Ηλιακή καταιγίδα

Η ηλιακή καταιγίδα είναι αστρονομικό φαινόμενο προερχόμενο από τον Ήλιο. Πρόκειται για κύμα φορτισμένων ηλιακών σωματιδίων (κοσμικών ακτίνων), τα οποία όπως βγήκαν από την κορόνα του Ήλιου εξερράγησαν και επιταχύνθηκαν λόγω μίας ή περισσότερων ηλιακών εκλάμψεων. Τα σωματίδια βρίσκονται εκεί υπό μορφή πλάσματος. Τα σωματίδια μπορούν να επιταχυνθούν ακόμη με το ξέσπασμα μιας στεμματικής εκπομπής μάζας (coronal mass ejection), ένα σύννεφο αποτελούμενο κυρίως από ηλεκτρόνια. Τα σωματίδια ονομάζονται ηλιακά ενεργειακά σωματίδια (SEPs). Όταν το κύμα από τις εκρήξεις έρθει κοντά στη Γη, η σχέση με την οποία αλληλεπιδρούν τα μαγνητικά πεδία (magnetic fields) τους με αυτά της Γης, καθορίζει τι θα συμβεί ανάλογα με το μέγεθος της ισχύς τους και από το κατά πόσο είναι ευθυγραμμισμένα με τα γήινα. Ο συνδυασμός όλων των παραπάνω γεγονότων επεξηγεί το φαινόμενο ηλιακή καταιγίδα. Η πρόσφατη έρευνα της NASA, που δημοσιεύτηκε στις 23 Μαϊου 2016 στο Nature Geoscience, έδειξε ότι οι ηλιακές καταιγίδες ήταν πιθανό να αποτέλεσαν την αρχή για τη δημιουργία ζωής στη Γη πριν από τέσσερα δισεκατομμύρια χρόνια.

Περιγραφή ηλιακών καταιγίδων

Είναι εκρήξεις πλάσματος σε μορφή ηλιακής ενέργειας και χαρακτηριστικό τους γνώρισμα αποτελεί το ότι παρατηρούνται ως εκρήξεις λάμψης. Είναι στην εποχή μας εξαιρετικά σπάνιο να χτυπήσουν στη Γη, δηλαδή συνήθως την προσπερνούν. Το φαινόμενο δεν είναι πρωτόγνωρο, καθώς σύμφωνα με τους επιστήμονες, υπάρχει άμεση σύνδεσή του με τον 11ετή κύκλο του Ήλιου. Στο ηλιακό μέγιστο ή απλά προς το τέλος του κύκλου, συμβαίνει έξαρση των ηλιακών κηλίδων, των περιοχών που εξαπολύονται οι ηλιακές εκλάμψεις και έτσι πολλαπλασιάζονται οι πιθανότητες ηλιακών καταιγίδων. Με την προσθήκη του ηλιακού ανέμου, του διαπλανητικού κενού του διαστήματος που βρίσκεται διάσπαρτος στο διάστημα, γίνεται λόγος για την ηλιακή δραστηριότητα στην οποία περιλαμβάνονται. Όλες οι δραστηριότητες καθοδηγούνται από το ηλιακό μαγνητικό πεδίο, αρχικά συγκεντρωμένο στην ορατή επιφάνεια που ονομάζουμε φωτόσφαιρα.

Ηλιακές καταιγίδες και απορρέοντα φαινόμενα

Όταν ενεργειακά σωματίδια από στεμματικές εκπομπές μάζας και ηλιακές εκλάμψεις εκτιναχθούν, η ενέργειά τους μετατρέπεται σε ηλιακές καταιγίδες. Υπάρχουν οι εκρήξεις πρωτονίων, μια κατηγορία ηλιακών σωματιδίων, όταν αυτά προσκρούουν με μεγάλη ταχύτητα στα μαγνητικά πεδία της Γης, προκαλώντας έτσι ένα συναφές φαινόμενο τις ηλιακές καταιγίδες ακτινοβολίας (solar radiation storms), καθότι είναι αυτές που παρεμποδίζουν ραδιοσυχνότητες. Οι γεωμαγνητικές καταιγίδες (geomagnetic storms) προκαλούν διαταραχές στα γήινα συστήματα εδάφους και στα συστήματα επικοινωνίας, ενώ δεν έχουν άμεσες συνέπειες στον άνθρωπο. Όταν το μαγνητικό πεδίο μιας στεμματικής εκπομπής μάζας κατευθύνεται νότια και είναι αντίθετο από αυτό της περιοχής του γήινου στο οποίο στοχεύει, τότε η ενέργεια συσσωρεύεται στους πόλους, αλλάζοντάς το για μερικές μέρες. Οι μαγνητοσφαιρικές υποκαταιγίδες (ή μαγνητικές, αγγ. magnetic substorms) συμβαίνουν όταν ηλεκτρόνια και πρωτόνια μαζί με ενεργειακά σωματίδια από ηλιακές καταιγίδες συγκρούονται, αντιδρούν με στοιχεία στην προστατευτική μαγνητόσφαιρα και στη συνέχεια δημιουργούν ένα άλλο φαινόμενο, το σέλας (aurora).

Συνέπειες

Ένα ισχυρό κύμα ενεργειακών σωματιδίων από ηλιακές εκλάμψεις, σημαίνει πως θα ευθυγραμμιστεί με μαγνητικά πεδία της Γης. Τότε είναι δυνατό να προκαλέσει προβλήματα σε ηλεκτρικά δίκτυα, καθώς βγαίνουν εκτός λειτουργίας οι μετασχηματιστές τους και είναι δύσκολο να επανέλθουν.  Επίσης επηρεάζει το παγκόσμιο σύστημα εντοπισμού (gps) και γενικότερα σε κάθε είδος υποδομής και υπηρεσίας ακόμη και στους υποθαλάσσιους σωλήνες ύδρευσης με ηλεκτρικές αντλίες. Σε πρώτη φάση όπως ο Ήλιος εκρήγνυται η ακτινοβολία περνά από τηλεπικοινωνιακούς δορυφόρους και διαστημικά σκάφη. Λόγω αυτής της ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας που επίσης εκτοξεύει από το ανώτερο στρώμα της ατμόσφαιρας του Ήλιου, την κορόνα η ενέργεια είναι τεραστίων διαστάσεων. Το 2012 η παγκόσμια οικονομία γλίτωσε πάνω από δυο τρισεκατομμύρια δολάρια, είκοσι φορές πιο πολλά από τις καταστροφές του τυφώνα Κατρίνα, όταν μια πανίσχυρη ηλιακή καταιγίδα πέρασε πολύ κοντά από τον πλανήτη.

Στον ανθρώπινο οργανισμό

Είναι αδύνατο η ακτινοβολία να σκοτώσει ανθρώπους, ακόμη και με δυνατές καταιγίδες που προκαλούν ολικό μπλακ-άουτ. Χρειάζονται τουλάχιστον 80-120 rad ακτινοβολίας για να υπάρξουν αδιαθεσίες και τάσεις εμετού σε κάποιους. Μόνο σε περιπτώσεις μεγάλων δόσεων ακτινοβολίας σε μικρό χρονικό διάστημα υπάρχουν θάνατοι μέσα σε μια βδομάδα ή λιγότερο, διότι η ακτινοβολία τρυπάει τα κύτταρα με αποτέλεσμα να εκραγούν και λόγω υψηλών θερμοκρασιών, όπως για παράδειγμα με τις ατομικές βόμβες ή και τους αστροναύτες αν βρεθούν στο στόχαστρό της. Οι κοσμικές ακτίνες διαπερνούν σε μεγάλο ποσοστό τη γήινη ατμόσφαιρα κάθε χρόνο, παρόλο που παρεμποδίζονται στη διαδρομή από διάσπαρτα πλανητικά μαγνητικά πεδία, ακόμη από το μαγνητικό πεδίο της Γης και τον ηλιακό άνεμο που αντανακλούν τα λιγότερο ενεργειακά σωματίδια. 
Όταν, σε φυσιολογικά επίπεδα όντας αναπόφευκτο, διεισδύουν στη βιόσφαιρα, μας διοχετεύουν δόσεις ακτινοβολίας. Σε υψομετρικές πόλεις όπως το Ντένβερ και το Γουαϊόμινγκ οι οργανισμοί λαμβάνουν 120-130 millirems το χρόνο ενώ σε παραθαλάσσιες πόλεις 35 millirems το χρόνο. Αυτό αυξάνει τα επίπεδα και τις πιθανότητες καρκίνου, δεν είναι ωστόσο ο μόνος παράγοντας ακτινοβολίας λαμβάνοντας υπόψη τις ραδιοεκπομπές, κάποια συστατικά του φλοιού της Γης και κυρίως τον άργιλο και το γρανίτη που περιέχονται στο αέριο ραδόνιο και συναντούμε στα μόνιτορ υπογείων σπιτιών προς πώληση, υποχρεωτικό στις Ηνωμένες Πολιτείες αλλά πολύ επικίνδυνο γιατί παράγει 130 millirems το χρόνο. Επιπλέον άλλες πηγές είναι το τσιμέντο και τα τούβλα που εγκλωβίζουν ελάχιστα ποσά, όμως μπορεί να διαφέρει το ποσοστό και πάλι ανάλογα το υψόμετρο. Σε μέρη όπως η Κεράλα (Ινδία) με 380 millirems και η Γκουαραπάρι (Βραζιλία) μετριέται το μεγαλύτερο ποσοστό, 600 millirems. Όσον αναφορά τα βουνά, ψηλότερα από 14.000 πόδια αντενδείκνυνται για εκτεταμένες διακοπές και φυσικά καρκινοπαθείς. Αλλά και σε τροφές με ισότοπα (άνθρακα, καλίου) όπως οι μπανάνες που περιέχουν ραδιενεργά ισότοπα καλίου υπάρχει ποσοστό 23 millirems. Το κάπνισμα δίνει 40 millirems, με καθημερινή χρήση ενός πακέτου την ημέρα. Ανεξάρτητα από το μέρος που μένουμε, παίρνουμε κάθε χρόνο 300 millirems ακτινοβολίας, ένα ασφαλές ποσοστό εδώ και τόσους αιώνες. 
Για τους ανθρώπους στο διάστημα, πιλότοι, αστροναύτες, λοιπό προσωπικό, τους οδοντοτεχνίτες, τους χειριστές σταθμών και άλλους γίνονται προειδοποιήσεις από οργανισμούς όπως η Occupational Safety and Ηealth Association (OSHA) στις Ηνωμένες Πολιτείες, σχετικά με τους κινδύνους σε διάστημα εβδομάδων μέχρι χρόνου. Άλλοι φορείς όπως η Επιστημονική Επιτροπή Ευρωπαϊκής Ένωσης (SCENIHR) διενεργεί ελέγχους για την ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία καθώς και οργανισμοί άλλων κρατών που συνεργάζονται με άλλες υγειονομικές υπηρεσίες όπως ο Αυστραλιανός Οργανισμός για την Ακτινοπροστασία και την Πυρηνική Ασφάλεια (Australian Radiation Protection and Nuclear Safety Agency). 
Η ακτινοβολία ωστόσο, με βάση ιαπωνική μελέτη, στη Χιροσίμα και το Ναγκασάκι δεν επηρέασε γενετικά τους μισούς επιζώντες εδώ και πενήντα χρόνια, οι οποίοι ήταν πάνω από 100.000 και τα παιδιά τους που γεννήθηκαν ύστερα υπολογίστηκαν 80.000 χωρίς γενετικές μεταλλάξεις.

Πιθανή διαδικασία δημιουργίας ζωής στη Γη

Είναι δυνατό με την τελευταία μελέτη που διεξάχθηκε για τις απαρχές της γήινης ζωής, να ανακαλυφθούν, αν είναι εφικτό, άλλοι κατοικήσιμοι πλανήτες, όπου θα μπορούσε να αναπτυχθεί ζωή. Το ζήτημα αυτό έγκειται στο γεγονός ότι ενώ η Γη βομβαρδιζόταν από αλόγιστη ενέργεια, δεν καταστράφηκε, πόσο μάλλον όταν η προστατευτική μαγνητόσφαιρά της ήταν αδύναμη. Έτσι λαμβάνονται υπόψη η σύσταση του πλανήτη και του αστέρα. Πριν τέσσερα δισεκατομμύρια χρόνια ο νεαρός αστέρας είχε μόλις το 70% της φωτεινότητάς του. Ήταν αδύνατη η επιβίωση για οργανισμούς γιατί ο πλανήτης Γη ήταν καλυμμένος από πάγο. Μια σειρά ηλιακών καταιγίδων μπορούσε να έχει εξαπολύσει τεράστια ποσά ενέργειας προς τον πλανήτη, ικανά να δημιουργήσουν το αέριο νιτρώδες οξείδιο, ένα δυνατό αέριο θερμοκηπίου. Έτσι μπορούμε να πούμε πως μπήκαν οι βάσεις του DNA και RNA.  
Βρέθηκε ότι μερικά εκατομμύρια χρόνια μετά τη δημιουργία του Ήλιου υπήρξαν πολλοί παρόμοιοι αστέρες, από τους οποίους εκρήγνυνται οι "σούπερ εκλάμψεις" και οποίες είναι σήμερα εξαιρετικά σπάνιες και συναντώνται μια φορά στα 100 χρόνια ή και παραπάνω. Μετρήθηκαν σε δέκα καθημερινώς οι οποίες παρήγαγαν ακόμη πολύ δυνατότερες ηλιακές εκλάμψεις και στεμματικές εκπομπές μάζας. Η εναλλαγή της χημικής υπόστασης της ατμόσφαιρας της Γης είναι υπεύθυνη για την εξέλιξη φαινομένων. Τότε το γήινο μαγνητικό πεδίο ήταν πολύ πιο αδύναμο και φαρδύτερο στους πόλους, όπου οι δυναμικές μαγνητικές γραμμές σχεδόν ακουμπούν. Με τη βοήθεια υπολογισμών, οι εμφανίσεις σέλαος σε ολόκληρη την περιοχή της Νότιας Καρολίνα ήταν συχνότατο φαινόμενο, συνέπεια γεωμαγνητικής δραστηριότητας του διαστημικού καιρού. 
Όπως σωματίδια ταξίδευαν κάτω στις δυναμικές μαγνητικές γραμμές είχαν ως αποτέλεσμα τη δημιουργία μορίων αζώτου στην ατμόσφαιρα. Όσον αφορά τη θερμότητα της ατμόσφαιρας, το νιτρώδες οξείδιο είναι 300 φορές δυνατότερο από το διοξείδιο του άνθρακα. Αν λιγότερο από 1% του αερίου αυτού και αερίου διοξειδίου του άνθρακα υπήρχαν τότε, ήταν αρκετό να θερμανθούν τα νερά στη Γη. Τα σωματίδια ήταν δυνατό να φτιάξουν επίσης και άλλες πιο περίπλοκες χημικές ενώσεις με τη βοήθεια της επερχόμενης τεράστιας και συνεχούς ενέργειας - όταν προηγουμένως απλά μόρια βρίσκονταν σε όλο το εύρος της ατμόσφαιρας- δηλαδή τα DNA και RNA, υπεύθυνα για τη ζωή.

Κλίμακες και μετρήσεις

Η δύναμη μιας καταιγίδας μετριέται με το γράμμα "G" και έναν αριθμό της κλίμακας από το 1 μέχρι το 5. Όπως και μία απλή καταιγίδα μπορεί να αυξηθεί ή να μειωθεί, γι'αυτό η τιμή δεν είναι καθοριστικής σημασίας και μπορεί να τροποποιηθεί στο πέρασμα των ωρών όπου αυτή εκτυλίσσεται. Η ισχύς των μαγνητικών πεδίων υπολογίζεται σε tesla και η μεγαλύτερη μέτρηση έγινε το 1859 με το φαινόμενο Κάρινγκτον όπου έγινε επίσης και η ισχυρότερη στεμματική εκπομπή μάζας.

Τελευταία μεγάλη ηλιακή καταιγίδα και εκτιμήσεις

Στις 23 Ιουλίου του 2012, έγινε μια τεράστια ηλιακή καταιγίδα, σε περιοχή του Ήλιου μεγαλύτερη από τη Γη κατά πέντε φορές. Στη δεξιά περιοχή του Ήλιου, σύμφωνα με το Solar Dynamics Observatory και τη NASA, υπήρχαν δυο λάμψεις κατά την έκρηξη που σχημάτιζαν κύματα στην επιφάνειά του, τα ονομαζόμενα ''EIT waves'', που ανακαλύφθηκαν για πρώτη φορά με το υπεριώδες τηλεσκόπιο απεικόνισης (ΕΙΤ) . Καταχωρήθηκε ως η γρηγορότερη ηλιακή καταιγίδα που παρατηρήθηκε ποτέ. Η ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία προήλθε από δυο διαδοχικές στεμματικές εκπομπές μάζας με χρονικό διάστημα 10 - 15 λεπτών. Η ηλιακή καταιγίδα δεν κατευθυνόταν προς τη Γη, σε αντίθεση με την ηλιακή καταιγίδα ακτινοβολίας. Και οι δυο επηρέασαν το περιβάλλον της. Αν χτυπούσε τη Γη, πράγμα που γλιτώσαμε για πολύ λίγο, θα προκαλούσε υπερμεγέθη προβλήματα στα γήινα συστήματα και η αποκατάστασή τους θα κόστιζε πάρα πολύ σε χρόνο και σε χρήμα. Σύμφωνα με το Γαλλικό πρακτορείο και την βρετανική Daily Mail, ήταν η ισχυρότερη καταιγίδα εδώ και 150 χρόνια, πράγμα που συνεπάγεται πως θα ήταν καταστροφική. Γι'αυτό το λόγο, οι εκτιμήσεις της NASA λένε πως θα γυρνούσαμε συγκεκριμένα, τρεις αιώνες πίσω σαν πολιτισμός. 
Έγιναν αναλυτικά δύο διαδοχικές εκρήξεις που απείχαν μεταξύ τους 10 με 15 λεπτά και η ταχύτητα με την οποία εκτοξεύτηκε το υλικό ήταν 1.800 με 2.200 μίλια το δευτερόλεπτο σαν έφυγε από τον Ήλιο.Tα μαγνητικά της πεδία μετρήθηκαν με 80 nanoTesla, ενώ το 1859 στην μεγαλύτερη ηλιακή καταιγίδα, έφτασαν τα 110 nanoTesla. Τα νότια μαγνητικά της πεδία έμειναν σταθερά με 40 nanoTesla για μερικές ώρες, γεγονός που μαζί με την ταχύτητα της καταιγίδας έκανε τους επιστήμονες να την ονομάσουν " ER" (extremely rare). Οι παρατηρήσεις έγιναν από ηλιακά παρατηρητήρια της NASA και στη συνέχεια τα δεδομένα στάλθηκαν στη Γη όπου μετρήθηκε η βαρύτητά τους με βάση στατιστικά στοιχεία προηγούμενων ετών καθώς και στοιχεία από πολλά παρατηρητήρια που βλέπουν από το διάστημα προς τη Γη και το αντίστροφο. Έτσι κατέληξαν σε σίγουρα συμπεράσματα. 
Αν οι εκρήξεις είχαν λάβει χώρα μία εβδομάδα νωρίτερα, η Γη θα είχε βρεθεί στο στόχαστρο και ακόμη θα μετρούσαμε απώλειες, σύμφωνα με τις παρατηρήσεις του καθηγητή ατμοσφαιρικής και διαστημικής φυσικής Ντάνιελ Μπέικερ του Κολοράντο. Σημειώνει ο ίδιος πως η ανθρωπότητα οφείλει να προετοιμαστεί καλύτερα για τέτοιου είδους φαινόμενα. Το συμβάν είχε διπλάσια ισχύ από εκείνο του 1989 στον Καναδά, όπου προκάλεσε ολικό μπλακ-άουτ και θα ήταν το χειρότερο που θα μπορούσε να έχει συμβεί από την καταιγίδα του 1859. Ένας φυσικός ο Πιτ Ράιλι, μελέτησε στοιχεία των ηλιακών καταιγίδων των τελευταίων 50 χρόνων και εκτίμησε πως υπάρχει πιθανότητα σε ποσοστό 12% την επόμενη δεκαετία μια τεράστια ηλιακή καταιγίδα να χτυπήσει ξανά.