Czytaj także: Słońce może zagrażać naszej cywilizacji

Zbliżało się południe. Angielski astronom Richard Harrington szkicował właśnie grupę wyjątkowo licznych plam, które zaobserwował na tarczy słonecznej. O godz. 11.18 ujrzał w tym samym miejscu „dwa obszary intensywnie jasnego i białego światła”. Zawołał swych kolegów, by mogli być świadkami tego niecodziennego spektaklu, ale akurat nikogo nie było w obserwatorium. Był 1 września 1859 roku – dzień, który miał przejść do historii nauki.

Harrington podejrzewał, że zdarzenia na Słońcu wpłynęły jakoś na Ziemię, bo laboratoria fizyczne odnotowały bardzo silne zaburzenia pola magnetycznego naszej planety. W 17 godzin po rozbłyskach na półkuli północnej pojawiły się wyjątkowo silne zorze polarne, widoczne nawet na Karaibach i tak jasne, że budziły ze snu amerykańskich górników przekonanych, że to już świt. Ludzie wychodzili z domów, by podziwiać niecodzienny spektakl. Nie wszyscy jednak byli zachwyceni – szczególnie operatorzy telegrafów w Ameryce i Europie. Linie telegraficzne zaczęły iskrzyć. Pojawił się w nich „znikąd” niezwykle silny prąd, który niszczył sprzęt, powodował pożary, a nawet poraził kilku telegrafistów.

Tak wyglądała pierwsza odnotowana przez uczonych burza geomagnetyczna – skutek potężnej eksplozji na Słońcu, obserwowanej wcześniej przez angielskiego astronoma i nazwanej na jego cześć rozbłyskiem Harringtona. Przez dziesięciolecia była tylko ciekawostką naukową.

Gdyby jednak coś takiego wydarzyło się dziś, doszłoby do katastrofy na niewyobrażalną skalę. „Nasza cywilizacja staje się coraz bardziej uzależniona od technologii, które są bardzo wrażliwe na takie zakłócenia. A Słońce nie było i nie będzie spokojne – prędzej czy później dojdzie do kolejnej wielkiej eksplozji i musimy być na to przygotowani, także tu, w Polsce” – mówi prof. Iwona Stanisławska, kierownik Pracowni Prognoz Heliogeofizycznych Centrum Badań Kosmicznych PAN w Warszawie.

Termojądrowy kocioł

Słońce kojarzy nam się – całkiem słusznie – ze źródłem światła i ciepła, bez którego na Ziemi nie byłoby zapewne żadnego życia. Najczęściej nie pamiętamy jednak, że widoczna na niebie jasna tarcza to w rzeczywistości potwornie wielka kula rozżarzonego gazu – 1,3 mln razy większa niż cała nasza planeta. We wnętrzu Słońca lekkie pierwiastki – przede wszystkim wodór i hel – łączą się w cięższe podczas reakcji termojądrowych. Uwalniają się przy tym ogromne ilości energii – 386 miliardów miliardów megawatów na sekundę!

Owa energia jest emitowana w kosmos nie tylko pod postacią światła słonecznego, ale też innych rodzajów promieniowania – radiowego, ultrafioletowego, rentgenowskiego czy gamma. Co więcej, ze Słońca nieprzerwanie leci w naszym kierunku strumień naładowanych cząstek, czyli tzw. wiatr słoneczny. Przed tymi zabójczymi dla życia rzeczami chroni nas atmosfera Ziemi, a przede wszystkim – jej pole magnetyczne. Otula ono planetę w miarę szczelnym kokonem, który jest najbardziej „dziurawy” na biegunach. Jeśli wiatr słoneczny jest wyjątkowo intensywny, jego „przecieki” widać tam pod postacią zorzy polarnej.

Są jednak sytuacje, w których magnetosfera nie jest w stanie nas ochronić. Tak było m.in. w 1859 roku i to samo może powtórzyć się w najbliższej przyszłości.

Leci plazma, leci...

Czasem zdarza się bowiem, że ten termojądrowy kocioł zaczyna bulgotać i – podobnie jak wrzący sos w kuchni – zaczyna chlapać na otoczenie. W gwiezdnej skali oznacza to, że od Słońca odrywają się ważące miliardy ton obłoki plazmy, czyli wysokoenergetycznych cząstek powstałych z rozgrzanego do olbrzymich temperatur gazu. Takie ogniste kule zwane koronalnymi wyrzutami masy (CME) wytwarzają własne silne pole magnetyczne. Gdy dolecą do Ziemi, zderzają się z jej magnetosferą.

Efekty tego zderzenia zależą od konfiguracji obu pól. Gdy są one ustawione w tym samym kierunku, prześlizgną się obok siebie bez większych konsekwencji. Jednak gdy pola magnetyczne Ziemi i obłoku będą przeciwnie skierowane, dojdzie do tragedii. „Ziemia nie poradzi sobie z plazmą. Jej obłok otworzy magnetosferę jak otwieracz puszkę i kosmiczna materia wleje się do środka” – mówi James Green, dyrektor Planetary Science Division w NASA.

Aktywność Słońca zmienia się w cyklu liczącym mniej więcej 11 lat. Jego maksimum – a więc i zwiększone ryzyko powstania wielkich koronalnych wyrzutów masy – przypada właśnie na ten rok. Najgroźniejszymi okresami są wiosna i jesień, szczególnie w okolicy równonocy (20/21 marca i 22/23 września). Wówczas położenie pola magnetycznego Ziemi wobec Słońca sprawia, że jesteśmy szczególnie narażeni na uderzenie plazmy.

Jako w niebie, tak i na Ziemi

Pierwsze zagrożenie pojawia się już w przestrzeni kosmicznej – rośnie poziom promieniowania na orbicie. „Oznacza to zwiększone ryzyko dla astronautów np. na pokładzie Międzynarodowej Stacji Kosmicznej, którzy w takiej sytuacji powinni schować się w specjalnych kapsułach ochronnych. Ale narażeni są także ludzie na pokładzie samolotów, lecących przez okolice podbiegunowe, słabiej chronione przez magnetosferę” – wyjaśnia prof. Stanisławska. Linie lotnicze są już przygotowane na taką ewentualność – jeśli pojawi się ostrzeżenie o uderzeniu plazmy, zmienią trasy przelotów, by ominąć najgroźniejsze miejsca.

Pole magnetyczne obłoku ma też destrukcyjny wpływ na setki krążących wokół Ziemi satelitów. Ich układy elektroniczne mogą zostać uszkodzone lub czasowo wyłączone. „A to oznacza zakłócenia łączności w praktycznie wszystkich zakresach – radia, telewizji, telefonii, internetu itd. Przestaną działać systemy nawigacji satelitarnej, takie jak GPS” – mówi prof. Stanisławska. Na szczęście także i tu odpowiednio wczesne ostrzeżenie może uratować sytuację. Operatorzy satelitów mogą je zdalnie wyłączyć, ograniczając ewentualne szkody.

 

Możemy sobie wyobrazić, że przez jakiś czas nie będziemy mieli dostępu do internetu, a samoloty będą latały okrężną drogą. Jednak wywołana przez obłok plazmy burza geomagnetyczna potrafi zrobić coś jeszcze – wytwarza dodatkowy prąd w przewodach linii wysokiego napięcia na Ziemi. Instalacja zostaje błyskawicznie przeciążona, co może doprowadzić do uszkodzenia kluczowych jej punktów, np. stacji transformatorów.

Terror na globalną skalę

Według ekspertów tylko w USA mogłoby to oznaczać odcięcie od prądu 130 mln ludzi za jednym zamachem. Podobne katastrofy wydarzyłyby się jednocześnie także w Azji i Europie, a więc w Polsce, choć akurat u nas na mniejszą skalę. Długie odcinki linii wysokiego napięcia, takie jak w USA czy Chinach, łatwiej „zbierają” dodatkowy prąd. Polska sieć energetyczna składa się z krótszych „kawałków”. Poza tym ma 30–40 lat, co przy wielu wadach (awaryjności i stratach przy przesyle) ma tę zaletę, że starsze instalacje są z reguły bardziej odporne na uszkodzenia wywoływane przez burze geomagnetyczne.

Naprawa wywołanych przez nie uszkodzeń trwałaby miesiącami lub latami – o ile w ogóle byłaby możliwa. Cywilizacja zachodnia pozbawiona prądu może się zawalić w ciągu kilkudziesięciu dni. „W tym wypadku jest odwrotnie niż w większości naturalnych katastrof.

Na ich skutki narażone są zwykle mniej rozwinięte regiony, a nie obszary wysoko rozwinięte technologicznie” – mówi John Kappeman, analityk branży energetycznej z Metatech Corporation of Goleta w Kalifornii.

Operatorzy sieci energetycznych nie są bezradni. W razie alarmu mogą dostosować napięcie i obciążenie linii, a także ograniczyć transfer energii, tak by nagłe przeciążenie nie wywołało katastrofy. „To wszystko wymaga jednak inwestycji. Koszt zabezpieczenia jednego kluczowego punktu w sieci oszacowano na 100 tys. dolarów, a takich punktów w każdym kraju są setki czy tysiące” – wylicza prof. Stanisławska. Z drugiej strony wyliczono, że straty wywołane przez silną burzę geomagnetyczną w USA wyniosłyby tylko w pierwszym roku 1–2 biliony (!) dolarów, a całkowita odbudowa zniszczeń potrwałaby od czterech do dziesięciu lat.

Zabezpieczenie sieci energetycznych może się opłacić także z innego powodu. Burza geomagnetyczna wywołuje podobne zniszczenia jak sztucznie wytworzony impuls elektromagnetyczny. Eksperymenty z tego typu bronią, zwaną e-bombą, trwają od lat 60. XX wieku. Chodzi o to, by zniszczyć instalacje elektryczne i elektroniczne na terytorium wroga, nie wywołując przy tym np. skażenia radioaktywnego. „Modernizacja sieci zabezpieczyłaby je więc przed potencjalnym atakiem np. ze strony terrorystów” – wyjaśnia prof. Stanisławska.

Nikt nie jest bezpieczny

W marcu 1989 roku do Ziemi dotarł obłok plazmy, który uszkodził sieć energetyczną w Kanadzie. 6 mln ludzi zostało wówczas pozbawionych elektryczności na dziewięć godzin. Mimo tej bolesnej nauczki przez wiele lat problem był bagatelizowany, także w Polsce. Argumentowano, że może dotyczyć tylko krajów położonych bliżej bieguna.

Jeszcze dwa lata temu na łamach czasopisma „Elektroenergetyka”, wydawanego przez Polskie Sieci Elektroenergetyczne, pojawił się artykuł, z którego wynikało, że u nas nigdy nie było tego typu problemów. „Wiemy już jednak, że problemy z siecią wskutek aktywności Słońca pojawiały się w ostatnich latach np. w Rosji czy na Bornholmie. Poważne zakłócenia magnetyczne rejestrowano nawet w Afryce Północnej. Nasi operatorzy energetyczni zrozumieli, że nie mogą dłużej lekceważyć tego problemu” – podkreśla prof. Stanisławska.

W 2008 roku ukazał się pierwszy alarmujący raport naukowców. Wieść o zagrożeniu ze strony Słońca obiegła cały świat. Problemem zaczęły zajmować się agendy rządowe w USA i Unii Europejskiej. Wiadomo, że nie obejdzie się bez poważnych wydatków – nie tylko na zabezpieczenia, ale i badania naukowe. Satelity monitorujące aktywność Słońca są już dość wiekowe i dobrze byłoby je zastąpić nowymi. NASA, która jest niekwestionowanym liderem w tej dziedzinie, potrzebowałaby na to łącznie ok. 2 mld dolarów. Kiedy „Focus” po raz pierwszy pisał o tym zagrożeniu w 2009 roku, wielu decydentów nie doceniało wagi problemu. Ostatecznie do takiej katastrofy nigdy wcześniej nie doszło. Jednak obłoki kosmicznej plazmy cały czas się pojawiają – ostatnio – 18 stycznia. I choć tym razem nic złego się nie stało, jest to jedynie kwestia czasu. Eksperci szacują, że szanse na wystąpienie gwałtownej burzy geomagnetycznej do 2020 roku są jak jeden do ośmiu. Pytanie nie brzmi więc, czy coś takiego nastąpi, ale kiedy – i jak dobrze się na to przygotujemy.

Warto wiedzieć:

W ciągu najbliższych miesięcy i lat Słońce będzie wyjątkowo aktywne, co stwarza poważne zagrożenie dla naszych satelitów, komunikacji i energetyki.

Na zabezpieczenie się przed skutkami katastrofy trzeba będzie wydać równowartość miliardów dolarów. Jeśli tego nie zrobimy, straty będziemy liczyli w bilionach.

Efekty gwałtownych burz słonecznych przypominają skutki stosowania broni elektromagnetycznej, którą na Ziemi mogą posłużyć się grupy terrorystyczne.

Scenariusz zagłady

Zniszczenie kluczowych punktów sieci energetycznej daje łatwy do przewidzenia skutek – brak prądu na olbrzymich terenach, być może nawet całego kraju lub kontynentu. Od tego zaczyna się lawina zdarzeń, które mogą doprowadzić do tragedii na niewyobrażalną dziś skalę.

1. Pierwszy, najbardziej widoczny efekt to oczywiście „brak światła”. Ale prąd jest dziś niezbędny w wielu urządzeniach. Bez niego przestają działać nowoczesne piece centralnego ogrzewania, windy, stają pociągi, tramwaje, metro, klimatyzacja w budynkach. Wiele ważnych instalacji ma zasilanie awaryjne, ale wystarczy ono na krótko – np. w szpitalach na mniej więcej 72 godziny.

2. Od razu brakuje wody w większych budynkach, do których jest ona pompowana. W niższych zniknie ona po najdalej 12 godzinach. Potem krany czy spłuczki będą suche.

3. Przestają działać stacje benzynowe – paliwo jest czerpane z podziemnych zbiorników dzięki elektrycznym pompom. Samochody jeździłyby więc tylko do wyczerpania baków. Potem cały transport staje.

4. Ze sklepów błyskawicznie znikają produkty, za które można płacić tylko gotówką (możliwe zresztą, że dojdzie do grabieży). Nikt dziś nie trzyma dużych zapasów w hurtowni, magazynie czy domowej spiżarni, więc po kilku dniach większości z nas grozi głód.

 

5. Elektrownie węglowe mogłyby produkować prąd i dostarczać go poprzez ocalałe fragmenty sieci. Jeśli jednak nie otrzymywałyby dostaw paliwa, przestałyby działać po najwyżej 30 dniach. Sytuacja elektrowni atomowych nie byłaby dużo lepsza. Są one zaprogramowane tak, by wyłączały się w wypadku awarii linii wysokiego napięcia. Po 30 dniach przestaje działać ich zasilanie awaryjne, podtrzymujące układy chłodzące – wówczas elektrownie jądrowe mogą ulec awariom podobnym do tej z Czarnobyla.

6. Zatrzymanie fabryk farmaceutycznych i transportu oraz brak prądu w placówkach służby zdrowia oznacza, że w największym niebezpieczeństwie będą ludzie chorzy. Wielu z nich zacznie umierać, nie mając dostępu do leków lub pomocy medycznej w nagłych przypadkach.

7. Naprawa zniszczeń sieci energetycznych mogłaby trwać wiele miesięcy. W tym czasie liczba ofiar śmiertelnych katastrofy mogłaby sięgnąć milionów, a straty wywołałyby głęboki kryzys ekonomiczny.

Polska patrzy w niebo

Nasi naukowcy biorą aktywny udział w przewidywaniu kosmicznej pogody, a zwłaszcza zjawisk takich jak uderzenie obłoku słonecznej plazmy. Zajmuje się tym m.in. Centrum Badań Kosmicznych PAN. „Na bieżąco monitorujemy sytuację, współpracujemy z agendami rządowymi i wieloma firmami, także z operatorem sieci energetycznych. Jesteśmy w stanie przewidzieć większość groźnych zjawisk” – mówi prof. Iwona Stanisławska, kierownik Pracowni Prognoz Heliogeofizycznych. Nasi uczeni ściśle kooperują m.in. z Kanadyjczykami, udostępniając im dane z polskiej stacji badawczej na Spitsbergenie. „W rejonach podbiegunowych magnetosfera Ziemi ma »szczeliny«, przez które można lepiej obserwować takie zjawiska. Nasza stacja ma dobry sprzęt i dostarcza unikatowych danych” – podkreśla prof. Stanisławska.

Magnetosfera, zorze i burze geomagnetyczne
Pole magnetyczne Ziemi otacza naszą planetę ochronnym kokonem, który nie jest jednak zupełnie szczelny. Regularnie „przecieka” w okolicach podbiegunowych, a gwałtowne burze słoneczne mogą „otworzyć” magnetosferę szerzej i poważnie zagrozić naszej cywilizacji.

Oznaką „przecieku” w magnetosferze są kolorowe zorze polarne. Najczęściej można je obserwować tylko w obrębie tzw. owalu zorzowego, otaczającego pierścieniem bieguny magnetyczne Ziemi. Gwałtowne erupcje na Słońcu mogą sprawić, że zorze staną się widoczne także w Polsce, a nawet w rejonach tropikalnych.

Dla głodnych wiedzy: