قد تكون العاصفة الشمسية الشديدة أكثر تدميراً مما كان متصوراً في السابق

انها معروفة جيدا أن العاصفة الشمسية، حسب مستوى شدتها، يمكن أن تؤثر على عمل الشبكات الكهربائية، أو أنظمة الملاحة، أو الاتصالات عبر الأقمار الصناعية. المشكلة هي أنه من غير الواضح ما الذي سيحدث اليوم إذا وصلت شدة العاصفة إلى مستويات مثل ما يسمى بحدث كارينغتون في عام 1859، وهي واحدة من تلك الظواهر النادرة للغاية التي تحدث مرة واحدة فقط كل ألف عام. ومع ذلك، تشير الأبحاث الجديدة إلى أن التأثير قد يكون أسوأ مما كان يعتقده العلماء.

تحدث العواصف الشمسية عندما تتفاعل الرياح الشمسية – وهي تيار مستمر من الجسيمات المشحونة المنبعثة من الشمس – مع الغلاف المغناطيسي للأرض. خلال حدث كارينغتون، انهارت اتصالات التلغراف في نصف العالم، وكانت الأضواء الشمالية مرئية في جميع أنحاء أمريكا الشمالية حتى جنوب كوبا. في عالم اليوم، يمكن أن يكون للعواصف الشمسية القوية تأثيرات واسعة النطاق ويمكنها حتى تغيير الغلاف الجوي العلوي.

تقول ماريا والاش، الباحثة في جامعة لانكستر والتي شاركت في الدراسة: “إن المجال المغناطيسي لكوكبنا يقوم بعمل رائع حقًا في حمايتنا من العديد من تأثيرات الطقس الفضائي، ولذلك غالبًا ما تظهر على شكل خلل أو شفق جميل”. “ومع ذلك، هناك حالات متطرفة، حيث تسقط الأقمار الصناعية بشكل غير متوقع على الأرض، أو نفقد الاتصالات وإشارات نظام تحديد المواقع العالمي (GPS).”

ولتقدير شدة الرياح الشمسية، يستخدم الباحثون في المقام الأول القياسات التي التقطتها الأقمار الصناعية الموجودة عند نقطة L1 Lagrange، على بعد حوالي 1.5 مليون كيلومتر من الأرض. المشكلة هي أن هذه الملاحظات لا تتوافق تمامًا مع البيئة التي تتفاعل فيها الرياح الشمسية في النهاية مع المجال المغناطيسي للأرض. ويمر وقت متغير بين النقطتين، كما تتغير البلازما الشمسية أثناء رحلتها.

يرى المؤلفون أن عدم اليقين هذا، بعيدًا عن كونه مجرد ضجيج تجريبي، يقدم تحيزًا منهجيًا في تحليل البيانات.

إحصائيات الطاقة الشمسية

وتكمن النقطة المركزية في الدراسة في ظاهرة إحصائية معروفة تسمى الانحدار نحو المتوسط. بعبارات بسيطة، عندما يكون القياس مرتفعًا بشكل غير عادي، فإن القيمة الحقيقية التي يحاول تمثيلها تكون، في المتوسط، أقل تطرفًا. يحدث هذا لأن حالات عدم اليقين العشوائية يمكن أن تؤدي أحيانًا إلى المبالغة في الملاحظة.

في حالة الرياح الشمسية، فإن القياس المكثف بشكل استثنائي الذي تم إجراؤه عند L1 ربما يتوافق مع رياح شمسية أقل كثافة إلى حد ما بحلول الوقت الذي تصل فيه إلى المنطقة التي تتفاعل فيها فعليًا مع الغلاف المغناطيسي. وإذا ربط العلماء هذا القياس الشديد بشكل مباشر بالاستجابة المرصودة للأرض، فسيبدو التأثير ضئيلًا مقارنة بمثل هذا التحفيز الكبير. ويؤدي تكرار هذا التأثير آلاف المرات إلى خلق انطباع خاطئ بأن الغلاف المغناطيسي يتوقف عن الاستجابة مع زيادة شدة الرياح الشمسية.

ما حدث هو أن العلماء اعتقدوا لسنوات أن هناك حدًا طبيعيًا لشدة استجابة الأرض لأشد العواصف الشمسية تطرفًا. ووفقاً لتلك الفكرة، عندما تصل الرياح الشمسية إلى قيم عالية جداً، يتوقف المجال المغناطيسي للأرض عن التفاعل بشكل متناسب، وتدخل استجابته في نوع من «التشبع». ومع ذلك، تشير هذه الدراسة الجديدة إلى أنه ربما لم يكن هذا الحد موجودًا على الإطلاق. وما بدا كظاهرة فيزيائية قد يكون في الواقع وهمًا ناجمًا عن الطريقة التي يتم بها تحليل القياسات.

ولاختبار هذه الفرضية، طور الباحثون نموذجًا إحصائيًا يتضمن المصادر الرئيسية لعدم اليقين: التغيرات في الوقت الذي تستغرقه الرياح الشمسية للوصول إلى الأرض والتغيرات العشوائية التي تمر بها خلال تلك الرحلة. ويعيد النموذج بدقة ملحوظة نفس منحنى “التشبع” الذي لوحظ في أكثر من 25 عامًا من البيانات، دون الحاجة إلى استدعاء أي آلية فيزيائية تحد من استجابة الأرض.

ثم طبقوا تقنية تُعرف باسم معايرة الانحدار، والتي تصحح رياضيًا التحيز الناتج عن عدم اليقين في القياس. وبعد هذا التصحيح، يختفي التشبع المفترض بشكل شبه كامل. تصبح العلاقة بين شدة الرياح الشمسية والاستجابة المغناطيسية الأرضية خطية مرة أخرى، على الأقل ضمن النطاق الذي توجد فيه ملاحظات مسجلة كافية – أكثر من مليون منها في الواقع.

لا يوجد حد

ما هي النتائج المترتبة على هذه النتائج، كما نشرت في مجلة الطبيعة؟ إذا استمرت استجابة الأرض في النمو بشكل متناسب أثناء الأحداث الكارثية، فقد تكون عاصفة شمسية شديدة مثل حدث كارينغتون أكثر خطورة بكثير مما كان يعتقد سابقًا. يقدر المؤلفون أنه بالنسبة لقيم الرياح الشمسية العالية جدًا، يمكن أن يكون التأثير المغناطيسي الأرضي ضعف ما تم حسابه بواسطة النماذج التقليدية.

“إذا لم يكن هناك حد أعلى لاستجابة كوكبنا للرياح الشمسية، فإن النمذجة للحالات القصوى يجب أن تأخذ ذلك في الاعتبار، ويجب أن نكون يقظين لتأثيرات الطقس الفضائي”. قال والاش في البيان الصحفي. “لحسن الحظ، هذه الحالات المتطرفة نادرة، ولكن هذا يعني أيضًا أن لدينا بيانات محدودة للعمل معها، والوقت وحده هو الذي سيحدد ما يحدث في الأحداث المتطرفة للغاية، التي تحدث مرة كل ألف عام.”

في الواقع، تعترف الدراسة بهذا القيد: لا يزال هناك عدد قليل جدًا من السجلات للنوبات الأكثر تطرفًا. ولهذا السبب، لا يدعي الباحثون أن التشبع مستحيل. بل إنهم يجادلون بأن البيانات المتاحة لا تقدم أدلة إحصائية مقنعة على وجودها.

ظهرت هذه القصة في الأصل على WIRED بالإسبانية وتمت ترجمته من الإسبانية.