Słońce i koniec świata

Słońce i koniec świata

Słońce, nasza dzienna gwiazda, bez dwóch zdań absolutnie podstawowe źródło energii, a co za tym idzie, także i życia, które bez owej energii powstać by nie mogło, często przedstawiane jest także jako źródło naszej zguby. Pod koniec tego roku ma nastąpić, według niektórych, kolejny koniec świata, co rzekomo przewidzieli już Majowie wprowadzając do obiegu swój system kalendarzowy. Nie chcę jednak dyskutować o tym, skądinąd zabawnym dylemacie, dającym szansę osobom z poczuciem humoru na wesoła zabawę i świętowanie.

Tak się bowiem złożyło, że w okolicach „feralnej” daty ma nastąpić kolejne maksimum cyklu aktywności Słońca, a wraz z nim wiele katastrofalnych w skutkach zjawisk , a czym twórcy SF co jakiś czas przypominają. Ot choćby „2012” Rolanda Emmericha z jego słonecznymi neutrinami podgrzewającymi coś tam w środku naszej planety (!), albo powieść z naszego podwórka autorstwa Tadeusza Meszko: „2012 – Gniew Ojca”, całkiem wiarygodna w warstwie heliofizycznej.

Jakie Słońce jest?

Jak to jest z naszym Słońcem w istocie i czy może się ono przyczynić do zniszczenie życia na Ziemi?

Zanim spróbuję odpowiedzieć na to pytanie, najpierw zastanówmy się nad skalami związanymi z produkcją energii wewnątrz Słońca, by choć spróbować wyobrazić sobie jaka jest nasza dzienna gwiazda naprawdę.

Słońce jest ogromne – ten potoczny zwrot słyszymy często nie zastanawiając się nawet co oznacza. Ogrom Słońca może wyrażać jego średnica (109 razy większa od ziemskiej), albo masa Słońca, która jest tak duża, że nawet gdybyśmy zebrali wszystkie pozostałe obiekty w Układzie Słonecznym, to i tak będzie tego jakieś tysiąc razy za mało by zrównać szale hipotetycznej wagi.

Po drugie, Słońce już od blisko 4,6 miliardów lat świeci nieprzerwanie i symulacje dowodzą niezbicie, iż żywota dokona mając ‘na karku’ przeszło 12 miliardów lat. Świeci kosztem reakcji zachodzących w jego centrum, gdzie temperatura sięga 15 milionów stopni, a ciśnienie to jakieś trzysta miliardów atmosfer.

Obserwacje Słońca i dokładne pomiary pokazują, że w każdej sekundzie powierzchnię tej niewielkiej w istocie gwiazdy (Słońce jest karłem) opuszcza prawie czterysta biliardów GW energii. Proste rachunki uświadamiają, że w centrum Słońca w każdej sekundzie 600 milionów ton wodoru w procesie syntezy zmienia się w hel, z czego przeszło cztery miliony ton zgodnie z Einsteinowskim równaniem E=mc2 zmieniają się w czystą energię.

Ni mniej ni więcej, tylko tyle i od tylu lat niezmiennie. To dopiero fantastyka! Jako ciekawostkę dodam, że część energii unoszą słoneczne neutrina, opuszczające gwiazdę bez przeszkód i natychmiast w takiej ilości, że w okolicach Ziemi ich gęstość to jakieś 60 miliardów na sekundę na centymetr kwadratowy.

Skąd to zamieszanie, czyli o cyklach Słońca?

Wyprodukowana wewnątrz Słońca energia opuszczająca je i rozprasza się w przestrzeni. W pobliżu Ziemi strumień owej energii to około 1,3 kW na każdy metr kwadratowy, co nazywamy stałą słoneczną. Wartość stałej słonecznej wskutek okresowej zmiany aktywności magnetycznej Słońca (cykl trwający 2 razy po 11 lat) waha się o około promil wokół wartości średniej – to niezbyt duże zmiany. Jednak, co nakreślę później, nawet takie małe różnice mogą mieć kolosalny wpływ na naszą planetę, ale jest to subtelne działanie Słońca, które może wpływać na Ziemię i jej otoczenie także bardzo gwałtownie .

Pole magnetyczne naszej gwiazdy i jej struktura wewnętrzna sprawiają, że (nie wdając się w szczegóły) na powierzchni (fotosferze) oraz w atmosferze Słońca maja miejsce zjawiska, których skala przerasta wszystko, co znamy na Ziemi. Uwalnianie energii podczas rozbłysków, a w konsekwencji erupcja promieniowania i materii, protuberancje i wyrzuty koronalne sprawiają, że w przestrzeń mogą być wystrzelone kierunkowo ogromne ilości plazmy.

Typowy rozbłysk to uwolnienie ekstra energii w skondensowanej porcji około dziesięciu bilionów GW (to mniej więcej tyle, ile wszystkie polskie elektrownie mogą wyprodukować w czasie 2,5 miliona lat).

Najbardziej znanym i najczęściej obserwowanym objawem słonecznej aktywności są plamy słoneczne, ściśle powiązane z rozbłyskami. To właśnie regularność pojawiania się plam była podstawą określenia 11-letniego cyklu zmienności , którego ślady, jak się potem okazało, widać w kolejnych warstwach lodowców albo przyrostach słojów drzew.

I jak może to wpłynąć na nasz los?

Strumienie materii bez przerwy opuszczają powierzchnie Słońca w tempie około milion ton na sekundę, co określa się mianem wiatru słonecznego, jednak w maksimum aktywności jest tego więcej i czasami, jak to już napisałem w stronę Ziemi może pomknąć obłok plazmy o masie nawet miliardów ton.

Prędkość takiego wyrzutu koronalnego dochodząca do 3000 km/s sprawia, że materia ta może dotrzeć do Ziemi już po kilkunastu godzinach. Na szczęście promieniowanie dociera wcześniej (po ośmiu minutach) i stad wiadomo, czego ewentualnie można się spodziewać. A wskutek aktywności Słońca kosmiczna pogoda, czyli stan ziemskiej atmosfery na skutek oddziaływań z Kosmosu, zmienia się czasami bardzo dynamicznie.

Ziemskie pole magnetyczne zatrzymuje, co prawda, większość spośród docierających do nas cząstek naładowanych w strumieniu wiatru słonecznego, jednak czaski te, ulegając konfiguracji magnetosfery, zaczynają krążyć od jednego bieguna do drugiego. A poruszające się ładunki, jak wiadomo z lekcji fizyki, to prąd elektryczny. Ostatecznie więc w magnetosferze płynie gigantyczny prąd zmienny o niskiej częstotliwości, który powoduje zaburzenia pola magnetycznego – burze magnetyczne.

Z przyjemniejszych zdarzeń towarzyszących tym zjawiskom są zderzenia cząstek przesączających się do atmosfery w okolicach biegunów z cząstkami powietrza. Powoduje to najpierw wzbudzenie, a potem emisję (głownie tlenu i azotu); świecenie to nazywamy zorzą polarną. Czasami też, wspomniane prądy pierścieniowe sprawiają, że w naziemnych liniach elektrycznych lub rurociągach mogą indukować się dodatkowe prądy (na tej samej zasadzie, co w transformatorze), a to z kolei może być przyczyną awarii i potencjalnych kłopotów.

Dla przykładu: 13 marca 1989 burza magnetyczna spowodowała wyłączenie sieci energetycznej w Quebec w Kanadzie w efekcie kaskadowego zadziałania zabezpieczeń. Awaria ta przez 9 godzin uniemożliwiała korzystanie z energii elektrycznej 6 milionom mieszkańców regionu i miała poważne skutki ekonomiczne. To może być uciążliwe…

Strumienie cząstek wiatru słonecznego w czasie maksimum mogą też negatywnie wpływać na satelity znajdujące się bliżej granicy magnetosfery (np. umieszczone na geosynchronicznych orbitach satelity telekomunikacyjne). Wyobraźmy sobie, że na skutek silnej burzy słonecznej zostajemy pozbawieni Internetu czy telewizji satelitarnej.

Jednakże w ten sposób Słońce może utrudnić nam życie, ale stanowczo nas nie pozabija .

Czy zniszczy nas maksimum czy minimum aktywności Słońca?

Zatem wiemy już, jak Słońce jest dla nas ważne i to, że ważny jest cykl aktywności słonecznej, a jak się zaraz przekonany jeszcze ważniejsze jest, by cykl ów się nie rozregulował. Chociaż, co już pisałem, zmiany średniej ilości energii docierającej do Ziemi w minimum i maksimum wynoszą około jednego promila, to z historii wiemy, że obniżenie tej wartości o 0.1 procenta na dłużej niż kilka lat może nieść bardzo przykre i niebezpieczne konsekwencje.

W historii (tej najnowszej, ale też w prehistorii) występowały okresy wzmożonej aktywności, zwane wielkimi maksimami, ale także okresy nadmiernego spokoju Słońca, tzw. wielkie minima. Przytoczę tylko trwające przez kilka kolejnych słonecznych cykli wielkie maksimum, którego kulminacja miała miejsce w okolicach lat 60-tych ubiegłego wieku, a także bardzo dobrze znane wielkie Minimum Maundera, trwające od 1645 do 1717 roku, podczas którego zaobserwowano znacznie mniej plam słonecznych i towarzyszący mu spadek średniej temperatury o około 1 stopień. Okres ten zwany jest też małą epoką lodowcową (zimą zamarzała Tamiza i Bałtyk, a lata były chłodne). Przypuszcza się, że wahania średniej temperatury spowodowane zjawiskami słonecznymi mogły być w przeszłości powodem zarówno okresów cieplejszych i suchszych, jak też epok lodowcowych.

Naturalnie nie tylko kosmiczna pogoda kształtuje klimat na Ziemi, jednak warto, byśmy zdawali sobie sprawę z tego, jak ogromnym (i z naszego punktu widzenia niewyczerpalnym) źródłem energii jest Słońce. Warto byśmy wiedzieli, że wszelkie źródła tzw. „energii odnawialnej” to nic innego, jak tylko efekt działania słońca; że kopaliny, których używamy jako źródeł energii na co dzień to też zasługa Słońca. Oczywiście nie nawołuję tu do powrotu do zwyczajów Azteków, starożytnych Greków czy Egipcjan i oddawania czci Huitzilopochtliemu, Heliosowi czy też Ra, a tylko do refleksji i uporządkowania skali jaka przykładamy obserwując świat.

*

I na koniec, gdy już wiemy co może sprawić długo trwające minimum, najmniej wesoła, aczkolwiek dla fanów SF zapewnie też nie smutna informacja. Wielu heliofizyków skłania się ku przypuszczeniu, że obecne maksimum (2012/13) będzie ostatnim przed kolejnym, długim wielkim minimum.