Scutul de slăbire - substanță substanță
Câmpul magnetic al Pământului este încă suficient de puternic pentru a ne proteja de adversitatea vremii spațiale. Dar cât timp? Seria de măsurători luate de-a lungul a zeci de ani de lucru arată: Scutul de protecție își pierde continuu forța. Pentru a afla ce se întâmplă, cercetătorii merg în provincia Brandenburg.
Niemegk lângă Potsdam, în iulie. Soarele răspândește căldură plăcută, nimic nu sugerează că duce o bătălie împotriva pământului deasupra noastră. Greierii ciripesc într-un câmp în afara micului oraș din Brandenburg, violul așteaptă recolta, prunele și bătrânii sunt coapte pe marginea drumului. De la distanță, sunetul A9 sună. Într-o pădure ușoară de pini, un complex de clădiri se prăbușește, care seamănă mult cu o stațiune de vacanță din RDG. De fapt, aici se desfășoară cercetări asupra scutului planetar protector vital care protejează pământul de adversitățile cosmice: furtunile solare și alte bombe din adâncurile spațiului.
Oamenii de știință au măsurat câmpul magnetic al pământului aici de 85 de ani, iar Observatorul Adolf Schmidt este prima adresă a Germaniei în această disciplină. Ne-am imagina că un centru de cercetare de vârf este mai spectaculos. Mai multă tehnologie. Dar aici măsurătorile au loc în două clădiri din lemn discret.
Datele furnizate de la aceste barăci sunt cu atât mai importante; cu greu există o altă stație nicăieri în lume care să fie măsurată atât de precis. Iar rezultatele Niemegk și ale celor aproximativ 200 de observatoare ale câmpului magnetic din întreaga lume confirmă că prima linie de apărare a planetei noastre pierde puterea, cu aproximativ zece la sută de când măsurătorile câmpului magnetic au început cu aproximativ 170 de ani în urmă. Cea mai dramatică este situația dintr-o regiune care se întinde din America de Sud peste Atlantic până în Africa de Sud și al cărei nume științific sună aproape ca o boală: anomalia Atlanticului de Sud. Câmpul magnetic al Pământului nu este doar deosebit de slab acolo, ci se degradează și mai repede decât media globală. Și zona afectată crește.
Este posibil ca pământul să înceapă să inverseze complet polaritatea, spune Monika Korte. Timp de mai bine de zece ani, geofizicianul a condus observatorul din Niemegk, care face parte din Centrul German de Cercetare pentru Geoștiințe (GFZ) din Potsdam. Astăzi ea conduce grupul de lucru GFZ „Variații pe termen lung ale câmpului magnetic al Pământului”. În medie, la fiecare 500.000 de ani, polii magnetici de pe pământ schimbă locurile, explică omul de știință. Și ultima inversare a polarității a avut loc în urmă cu aproximativ 780.000 de ani - așa că am fi întârziați.
Ce se întâmplă cu polii noștri și scutul nostru cosmic? Pentru a afla, oamenii de știință de la Centrul German de Cercetare pentru Geoștiințe din Potsdam conduc spre provincia Brandenburg, unde nimic nu le afectează măsurătorile. „Pentru a obține date impecabile, orice câmpuri de interferență distorsionante trebuie excluse”, spune Korte. Berlinul cu S-Bahn-ul electric este la 70 de kilometri distanță. Mașinile au voie să coasă doar la 100 de metri de clădiri. Cele două clădiri de măsurare sunt realizate din lemn, fiecare ușă montată, fiecare cui a trebuit testat pentru inofensivitatea sa magnetică înainte de construcție.
Cele două clădiri speciale se numesc Variationshaus și Absoluthaus. Personalul observatorului merge doar la casa de variații, unde măsurătorile sunt luate continuu la o temperatură constantă de 17,5 grade, atunci când este absolut necesar. „Este aproape ca verificarea securității la aeroport, unde cele mai mici piese metalice declanșează o alarmă. Dacă intrați acolo cu o grămadă de chei sau cu o cataramă de centură metalică, o vedem imediat în măsurători ”, spune Korte. Chiar și temperatura corpului intrusului ar falsifica în mod clar rezultatele.
În a doua colibă de lemn, Absoluthaus, câmpul magnetic este măsurat doar o dată pe săptămână. Și până în prezent, manual, cu teodolitul, un instrument care seamănă un pic cu dispozitivele pe care topografii le folosesc pe drumuri și pe parcele de construcție. Cu excepția faptului că acest dispozitiv nu stă pe un trepied pliabil, ci pe un stâlp de marmură octogonal înălțime de aproximativ un metru care se sprijină pe o placă de fundație grea.
Înainte de măsurare, Korte trebuie să deschidă ferestrele care dau spre orașul Niemegk. Cu un telescop mic, pivotant, țintește două clădiri proeminente care pot fi văzute de departe, turnul de apă și turnul bisericii neo-gotice a orașului. Geodatele pentru ambele sunt cunoscute milimetric, la fel ca cea a teodolitului. Acesta este modul în care Korte determină unde este nordul geografic. Apoi întoarce senzorul de câmp magnetic, un fel de busolă foarte sensibilă, pe telescop. Până când este perpendiculară pe liniile câmpului magnetic care rulează aici. Din unghiul dintre nordul geografic și senzor, acesta determină direcția exactă a câmpului magnetic din Niemegk.
Korte și colegii ei compară aceste date cu seria de măsurători din Variationshaus pentru a calcula erorile. Instrumentele de măsurare sunt bine protejate în Casa de Variații, dar fluctuațiile de temperatură sau nivelul fluctuant al apei subterane pot falsifica cu ușurință rezultatele.
În epoca sateliților de observare a pământului, acest lucru sună prost învechit - dar sateliții pot măsura doar secțiunea mică de sub ei. Numai cu datele de la aproximativ 200 de stații de măsurare a solului din întreaga lume există o imagine precisă a stării câmpului magnetic al pământului care ne protejează de bombardamentul cosmic.
Pur și simplu, funcționează astfel: acolo unde câmpul magnetic al pământului este puternic, acesta deviază fluxul de particule care trage constant de la soare și de la adâncimile spațiului spre pământ. „Particulele încărcate zboară paralel cu liniile câmpului magnetic și sunt direcționate în jurul pământului”, spune Korte. Regiunile polare sunt o excepție - aici liniile câmpului magnetic apar aproape vertical din pământ, iar la celălalt pol magnetic conduc înapoi în pământ. Aici particulele pot pătrunde în atmosferă de-a lungul liniilor câmpului magnetic. Acolo întâlnesc oxigen și azot și îi stimulează să strălucească, similar cu un tub fluorescent: luminile polare.
Dar din nou și din nou soarele aruncă în spațiu în mod semnificativ mai multe particule încărcate decât în mod normal în erupții uriașe. Dacă un astfel de front masiv de particule lovește pământul, apare o furtună geomagnetică: vreme spațială rea. Apoi, electronii din spațiul apropiat al pământului sunt accelerați enorm și generează câmpuri electrice puternice pe sol.
Acest lucru poate fi deosebit de periculos pentru electricitate și rețelele de comunicații. În 1989, o furtună geomagnetică din provincia canadiană Quebec a paralizat întreaga sursă de alimentare timp de nouă ore. Diversi sateliți au fost scăpați de sub control timp de câteva ore. Cea mai violentă furtună geomagnetică cunoscută a intrat în istorie sub numele de Evenimentul Carrington din 1859. Pe atunci, daunele erau limitate, deoarece nu existau rețele electrice așa cum le cunoaștem astăzi. Rețeaua de telegrafuri, coloana vertebrală a comunicației, a fost însă lovită puternic: catargele au scânteiat, stațiile au luat foc și angajații care lucrează la dispozitive au suferit șocuri electrice. Compania de asigurări Münchener Rück estimează daunele economice ale penei canadiene din 1989 la puțin sub 1 miliard de euro. În lumea noastră extrem de rețelată, cu centura sa de sateliți de comunicații, o furtună geomagnetică din clasa Carrington ar costa de 2000 de ori mai mult. Cel puțin un studiu realizat de NASA din 2009 ajunge la această concluzie.
Și majoritatea experților sunt de acord că ne confruntăm din ce în ce mai mult cu efectele vremii spațiale. Singurul dezacord este în ce formă: ne putem aștepta la catastrofe cu întreruperi de energie la scară largă sau va rămâne cu lumini nordice spectaculoase în regiuni unde nu au mai fost văzute până acum?
Pentru a răspunde la această întrebare, cercetători precum Monika Korte vor să înțeleagă mai bine cum se schimbă câmpul magnetic al Pământului și cum se mișcă polii, aceste porți pentru particulele încărcate. Cât de repede se inversează pământul? Ultimul eveniment de acest gen s-ar fi putut întâmpla în doar 100 de ani, au raportat cercetătorii italieni anul trecut. „Inversarea polarității durează în mod normal”, spune Korte, „probabil câteva mii de ani. Și acest lucru va duce probabil la o structură mai complicată, cu mai multe câmpuri și mai mulți poli. "
Ceea ce mă fascinează cu adevărat despre geomagnetism este că măsurătorile de aici de pe suprafața pământului pot fi folosite pentru a trage concluzii despre ceea ce se întâmplă la 3000 de kilometri sub picioarele noastre.
Cu greu orice geofizician vrea să se angajeze. „Din păcate, habar n-avem cum funcționează inversările de polaritate”, spune colega lui Korte Hermann Lühr. „Dar dacă ne uităm la scăderea câmpului magnetic în sudul Atlanticului, atunci este un semn clar că un câmp opus este deja generat acolo.” Lühr are rareori o perspectivă precisă asupra anomaliei sudice a Atlanticului. Conduce biroul german de proiecte pentru misiunea prin satelit European Swarm la GFZ. În cadrul proiectului, cei trei sateliți identici Alpha, Bravo și Charlie măsoară câmpul magnetic al Pământului - și mai ales punctul slab de peste Atlanticul de Sud - mai precis ca niciodată.
Începând din noiembrie 2013, ei au încercuit globul de aproximativ 15 ori pe zi, doi la o altitudine de 462 de kilometri, al treilea circulând la 510 de kilometri. În această formație pot înregistra pentru prima dată o imagine 3D a câmpului magnetic al pământului. Monika Korte și colegii ei de la GFZ speră că trio-ul va dobândi o cantitate imensă de cunoștințe. Primele rezultate ale lui Swarm, publicate la mijlocul anului 2014, confirmă că câmpul magnetic al Pământului își pierde puterea în general. Cu toate acestea, datele au arătat, de asemenea, că câmpul magnetic poate, pe lângă regiuni precum Anomalia Atlanticului de Sud, care își pierd semnificativ puterea, chiar să câștige forță la nivel local - informații importante dacă vrem să prezicem mai precis unde se va simți vremea spațială.
Anomalia slabă a Atlanticului de Sud, de exemplu, le oferă brazilienilor un semnal GPS mai puțin precis. Bombardarea particulelor încarcă ionosfera mai electric, ceea ce perturbă semnalele de la sateliții GPS. Pentru astronauții de pe stația spațială internațională ISS, anomalia Atlanticului de Sud înseamnă o expunere suplimentară enormă la radiații. În spațiu, cu o doză de 650 de microsieverți pe zi, aceștia obțin de 100 de ori cantitatea de pe suprafața pământului. Dintre acestea, 200 de microsiverturi se datorează anomaliei sud-atlantice, prin care zboară de șase ori pe zi. Zborurile pe distanțe lungi care trec prin regiune sunt, de asemenea, expuse la niveluri mai ridicate de radiații.
Pentru a fi în siguranță, Monham are un modul special de comunicare oprit pe unul dintre sateliții Metop atunci când apare anomalia - are doi la bord, iar anomalia a realizat deja unul. Altele sunt și mai stricte: telescopul spațial Hubble, de exemplu, se oprește complet în zone cu radiații crescute.
Forța cu care fluxul de particule lovește pământul este arătată de implementările grafice ale măsurătorilor pe câmpul magnetic al pământului. De fapt, ar trebui să arate ca un magnet magnetic: la un capăt, polul magnetic magnetic, liniile de câmp apar, descriu o curbă largă și conduc înapoi în magnetul de la celălalt capăt, polul sud. În principiu, este așa: În timp ce liniile de câmp de la poli intră și ies aproape vertical și astfel nu oferă aproape nici o protecție, la ecuator ajung până în cosmos și deviază focul continuu. Dar pe partea orientată spre soare, câmpul magnetic este puternic comprimat, în timp ce pe partea de noapte se extinde mult în spațiu ca coada unei comete.
Imaginea pe care oamenii de știință o au despre originea acestui câmp învolburat este mult mai puțin clară. Dacă o întrebi pe Monika Korte despre aceste întrebări, femeia altfel destul de rezervată va intra în răpire. „Ceea ce mă fascinează cu adevărat despre geomagnetism este că măsurătorile de aici de pe suprafața pământului permit să se tragă concluzii despre ceea ce se întâmplă la 3.000 de kilometri sub picioarele noastre”, spune ea. „Nu aveți acces direct la asta. Putem trimite rachete în spațiu și putem zbura spre Lună. Dar nu putem să privim cu adevărat în pământ, să forăm în el, pentru câțiva kilometri. Nu ajungeți prea departe. ”Recordul stabilit de o echipă de geoștiinți în 1989 în peninsula rusă Kola este de doisprezece kilometri buni.
95 la sută din câmpul magnetic al Pământului, conform stării de cercetare general recunoscute, este creat de geodinam, deoarece interacțiunea metalelor din miezul pământului se numește: Miezul interior, care este în jur de 5000 de grade Celsius, încălzește metalul lichid în miezul exterior și îl lasă să crească. Odată cu creșterea distanței, se răcește și se scufundă din nou. Deoarece materialul conductiv electric se mișcă odată cu metalul, curenții curg - și aceștia generează un câmp magnetic.
Restul de cinci la sută din câmpul magnetic al Pământului provine din roci magnetizate, din mișcările apei sărate conductoare din oceane și din câmpurile magnetice din atmosfera superioară generate de vântul solar.
Câmpul principal generat de geodinamo se schimbă foarte lent. Fluctuațiile mari și rapide ale intensității și direcției câmpului magnetic indică, prin urmare, o activitate solară crescută. Așa-numitele furtuni solare de Halloween din octombrie 2003 s-au făcut și ele simțite în Niemegk. Fluctuațiile violente ale instrumentelor de măsurare au început pe 29 octombrie în primele ore ale dimineții și au continuat până în după-amiaza zilei de 31 octombrie. Magnetometrele înnebuneau în observatoarele din întreaga lume.
Monika Korte privește în jos pentru a înțelege câmpul magnetic. Bothmer privește în spațiu pentru a înțelege pericolele de care ne protejează. Vremea spațială este de obicei inconfortabilă, dar nu prea amenințătoare: pe lângă lumina vizibilă, soarele emite un amestec de raze UV și X, protoni și electroni, precum și atomi de heliu - vântul solar. Împreună cu razele cosmice, particule de mare energie din adâncurile spațiului, pătrunde în spațiul apropiat de pământ. O furtună solară este cu totul altă problemă. Apare datorită proceselor magnetice complexe de pe suprafața soarelui, în timpul cărora steaua noastră centrală tuse brusc cantități uriașe de materie. „O astfel de ejecție de masă coronală corespunde câtorva miliarde de tone de materie sau, cu alte cuvinte, unui întreg munte himalayan”, spune Volker Bothmer.
Cu toate acestea, acest nor de materie extrem de accelerat devine relevant pentru noi numai dacă zboară exact în direcția Pământului. Din fericire, totuși, nu este atât de ușor să lovești de la soare: din perspectiva ta, planeta noastră ne apare la fel de mare ca un cap de pin de la zece metri distanță. Singura problemă este: soarele are un număr nelimitat de încercări de a ne lovi.
Nu este o chestiune dacă, exact când o astfel de super furtună ne va lovi din nou.
Pentru experții în vreme spațială, un lucru este sigur: evenimentul Carrington, cel mai greu bombardament de acest gen cunoscut de noi, nu va rămâne un incident izolat. „Nu este o întrebare dacă, exact când o astfel de super furtună ne va lovi din nou”, spune Bothmer. Singurul serviciu de prognoză care se ridică la înălțimea numelui său este oferit în prezent de Space Space Prediction Center al organizației meteo nord-americane NOAA. Cu toate acestea, pentru operatorii de satelit precum Eumetsat, nici măcar acest lucru nu este foarte util. Avertismentele de încredere apar adesea numai atunci când echipele de zbor din centrele de control prin satelit nu mai pot interveni, spune Andrew Monham, managerul de zbor al Metop. Și un satelit nu poate fi oprit din simpla suspiciune. Cu toate acestea, datele sunt utile: retrospectiv, pentru a clarifica incidentele neobișnuite la bordul sateliților.
Bothmer este familiarizat cu această problemă: „Datele pentru prognoză au venit până acum de la sateliți științifici care nu sunt proiectați pentru observarea continuă a vremii spațiale.” În proiectul de cercetare UE Afectează (prognoză avansată pentru asigurarea comunicațiilor prin spațiu), Bothmer dezvoltă împreună cu alți parteneri europeni Prototipul unui sistem de avertizare timpurie a vremii spațiale. Printre altele, ar trebui să furnizeze informații despre noile activități la soare în câteva minute prin intermediul unei aplicații pentru smartphone.
Este nevoie de mult mai mult pentru un sistem operațional care funcționează fiabil non-stop, spune Bothmer. Nu numai sateliții care ar trebui construiți special pentru acest sistem de avertizare, ci și noi metode de analiză și calcule de model. Standarde valabile la nivel global conform cărora sunt emise avertismente. Și factorii de decizie care reacționează la astfel de avertismente cu măsuri clar definite.
Asta e mult, având în vedere că o furtună solară cu forța evenimentului Carrington este foarte rară. Și totuși este important să fii pregătit, spune Bothmer. „O pană de curent pe termen lung în anumite zone va avea desigur consecințe dramatice, în funcție de tehnologia sistemului de rețea. Ați văzut la Fukushima că uneori nu puteți prevedea toate riscurile care pot apărea ".
Poate că într-un astfel de caz, o colibă de lemn în mijlocul pustietății din Brandenburg ar fi unul dintre cele mai sigure locuri. •