Meteorologia kosmiczna

Kapitan rakiety udającej się w lot w obrębie Układu Słonecznego będzie musiał zapoznać się z prognozą pogody na czas rejsu. Pogodę na Ziemi kojarzymy ze zjawiskami atmosferycznymi, deszczem, śniegiem, bezchmurnym niebem, wyżami, niżami. W przestrzeni międzyplanetarnej nie ma oczywiście atmosfery, więc i pogoda jest opisywana inaczej, choć podobnie jak na Ziemi zjawiska te napędza aktywność Słońca. Leżąc plackiem na plaży odczuwamy przyjemne światło i ciepło słoneczne, prawdopodobnie nie zaprzątając sobie głowy tym, co jest jego faktycznym źródłem. Szczególnie przeciwnicy energii atomowej powinni docenić, że nasza gwiazda jest gigantycznym reaktorem termojądrowym, w którym paliwem jest wodór, a produktem jego fuzji jest hel. W wyniku tej reakcji uwalniana jest energia, która w postaci fal elektromagnetycznych i rozpędzonych wysokoenergetycznych cząstek dociera do Ziemi. Na powierzchni doświadczamy tylko część bogactwa promieniowania słonecznego. Chroni nas silne własne pole magnetyczne planety, które niczym odkurzacz wyłapuje większość szkodliwego promieniowania, a także gruba atmosfera, którą można porównać do metrowej grubości pancerza z ołowiu. W kosmosie będziemy zdani wyłącznie na liche ekranowanie skafandrów oraz kadłuba statku, stąd znajomość kosmicznej pogody jest tak ważna.

Korona słoneczna, której zwykle nie widzimy, chyba że mamy szczęście obserwować pełne zaćmienie Słońca, nieustannie niczym dookolny karabin maszynowy wystrzeliwuje w przestrzeń kosmiczną zjonizowane cząstki, protony i elektrony. Strumień tych rozpędzonych cząstek zalewa cały Układ Słoneczny. Sprawia on, że w bliskim kosmosie, aż za orbitę Plutona, nie ma idealnej próżni. Szacuje się, że w ciągu każdej sekundy w postaci takiego wiatru słonecznego ze Słońca ulatuje w przestrzeń milion ton materii. Wiatr słoneczny wywiera na obiekty w kosmosie wielokrotnie mniejsze ciśnienie niż wiatry powietrzne na obiekty na Ziemi, mimo to ma wpływ na zmiany kursu statków kosmicznych, szczególnie w dłuższych lotach. Rozważa się nawet wykorzystanie go do napędzania statków transportowych za pomocą słonecznego żagla. Żagle te musiałyby być olbrzymie, rzędu kilometra kwadratowego, a podróż choć powolna, byłaby tania, bo wyłącznie siłami natury, bez konieczności stosowania kosztownego paliwa.

Istnieją też gwałtowniejsze formy aktywności naszego ulubionego naturalnego reaktora atomowego, widoczne w postaci jęzorów plazmy wykwitających w przestrzeń. Mniejsze nazwane są flarami, większe, które odrywają się od Słońca określa się mianem koronalnego wyrzutu masy. Te drugie mają często rozpiętość rzędu 6,000 razy średnicy Ziemi, kiedy w przestrzeń wyrzucana jest gorąca, naelektryzowana plazma o masie 10 miliardów ton. Jeśli wiatr słoneczny nazwalibyśmy bryzą, to flara słoneczna byłaby burzą, a koronalny wyrzut masy – huraganem.

Kosmiczne huragany potrafią dewastować sprzęt elektroniczny nawet w chronionym obszarze Ziemi. Znane są przypadki usmażonych satelitów telekomunikacyjnych czy unieruchomienia całej sieci energetycznej, jak miało miejsce w prowincji Quebec w Kanadzie w roku 1989. Mniejsze burze choć nie niszczą elektroniki bezpośrednio, potrafią skutkować przekłamaniami bitów w komputerach sterujących, co może powodować zawieszenie się lub wykonanie potencjalnie destrukcyjnej akcji. Nie byłyby też obojętne dla ludzi. Promieniowanie kosmiczne rozrywa i uszkadza łańcuchy DNA. Jego efekt kumuluje się w czasie dłuższych podróży. Choć nie ma żadnych danych doświadczalnych z wpływu burz kosmicznych na organizm człowieka poza tarczą Ziemi, spekuluje się, że skutki byłyby podobne do choroby popromiennej.

Obserwacje aktywności słonecznej wskazują, że ma ona cykl mniej więcej 11-letni. W czasie maksimum dochodzi do większej ilości flar i koronalnych wyrzutów masy. Potrafimy rozpoznać obszary aktywne na słońcu w postaci widocznych plam, jednak nie potrafimy jeszcze z dużą dokładności prognozować z którego obszaru aktywnego i kiedy wystrzeli flara. Prognoza kosmicznej pogody wykorzystuje klasyfikacje flar według ich energii. Najmniej energetyczne oznaczone są symbolem A, najbardziej energetyczne symbolem X, a pomiędzy są stopnie B, C oraz M. Dodatkowo każdy stopień może być opisany cyfrą od 1 to 9, przykładowo flara M2 jest dwa razy mocniejsza od flary M1. Prognoza podaje prawdopodobieństwo wystąpienia flary określonej mocy w okresie 24- i 48-godzinnym. Cząstki wystrzelone przez flarę docierają ze Słońca do Ziemi w ciągu 3-4 dni.

Źródło grafiki: (C) Floyd