Devet geomagnetnih neviht, ki so se vpisale v zgodovino

Nazaj

Poglej/poslušaj na

1. Geomagnetna nevihta 1. junija 1680

Kmalu po iznajdbi teleskopa leta 1610, se je ta nov inštrument že uveljavil tudi pri opazovanju Sonca. Takratni astronomi so pridno beležili število sončevih peg na njem. V drugi polovici 17. stoletja pa se je običajen vzorec sončevih maksimumov ter minimumov prekinil. Namesto tega se je Sonce znašlo v minimumu, ki je trajal približno 50 let. Temu obdobju danes pravimo Maunderjev minimum. Takrat na Soncu praktično ni bilo peg, pa tudi polarni siji so bili izjemno redki.
Tudi zaradi tega je bil polarni sij konec maja 1680 precejšnje presenečenje. O njem pričajo zapisi časopisa Neue Himmels Zeitung, ki jih je zbral nemški astronom Gottfried Kirch (1639-1710). V njih je opisan polarni sij kot “veliko ognjeno znamenje na nebu, ki se je 22. maja hkrati pojavilo v večih krajih po Nemčiji, predvsem v Leipzigu/Hamburgu/Lübecku”. Kirch je zbral številna pričevanja, sam pa dogodka ni videl.

Ker je bil takrat je bil v Nemčiji še vedno v veljavi julijanski kolendar, se je dogodek zgodil dejansko 1. junija po našem, gregorijanskem koledarju.
Poročila iz okolice Hamburga so bila povzeta v pamfletu Planeten-Versamblung im Majo und Junio 1680, ki ga je objavil nemški astronom Heinrich Voigt (1613-1691). Po pričevanjih, ki sta jih zbrala Kirch in Voigt, je bilo “veliko ognjeno znamenje” vidno 1. junija v jutranjih urah v bližini zahodne obale Baltskega morja in Leipziga. Nek pričevalec je opisal “celotno nebo, ki sem ga lahko videl v smeri proti zahodu, je bilo prekrito z ognjeno meglo” pa tudi “v vzhodni smeri je bilo zelo lépo, modro, prekrito s številnimi zvezdami”. Pričevalec iz Carlsburga pa je izjavil “v vseh štirih smereh neba so plesale podobe različnih oblik in v različnih oblačilih”.
Na Sliki levo spodaj so z rdečimi pikami označeni kraji od koder imamo pričevanja o videnju polarnega sija. Na srednji pa je polarni sij narisal Kirch, pri čemer se je naslanjal na pričevanja iz okolice Lübecka.

Možen izvor polarnega sija

Navkljub Maunderjevemu minimumu se je konec maja 1680 se je na Soncu vseeno pojavila ena Sončeva pega o kateri sta poročala Kirch in Gian Domenico Cassini (1625-1712). Kirchove risbe, ki jih še danes hranijo v Pariškem observatoriju (desna slika) prikazujejo Sončeve pege na zahodni polobli. Sončeve pege so območja na površju Sonca, iz katerih lahko izvirajo koronalni izbruhi snovi, ki potem na Zemlji lahko povzročijo geomagnetne nevihte. Glede na to, da je takrat Sonce bilo zelo neaktivno, obstaja velika verjetnost, da je bila ravno ta pega izvor geomagnetne nevihte leta 1680.

2. Carringtonov dogodek

1. septembra leta 1859 leta je angleški astronom Richard Carrington na svojem domačem observatoriju opazoval Sonce. Na Sončevem površju je bilo takrat več skupin Sončevih peg, ki jih je Carrington, kot ponavadi, pazljivo prerisoval na bel papir.

Nenadoma je del površja, kjer se je nahajala večja skupina peg, zažarel mnogo močneje od ostalega Sonca. Danes tem dogodkom rečemo blišči. Približno 18 ur pozneje so se na Zemlji začele dogajati čudne stvari.
Dokumenti iz tistega časa poročajo o tem, da so magnetni observatoriji po celem svetu ponoreli, nenavadno svetel polarni sij pa je bil ponoči viden celo na Havajih in na Kubi. Delovanje telegrafskih mrež je bilo zelo moteno, tako da so bila prihajajoča sporočila popolnoma nejasna, iz gorovja Rocky Mountains pa so poročali, da se je ponoči dalo brati knjige brez pomoči umetne svetlobe. Danes vemo, da se je takrat zgodila geomagnetna nevihta, ki ji rečemo Carringtonov dogodek. Njena moč, ki jo meri indeks Dst je bila pozneje ocenjena na med -850 in -1760 nanoTesel, kar je absolutni rekord. Carrington je svoja opazovanja objavil ter celo namignil na povezavo med bliščem ter geomagnetno nevihto, vendar takrat znanost še ni mogla razložiti, kako bi pojavi na 150 milijonov kilometrov oddaljeni zvezdi lahko vplivali na dogajanje na Zemlji.

3. Nevarna nevihta leta 1921

Maja leta 1921 so Zemljo dosegli kar štirje medplanetarni izbruhi koronalne snovi[2], ki so v smrtno nevarnost spravili človeška življenja. Indeks Dst, s katerim merimo moč geomagnetnih neviht je bil pozneje ocenjen na -907 nanoTesel.

Prva izbruha sta prispela 13. maja ob 13:10 in 19:24 po Greenwiškem času. Taistega dne zvečer je nad Evropo zasijal močan polarni sij, ki so ga opazili v Anglji, Franciji, Nemčji, Španiji, Walesu in drugje. Poročila o močne siju so prihajala tudi iz ZDA in Avstralije. Geomagnetna nevihta je prekinila telekomunikacije na Danskem in na Švedskem, v ZDA in Avstraliji pa je prekinila telegrafske povezave.
14. maja ob 22:15 je Zemljo dosegel še tretji izbruh. Motnje Zemljinega magnetnega polja so se tako še ojačale in začela se je, po nekaterih ocenah, najmočnejša geomagnetna nevihta 20. stoletja.
Po vsem svetu so odpovedali telegrafi ter celo nekaj telefonskih sistemov.
15. maja je v telefonski centrali v švedskem mestu Karlstadt celo zagorelo, pri čemer je bilo uničene večina opreme. Pozneje se je izkazalo, da je bila centrala v Karlstadtu še posebej občutljiva na geomagnetne nevihte, saj je ležala na 400 kilometrov dolgi telekomunikacijski povezavi med Oslom in Štokholmom, ki ležala v smeri vzhod-zahod.
Zagorelo pa je tudi v telefonski centrali v mestecu Brewster v zvezni državi New York. Operaterji so celo morali evakuirati zgradbo v kateri se je centrala nahajala. Zgradba je bila na koncu popolnoma uničena.
16. maja je Zemljo dosegel še četrti izbruh, ki pa na srečo ni povzročil večjih težav.

4. Tri januarske nevihte

Januarja 1938, ko je bilo Sonce v maksimumu svoje aktivnosti, se ni zgodila le ena geomagnetna nevihta, ampak kar tri. Pa pojdimo lepo po vrsti.
V tridesetih letih 20. stoletja so Sonce sistematsko opazovali na številnih observatorijih, med drugim tudi na observatorijih Mount Wilson Observatory in Tashkent Observatory. Sonce je bilo takrat zelo aktivno, 29. julia 1937 pa sta se na njegovem površju pojavili sve ogromni pegi, ki sta bili vidni tudi s prostim očesom. Ogromne pege so se pojavile še 4. oktobra, nato pa je bilo obdobje od novembra do decembra 1937 dokaj mirno. Vsaka od teh peg je sovpadala z dokaj intenzivnimi geomagnetnimi nevihtami. 12. januarja 1938 se je na Sončevem površju pojavila še ena ogromna Sončeva pega, ki je 18. janurja izginila za zahodnim robom Sonca. Ta pega je zakrivila prvo geomagnetno nevihto, ki je trajala od 17. do 18. januarja. Drugi dve nevihti sta se trajali 21. do 22. januarja od 25. do 26. januarja. Ocenjeni indeks Dst, s katerim merimo jakost geomagnetnih neviht, je tekom teh dogodkov dosegel vrednosti -171 nT, -328 nT ter -336 nT, kar te nevihte uvršča med ekstremne. 25. janurja so prečudovite polarne sije lahko opazovali po vsej Evropi, vse do Gibraltarja, Sicilije in Grčije.
Na spodnji sliki levo lahko vidimo kje vse so bile vidni polarni siji tekom teh treh dogodkov, medtem ko pa desna slika prikazuje risbe, ki prikazujejo polarni sij, kot je bil viden na Japonskem 22. januarja 1938.

5. Nevihta, ki je sprožila podmorske mine

Med 2. in 4. avgustom 1972 so se v aktivnem območju AC 11976 (na sliki) zgodili številni svetli blišči, ki so jih spremljali proti Zemlji usmerjeni koronalni izbruhi snovi[5]. Prva izbruha sta povzročila geomegnetni nevihti, a bolj kot to je pomembno dejstvo, da sta “počistila” prostor med Zemljo in Soncem, s čimer sta omogočila neovirano potovanje izbruha koronalne snovi, ki je potovanje pričel 4. avgusta ter je Zemljo dosegel v rekordno kratkem času – le v 14.6 urah. Blišč, ki se je zgodil hkrati s tem dogodkom je bil pozneje klasificiran kot X20 [6], kar ga uvršča med najmočnejše v znani zgodovini.
4. avgusta ob 20:54 UT je nad severom ZDA zasijal svetel polarni sij. Magnetometer v Boulderju, v zvezni državi Colorado je “ponorel”, močne motnje Zemljinega magnetnega polja pa so izmerili v južni Indiji ter na Havajih. Na južni obali Združenega Kraljestva je polarni sij zasijal tako močno, da so se pojavile sence, videli pa so ga tudi piloti na komercijalnem letu v bližini mesta Bilbao v Španiji.

Izbruh je na strani, ki je obrnjena proti Soncu (dnevna stran), dodobra potlačil Zemljino magnetno polje. Slednje tvori okoli Zemlje nekakšno votlino, ki ji rečemo magnetosfera, v katero Sončev veter le stežka prodre. Mejni plasti magnetosfere pravimo magnetopavza, in je na dnevni strani od Zemlje oddaljena povprečno 10 Zemljinih polmerov. 4. avgusta 1972 se je ta razdalja zmanjšala na vsega 5.2 Zemljina polmera.
Geomagnetna nevihta je povzročila kar nekaj težav.

Širom ZDA in Kanade so se zgodili manjši izpadi električne energije ter telegrafskega kabla L4 American Telephone and Telegraph, ki je povezoval zvezni državi Illinois in Iowa. Geomagnetna nevihta pa je pozvročila še en dogodek, ki je edinstven.

Leta 1972 so bile ZDA že sedem let vpletene v vietnamsko vojno. Svetovalci so takratnega ameriškega predsednika Richarda Nixona prepričali, da je treba morje ob obali Severnega Vietnama posejati z minami. Ta operacija se je začela 9. maja 1972 v bližini mesta Hai Phong. Skupaj je bilo tekom osmih mesecev v bližini strateških mest položenih preko 11.000 min. Nekatere od teh min so bile take, da so jih detonirale spremembe magnetnega polja, ki jih ponavadi povzročajo vojne ladje. Sprožile so se takrat, ko je magnituda motnje presegla določen prag.

4. avgusta je posadka ameriškega letala TF-77 poročala, da se je blizu mesta Hon La v roku 30 sekund, brez očitnega razloga sprožilo, približno ducat min. Poznejše analize so pokazale, da se je vsega skupaj sprožilo kar 4000 min. Preiskava ameriške mornarice je ugotovila, da so se mine sprožile zaradi fluktuacij magnetnega polja tekom geomagnetnih neviht. Čeprav nikoli niso razkrili praga, ki je potreben za detonacijo teh min, pa vemo, da so motnje magnetnega polja Zemlje dosegle 168 nanoTesel, kar je bilo očitno dovolj.
Narediti te mine neobčutljive na vesoljsko vreme je po tem dogodku postala ena glavnih prioritet ameriške mornarice[5].

6. Nevihta, ki je prinesla temo

13. marca 1989 se je na Zemlji zgodila geomagnetna nevihta, ki se po intenizvnosti kosa s tisto iz leta 1921[8]. Zgodba te nevihte se začne že 6. marca, ko se je na Soncu prikazala velika skupina Sončevih peg. Magnetna polja v tem območju so se hitro spreminjala, kar je vodilo k petnajstim Sončevim bliščem, med katerimi jih je kar enajst bilo uvrščenih v razred X. Najmočnejši izmed njih je bil opažen 6. marca in je imel magnitudo X-15. Ker se je takrat skupina peg nahajala blizu vzhodnega roba Sonca, izbruhi koronalne snovi, ki so se pojavili skupaj z blišči, niso bili usmerjeni proti Zemlji.
Sčasoma se je skupina peg pomaknila proti sredini Sončevega diska. 13. marca sta Zemljo zadela dva izbruha koronalne snovi, ki sta proti Zemlji potovala 54.5 in 31.5 ur. Takoj po začetku nevihte je močno zažarel polarni sij na obeh polih, ki je bil viden celo na Floridi, v Texasu in na Kubi.

Ob 02:44 pa se je v Kanadi zgodilo nekaj, česar ni pričakoval nihče. Električni tokovi, ki so nastali kot posledica geomagnetne nevihte, so v dveh minutah zrušili električno omrežje v kanadski provinci Quebec. Ta provinca je tako izkusila 12 urni električni mrk. Na milijone ljudi se je znašlo v temnih domovih in pisarnah, zaprta je bila podzemna železnica, prav tako pa šole ter letališče Dorval Airport.
V Evropi so imeli težave v Združenem Kraljestvu in na Švedskem predvsem v obliki kratkotrajnejših izpadov električne energije. Več vesoljskih satelitov je prav tako izkusilo težave, med drugim NASIN telekomunikacijski satelit TDRS-1. Indeks Dst, s katerim od leta 1957 merimo jakost geomagnetnih neviht, je dosegel vrednost -589 nanoTesla, kar je še danes rekordna izmerjena vrednost.

7. Nenavadna nevihta

Naslednji dogodek se je zgodil janurja 1994, ko se je Sončev cikel že približeval svojemu minimumu leta 1996[9]. Takrat je bilo Sonce mirno, na njem ni bilo večjih peg, pa tudi bliščev ne. Ravno zato je podjetje Telsat Canada toliko bolj presenetilo, da sta 20. januarja odpovedala kar dva njegova satelita – Anik E1 in E2. Ta dogodek je močno odmeval v Kanadi, saj je zaradi odpovedi satelitov bil moten prenos televizijskega signala in računalniških podatkov po vsej Kanadi, prav tako pa so bile prekinjene telefonske povezave z oddaljenimi območji na severu države.
Do odpovedi obeh satelitov je prišlo, ker je, zaradi visokoenergijskih elektronov, odpovedala elektronika za nadzor vrtenja satelitov, kar je pripeljalo do njunega nekotroliranega vrtenja. Sčasoma je bil vzostavljen nadzor nad satelitom Anik E1, ki je bil vreden 281.2 milijona kanadskih dolarjev, ne pa tudi nad satelitom E2, katerega vrednost je bila 290.5 miljijona kanadskih dolarjev.

Zanimivo je, da tokrat geomagnetne nevihte ni povzročil izbruh koronalne snovi. Njen vzrok je bila hitra struja Sončevega vetra, katere hitrost je bila 700 km/s. Izvor te struje je lepo viden na posnetku Sonca, ki ga je v rengentski svetlobi naredila Sonda Yohkoh (spodaj). Okoli južnega pola lahko vidimo temno območje, ki mu pravimo koronalna luknja. Ta območja so vir hitrega Sončevega vetra. Prikazana koronalna luknja se je raztezala skoraj do sončevega ekvatorja, zato je, ko je bila obrnjena proti Zemlji, proti načemu planetu začel potovati hiter Sončev veter. Ta veter je bil izvor visokoenergijskih elektronov z energijami večjimi od 2 megaelektronvolta (MeV), ki lahko poškodujejo satelite oziroma elektronske inštrumente na njih.

8. Dan Bastijle

Pa smo prišli do konca 20. stoletja, v leto 2000. Tistega julija je namreč praznovanje obletnice francoske revolucije zmotila močna geomagnetna nevihta[10]. Ker je trajala od 14. do 16. julija in ker 14. juliju v angleškogovorečem svetu rečejo Dan Bastilje so geomagnetno nevihto poimenovali po tem prazniku.
Na Soncu je izbruh koronalne snovi, ki je pozneje povzročil omenjeno geomagnetno nevihto, pospremil močan Sončev blišč 14. julija. Izbruh je nato potoval po medplanetarnem prostoru s hitrostjo okoli 1400 km/s in v manj kot enem dnevu dosegel Zemljo.
Geomagnetna nevihta, ki se je nato razvila, je bila klasificirana kot ekstremna. Visokoenergijski delci, ki so premljali nevihto, so preplavili kamere ter navigacijske sisteme na večih satelitih[11], detektorje delcev na raznih instrumentih, ki so bili del misij NASE pa so morali začasno celo ugasniti. Polarni siji so bili vidni vse do Teksasa, natančnost sistema GPS je bila degradirana tekom večih ur, številna električna omprežja pa so bila poškodovana.

9. Nevihta groze na Dan čarovnic

Pa smo prišli do zadnjega dogodka. Med 19. oktobrom in 20. novembrom 2003 so znanstveniki zaznali kar 19 svetlih bliščev na Soncu. Nekaterim so sledile geomagnetne nevihte, najbolj intenzivne med njimi pa so se zgodile med 29. oktobrom ter 2. novembrom. Ker v ZDA ravno takrat praznujejo noč čarovnic oziroma Halloween, zato so dogodki dobili ime “Halloween events”.
V roku 24 ur sta Zemljo dosegla dva izbruha, ki sta povzročila geomagnetno nevihto z indeksom Dst -400 nanoTesel. S tem se je nevihta uvrstila med prvo deseterico najbolj intenzivnih geomagnetnih neviht v zgodovini.

Nevihta je poškodovala več znanstvenih misij, med njimi SOHO in ACE. sledil je enourni izpad električne energije na Švedskem. Nekatere letalske lete so morali preusmeriti, saj so bile prekinjene telekomunikacije na čezpolarnih poletih. Deloma so bile prekinjene satelitske TV in radijske povezave, na Marsu pa je taisti izbruh uničil znanstveni inštrument Martian Radiation Environment Experiment na vesoljski misiji Mars Odyssey. Astronavti na Mednarodni vesoljski postaji so se morali zaščititi pred škodljivim sevanjem, ki je spremljalo izbruh. Seveda so se na nebu bleščali polarni siji, ki so jih opazili v Sredozemlju ter celo v Teksasu in na Floridi[12,13].

Literatura

1. Hayakawa et al., 2021, Candidate Auroral Observations Indicating a Major Solar–Terrestrial Storm in 1680: Implication for Space Weather Events during the Maunder Minimum, The Astrophysical Journal, 909:29, https://doi.org/10.3847/1538-4357/abb3c2
2. Hapgood, M. (2019). The great storm of May 1921: An exemplar of a dangerous space weather event. Space Weather, 17, 950–975. https://doi.org/10.1029/ 2019SW002195
3. Carrington, r., 1859, Description of a Singular Appearance seen in the Sun on September 1, 1859, Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, Vol. 20, p.13-15, https://ui.adsabs.harvard.edu/link_gateway/1859MNRAS..20…13C/doi:10.1093/mnras/20.1.13
4. Hayakawa et al., 2021, The Intensity and Evolution of the Extreme Solar and Geomagnetic Storms in 1938 January, The Astrophysical Journal, 909:197, https://doi.org/10.3847/1538-4357/abc427
5. Knipp, D. J., Fraser, B. J., Shea, M. A., & Smart, D. F. (2018). On the little-known consequences of the 4 August 1972 ultra-fast coronal mass ejecta: Facts, commentary, and call to action. Space Weather, 16, 1635– 1643. https://doi.org/10.1029/2018SW002024
6. M. Ohshio, 1974, Solar X-ray flares and their corresponding sudden ionospheric disturbances, Radio Research Laboratories, Journal, vol. 21, no. 106, 1974, p. 311-340.

7. Lundstedt et al., 2015, The extreme solar storm of May 1921: observations and a complex topological modelAnn. Geophys., 33, 109–116, http://www.ann-geophys.net/33/109/2015/, doi:10.5194/angeo-33-109-2015
8. Boteler, D. H. (2019). A 21st century view of the March 1989 magnetic storm. Space Weather, 17, 1427–1441. https:// doi.org/10.1029/2019SW002278
9. Lam, H.-L., Boteler, D. H., Burlton, B., and Evans, J. (2012), Anik-E1 and E2 satellite failures of January 1994 revisited, Space Weather, 10, S10003, doi:10.1029/2012SW000811.
10. Watari, S., Kunitake, M. & Watanabe, T. THE BASTILLE DAY (14 JULY 2000) EVENT IN HISTORICAL LARGE SUN–EARTH CONNECTION EVENTS. Sol Phys 204, 425–438 (2001). https://doi-org.pbidi.unam.mx:2443/10.1023/A:1014273227639
11. Watching the Angry Sun, NASA Science, https://science.nasa.gov/science-news/science-at-nasa/2000/ast22dec_1/
12. “Halloween Storms of 2003 Still the Scariest”, NASA, https://www.nasa.gov/topics/solarsystem/features/halloween_storms.html
13. Remembering the Great Halloween Solar Storms, NOAA, https://www.ncei.noaa.gov/news/great-halloween-solar-storm-2003
14. Severe Space Weather Events: Understanding Societal and Economic Impacts Workshop Report, Space Studies Board ad hoc Committee on the Societal and Economic Impacts of Severe Space Weather Events: A Workshop. National Academies Press. ISBN: 978-0-309-12769-1