Πρόσφατα, πολύ περισσότεροι άνθρωποι από το συνηθισμένο σε όλο τον κόσμο μπόρεσαν να παρατηρήσουν το βόρειο και το νότιο φως με γυμνό μάτι. Αυτό το ασυνήθιστο γεγονός προκλήθηκε από μια πολύ ισχυρή ηλιακή καταιγίδα που επηρέασε την κίνηση του μαγνητικού πεδίου της Γης.
Ο ήλιος φτάνει στο υψηλότερο σημείο δραστηριότητάς του σε έναν κύκλο 11 ετών. Αυτό σημαίνει ότι μπορούμε να περιμένουμε περισσότερες εκρηκτικές εκπομπές σωματιδίων. Κάτω από τις κατάλληλες συνθήκες, αυτά είναι που τελικά δημιουργούν τα όμορφα σέλας στον ουρανό, καθώς και οι γεωμαγνητικές καταιγίδες που μπορούν να βλάψουν υποδομές όπως δίκτυα ηλεκτρικής ενέργειας και δορυφόρους σε τροχιά.
Τι προκαλεί λοιπόν αυτά τα φαινόμενα; Το βόρειο και το νότιο φως συνήθως εμφανίζονται μόνο σε πολύ υψηλά και πολύ χαμηλά γεωγραφικά πλάτη. Τα σωματίδια υψηλής ενέργειας από τον ήλιο ρέουν στη Γη, καθοδηγούμενα από το μαγνητικό πεδίο του ήλιου. Μεταφέρονται στο μαγνητικό πεδίο της Γης με μια διαδικασία που ονομάζεται επανασύνδεση.
Αυτά τα πολύ γρήγορα και θερμά σωματίδια στη συνέχεια τρέχουν κατά μήκος των γραμμών του μαγνητικού πεδίου της Γης – την κατεύθυνση της δύναμης ενός μαγνήτη – μέχρι να συναντήσουν ένα ουδέτερο, ψυχρό ατμοσφαιρικό σωματίδιο όπως το οξυγόνο, το υδρογόνο ή το άζωτο. Σε αυτό το σημείο, μέρος αυτής της ενέργειας χάνεται – και αυτό θερμαίνει τη γύρω περιοχή.
Ωστόσο, τα σωματίδια της ατμόσφαιρας δεν τους αρέσει να έχουν υψηλή περιεκτικότητα σε ενέργεια, έτσι εκπέμπουν μέρος αυτής της ενέργειας στην περιοχή του ορατού φωτός. Ανάλογα με το ποιο στοιχείο είναι πολύ ζεστό, θα δείτε τώρα ένα διαφορετικό εύρος μηκών κύματος – και επομένως χρωμάτων – που εκπέμπεται στην περιοχή του ορατού φωτός του ηλεκτρομαγνητικού φάσματος. Αυτή είναι η πηγή των σέλας που μπορούμε να δούμε σε μεγάλα γεωγραφικά πλάτη και επίσης σε χαμηλότερα γεωγραφικά πλάτη κατά τη διάρκεια ισχυρών ηλιακών γεγονότων.
Τα μπλε και μοβ του σέλας προέρχονται από άζωτο, ενώ τα πράσινα και τα κόκκινα του προέρχονται από οξυγόνο. Αυτή η συγκεκριμένη διαδικασία συμβαίνει συνεχώς, αλλά δεδομένου ότι το μαγνητικό πεδίο της Γης είναι παρόμοιο σε σχήμα με μαγνήτη ράβδου, η περιοχή που ενεργοποιείται από τα προσπίπτοντα σωματίδια βρίσκεται σε πολύ μεγάλα και χαμηλά γεωγραφικά πλάτη (Αρκτικός Κύκλος ή Ανταρκτική γενικά).
Τι συνέβη λοιπόν που μπορούμε τώρα να δούμε το Βόρειο Σέλας πολύ πιο νότια στο Βόρειο Ημισφαίριο;
Ίσως θυμάστε στο σχολείο να σκορπίζετε ρινίσματα σιδήρου σε χαρτί σε έναν μαγνήτη για να δείτε πώς ευθυγραμμίζονται στο μαγνητικό πεδίο. Μπορείτε να επαναλάβετε το πείραμα πολλές φορές και να βλέπετε το ίδιο σχήμα κάθε φορά.
Το μαγνητικό πεδίο της Γης είναι επίσης σταθερό, αλλά μπορεί να συμπιεστεί ή να απελευθερωθεί ανάλογα με την ηλιακή ακτινοβολία. Είναι εύκολο να το φανταστεί κανείς σαν δύο μισοφουσκωμένα μπαλόνια να συμπιέζονται μεταξύ τους.
Όταν φουσκώνετε ένα μπαλόνι και προσθέτετε περισσότερο αέριο, η πίεση αυξάνεται και το μικρότερο μπαλόνι σπρώχνεται προς τα πίσω. Καθώς απελευθερώνετε το επιπλέον αέριο, το μικρότερο μπαλόνι χαλαρώνει και σπρώχνει προς τα πίσω.
Είναι σαφές για εμάς: όσο ισχυρότερη είναι αυτή η πίεση, τόσο πιο κοντά μετατοπίζονται οι σχετικές γραμμές μαγνητικού πεδίου στον ισημερινό, πράγμα που σημαίνει ότι οι σέλας γίνονται ορατές.
Ασυνήθιστες καταιγίδες
Και εδώ ακριβώς βρίσκονται τα πιθανά προβλήματα: ένα κινούμενο μαγνητικό πεδίο μπορεί να δημιουργήσει ρεύμα σε οτιδήποτε άγει ηλεκτρισμό.
Στις σύγχρονες υποδομές, τα μεγαλύτερα ρεύματα παράγονται σε γραμμές ηλεκτροδότησης, γραμμές τρένων και υπόγειους αγωγούς. Η ταχύτητα αυτής της κίνησης είναι επίσης σημαντική και παρακολουθείται μετρώντας πόσο το μαγνητικό πεδίο αποκλίνει από το «κανονικό». Ένα τέτοιο μέτρο που χρησιμοποιείται από τους ερευνητές ονομάζεται δείκτης διαταραγμένου χρόνου καταιγίδας.
Σύμφωνα με αυτό το πρότυπο, οι γεωμαγνητικές καταιγίδες της 10ης και της 11ης Μαΐου ήταν εξαιρετικά ισχυρές. Με μια τόσο ισχυρή καταιγίδα, υπάρχει πιθανός κίνδυνος πρόκλησης ηλεκτρικών ρευμάτων. Οι γραμμές ηλεκτρικής ενέργειας κινδυνεύουν περισσότερο, αλλά επωφελούνται από τις προστασίες που είναι ενσωματωμένες στους σταθμούς ηλεκτροπαραγωγής. Αυτά βρίσκονται στο επίκεντρο από τη γεωμαγνητική καταιγίδα του 1989 που έλιωσε έναν μετασχηματιστή ισχύος στο Κεμπέκ του Καναδά, προκαλώντας διακοπές ρεύματος για πολλές ώρες.
Οι μεταλλικοί σωλήνες, οι οποίοι διαβρώνονται όταν τους διαρρέει ηλεκτρικό ρεύμα, αποτελούν μεγαλύτερο κίνδυνο. Αυτό δεν είναι άμεσο αποτέλεσμα, αλλά μάλλον αργή συσσώρευση διαβρωτικού υλικού. Αυτό μπορεί να έχει πολύ ισχυρό αντίκτυπο στις υποδομές, αλλά είναι πολύ δύσκολο να εντοπιστεί.
Ενώ τα ρεύματα αποτελούν πρόβλημα στο έδαφος, αποτελούν ακόμη μεγαλύτερη πρόκληση στο διάστημα. Οι δορυφόροι έχουν περιορισμένη γείωση και ένα κύμα ρεύματος μπορεί να καταστρέψει όργανα και επικοινωνίες. Όταν ένας δορυφόρος χάνει την επικοινωνία με αυτόν τον τρόπο, ονομάζεται δορυφόρος ζόμπι και συχνά χάνεται εντελώς – με αποτέλεσμα μια πολύ μεγάλη απώλεια επένδυσης.
Οι αλλαγές στο μαγνητικό πεδίο της Γης μπορούν επίσης να επηρεάσουν το φως που διέρχεται. Δεν μπορούμε να δούμε αυτήν την αλλαγή, αλλά η ακρίβεια των συστημάτων παρακολούθησης GPS μπορεί να επηρεαστεί σοβαρά, επειδή ο προσδιορισμός της τοποθεσίας εξαρτάται από το χρόνο που μεσολαβεί μεταξύ της συσκευής σας και ενός δορυφόρου. Η αύξηση της πυκνότητας ηλεκτρονίων (ο αριθμός των σωματιδίων στη διαδρομή του σήματος) προκαλεί κάμψη του κύματος, που σημαίνει ότι χρειάζεται περισσότερος χρόνος για να φτάσει στη συσκευή σας.
Οι ίδιες αλλαγές μπορούν επίσης να επηρεάσουν την ταχύτητα εύρους ζώνης του δορυφορικού Διαδικτύου και τις ζώνες ακτινοβολίας του πλανήτη. Αυτός είναι ένας δακτύλιος φορτισμένων σωματιδίων υψηλής ενέργειας, κυρίως ηλεκτρονίων, περίπου 13.000 km από την επιφάνεια. Μια γεωμαγνητική καταιγίδα μπορεί να ωθήσει αυτά τα σωματίδια στην κατώτερη ατμόσφαιρα. Εκεί τα σωματίδια μπορούν να διαταράξουν το ραδιόφωνο υψηλής συχνότητας (HF) που χρησιμοποιείται από τα αεροσκάφη και να επηρεάσουν τη συγκέντρωση του όζοντος.
Το βόρειο σέλας δεν υπάρχει μόνο στη Γη – πολλοί πλανήτες το έχουν και μπορούν να μας πουν πολλά για τα μαγνητικά πεδία αυτών των ουράνιων σωμάτων. Μια ειδική συσκευή για την προσομοίωση του βόρειου φωτός είναι η «Planeterella», η οποία αναπτύχθηκε για πρώτη φορά από τον Νορβηγό επιστήμονα Kristian Birkeland στις αρχές του 20ου αιώνα.
Μια μαγνητική σφαίρα (που αντιπροσωπεύει τη Γη) τοποθετείται σε ένα θάλαμο κενού και ο ηλιακός άνεμος προσομοιώνεται πυροδοτώντας ηλεκτρόνια στη σφαίρα. Έχουμε δύο από αυτά τα εργαλεία σε πανεπιστήμια στο Ηνωμένο Βασίλειο και εδώ στο Πανεπιστήμιο του Nottingham Trent βοήθησα πρόσφατα έναν φοιτητή να δημιουργήσει μια έκδοση προϋπολογισμού ως μεταπτυχιακό έργο.
Αλλάζοντας την ένταση του μαγνητικού πεδίου και την απόσταση μεταξύ των αντικειμένων, μπορείτε να παρατηρήσετε πώς αλλάζουν τα σέλας. Η εκπομπή είναι κυρίως ιώδης, όπως θα αναμενόταν σε ατμόσφαιρα με 72% άζωτο. Στην κορυφή, όπου θα βλέπατε το σέλας στη Γη, εμφανίζεται ένας ισχυρός δακτύλιος εκπομπής και αυτός ο δακτύλιος κινείται πάνω και κάτω σε πλάτος ανάλογα με την ένταση του μαγνητικού πεδίου.
Ως φυσικό φαινόμενο, το Βόρειο Σέλας είναι ένα θαύμα. Ακόμα καλύτερα, με κάθε ισχυρή γεωμαγνητική καταιγίδα, κάνουμε βελτιώσεις που συμβάλλουν στην προστασία από πιθανές ζημιές από μελλοντικά γεγονότα.
Αυτό το άρθρο αναδημοσιεύεται από το The Conversation με άδεια Creative Commons. Διαβάστε το αρχικό άρθρο.
Ο Ian Whittaker δεν εργάζεται, δεν συμβουλεύεται, δεν κατέχει μετοχές ή δεν λαμβάνει μετοχές από οποιαδήποτε εταιρεία ή οργανισμό που θα ωφεληθεί από αυτό το άρθρο οποιαδήποτε τέτοια εταιρεία ή οργανισμό και δεν έχει αποκαλύψει σχετικές σχέσεις πέρα από την ακαδημαϊκή του απασχόληση.