توفان های خورشیدی چه هستند؟

توفان های خورشیدی

توفان های ژئومغناطیسی (Geomagnetic Storms)

توفان ژئومغناطیسی یکی از شایع ترین گونه های آب و هوای فضایی است و هنگامی پدید می آید که محیط مغناطیسی پیرامون زمین (مگنتوسفر یا مغناطکره) دستخوش تغییری ناگهانی و پی در پی شود. در این زمان است که میدان های مغناطیسی به طور پیاپی تغییر آرایش و تراز می دهند و انرژی به سرعت از یک منطقه به منطقه ی دیگر می رقصد و جابجا می شود.

توفان های ژئومغناطیسی زمانی رخ می دهند که گونه ای خاص از CME یا فوران تاج خورشیدی، در بازه ای طولانی از زمان با محیط بیرون از مغناطکره تماس داشته باشد. مواد خورشیدی موجود در CME به همراه مجموعه میدان های مغناطیسی خودش حرکت می کند. اگر این میدان ها رو به شمال باشند، با میدان های مغناطکره ی زمین هم تراز می شوند و انرژی و ذرات به آسانی در اطراف زمین می لغزند، و این باعث تغییراتی کوچک می شود. ولی اگر میدان های مغناطیسی درون CME رو به جنوب و در خلاف جهت میدان های زمین باشند، اثرشان می تواند چشمگیر و قابل توجه شود. میدان های مغناطیسی خورشید بیرونی ترین لایه های میدان های زمین را می کَنَد و لخت می کند و کل شکل مغناطکره را تغییر می دهد. این گام آغازین یک توفان ژئومغناطیسی است.

گام بعدی، گام یا مرحله ی اصلی است که می تواند چند ساعت یا چند روز به طول بیانجامد و طی آن، ذرات باردار با جابجایی در مغناطکره، انرژی بیشتری می گیرند و به سرعت بالاتری دست می یابند. این ذرات بیشتر و بیشتر به سمت زمین نفوذ می کنند. در طی این گام، ساکنان زمین ممکن است شاهد شفق های درخشان در عرض های جغرافیایی پایین تری نسبت به شفق های معمول باشند. افزایش این پرتوها و رسیدن آن ها به ارتفاع های پایین تر می تواند به آسیب دیدن ماهواره هایی که دور زمین می گردند نیز بیانجامد.

گام پایانی یک توفان ژئومغناطیسی تا بازگشت مغناط کره به حالت اولیه چند روز به طول می انجامد.

توفان های ژئومغناطیسی همیشه در پی CME(فوران تاج خورشیدی) رخ نمی دهند. توقان های ملایمی هم می توانند در اثر چیزی به نام “ناحیه ی برهم کنشی هم چرخش” یا CIR پدید آیند. این نواحی با مغناطیس شدید زمانی شکل می گیرند که بادهای پرسرعت خورشیدی از توفان های کندتر پیشی می گیرند و بدین ترتیب الگوهای پیچیده ای از میدان های مغناطیسی بی ثبات و موجی پدید می آورند. این CIRها همچنین می توانند با لبه های مغناطکره ی زمین برهم کنش کنند و به توفان های مغناطیسی ضعیف تا متوسطی بیانجامند.

توفان های ژئومغناطیسی توسط دستگاه های روی زمین و از راه مشاهده ی میزان تغییرات مولفه ی افقی میدان مغناطیسی زمین اندازه گرفته می شوند. بر پایه ی این اندازه گیری ها، توفان های ژئومغناطیسی از G1 (کمینه) تا G5 (بیشینه) رده بندی می شوند. در شدیدترین موارد، ممکن است ترانسفورماتورهای شبکه های برق آسیب ببینند، عملیات ردیابی فضاپیماها و ماهواره ها با مانع روبرو شود، پخش بسامدهای (فرکانس های) بالای رادیویی و سامانه های ناوبری ماهواره ها از کار بیفتند، و شفق های قطبی در عرض هایی بسیار جنوبی تر از همیشه دیده شوند.

توفان پرتوهای خورشید (Solar Radiation Storms)

یک توفان پرتوهای خورشیدی، که گاهی به نام رویداد “ذرات پرانرژی خورشید” (SEP) هم خوانده می شود، با اسمش همخوان است: جریانی شدید از تابش پرتوهای خورشید. هم CMEها و هم شراره های خورشید می توانند چنین پرتوهایی را با خود بیاورند. این پرتوها از پروتون ها و دیگر ذرات باردار تشکیل شده اند. مغناطکره و جو زمین جلوی این تابش را می گیرند و مانع رسیدن آن ها به زمین و ساکنانش می شوند. با این حال چنین توفانی می تواند به مسافران فضایی که در راه بهرام (مریخ) یا ماهند آسیب برساند، البته به سرنشینان هواپیماها یا فضانوردانی که درون مغناطکره ی زمینند صدمه ی چندانی نمی رساند یا اصلن اثری بر آن ها ندارد. توفان پرتوهای خورشید همچنین می تواند مناطقی که امواج ارتباطی رادیویی بسامد بالا در آن حرکت می کنند را بیآشوبد. بنابراین به هنگام یک توفان پرتوهای خورشیدی، هواپیماهایی که مسیرهایی نزدیک قطب ها را می پیمایند – و نمی توانند از GPS استفاده کنند، ولی منحصرن بر ارتباطات رادیویی تکیه دارند – شاید از مسیر خارج شوند.

رده بندی توفان های پرتوهای خورشیدی از S1  (کمینه) تا S5 (بیشینه) انجام می شود، و اندازه گیری آن هم بر پایه ی اینست که چه مقدار ذرات بسیار پرانرژی و پرشتاب خورشیدی از فضایی مشخص از جو می گذرند. در شدیدترین حالت، توفان های پرتوهای خورشیدی می توانند به کلی باعث قطع تماس های رادیویی بسامد بالا شوند، به سامانه های الکترونیکی، حافظه، و دستگاه های تصویربرداری ماهواره ها آسیب برسانند، و فضانوردان بیرون از مغناطکره ی زمین را دچار مسمومیت تابشی کنند.

قطع ارتباطات رادیویی (Radio Blackouts)

این رویداد زمانی اتفاق می افتد که فورانی ناگهانی و نیرومند از پرتوهای ایکس از یک شراره ی خورشید با جو زمین برخورد کند و هم در سیگنال های رادیویی بسامد بالا و هم بسامد پایین، پارازیت به وجود آورد. پرتوهای X به آشفتگی لایه ای از جو زمین به نام یونکره یا یونسفر که امواج رادیویی درون آن جابجا می شوند می انجامند. تغییرات ثابت و پیوسته در یونکره باعث تغییر مسیر امواج رادیوییِ در حال حرکت، و کاستن و ضعیف کردن اطلاعاتی که جابجا می کنند می شود. این اتفاق برای امواج رادیویی بسامد بالا و بسامد پایین به یکسان رخ می دهد. خدشه در ارتباطات رادیویی بسامد پایین باعث خطا در اندازه گیری های GPS از چند فوت تا چند مایل شده، و نیز می تواند بر برنامه های کاربردی (اپلیکیشن هایی) که موقعیت ماهواره ها را اداره می کنند اثر بگذارد.

رخداد قطع ارتباطات رادیویی نیز در مقیاس R1 (کمینه) تا R5  (بیشینه) رده بندی می شود. در شدیدترین حالت، این رویداد به قطع کامل ارتباطات رادیویی و خطای GPS تا چند ساعت می انجامد.