Παρασκευή, 6 Οκτωβρίου 2017

Πως θα προστατευτεί η Γη από τις Ηλιακές εκλάμψεις ;



Μια νέα μελέτη από μια ομάδα του Κέντρου Αστροφυσικής του Χάρβαρντ Σμιθσόνιαν (CfA) προτείνει τη χρήση μαγνητικής ασπίδας για την προστασία της Γης από τις ηλιακές εκλάμψεις . Εικόνα:  NASA Goddard Space Flight Center


Ποιά είναι αυτή η  προτεινόμενη λύση;

Στον σημερινό σύγχρονο, υπερκινητικό κόσμο μας, η ανθρώπινη δραστηριότητα εξαρτάται σε μεγάλο βαθμό από την ηλεκτρική υποδομή. Εάν τα ηλεκτρικά δίκτυα καταρρεύσουν, θα σταματήσουν τα κλιματιστικά, οι υπολογιστές μας θα …πεθάνουν και όλες οι ηλεκτρονικές μορφές εμπορίου και επικοινωνίας θα σταματήσουν. 

Στον διάγραμμα αυτό που είναι υπό κλίμακα βλέπουμε τα τροχιακά ύψη πολλών σημαντικών τεχνητών δορυφόρων της Γης. Ολοι οι πλανήτες καθώς και οι τροχιακές αποστάσεις, απεικονίζονται υπό κλίμακα, με στοιχεία που συλλέχθηκαν από πολλά άρθρα της Βικιπαίδεια και άλλων διαδικτυακών πηγών. Πηγή

Αλλά εκτός από αυτό, η ανθρώπινη δραστηριότητα στον 21ο αιώνα εξαρτάται όλο και περισσότερο από την υποδομή (τεχνητοί δορυφόροι) που βρίσκεται στη λεγόμενη Χαμηλή Τροχιά της Γης (LEO)*.

Εκτός από τους πολλούς τηλεπικοινωνιακούς δορυφόρους που βρίσκονται σήμερα στο διάστημα, υπάρχει επίσης ο Διεθνής Διαστημικός Σταθμός και ένας στόλος δορυφόρων του Παγκόσμιου Σύστηματος Στιγματοθέτησης, ή Θεσιθεσίας του γνωστού μας GPS. Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο η δραστηριότητα των Ηλιακών εκλάμψεων θεωρείται σοβαρός κίνδυνος και ο περιορισμός της ύψιστη προτεραιότητα. Ερευνώντας το πώς μπορεί να αντιμετωπιστεί μια τέτοια απειλή, μια ομάδα επιστημόνων από το Πανεπιστήμιο του Χάρβαρντ δημοσίευσε πρόσφατα μια μελέτη που προτείνει μια τολμηρή λύση : να τοποθετηθεί μια τεράστια μαγνητική ασπίδα σε τροχιά γύρω από τη Γη.

Η μελέτη - η οποία ήταν έργο του Δρ. Manasavi Lingam και του καθηγητή Abraham Loeb από το Κέντρο Αστροφυσικής του ΧάρβαρντΣμινσόνιαν (CfA) - εμφανίστηκε πρόσφατα στο διαδίκτυο με τίτλο "Στρατηγική Επιπτώσεων και Αντιμετώπισης για Μελλοντικές Ηλιακές Εκλάμψεις-(Impact and Mitigation Strategy for Future Solar Flares)" . Όπως εξηγούν, οι ηλιακές εκλάμψεις είναι ένας ιδιαίτερα σοβαρός κίνδυνος για τον σύγχρονο κόσμο, και το δυσοίωνο είναι ότι θα γίνουν ακόμα πιο απειλητικές λόγω της αυξανόμενης παρουσίας της ανθρωπότητας στο χώρο χαμηλής τροχιάς της Γης LEO (εκεί που βρίσκονται οι Τεχνητοί δορυφόροι).

Οι ηλιακές εκλάμψεις απασχολούν την ανθρωπότητα εδώ και 150 χρόνια, αρχής γενομένης από το διάσημο ¨περιστατικό Carrington¨ του 1859. Από εκείνη την εποχή και μετά, έχει δοθεί μεγάλη προσπάθεια στη μελέτη των ηλιακών εκλάμψεων τόσο από θεωρητική όσο και από παρατηρησιακή άποψη. Και χάρη στις προόδους που έχουν γίνει τα τελευταία 200 χρόνια από την άποψη της αστρονομίας και της εξερεύνησης του διαστήματος, έχουν ανακαλυφθεί πολλά στοιχεία για τα φαινόμενα που είναι γνωστά ως «διαστημικός καιρός».


 Το περιστατικό Carrington


Ταυτόχρονα, η αυξανόμενη εξάρτηση της ανθρωπότητας από την ηλεκτρική ενέργεια και την υποδομή που βασίζεται στο διάστημα, έχουν καταστήσει το σύνολο των ανθρώπων πιο ευάλωτους σε ακραία καιρικά φαινόμενα του διαστήματος. Στην πραγματικότητα, εάν το ¨περιστατικό Carrington¨ επρόκειτο να λάβει χώρα σήμερα, εκτιμάται ότι θα προκαλούσε παγκόσμια ζημιά στα ηλεκτρικά δίκτυα, τους τηλεπικοινωνιακούς δορυφόρους και τις παγκόσμιες αλυσίδες εφοδιασμού.

Οι συσσωρευτικές παγκόσμιες οικονομικές απώλειες, σύμφωνα με την έκθεση του Συμβουλίου Διαστημικών Μελετών του 2009 (Με τίτλο: "Σοβαρά Γεγονότα του Διαστημικού Καιρού - Κατανόηση Κοινωνικών και Οικονομικών Επιπτώσεων - Severe Space Weather Events–Understanding Societal and Economic Impacts "), θα ανέρχονταν σε 10 τρισεκατομμύρια δολάρια, με την ανάκαμψη να διαρκεί αρκετά χρόνια. Και όμως, όπως εξήγησε μέσω ηλεκτρονικού ταχυδρομείου, ο καθηγητής Loeb στο διαδικτυακό επιστημονικό ιστότοπο ¨Universe Today¨, αυτή η απειλή από το διάστημα έχει τύχει πολύ λιγότερης προσοχής από άλλες πιθανές απειλές.

"Όσον αφορά τον όρο κίνδυνος από τον ουρανό, το μεγαλύτερο μέρος της προσοχής των επιστημόνων στο παρελθόν ήταν αφιερωμένο στους αστεροειδείς", δήλωσε ο Loeb. "Σκότωσαν τους  δεινόσαυρους, και οι φυσικές τους επιπτώσεις στο παρελθόν ήταν ίδιες με αυτές που θα προκύψουν και στο μέλλον, εκτός και αν οι τροχιές τους εκτραπούν. Ωστόσο, οι ηλιακές εκλάμψεις έχουν μικρή βιολογική επίδραση και ο κύριος αντίκτυπός τους είναι στην τεχνολογία. Αλλά πριν από έναν αιώνα, δεν υπήρχε αρκετή τεχνολογική κατασκευαστική υποδομή διαθέσιμη, πράγμα που σήμερα αντιστρέφεται μιας και η τεχνολογία αυξάνεται εκθετικά. Ως εκ τούτου, η ζημιά που προκύπτει είναι εξαιρετικά ασύμμετρη μεταξύ του παρελθόντος και του μέλλοντος. "


Καλλιτεχνική απεικόνιση ενός μεγάλου αστεροειδή που διέρχεται από το σύστημα Γη-Σελήνη. Μια σύνθετη εικόνα από: ESO/NASA images courtesy of Jason Major/Lights in the Dark


Για να αντιμετωπιστεί κάτι τέτοιο, οι ερευνητές Lingham και Loeb ανέπτυξαν ένα απλό μαθηματικό μοντέλο για να αξιολογήσουν τις οικονομικές απώλειες που προκαλούνται από τις ηλιακές εκλάμψεις  κατά τη διάρκεια του χρόνου. Το μοντέλο αυτό θεωρούσε τον αυξανόμενο κίνδυνο ζημιάς στην τεχνολογική υποδομή με βάση δύο παράγοντες. Κατά πρώτον, θεώρησαν το γεγονός ότι η ενέργεια μιας ηλιακής έκλαμψης αυξάνεται με την πάροδο του χρόνου, ενώ στη συνέχεια συσχετίζεται με την εκθετική ανάπτυξη της τεχνολογίας και του ΑΕΠ (Ακαθάριστο Εγχώριο Προϊόν).

Αυτό που διαπίστωσαν ήταν ότι σε μεγαλύτερες χρονικές κλίμακες, οι σπάνιοι τύποι ηλιακών εκλάμψεων που είναι πολύ ισχυροί, αρχίζουν να γίνονται συχνότεροι. Σε συνδυασμό με την αυξανόμενη παρουσία της ανθρωπότητας και την εξάρτηση της από τα διαστημικά σκάφη και τους δορυφόρους του παράγοντα ΧΤΓ (LEO), έχουμε έναν επιπλέον παράγοντα που δημιουργεί μια επικίνδυνη συσχέτιση η οποία ήδη έχει ξεκινήσει. Ή όπως εξηγεί ο καθηγητής Loeb:

"Προβλέπουμε ότι μέσα στα επόμενα 150 χρόνια περίπου, θα υπάρξει ένα γεγονός που θα προκαλέσει ζημιά συγκρίσιμη με το σημερινό έλλειμμα του ΑΕΠ των ΗΠΑ που κυμαίνεται περίπου στα 20 τρισεκατομμύρια δολάρια, και η ζημιά αυτή θα αυξηθεί εκθετικά σε μεταγενέστερες χρονικές στιγμές έως ότου κορεστεί η τεχνολογική ανάπτυξη. Μια τέτοια πρόβλεψη δεν επιχειρήθηκε ποτέ πριν. Προτείνουμε επίσης μια νέα ιδέα για το πώς να μειώσουμε τη ζημιά από τα ενεργειακά σωματίδια (του ηλιακού ανέμου) με μια μαγνητική ασπίδα. Αυτή ήταν η ιδέα μου η οποία δεν προτάθηκε ποτέ πριν στο παρελθόν. "

Για να αντιμετωπιστεί αυτός ο αυξανόμενος κίνδυνος, οι Lingham και Loeb εξέτασαν επίσης τη δυνατότητα τοποθέτησης μιας μαγνητικής ασπίδας μεταξύ της Γης και του Ήλιου. Αυτή η ασπίδα θα τοποθετηθεί στο Σημείο Λαγκράνζ 1 (Lagrange Point 1), όπου θα είναι σε θέση να εκτρέψει τα φορτισμένα σωματίδια που προέρχονται από τον ηλιακό άνεμο, και θα δημιουργήσει ένα τεχνητό τόξο προστασίας γύρω από τη Γη. Με αυτή την έννοια, αυτή η ασπίδα θα προστατέψει τη Γη με τρόπο παρόμοιο με αυτόν που ήδη κάνει το μαγνητικό πεδίο της, αλλά με μεγαλύτερη αποτελεσματικότητα.


Γραφική παράσταση του προτεινόμενου μαγνητικού εκτροπέα τοποθετημένου στο Σημείο Λαγκράνζ 1 (Earth-Sun L1). Εικόνα: Lingam και Loeb, 2017


Με βάση τις εκτιμήσεις τους, οι Lingham και Loeb δείχνουν ότι μια τέτοια ασπίδα είναι τεχνικά εφικτή όσον αφορά τις βασικές φυσικές παραμέτρους της. Ήταν επίσης σε θέση να παράσχουν ένα στοιχειώδες χρονοδιάγραμμα για την κατασκευή αυτής της ασπίδας, για να μην αναφέρουμε κάποιες εκτιμήσεις σχετικά με το μεγάλο κόστος κατασκευής της. Όπως έδειξε ο Loeb, μια τέτοια ασπίδα θα μπορούσε να κατασκευαστεί πριν από το τέλος αυτού του αιώνα, και με ένα μέρος του κόστους που θα προέκυπτε από την ζημιά που ενδεχομένως να προκαλούσε η δυσμενής επίδραση στη Γη από τις ηλιακές εκλάμψεις.

"Το σχέδιο μηχανικής που σχετίζεται με την μαγνητική ασπίδα που προτείνουμε θα μπορούσε να πάρει μερικές δεκαετίες για να κατασκευαστεί στο διάστημα", δήλωσε. "Το κόστος για την κατασκευή της απαιτούμενης υποδομής στο διάστημα (με βάρος 100.000 τόνων) πιθανόν να είναι της τάξεως των 100 δισεκατομμυρίων δολαρίων, πολύ λιγότερο από τις αναμενόμενες ζημιές από τις ηλιακές εκλάμψεις για έναν αιώνα".

Είναι ενδιαφέρον ότι η ιδέα της χρήσης μιας μαγνητικής ασπίδας για πλανητική προστασία έχει προταθεί στο παρελθόν. Για παράδειγμα, αυτός ο τύπος ασπίδας αποτέλεσε επίσης αντικείμενο παρουσίασης στο φετινό ¨Εργαστήρι Σχεδιασμού Πλανητικής Επιστήμης για το 2050¨ (Planetary Science Vision 2050 Workshop), το οποίο φιλοξένησε το τμήμα πλανητικών επιστημών της NASA  [NASA’s Planetary Science Division (PSD)]. Αυτή η ασπίδα συνιστάται ως μέσο ενίσχυσης της ατμόσφαιρας του πλανήτη Άρη και θα διευκολύνεις μελλοντικές αποστολές πληρωμάτων στην επιφάνεια του.

Κατά τη διάρκεια της παρουσίασης, με τίτλο "Ένα περιβάλλον για το μέλλον του Άρη για την Επιστήμη και την Εξερεύνηση - A Future Mars Environment for Science and Exploration ", ο Διευθυντής της NASA  Δρ. Jim Green σε σχετική του συζήτηση,  διευκρίνησή πώς μια μαγνητική ασπίδα θα μπορούσε να προστατεύσει την αδύναμη ατμόσφαιρα του Άρη από τον ηλιακό άνεμο. Αυτό θα του επέτρεπε να ενισχύει και να αναπληρώνει την ατμόσφαιρά του με την πάροδο του χρόνου, γεγονός που θα είχε σαν πρόσθετο πλεονέκτημα την αύξηση της θερμοκρασίας του Άρη, και θα επέτρεπε τη ροή νερού στην επιφάνεια του. Αν αυτό ακούγεται παρόμοιο με τις προτάσεις για την λεγόμενη Γεωπλασία (terraforming) του Άρη, σας λέμε ότι περί αυτού πρόκειται!


Καλλιτεχνική απεικόνιση ενός ερυθρού νάνου αστέρα στον οποίο σημειώνονται αρκετές εκλάμψεις, και ο οποίος έχει έναν εξωπλανήτη που περιστρέφεται γύρω του. Εικόνα: NASA, ESA, and G. Bacon (STScI)

Πέρα από τη Γη και το Ηλιακό μας Σύστημα, οι εφαρμογές από τη μελέτη αυτή είναι αρκετά εντυπωσιακές. Τα τελευταία χρόνια, πολλοί βραχώδεις πλανήτες έχουν βρεθεί σε τροχιά γύρω από αστρικά συστήματα με αστέρες φασματικού τύπου M (ερυθρός νάνος). Λόγω του τρόπου με τον οποίο οι πλανήτες αυτοί βρίσκονται σε τροχιά γύρω από τους αντίστοιχους ήλιους τους, καθώς και η μεταβλητή και ασταθής φύση των αστεριών φ.τύπου Μ, κάνουν τους επιστήμονες να εκφράζουν αμφιβολίες για το αν οι πλανήτες αυτοί θα μπορούσαν να είναι πραγματικά κατοικήσιμοι.

Εν ολίγοις, οι επιστήμονες έχουν την πεποίθηση ότι κατά τη διάρκεια δισεκατομμυρίων ετών, βραχώδεις πλανήτες που περιστρέφονται σε κοντινές τροχιές γύρω από τα μητρικά τους άστρα τους, είναι παγιδευμένοι με μια παλιρροϊκή έλξη με τους ήλιους τους, και υπόκεινται σε τακτικές ηλιακές εκλάμψεις, τελικά θα χάσουν την ατμόσφαιρά τους. Από αυτή την άποψη, οι μαγνητικές ασπίδες θα μπορούσαν να είναι μια πιθανή λύση για τη δημιουργία έξω-ηλιακών αποικιών. Τοποθετήστε μια μεγάλη ασπίδα σε τροχιά στο σημείο Σημείο Λαγκράνζ 1 (Lagrange Point L1) και ποτέ δεν θα χρειαστεί να ανησυχείτε για τυχόν ισχυρές μαγνητικές καταιγίδες που καταστρέφουν τον πλανήτη!

Επιπλέον, η μελέτη αυτή προσφέρει μια πιθανή λύση στο λεγόμενο Παράδοξο του Φέρμι (Fermi Paradox). Στην αναζήτηση για εξωγήινη νοημοσύνη (ETI)**, ένα σημαντικό σημάδι που υποδηλώνει αυτό ακριβώς που αναζητούμε δηλαδή εξωγήινη νοημοσύνη μπορεί να είναι μια τέτοια μαγνητική ασπίδα σε τροχιά γύρω από μακρινά αστέρια που παρατηρούνται, για αυτό θα πρέπει η παρατήρηση αυτή να είναι ιδιαίτερα προσεκτική. Όπως εξήγησε ο καθηγητής Leob, τέτοιες δομές μπορεί να έχουν ήδη εντοπιστεί γύρω από  μακρινά αστέρια, που θα μπορούσαν να εξηγήσουν μερικές από ασυνήθιστες παρατηρήσεις που έκαναν οι αστρονόμοι:

"Το αποτύπωμα μιας μαγνητικής ασπίδας που κατασκευάστηκε από έναν άλλο πολιτισμό θα μπορούσε να περιλαμβάνει αλλαγές που προκαλεί το αντικείμενο αυτό στη φωτεινότητα του μητρικού αστέρα λόγω απόκρυψης του αστέρα αυτού (παρόμοια συμπεριφορά με το αστέρι της Τάμπι) αν η δομή αυτή είναι αρκετά μεγάλη. Η κατάσταση θα μπορούσε να είναι παρόμοια και με τις σφαίρες του Ντάισον, αλλά αντί να συλλέγει την ενέργεια του αστεριού, ο σκοπός της υποδομής αυτής θα είναι για να προστατεύσει έναν τεχνολογικό πολιτισμό που ενδεχομένως βρίσκεται σε έναν πλανήτη από τις εκλάμψεις του μητρικού του άστρου¨.

Αποτελεί προφανές συμπέρασμα ότι με την πάροδο του χρόνου και την πρόοδο της τεχνολογίας, η παρουσία της ανθρωπότητας στο διάστημα (και η εξάρτηση της από αυτό) θα αυξηθεί. Ως εκ τούτου, έχει μεγάλη σημασία η προετοιμασία για τα πιο δραστικά διαστημικά καιρικά φαινόμενα που το Ηλιακό Σύστημα μπορεί να ¨εκτοξεύσει¨ εναντίον μας . Και όταν πρόκειται για μεγάλα ερωτήματα όπως ¨είμαστε μόνοι στο Σύμπαν;¨, έχει επίσης νόημα να λάβουμε υπόψιν μας τις πιο τολμηρές ιδέες και προτάσεις που υπάρχουν πάνω στο τραπέζι, και να εξετάσουμε πώς θα μπορούσαν να δείχνουν το δρόμο προς την έξω-γήινη νοημοσύνη.


Διαβάστε περισσότερα: arXiv

* LEO= Low Earth orbit
**ETI= Extra Terrestrial Intelligent

Αρθρογράφος: Matt Williams

Πηγές υπάρχουν επίσης και στις παραπομπές του κειμένου (οι λέξεις με τα μπλε γράμματα)
Απόδοση στα Ελληνικά : Δημήτρης Γκίκας.

Για διορθώσεις μετάφρασης ως προς το πρότυπο κείμενο, απορίες, ή συμπληρώματα, γράψτε μας: gikasd63@hotmail.com  η αφήστε μήνυμα inbox στη Σελίδα:  

 Επίσης εάν θέλετε να δημοσιευτεί στο μπλόγκ μας κάποια δική σας εργασία, άρθρο, ή paper σχετικά με την επιστήμη, αποστείλατε τα άρθρα αυτά συνοδευόμενα απαραίτητα από τη σχετική βιβλιογραφία, και την σχετική έντυπη άδεια σας για δημοσίευση στο μπλόγκ μας, στη διεύθυνση: gikasd63@hotmail.com  . Η δημοσίευση είναι εντελώς δωρεάν

Εάν, κατά την άποψή σας, υπάρχουν επιστημονικά λάθη στο πρότυπο κείμενο η ομάδα μας δεν μπορεί να παρέμβει και να το αλλάξει χωρίς την συναίνεση του αρθρογράφου. Για οποιαδήποτε τέτοια αλλαγή επικοινωνήστε με την πηγή του άρθρου.

Το κείμενο υπόκειται σε επικαιροποίηση αν υπάρξουν έγκυρες διορθώσεις ή νέα στοιχεία που αφορούν το θέμα του άρθρου.

Από την ομάδα : @Aratosastronomy