شدید خورشیدی اغلب شفق‌ها را مشاهده می‌کند.
آن‌ها از داده‌های میدان مغناطیسی میان‌سیاره‌ای و باد خورشیدی برای محاسبه زاویه و سرعت هر شوک استفاده کردند. سپس آن‌ها را به سه دسته تقسیم کردند: بسیار متمایل، به طور متوسط متمایل، و تقریباً روبرو.
تحقیقات ارتباط واضحی بین زاویه شوک و قدرت جریان الکتریکی نشان دادند. هرچه شوک خورشیدی روبروتر باشد، جرقه الکتریکی که به زمین می‌رسد قویتر است. این جریان الکتریکی معمولاً در دو انفجار رخ می‌دهد: یکی بلافاصله پس از برخورد اولیه، و دیگری در طول یک زیرطوفان – یک اختلال ژئومغناطیسی کوچکتر. به طور شگفت‌انگیز، این افزایش‌های اوج در نیمه‌شب قویترین بودند، وقتی که قطب شمال منسلا مستقیماً رو به خورشید بود.
نویسندگان مطالعه اظهار داشتند که دانشمندان می‌توانند تا دو ساعت قبل از وقوع شوک، زاویه آن را پیش‌بینی کنند. این ممکن است زمان برای اتخاذ احتیاط‌هایی مانند کاهش توان خطوط مشخصی فراهم کند.
اولیویرا در بیانیه مطبوعاتی نتیجه‌گیری کرد: «اگرچه منسلا در مکان حساسی قرار دارد، اما تصویر جهانی ارائه نمی‌دهد. علاوه بر این، داده‌های منسلا چندین روز در دوره مورد بررسی کمبود دارند، که ما را مجبور به رد بسیاری از رویدادها در پایگاه داده شوک ما کرد. خوب است اگر شرکت‌های برق در سراسر جهان داده‌های خود را برای مطالعات در دسترس دانشمندان قرار دهند.»
این یافته‌ها در مجله Frontiers in Astronomy and Space Sciences منتشر شده است.
