هل يمكن لعاصفة شمسية أن تُعطّل الأرض؟

عندما ترسل الشمس انبعاثات إكليلية باتجاه الأرض فإن الإشعاع الكهرومغناطيسي (الموضح في هذه الصورة على شكل موجات حمراء) يصل إلى الأرض قبل الجسيمات المشحونة التي لا تتجاوز سرعتها واحدا بالمائة من سرعة الإشعاع والتي يجب أن تشق طريقها عبر الرياح الشمسية.

كانت أنفاق المشاة الشاسعة لمدينة مونتريال خالية باستثناء عمال المناوبة المسائية الذين تجنبوا السير في الشوارع بالأعلى في ليلة الأحد الباردة تلك من شهر مارس عام 1989. وبدون سابق إنذار غرق المكان في ظلام حالك قبل أن تشتغل بطاريات التنوير الاحتياطية لتضيء أقساما من الجدار. كذلك توقفت المصاعد الكهربائية في هزة خفيفة محتجزة راكبيها، وانقطعت أضواء الشوارع في جميع أنحاء مقاطعة كوبيك مبقية عُشر سكان كندا في عتمة تامة.  

ما الذي حدث؟ الأنواء الفضائية.

لم يكن عامل الدمار قادما من المريخ أو من سديم أوريون أو من الفضاء النجمي، بل جاء من الشمس. حدث هذا الحد الأقصى للنشاط الشمسي والذي كان العلماء يترقبونه منذ فترة في عام 2013 لمّا توهجت الشمس بأكثر العواصف والانبعاثات والنتوءات ضخامة في الأعوام الثلاثة عشر الماضية.

ضربة عنيفة بواسطة الشمس

عام 1971، كان علماء من مختبر الأبحاث البحرية بالولايات المتحدة أول من اكتشف أنه يمكن لأجزاء من الشمس أن تنفصل. كان ذلك عندما لاحظ ديفيد روبرتس وهو فنّي إلكترونيات في المرصد الشمسي المداري أن جزئِيّة في الصور التي التقطها التلسكوب قد توهجت فجأة. وعندما أخذ هذه البيانات إلى عالم الفيزياء الشمسي ريتشارد توسي، لاحظ هذا الأخير أن المنطقة المتوهجة كانت في بدايتها ملتصقة بالشمس ثم تباعدت عنها متجهة نحو الفضاء وكأنها مقذوفة. 

ولكن لماذا يحصل هذا؟ 

يحتوي المجال المغناطيسي المعقّد للشمس على مناطق تنفصل فجأة ثم تعود وتلتصق مطلِقة طاقة تُعادل آلاف القنابل الهيدروجينية وقاذفة بشظايا ذرية في الفضاء فيما يسمى باللفظ الكتلي الإكليلي.

ويمكن أن يحتوي لفظ كتلي إكليلي 1 على 10 مليارات من الأطنان من المادة تقارب سرعتها 2000 ميل في الثانية (3200 كيلو متر / ثانية)، أي 1 % من سرعة الضوء، ويكون محملا بطاقة تعادل ما يصدره الجرم الشمسي خلال ثانية. وغالبا ما تحدث هذه الظواهر العنيفة أثناء فترة الحد الأقصى للنشاط الشمسي- كما هو الحال هذه السنة – وذلك بسبب ما يطلقه المجال المغناطيسي للشمس من طاقة.

وحتى يكون للكتلة الإكليلية المنبعثة أي تأثير ملحوظ على الأرض يجب أن تكون ضخمة وأن تنطلق بسرعة عالية من مكان قريب من مركز القرص الشمسي وأن تسير في مسار اصطدامي مع الأرض. ويكون للجسيمات المشحونة للكتلة الإكليلية المنبعثة مجالها المغناطيسي الخاص، فإذا كان هذا المجال مصطفًّا مع المجال المغناطيسي للأرض (ما يمثل 50 ٪ من الاحتمالات) فسيوجِّه غلافنا المغناطيسي الواقي هذه البلازما على جوانب الكوكب بشكل يجنِّبنا أي ضرر.

أما إذا كانت خطوط المجال المغناطيسي هذه متقاطعة مع خطوط الأرض، فإن طاقة البلازما ستنتقل إلى الأرض. في هذه الحالة، تتَّبِع المادة المتأتية من الشمس خطوط الحقل المغناطيسي وتتجمع في الغلاف الجوي قرب القطبين. وفي حال كانت الجسيمات تتحرك بسرعة تفوق 270 ميلًا في الثانية (447 كم / ثانية) وكانت كثافتها تتجاوز 130 جسيمًا في البوصة المربعة، فيمكنها رفع الطبقات المغناطيسية للأرض والتسرب في الغلاف الجوي، مشكِّلة بذلك ظاهرة الأضواء الشمالية.

يتسبب التغيير المتكرر للغلاف المغناطيسي للكوكب فيما يُدعى بالعاصفة الجيومغناطيسية. ودائما ما تسبق وصول هذه الجسيمات المشحونة إلى الأرض وبفترة طويلة إشعاعات متكونة من الفوتونات تنتقل بسرعة الضوء فلا تستغرق رحلتها من الشمس إلى الأرض سوى ثماني دقائق وثلث الدقيقة. لذلك تعتبر هذا الإشعاعات إنذارا بوصول المادة. 

من الممكن متابعة هذه الظواهر بِمراحلها إلا أن أبرز التأثيرات على الأرض لا تحدث إلا مع وصول المادة نفسها. هذا ويشير كريس بالش، وهو المسؤول عن التنبؤ بالطقس الفضائي في الرابطة الوطنية للمحيطات والغلاف الجوي (NOAA)، أن هذا لا يعني أن الإشعاعات التي تسبق المادة ليست خطيرة: “تتكون هذه الإشعاعات من موجات كهرومغناطيسية عالية الطاقة تتحرك بسرعة الضوء، وتشمل الإشعاعات فوق البنفسجية والسينية المتطرفة”. وتملك هذه الموجات القدرة على تأيين ما يصل إلى 45 ميلاً (72 كم) من الغلاف الجوي للأرض، محولة الجزيئات المحايدة إلى جسيمات مشحونة على طول المسافة وصولاً إلى طبقة الستراتوسفير وهي الطبقة التي تمتد من حوالي 6 أميال إلى 30 ميلاً (10 كم − 50 كم) فوق مستوى سطح البحر. 

أما المادة الإكليلية نفسها فعليها أن تشق طريقها عبر الرياح الشمسية المتواصلة قبل أن تصل إلى الأرض. والرياح الشمسية هي جسيمات منخفضة الطاقة ترسلها الشمس باستمرار إلى الفضاء. وبما أن هذه الرياح تتحرك بسرعة أقل يُنتِج عبور الكتلة الإكليلية المنبعثة من خلالِها موجات تصادمية تُبطئ من سرعتها، فتستغرق معدل ثلاثة إلى أربعة أيام حتى تصل إلى الأرض.

انقطاع الكهرباء في كندا

في يوم الجمعة الموافق للعاشر من مارس 1989 حدث انفجار في وسط قرص الشمس أرسل سحابة من البروتونات والإلكترونات باتجاه الأرض. وبينما لم يكن وصول هذه الجسيمات إلى الأرض فوريا، فقد انطلق ما يصاحبها من إشعاع كهرومغناطيسي عالي الطاقة بسرعة ووصل إلى عالمنا في دقائق معدودة محدِثا اضطرابات في شبكات الاتصالات.

انقطع بث إذاعة أوروبا الحرة الذي كان موجّهًا للاتحاد السوفياتي، فافترضت وكالة المخابرات المركزية الأمريكية CIA أنه كان من عمل سوفياتيين متخصصين في الإلكترونيات. ما لم يكن يدركه أحد هو أن تلك الحادثة كانت أول علامة على تعرض الأرض لهجوم من أقرب نجم لها.

وبعد ذلك بيومين، اصطدمت سحابة الجسيمات الشمسية بالمجال المغناطيسي للأرض بسرعة 1000 ميل في الثانية (1600 كم / ثانية)، واحتشدت المادة الشمسية في غلافنا الجوي بالقرب من القطبين بعد أن مرت عبر خطوط المجال المغناطيسي للأرض، وأنتجت على الفور تيارات كهربائية هائلة في الهواء، مما أدى إلى أروع ظهور للأضواء الشمالية منذ سنوات عديدة.

لم يكن من الضروري التواجد في ألاسكا لرؤية هذه الأضواء الشمالية إذ أن خفقانها كان يعلو سماء جنوب الولايات المتحدة. كانت عقارب البوصلات تتحرك في جميع الاتجاهات وتطايرت الشرارات النارية من لوحات الإعلانات بمفعول الطفرات الكهربائية. وأخذت أبواب المرائب في جميع أنحاء القارة في الصعود والنزول طوال الليل. حتى سطح الأرض اشتدت حرارته، كما شهِدت المناطق التي تحتوي على تركيزات عالية من الصخور البركانية تدفقات في خطوط الكهرباء سبّبتها التيارات الجيومغناطيسية.

في حدود الساعة الثانية وأربع وأربعون دقيقة من صباح اليوم الثالث عشر من شهر مارس أدت الطفرات الكهربائية التي تسببت الشمس في حدوثها الى تدمير شبكة الكهرباء في محافظة كيبيك الكندية. حصل ذلك عندما تعطل المكثف ذو المئة طن رقم 12 في محطة تشيبووجوما الفرعية، تبعه بعد ثانيتين انفجار لمكثِّف ثانٍ، ثم أربعة مكثفات أخرى في محطتي ألبانيل ونيمسكاو اللتان تبعدان مسافة 100 ميل. وحين تعطل مكثف آخر مع خمسة خطوط لنقل الطاقة في خليج جيمس، توقف إنتاج مجمّع هيدرواليكتيك في مدينة لوس أنجلوس التابع لشركة هيدروكوبيك بالكامل. 

وانهارت شبكة محافظة كويبيك للكهرباء تارِكة ثلاثة ملايين من السكان في الظلام ومن بينهم أكثر من نصف مليون يعتمدون على الكهرباء للتدفئة. وعند العودة من عطلة نهاية الأسبوع بقي مترو مونتريال صامتا. أما مطار دورفال وهو المطار الرئيسي للمدينة فقد تم إغلاقه بما أن راداراته كانت معطلة. 

وكادت الشبكات الكهربائية في الولايات المتحدة الأمريكية أن تواجه نفس المصير، فحين تعطلت شبكة الطاقة في محافظة كوبيك الكندية كانت شركة نيويورك باور قد فقدت 150 ميغاواط من طاقة إنتاجها، بينما كانت شركة نيو إنجلاند باور بول قد فقدت عشرة أضعاف ذلك. كذلك تدهورت ستة وتسعون شركة أخرى في منطقة نيو إنجلاند ولكنها تمكنت من التزود بالطاقة من مراكز احتياطيات أخرى. وتعطل محوِّل كبير في محطة سيلم للطاقة النووية في ولاية نيوجيرسي فيما يعتبر واحدا من حوالي 200 حدث مستقل في الولايات المتحدة يشمل تعطّل مولدات وتأرجح في الجهد الكهربائي في محطات فرعية مهمة.

ومع ذلك، بالكاد تمكنت الولايات المتحدة من تفادي سلسلة من الانقطاعات المتتالية في التيار الكهربائي.

وفي هذه الأثناء وفي الفضاء الخارجي، أدى القصف الشمسي الشديد إلى تشويش عمل أشباه المُوصِّلات لعدد من الأقمار الصناعية التي خرجت حينها عن السيطرة لِعدة ساعات قبل أن يتمكن المهندسون من إعادة تشغيلها. كذلك أظهرت المِجسّات على متن المكوك الفضائي ديسكفري الذي كان قد أُطلق قبل بضعة أيام، نِسبًا غير عادية للضغط في عدد من الخزانات الأساسية التي تُزوّد خليّة وقود بالهيدروجين. وتواصلت هذه الحالة غير العادية إلى حد انتهاء العاصفة الشمسية. كان هذا يُمثل أسوأ سيناريو وقد حدث منذ ما يقارب الـ 25 عامًا، أي منذ زمن طويل في تاريخ التكنولوجيا، وبالرغم من ذلك فلم تكن تلك الحادثة أسوأ ما كان يمكن أن يحدث. 

نحن نعتمد في عصرنا هذا وبقدر أكبر من أي وقت مضى على الإلكترونيات وخطوط الاتصال والأقمار الصناعية وجميعها سريعة التأثّر بالموجات الكهرومغناطيسية. قبل عقد من الزمن، لم تكن رحلات طائرات المسافرين التي تمر من القطب تتجاوز عدد أصابع اليدين؛ أما في العام الماضي فقد مرت  7000 رحلة على هذا الخط. ومع ذلك فقد فشلنا إلى حد الآن في توفير تدابير وقائية من شأنها أن تحمينا من التقلبات الفضائية.

وحتى تكون لدينا فكرة ولو عامة حول ما يمكن أن يحدث، دعنا نعود إلى يوم 28 أغسطس 1859. يومها برز على قرص الشمس عدد غير معتاد من البقع والتوهجات التي بقيت نشطة طيلة أسبوع كامل. وفي اليوم الأول من شهر سبتمبر، تابع الفلكي البريطاني ريتشارد كارينغتون بدهشة إحدى الشعلات وهي تتوهج بشكل كبير لدرجة أنها ضاعفت ضوء الشمس في ذلك الجزء من القرص. وبالطبع فإنه لم يستطع رؤية الأشعة السينية المنبعثة من تلك البقعة.

لم يكن كارينغتون يعلم بأن ما شاهده كان أكبر كتلة إكليلية منبعثة يسجلها العلماء منذ بداية رصدهم لهذه الظواهر. ومما جعل وقع هذه الكتلة أشد على الأرض هو حدوثها بعد وصول كتلة أخرى سبقتها بيوم. وكانت جسيمات الكتلة الأولى قد مرت من خلال الرياح الشمسية فاتِحة بذلك مسلكًا بين الشمس والأرض تسارعت من خلاله جسيمات الكتلة الثانية لتصل إلى كوكبنا في ثماني عشر ساعة فقط ، وهو ثاني أقصر وقت مسجل.

لذا، في حين لم يشاهد كارينغتون سوى الفوتونات في اليوم الأول من سبتمبر، فإن الجزيئات فائقة السرعة من الشمس ضربت الأرض في وقت مبكر من صباح اليوم التالي، مسبّبة أعنف عاصفة جيومغناطيسية مسجلة على الإطلاق. كانت خطوط التلغراف في ذلك العهد هي الأسلاك الوحيدة التي تحمل التيار الكهربائي. وقد تم إنشاؤها في جميع أنحاء الولايات المتحدة وأوروبا قبل 20 عامًا فقط. بدأت هذه الأسلاك بالتفرقع من شدة الحرارة وبدأ الشرر يتطاير منها. كما تطاير الشرر من مُعِدات أعداد كبيرة من مكاتب التلغراف على جانبَي المحيط الأطلسي. قفز بعض من العاملين بهذه المكاتب من مقاعدهم في فزع في حين وُجِد آخرون من الذين لم يتحركوا في الوقت المناسب جاثمين على الأرض فاقدين للوعي. كانت الأضرار فادحة ومُكلفة.

وفي تلك الأثناء، أضاء الشفق اللامع السماء في أماكن عدة وتجاوز لونه اللون الأخضر الشاحب العادي ليميل إلى اللون القرمزي الغامق في الأماكن القريبة من القطب والبعيدة عنه على حد سواء. وأثارت هذه الأضواء قلق الملايين من الناس الذين لم يروا من قبل ولم يتخيلوا يوما بأنه يمكن للسماء أن تتلون بهذا الشكل. كان الشفق مشرقا للغاية في غرب الولايات المتحدة، لدرجة جعلت الناس يستيقظون ويُعِدّون الإفطار لاعتقادهم بأن الفجر قد لاح. 

في مدينة نيويورك احتشد الناس مبهوتين على أسطح المباني والأرصفة. حصلت كل هذه التأثيرات ولم يكن لدينا أجهزة إلكترونية أو خطوط أنابيب نفط وغاز أو أقمار صناعية أو نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) أو طائرات نفاثة تقوم برحلات قطبية أو محطة فضائية مأهولة أو آلاف الكيلومترات من خطوط الطاقة عالية الجهد. فهل أصبح الوضع أكثر أمانًا الآن مع كل هذه التطورات التكنولوجية أم أن العكس هو الصحيح؟

الاستعدادات لمواجهة العاصفة الشمسية

أثناء هبوب الكتلة الإكليلية المنبعثة عام 2003 والتي عُرِفت باسم “هالوين ستورم”، تعرضت الأرض لفورات في الطاقة أثارت عواصف مغناطيسية كان لها آثار واسعة النطاق، إذ تسببت تيارات قوية تمركزت فوق مجال شمال أوروبا في تعطيل المحوِّلات الكهربائية، وفشَل نظام التشغيل، وانقطاع التيار الكهربائي. كذلك طلب مسؤولو وكالة ناسا من رواد الفضاء في محطة الفضاء الدولية ISS أن يحتموا من الإشعاع، في حين طلبت شركات الطيران من الطائرات تجنب الخطوط القريبة من القطب تفاديا لمستويات الإشعاع المرتفعة وانقطاع الاتصالات.

أثّرت الكتلة الإكليلية المنبعثة على 59٪ من المهمّات العلمية على الأرض وفي الفضاء، ومع ذلك، لم يكن الانفجار الشمسي الذي أدى إليها سوى انفجارا متوسطا. فما مدى الأضرار التي يمكن أن تُحدِثها عاصفة قوية كتلك التي حدثت في عام 1859 في بيئة أصبحت تعج بالتكنولوجيا المتطورة؟ للإجابة على هذا السؤال وكردة فعل لآثار عاصفة عام 2003، عقدت الحكومة الأمريكية في مايو 2008 ورشة عمل جمعت ولأول مرة فريقا من خبراء طقس الفضاء تحت سقف واحد. لم تكن استنتاجات فريق العمل هذا مطَمئنَة، إذ قدّر العلماء أن عاصفة شمسية كبرى قد تُحدث أضراراً تُقدر بما بين تريليون دولار إلى 2 تريليون دولار خلال العام الأول فقط، وأضافوا أيضا أنه في حال حدوث “عاصفة جيومغناطيسية شديدة”، سنحتاج ما بين ثلاث إلى تسع سنوات إضافية حتى نتعافى من مخلّفاتها.

يقول تود لا بورت وهو أستاذ مشارك في جامعة جورج واشنطن في العاصمة واشنطن إن علماء الاجتماع يُعرِّفون أحداث الأنواء الفضائية على أنها أحداث “قليلة التردد وشديدة العواقب “، أي أنه يمكن أن يكون لهذه الأحداث آثار مدمّرة، ولكن عدم حدوثها بشكل متواتر لا يُجبر المجتمع على وضع خطط للاستعداد لها. 

من الواضح أننا غير مستعدين للمواجهة، فكيف سنتصرف حيال هذا؟ الباحث دوغ بيسكر من مركز التنبؤِ بالطقس التابع للإدارة الوطنية للمحيطات والغلاف الجوي (NOAA) في بولدر في ولاية كولورادو، يوضح أهمية الاستعداد لهذه الأحداث قائلاً: “لدينا عدد متزايد من الزبائن من شركات ومؤسسات خاصة وحكومية تعتمد موارد رزقها على الحماية من العواصف الشمسية. فالمبالغ التي على المحك طائلة”. ويتابع دوغ بيسكر حديثه قائلا “بالنسبة لشركات الطيران فإن المسألة الأساسية تتعلق بالتواصل. إذ تستخدم الطائرات أنظمة راديو ذات التردد العالي (HF) وهي الأقل تكلفة، كما أنها وسيلة الاتصال الوحيدة بالنسبة للرحلات القطبية. لذلك إذا تعطلت هذه الأنظمة، فلا يمكن للطائرات أن تحلق هناك”.

بقلم: بوب بيرمان | ترجمة: ليالي القويطعي | إشراف: د. رفيق الجمّوسي | تدقيق لغوي وتحرير: بسام أبو قصيدة | المصدر