هل يمكن أن تضرب عاصفة شمسية كبرى الأرض دون سابق إنذار؟
- الرياح الشمسية تحمل معها موتاً محققاً لكل مظاهر الحياة
- تناولت مجلة New Scientist البريطانية هذه القصة انطلاقاً مما حدث مطلع العام الجاري للأقمار الصناعية التي أطلقتها شركة SpaceX
- بدأ الأمر بالتزامن مع اندفاع سحابةٍ عملاقة من الغاز الممغنط، يُطلق عليها اسم الانبعاث الكتلي الإكليلي، في اتجاه كوكبنا، قادمةً من الشمس
- لا يمكن للبشر العيش دون الشمس فعلياً، لكننا معرضون أيضاً لوابلٍ متواصل من الرياح الشمسية
صحيح أن ضوء الشمس وطاقتها سبب الحياة على كوكب الأرض، لكن الرياح الشمسية تحمل معها موتاً محققاً لكل مظاهر الحياة، فهل يمكن أن تضرب عاصفة شمسية كبرى الكوكب دون سابق إنذار؟
تناولت مجلة New Scientist البريطانية هذه القصة انطلاقاً مما حدث مطلع العام الجاري للأقمار الصناعية التي أطلقتها شركة SpaceX، التي يمتلكها إيلون ماسك، أغنى رجل في العالم.
وظهرت بوادر المشكلة في الـ30 من يناير/كانون الثاني دون أن يُدرك أحد إلى أي مدى ستسوء الأمور. ولو علم الخبراء ما تُخفيه الأقدار؛ لما أطلقت الشركة الأمريكية 49 قمراً صناعياً لمشروع Starlink في مدار الأرض المنخفض قبلها ببضعة أيام.
بدأ الأمر بالتزامن مع اندفاع سحابةٍ عملاقة من الغاز الممغنط، يُطلق عليها اسم الانبعاث الكتلي الإكليلي، في اتجاه كوكبنا، قادمةً من الشمس.
ولم يُمثل الأمر مصدر قلقٍ كبيراً؛ حيث تستطيع العواصف الشمسية تسخين الغلاف الجوي للأرض؛ ما يتسبّب في تمدُّده والتأثير على مواقع الأقمار الصناعية ذات المدار المنخفض، لكن جميع القياسات أشارت إلى أن العواقب ستكون خفيفة. وقد تظهر أخطاء أو أعطال (غليتش) خفيفة في إرسال الأقمار الصناعية وشبكات الطاقة، وربما يلاحظ بعض المراقبين عند خطوط العرض القطبية ظاهرة الشفق القطبي، ولكننا لن نواجه شيئاً خطيراً.
وسرعان ما اتضح وجود مشكلة بعد فترةٍ وجيزة من إطلاق أقمار Starlink الصناعية، من مركز كينيدي للفضاء في ولاية فلوريدا، فبمجرد وصول الأقمار الصناعية إلى الغلاف الجوي العلوي للأرض؛ واجهت مقاومةً مائعة أكبر بكثير من المتوقع بالنسبة لحجم العاصفة، ولم يكن بالإمكان فعل شيءٍ حينها. لذا راقب الخبراء من مركز التحكم 40 قمراً صناعياً وهي تهوي إلى الأسفل وتحترق وسط الغلاف الجوي في استعراضٍ لجبروت الشمس المتقلبة.
لماذا تمثل الشمس هذا التهديد؟
لا يمكن للبشر العيش دون الشمس فعلياً، لكننا معرضون أيضاً لوابلٍ متواصل من الرياح الشمسية، التي تمثل تيار جسيمات مشحونة تصلنا من نجم مجرتنا، وتظهر هذه الرياح الشمسية عادةً من خلال مظاهر الشفق القطبي الملونة.
ومع ذلك تقرر الشمس بين الحين والآخر أن ترجمنا بكمياتٍ أكبر من المواد، لتهدد بذلك الأقمار الصناعية والبنية التحتية على الأرض، وتأتي هذه الانفجارات الشمسية عادةً بتحذيرٍ مسبق قبل يومٍ أو يومين من وصولها إلى الأرض. لكن آخر الأبحاث تُشير إلى أن بعض العواصف قد تظهر على عتبة كوكبنا دون سابق إنذار على الإطلاق.
ويُمكن وصف العاصفة التي ضربت أقمار Starlink بأنها مجرد سمكة نهرية صغيرة إذا قارناها بما تستطيع الشمس أن ترسله. ولنفهم نطاق ما هو ممكنٌ بحق؛ يجب أن نعود بعقارب الساعة إلى الوراء عند تاريخ 2 سبتمبر/أيلول عام 1859؛ حيث اجتاح الأرض في ذلك اليوم انبعاث كتلي إكليلي هائل؛ إذ قذف سطح الشمس تيارات متفجرة ضخمة من الجسيمات المشحونة كهربائياً، وشقت تلك الجسيمات طريقها نحو الأرض لتخترق المجال المغناطيسي للكوكب، لكن أحداً لم يعلم ماهيتها آنذاك؛ لأن الانبعاث الكتلي الإكليلي اكتُشِف في سبعينيات القرن الماضي. كما بدت الأحداث اللاحقة وكأنها تظهر من العدم حرفياً.
غطّت ظاهرة الشفق القطبي (أضواء الشمال) الرائعة سماء الكثير من أنحاء العالم في المساء، نتيجة تفاعل الجسيمات المشحونة مع الغازات الموجودة في غلافنا الجوي، وتعطّل نظام برقيات التلغراف العالمي بعد أن غمرت التيارات الكهربائية الأسلاك؛ ما تسبب في إرسال موجات من الشرر المتطاير الذي أشعل النيران في المكاتب، بينما صُعِقَ عامل تلغراف واحد على الأقل بدفقة كهرباء انبعثت من معداته، وظلت البوصلات تدور بلا هدفٍ بالتزامن مع التواء مجال الأرض المغناطيسي الثابت عادةً تحت وطأة الهجوم، وبهذا تعطلت عمليات الاتصال والملاحة العالمية.
أصبحت هذه العاصفة تُعرف مع تداعياتها باسم “حدث كارينغتون”، تيمناً بعالم الفلك البريطاني الشهير ريتشارد كارينغتون؛ حيث رصد كارينغتون، في 1 سبتمبر/أيلول، الانفجار الشمسي الهائل الذي كان سبباً في إطلاق الانبعاث الكتلي الإكليلي. وربما تحدث الانبعاثات الكتلية الإكليلية بشكلٍ منتظم، لكننا لم نشهد حدثاً بحجم حدث كارينغتون منذ حدوثه. ولو شهدنا حدثاً مماثلاً بعدها لاختلفت الأمور تماماً.
وتنطلق الانبعاثات الكتلية الإكليلية عادةً من الشمس في شكل حدثٍ مغناطيسي متفجر، يُحدث معه انفجاراً شمسياً يمكننا رؤيته من الأرض. وتستغرق الجسيمات ما بين يومٍ أو يومين من أجل بلوغ الأرض. وتعتمد الفكرة الأساسية للتنبؤ بالطقس الفضائي على البحث عن وميضٍ ساطع للانفجار الشمسي عند الأطوال الموجية الخاصة بالأشعة فوق البنفسجية عادةً، ثم البحث عن أي انبعاث كتلي إكليلي ناتج في كاميرات مرسام الإكليل التي تحجب ضوء الشمس الساطع. وتصدر التحذيرات بمجرد رصد انبعاث كتلي إكليلي يقترب من الأرض، كما يحدث حين يقترب الإعصار من اليابسة تماماً.
تداعيات الطقس الفضائي
ربما يبدو الأمر بسيطاً نظرياً، لكنه ليس كذلك على الإطلاق من الناحية العملية؛ إذ يمكن أن تطرأ الكثير من التغييرات على الانبعاث الكتلي الإكليلي وهو في طريقه، ما يجعل التنبؤ بوجهته النهائية أمراً شبه مستحيل، كما أن عواقب الخطأ في التوقع ستكون باهظة التكلفة، وربما تكون مميتةً أيضاً.
ويحتل “الطقس الفضائي القاسي” موقعاً في تقرير سجل المخاطر الوطني البريطاني منذ عام 2011. وتُشير التقديرات الحالية إلى أن وقوع حدثٍ كبير قد يُكلّف البلاد ما يتراوح بين 123 مليون و1.24 مليار دولار من خسائر الإيرادات، فضلاً عن حصد حياة ما يصل إلى 200 شخص، سيقضي غالبيتهم نحبه في حوادث مرتبطة بانقطاع التيار. بينما تنبأت دراسةٌ في الولايات المتحدة بأن انقطاع التيار الكهربائي عن نحو 130 مليون شخص سيؤدي إلى خسائر يستغرق إصلاحها فترةً تصل إلى 10 سنوات. فيما قالت دراسةٌ أجراها باحثون في نيوزيلندا إن هذا الحدث سيتسبب في كارثةٍ عالمية.
إذ ستتعطّل إمدادات الطعام لأسابيع، وستقع الكثير من الحوادث عند تقاطعات الطرق بعد تعطل إشارات المرور، وربما تُصيب الأعطال شبكات السكك الحديدية أيضاً، ومن المحتمل أن يموت الأشخاص المتصلون بأنظمة حفظ الحياة بعد تعطُّل مولدات الكهرباء الاحتياطية، بينما سيضيع الأشخاص المعتمدون على نظام التموضع العالمي GPS في الأماكن النائية. وهناك احتماليةٌ قائمة بأن تؤدي عاصفةٌ شمسية شديدة إلى إثارة أحداث عنفٍ على سطح الأرض، كما حدث عند ظهور مذنب هيل بوب الذي دفع بـ39 شخصاً من طائفة “بوابة السماء” إلى الانتحار عام 1997.
وقد برزت مخاوف جديدة في السنوات القليلة الماضية أيضاً؛ إذ تُخطط وكالة الفضاء الأمريكية (ناسا) لإرسال أشخاصٍ إلى القمر مرةً أخرى، حيث لا يوجد مجالٌ مغناطيسي لحمايتهم. وستمثل العاصفة الشمسية الكبيرة خطراً فتاكاً بالنسبة لرواد الفضاء على القمر في هذه الحالة. أما على الأرض، فسنواجه أزمةً شديدة الصعوبة في حال فقدان نظام الملاحة العالمي عبر الأقمار الصناعية لعدة أيام، خاصةً في ظل الزيادة المتسارعة التي تشهدها أعداد كوكبات الأقمار الصناعية. ويقول إيستوود: “أصبح نظام الملاحة العالمي عبر الأقمار الصناعية جزءاً لا يتجزأ من الأجهزة التي نستخدمها بصفةٍ يومية الآن أكثر مما كان عليه الوضع قبل عامين أو 3، وأكثر بكثير مما كان قبل 5 أعوامٍ أو أكثر. لكننا لم نحدد جميع التداعيات المحتملة حتى الآن”.
ويبدو الأمر مخيفاً بما يكفي حتى الآن، لكننا نحمد الله أن لدينا إشارات إنذار مسبقة تصلنا من الشمس؛ إذ نعرف أننا بانتظار انبعاث كتلي إكليلي حين نرصد انفجاراً شمسياً كبيراً؛ ما يمنحنا يوماً أو يومين للاستعداد، وهو أمرٌ ضروري للغاية. ومع ذلك ليس الأمر بهذه البساطة مع الأسف. حيث اشتبه بعض علماء الفيزياء الشمسية خلال السنوات الماضية في أن بعض الانبعاثات الكتلية الإكليلية تتسلّل إلى الأرض على حين غرة، وتنطلق من الشمس دون ترك بصمة قابلة للرصد بالأشعة فوق البنفسجية. ويُطلق على هذه الأشباح اسم الانبعاثات الكتلية الإكليلية الخفية.
كان العلماء يميلون حتى وقتٍ قريب إلى افتراض حدوث الانبعاث على الجانب البعيد من الشمس وانطلاقه إلى الفضاء في الاتجاه المقابل للأرض، إذا ظهر انبعاث كتلي إكليلي على مرسام الإكليل دون أن نتمكن من رصد الحدث الناتج. ولكننا كنا نشهد عواصف جيومغناطيسية تظهر من العدم حينها رغم ذلك، وكأن الأرض أُصيبت بانبعاثٍ كتلي إكليلي رغم أن الشمس تبدو هادئة. وكانت هذه الظواهر الغامضة تُعرف باسم “معضلة العواصف الجيومغناطيسية”.
ولهذا شرع باحثون مثل جينيفر أوكين، من مختبر العلوم والتكنولوجيا الدفاعية التابع للحكومة البريطانية، في التحقيق حول الأمر باستخدام مهمات فضائية مثل مسبار ستيريو التابع لوكالة ناسا؛ إذ أُطلق المسبار عام 2006، ويتألف في الواقع من مسبارين متماثلين ابتعدا عن الأرض في اتجاهين متقابلين، أحدهما شرقاً والآخر غرباً؛ ما سمح لنا بدراسة الفضاء الواقع بين الشمس والأرض من الاتجاهين. وتقول جينيفر: “ظهرت الانبعاثات الكتلية الإكليلية الخفية على الساحة بمجرد أن حصلنا على رؤيةٍ للأمور من زاويتين مختلفتين في الوقت نفسه”.
واتضح أول الأمر أنها تنفجر من جانب الشمس المواجه للأرض، وليس الجانب البعيد. ثم سمحت زوايا الرصد المختلفة لعلماء الفلك باستخدام تقنية التثليث في تحديد نقاط انبعاثها الأصلية على قرص الشمس، حيث كانت تنفجر بوهجٍ خفيف أو غير مرئي.
وأثناء تحضير الدكتوراه في مختبر مولارد لعلوم الفضاء بكلية لندن الجامعية، قررت جينيفر دراسة الشمس عند الأطوال الموجية الخاصة بالأشعة فوق البنفسجية، من أجل معرفة ما إذا كان من المستحيل رصد الانبعاثات الكتلية الإكليلية الخفية فعلياً. وبدأت بتحليل الصور الشمسية التي تزامنت مع الانبعاثات الكتلية الإكليلية الخفية بعناية، وبحثت عن أي تلميحات حول النشاط الذي أدى لإطلاقها. وقد عثرت في غالبية الحالات على تشوه أو نمط غير معتاد فوق سطح الشمس. وتقول: “عثرت في كل مرة على شيءٍ يُشير إلى احتمالية وقوع حدثٍ ما”.
اجتاح أحد الانبعاثات الكتلية الإكليلية قمر المتتبع الشمسي التابع لوكالة الفضاء الأوروبية في الـ19 من أبريل/نيسان عام 2020. ولم نحصل في هذه المرة على أي إشارة تحذير مطلقاً. لكن ذلك لم يضعف عزيمة جينيفر التي بدأت حملةً لمعالجة الصور بحثاً عن أي شيء، حتى عثرت في صور مسباري ستيريو أخيراً على لمحةٍ ترصد هيكلاً مغناطيسياً شديد الخفوت ارتفع عن سطح الشمس بخفة، ثم انطلق متسلسلاً باتجاه الفضاء. وبمراجعة المزيد من الصور، وجدت جينيفر أن الهيكل كان موجوداً منذ فترة؛ ما تركنا أمام لغزٍ مهم.
أقصى خطر ممكن
يعيش النشاط الشمسي في دورةٍ تمتد لنحو 11 عاماً وتشهد تغييرات في مستويات الإشعاع الشمسي، من الانخفاض إلى الارتفاع ثم الانخفاض مجدداً.
ويُطلق على تلك المستويات المرتفعة والمنخفضة من الإشعاع اسم “الذروة الشمسية” و”دورة الشمس الدنيا”. ويُقدّر علماء الفلك أن ثلث الانبعاثات الكتلية الإكليلية تكون خفيةً أثناء دورة الشمس الدنيا؛ ما يؤثر على كفاءة عمليات التنبؤ بالطقس الفضائي. بينما تصبح الأمور أسوأ أثناء الذروة الشمسية؛ إذ نشهد نشاطاً كبيراً بدرجةٍ يصعب معها حتى الربط بين التوهجات العادية وبين انبعاثات كتلية إكليلية بعينها، ناهيك عن تلك الخفية منها.
وتقول إيريكا بالميرو، من شركة Predictive Science في سان دييغو، التي تشارك في مجموعة نيتا: “يُعتبر الطقس الفضائي من مجالات العلوم الجديدة. ولكن أوضاعه تتحسن حالياً. مع ذلك نواجه تحديات جديدة مع كل دورةٍ شمسية؛ ما يزيد أهمية التنبؤات ويجعلها أكثر إلحاحاً”.
وتعمل إيريكا مثل العديدين في مجالها من أجل تطوير القدرة على التنبؤ بظروف الطقس الفضائي قبلها بعدة أيام. ولا شك أنها مهمةٌ كبرى، خاصةً حين يكمن التحدي الجديد هذه المرة في تأثير الطقس الفضائي على آلاف الأقمار الصناعية الصغيرة، التي تُخطط SpaceX والشركات الأخرى لإطلاقها من أجل تقديم خدمات الإنترنت الفضائي في أغلب الأحيان.
وتقدم العديد من المنظمات خدمة التنبؤ بالطقس الفضائي في الوقت الراهن. ولكن ما حدث مع أقمار Starlink يُثبت لنا إمكانية حدوث أشياء غير متوقعة. وتخضع هذه الأنظمة لعمليات تطوير مستمرة. فضلاً عن أن زيادة عدد المحطات التي تجمع البيانات يزيد من دقة التنبؤات، كما هو الحال مع التنبؤ بالطقس على الأرض. وهنا ستبدأ الأمور في التحسن قليلاً.
وتُعدُّ المركبات الفضائية المتعددة التي تدور حول الشمس الآن في الجزء الداخلي من نظامنا الشمسي بمنزلة مراكز الطقس الفضائي الخاصة بنا؛ إذ إنها مخصصةٌ للمهمات الفضائية الشمسية مثل مسبار باركر التابع لوكالة ناسا والمتتبع الشمسي التابع لوكالة الفضاء الأوروبية. كما يوجد مسبارٌ أوروبي ياباني مشترك إلى كوكب عطارد، يُدعى بيبيكولومبو، ويحمل على متنه أدوات لتحليل ظروف الطقس الشمسي. ومن ثم يأتي دور مهمات الحراسة القريبة من الأرض، مثل مسبار سوهو المشترك بين ناسا ووكالة الفضاء الأوروبية، أو مرصد مناخ الفضاء العميق التابع للإدارة الوطنية للمحيطات والغلاف الجوي.
ويتحسن فهمنا كبشر للطقس الفضائي سريعاً بفضل هذه المهمات، لكن مهمة تحويل الأدوات المستخدمة في متابعة الطقس الفضائي إلى نظامٍ قادر على التنبؤ بالأحداث المستقبلية تظل مهمةً صعبة. حيث يقول إيستوود: “اختلفت الاحتياجات تماماً. وإذا كان هناك حدثٌ كبير يتعلق بالطقس الفضائي، فسنحتاج إلى بيانات في الوقت الفعلي حتى نتمكن من اتخاذ أفضل قرارٍ ممكن”. ويعمل فريقه حالياً من أجل تحقيق هذا الهدف بالتعاون مع مكتب الأرصاد الجوية البريطاني ووكالة الفضاء الأوروبية.
ولا شك أن شركات مثل SpaceX ستسعى هي الأخرى لتحسين التنبؤات، من أجل تجنب تكرار أحداث كتلك التي وقعت مطلع العام. مع ذلك فإن العاصفة التي أطاحت بأقمار Starlink كانت مجرد عاصفةٍ بسيطة على حد وصف إيريكا؛ إذ تقول إنها “من نوعية العواصف التي نشهد العديد منها خلال الدورة الشمسية الواحدة”. وتستغرق الدورة الشمسية نحو 11 عاماً تقريباً.
ويُذكر أننا شهدنا آخر دورةٍ شمسية دنيا في ديسمبر/كانون الأول عام 2019. بينما تتجه الشمس حالياً صوب الذروة الشمسية المتوقعة التالية في عام 2025 تقريباً. وحينها سيكون اعتمادنا على الأقمار الصناعية، وغيرها من التقنيات المعرضة للأعطال، أكبر من أي وقتٍ مضى. وكلما تقدم الوقت، زادت المخاطر.