تهدیدی برای فناوری‌های زمینی و فضایی
1
در ۱۰ مه ۲۰۲۴، زمین شاهد یکی از شدیدترین طوفان‌های ژئومغناطیسی در دو دهه اخیر بود؛ رویدادی که به نام «طوفان گانون» شناخته شد. این طوفان، که به افتخار فیزیک‌دان هوافضا، جنیفر گانون، نام‌گذاری شده است، نه تنها زیرساخت‌های فناوری ما را به چالش کشید، بلکه درک ما از پدیده‌های فضایی را نیز دگرگون کرد.
طوفان گانون: از تمرین تا واقعیت
تمرین شبیه‌سازی که به بحران واقعی تبدیل شد
در سال ۲۰۲۳، ناسا و بیش از ۳۰ آژانس دولتی آمریکا تمرینی برای شبیه‌سازی اثرات یک طوفان ژئومغناطیسی برگزار کردند. هدف این تمرین، ارزیابی نقاط ضعف سیستم‌های موجود بود. اما در میانه این تمرین، طوفان گانون به واقعیت پیوست و زمین را تحت تأثیر قرار داد. این رویداد، قوی‌ترین طوفان ژئومغناطیسی از نوع G5 در بیش از بیست سال گذشته بود.
تأثیرات گسترده بر زیرساخت‌های زمینی
اختلال در شبکه‌های برق و سیستم‌های ناوبری
طوفان گانون باعث افزایش ناگهانی ولتاژ در خطوط انتقال برق شد، که منجر به خاموشی‌های موقت و آسیب به ترانسفورماتورها گردید. در منطقه میدوست آمریکا، تراکتورهای مجهز به GPS از مسیر خارج شدند، که برای کشاورزان در فصل کاشت مشکلات جدی ایجاد کرد. به گفته تری گریفین، استاد اقتصاد کشاورزی در دانشگاه ایالتی کانزاس، هر مزرعه به طور متوسط حدود ۱۷٬۰۰۰ دلار خسارت دید.
اختلال در پروازهای هوایی
شرکت‌های هواپیمایی مجبور شدند پروازهای فراآتلانتیک را به دلیل افزایش سطح تابش مجدداً برنامه‌ریزی کنند. در ترموسفر، دما به بیش از ۲٬۱۰۰ درجه فارنهایت رسید و بادهای شدید به دلیل افزایش انرژی خورشیدی به وجود آمدند.
تأثیرات فضایی: ماهواره‌ها و کمربندهای تابشی جدید
کاهش ارتفاع ماهواره‌ها و اختلال در عملکرد آن‌ها
در مدار زمین، ماهواره‌ها با افزایش مقاومت جوی مواجه شدند. ماهواره ICESat-2 ناسا کاهش ارتفاع داشت و ماهواره CIRBE، که برای نظارت بر تابش طراحی شده بود، زودتر از موعد از مدار خارج شد. مأموریت Sentinel آژانس فضایی اروپا با کمبود انرژی مواجه شد و مجبور به استفاده از سوخت برای حفظ مدار خود گردید.
ایجاد کمربندهای تابشی جدید
طوفان گانون باعث ایجاد دو کمربند جدید از ذرات پرانرژی شد. ابزار REPTile-2 بر روی ماهواره CIRBE این کمربندهای جدید را شناسایی کرد، که بین کمربندهای وان آلن قرار گرفتند. این کمربندها حاوی الکترون‌ها و پروتون‌های پرانرژی بودند که برای ماهواره‌ها و مأموریت‌های فضایی خطرناک محسوب می‌شدند.
تغییرات در یونوسفر و اثرات آن بر ارتباطات
در یونوسفر، باند متراکم ذرات که معمولاً در نزدیکی استوا قرار دارد، به سمت قطب جنوب حرکت کرد و شکاف وسیعی در نزدیکی استوا ایجاد شد. این تغییرات باعث اختلال در سیستم‌های ارتباطی شد، زیرا سیگنال‌ها در عبور از این منطقه دچار مشکل شدند.
تابش‌های جدید: کمربندهای الکترونی و پروتونی
کمربند الکترونی
قبل از طوفان، فعالیت ذرات در منطقه L = 2.5–3.5 حداقل بود. اما پس از آن، این منطقه به کمربندی متراکم از الکترون‌ها با انرژی‌های بین ۱.۳ تا ۵ MeV تبدیل شد. این کمربند برای هفته‌ها باقی ماند و فرضیات قبلی درباره رفتار ذرات در طوفان‌های ژئومغناطیسی را به چالش کشید.
کمربند پروتونی
CIRBE همچنین کمربند پروتونی در منطقه L = 2 شناسایی کرد، جایی که پروتون‌هایی با انرژی بین ۶.۸ تا ۲۰ MeV تجمع یافته بودند. این کمربند در برابر طوفان‌های بعدی پایدار باقی ماند، در حالی که کمربند الکترونی در ۲۸ ژوئن از بین رفت.
شفق‌های قطبی نادر و رنگارنگ
بر روی زمین، شفق‌های قطبی در مکان‌های غیرمنتظره ظاهر شدند. پروژه Aurorasaurus هزاران گزارش از ۵۵ کشور دریافت کرد، از جمله مشاهده شفق‌های صورتی در ژاپن. این رنگ غیرمعمول به ترکیب شفق‌های قرمز و آبی نسبت داده شد، که ناشی از برخورد ذرات خورشیدی با مولکول‌های اکسیژن و نیتروژن در ارتفاعات بالاتر از حد معمول بود.
تأثیرات بر مریخ
مریخ نیز تحت تأثیر طوفان گانون قرار گرفت. مدارگرد MAVEN ناسا شفق‌هایی را بین ۱۴ تا ۲۰ مه ۲۰۲۴ در سطح مریخ مشاهده کرد. این شفق‌ها، برخلاف زمین، کل سیاره را در بر گرفتند. مدارگرد ۲۰۰۱ Mars Odyssey ناسا برای نزدیک به یک ساعت دوربین ستاره‌ای خود را از دست داد و در سطح مریخ، مریخ‌نورد Curiosity بالاترین افزایش تابش از زمان فرود خود در سال ۲۰۱۲ را ثبت کرد.
اهمیت نظارت بر آب‌وهوای فضایی
یک سال پس از طوفان گانون، محققان هنوز در حال تجزیه و تحلیل داده‌ها هستند. ابزار REPTile-2 بر روی CIRBE بینش‌های حیاتی درباره دینامیک آب‌وهوای فضایی و تشکیل کمربندهای تابشی ارائه می‌دهد. با نزدیک شدن خورشید به دوره‌ای از فعالیت شدیدتر، نیاز به نظارت مؤثر بر آب‌وهوای فضایی بیش از پیش احساس می‌شود.
آمادگی برای طوفان‌های ژئومغناطیسی آینده
طوفان گانون آزمونی سخت برای دفاع مغناطیسی زمین بود. ماهواره‌ها ارتفاع خود را از دست دادند، سیستم‌های ارتباطی دچار اختلال شدند و شفق‌ها در آسمان‌های غیرمنتظره ظاهر شدند. کمربندهای تابشی جدیدی در فضا شکل گرفتند که تهدیدی مداوم برای فضاپیماها محسوب می‌شوند. این رویداد نشان داد که سیستم‌های نظارت بر آب‌وهوای فضایی باید برای شناسایی و پاسخ به تهدیدات نوظهور تکامل یابند.
این مطالعه در نشریه Journal of Geophysical Research: Space Physics منتشر شده است.
