Ce este vântul solar și cum ne afectează

Cuprins:

Ce este vântul solar

Vântul solar este un flux permanent de particule încărcate, în principal protoni și electroni, dar și nuclee de heliu și urme de elemente mai grele, care se desprind din atmosfera exterioară a Soarelui, denumită coroana solară, și se răspândesc în tot sistemul planetar. Spre deosebire de vântul terestru, care este o mișcare de aer, vântul solar este format din plasmă, un gaz ionizat, extrem de fierbinte, care poartă cu sine și câmpul magnetic al Soarelui.

Câmpul magnetic solar întins ajunge să capete forma unei spirale datorită rotației Soarelui. Această spirală a fost denumită după astrofizicianul american Eugene Parker care, în 1958, a lansat prima teorie despre vântul solar, aflăm de pe nasa.gov. Proiectându-se în exterior, vântul solar formează o bulă uriașă în jurul Soarelui, care se numește heliosferă, și se extinde mult dincolo de orbita majorității planetelor din sistemul nostru solar, la o distanță de aproximativ trei ori mai mare decât distanța până la Pluto.

Pe lângă fluxurile constante de vânt solar, uneori, Soarele expulzează brusc cantități masive din aceste particule încărcate electric, evenimente cunoscute sub denumirea de ejecții de masă coronală (CME). Acestea pot declanșa furtuni geomagnetice în mediul din jurul Terrei, asociate cu apariții spectaculoase ale aurorelor boreale, dar pot provoca și pagube serioase la nivelul rețelelor electrice și ale sistemelor de telecomunicații și sateliților care orbitează planeta noastră.

Teoria lui Parker: cum a fost prezis vântul solar

Teoria formulată de Parker descria faptul că, în coroana solară, plasma este încălzită continuu, iar temperaturile din această regiune ating valori incredibile, de aproximativ două milioane de grade Celsius. Omul de știință a explicat de ce plasma din coroana solară, deși este mult mai fierbinte decât suprafața vizibilă a Soarelui, nu rămâne statică, ci se expandează continuu în spațiu, transformându-se treptat într-un curent supersonic de particule ce poartă cu sine și câmpul magnetic al Soarelui.

Această supraîncălzire este și astăzi una dintre cele mai enigmatice trăsături ale comportamentului solar, iar cauzele nu sunt încă pe deplin elucidate de fizicienii specializați în studiul Soarelui. Teoria lui Parker a fost aspru criticată la momentul respectiv, după cum își amintea chiar el, în 2018. „Primul recenzent al lucrării a spus: «Aș sugera ca Parker să meargă la bibliotecă și să se documenteze pe această temă înainte de a încerca să scrie o lucrare despre ea, deoarece este o prostie totală»”.

Confirmarea acestei teorii a venit, în cele din urmă, din partea astrofizicianului Subrahmanyan Chandrasekhar, care avea să dea, decenii mai târziu, numele Observatorului de raze X Chandra al NASA. Chiar dacă Chandrasekhar nu era încântat de ideea existenței acestor particule, a acceptat teoria lui Parker întrucât nu a putut identifica nici o eroare în calculele matematice ale acestuia.

Teoria lui Parker, considerată la vremea respectivă îndrăzneață, a fost confirmată ulterior și de măsurătorile directe efectuate de sondele spațiale. În 1962, sonda spațială Mariner 2 lansată de NASA a detectat prezența particulelor vântului solar în timpul călătoriei sale către Venus.

De câte feluri este vântul solar

Este important de reținut că vântul solar nu este uniform, iar oamenii de știință disting două mari categorii. Pe de-o parte, este vântul solar rapid, care provine din regiuni numite găuri coronale, care sunt zone mai reci și mai puțin dense ale coroanei solare unde liniile câmpului magnetic sunt deschise spre spațiu. Originea fluxului rapid de vânt solar a fost identificată în 1973, folosindu-se imagini în raze X ale coroanei solare, realizate de la bordul stației spațiale Skylab. Vânturile solare rapide pot fi generate în timpul evenimentelor de ejecție de masă coronală (CME), când pot atinge viteze de 1.000 km/s.

În ciuda vitezelor impresionante atinse de unele fluxuri de vânt solar, vântul solar lent este cel care le dă bătăi de cap oamenilor de știință. Acesta este mai dens, dar cu o origine mult mai greu de explicat, asociată cu zonele de graniță dintre liniile magnetice deschise și cele închise de deasupra Soarelui. Misiunea Ulysses a NASA, lansată în 1990, a oferit câteva indicii privind originea fluxului lent de vânt, când sonda a survolat polii Soarelui.

S-a constatat că, în perioadele de activitate solară minimă, vântul solar provine în principal din regiunea ecuatorială a Soarelui. Deși este direcționat mereu în direcție opusă față de Soare, vântul solar își schimbă viteza și transportă nori magnetici, regiuni de interacțiune în care vântul cu viteză mare ajunge din urmă vântul cu viteză mică, precum și variații de compoziție, potrivit Solar Science.

Cât de departe ajunge vântul solar

Așa cum am precizat anterior, vântul solar traversează sistemul solar mult dincolo de orbita planetei Pluto, formând o „bulă” imensă în jurul Soarelui, denumită heliosferă. Deși se credea că aceasta are forma unei comete, modelele științifice moderne sugerează că heliosfera – care este creată de vântul solar care înconjoară întregul Sistem Solar – se aseamănă mai mult cu un croissant dezumflat sau cu un crevete uriaș, pe măsură ce se deplasează odată cu Soarele prin galaxia noastră.

Cea mai apropiată frontieră a heliosferei se află la aproximativ 100 UA distanță de Soare, conform unei declarații a ESA (European Space Agency – Agenția Spațială Europeană), citată de space.com. (n.n. – 1 UA sau unitate astronomică este distanța medie de la Pământ la Soare, echivalentă cu aproximativ 150 de milioane de kilometri).

Heliosfera acționează ca un scut protector, apărându-ne împotriva razelor cosmice, care sunt formate din particule energetice ce pot deteriora celulele vii. Razele cosmice sunt generate în afara sistemului nostru solar și călătoresc cu o viteză aproape egală cu viteza luminii, adică aproximativ 300.000 km/s. Fără bula noastră protectoare, aceste fragmente atomice de mare energie ar bombarda constant Pământul. „Fără heliosferă, viața ar fi evoluat cu siguranță în mod diferit și poate nici nu ar fi existat”, afirmă heliofizicianul Richard Marsden.

Cu ce viteză se propagă vântul solar

Viteza vântului solar este un factor important. Particulele cu o viteză mai mare lovesc mai puternic magnetosfera Pământului și au o probabilitate mai mare de a provoca perturbări ale condițiilor geomagnetice, întrucât comprimă magnetosfera. Deși vântul solar se propagă constant de la Soare, proprietățile sale, precum densitatea și viteza, variază pe parcursul ciclului de activitate de 11 ani al Soarelui.

În timpul acestui ciclu, numărul petelor solare, nivelurile de radiație și materialul ejectat cresc și descresc între un maxim solar și un minim solar. Aceste variații afectează proprietățile vântului solar, inclusiv intensitatea câmpului său magnetic, viteza cu care se deplasează, temperatura și densitatea. Viteza medie a vântului solar la nivelul Pământului este de aproximativ 300 km/s, conform site-ului de prognoză meteo spațială spaceweatherlive.com.

În timpul survolării planetei Venus, sonda Mariner 2 a detectat prezența vântului solar și a identificat două fluxuri distincte de vânt solar, unul rapid și celălalt lent. Potrivit NASA, fluxul lent se deplasa cu aproximativ 346 km/s, în timp ce fluxul rapid trecea cu o viteză de două ori mai mare. Viteza vântului solar peste găurile coronale este ridicată (800 km/s), în timp ce peste streamerii coronali are o viteză scăzută (300 km/s).

Aceste fluxuri cu viteze mari și mici interacționează între ele și trec alternativ pe lângă Pământ pe măsură ce Soarele se rotește. Variațiile vitezei vântului solar bombardează câmpul magnetic al Pământului și pot produce furtuni în magnetosfera terestră.

Cum influențează vântul solar viața pe Pământ

Influența vântului solar se resimte în întregul sistem solar, de la strălucirea aurorelor din regiunile polare până la funcționarea sateliților care orbitează în jurul Pământului. Prin variațiile sale de viteză și de intensitate, vântul solar generează o legătură constantă între activitatea Soarelui și fenomenele care au loc în vecinătatea planetei noastre, astfel încât nici o schimbare de pe suprafața stelei nu rămâne fără ecou aici.

Cel mai vizibil efect al acestei interacțiuni îl reprezintă spectacolul de lumini din regiunile polare, cunoscut sub numele de aurora boreală în emisfera de Nord și aurora australă în emisfera Sudică. Când vântul solar atinge viteze foarte mari, se pot declanșa furtuni geomagnetice, capabile să împingă aceste aurore mult mai aproape de ecuator decât în perioadele de calm spațial. Aceste furtuni pot avea consecințe mai puțin plăcute. Ele afectează sateliții și rețelele electrice, iar astronauții aflați la bordul Stației Spațiale Internaționale sunt nevoiți să se refugieze, în timp ce ieșirile în spațiu sunt suspendate temporar.

Un exemplu concludent al acestor riscuri s-a produs în februarie 2022, atunci când o furtună geomagnetică a distrus până la 40 de sateliți Starlink, în valoare de peste 50 de milioane de dolari. Lansați pe orbite joase, aceștia au fost afectați de o termosferă mai densă, generată de energia absorbită din furtună, care a intensificat frânarea atmosferică și i-a împins înapoi spre Pământ, unde în cele din urmă s-au dezintegrat.

Costurile potențial ridicate ale unor astfel de evenimente arată cât de important este ca oamenii de știință să continue studierea vântului solar pentru a înțelege mai bine mediul meteo spațial și pentru a perfecționa prognozele, se mai precizează pe space.com. Specialiștii NASA sugerează că vremea spațială nu trebuie ignorată, dar poate fi anticipată și gestionată prin măsuri de protecție adecvate, menite să reducă impactul acestor fenomene asupra tehnologiei și infrastructurii orbitale.