Klávesové zkratky na tomto webu - základní­
Přeskočit hlavičku portálu


Slunce nás může uvrhnout do temnoty. Ale spíš Američany, říká fyzik

aktualizováno 
Jak vznikají sluneční bouře a co nám můžou způsobit, vysvětluje Michal Švanda z Astronomického ústavu Akademie věd. Objasňuje také, proč obyvatelé Severní Americky mají smůlu na půdu pod nohama a magnetický pól.

Když čeští astronomové mluvili s novináři o domnělém konci světa podle mayského kalendáře (psali jsme zde), mluvil jste na tiskové konferenci vy z pozice odborníka na sluneční fyziku. Co na nás může chystat Slunce?
Konec světa to nebude, určitě ne letos. Na to si musíme počkat nějakých sedm, sedm a půl miliardy let. Ale mezi divokými hypotézami o katastrofách, které by nás mohly letos potkat, je i jedna o velké sluneční erupci. A na rozdíl od jiných je alespoň založena na fyzikální realitě. Je sice hodně nepravděpodobná, ale je možná. Už proto, že v minulosti se podobné události v menším měřítku staly.

Kdo je Michal Švanda

Mgr. Michal Švanda, Ph. D., (*1980) je vědeckým pracovníkem v Astronomickém ústavu Akademie věd ČR a Astronomickém ústavu University Karlovy v Praze. Zabývá se sluneční fyzikou, zejména dynamickým děním ve sluneční atmosféře a podpovrchových vrstvách a helioseismologií. V letech 2009-2011 absolvoval postdoktorský pobyt na Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung v Katlenburg-Lindau v Německu. Kromě vědecké práce se snaží i o popularizaci astronomie, v roce 2012 mu vyšla populárně-naučná kniha Slunce v nakladatelství Aventinum.

Michal Švanda

Michal Švanda

Co je to sluneční erupce?
Erupce je jev, při němž dochází k uvolnění množství rentgenového, ultrafialového a gama záření ještě s rychlými svazky částic. Často jsou spojeny i s tzv. koronálními výrony hmoty, tedy vyvržením horkého slunečního plazmatu do slunečního okolí. Proto je nebezpečí hrozící od erupcí dvojí.

Jak to?
Svazky rychlých částic a záření jsou nebezpečím hlavně pro elektroniku satelitů na oběžné dráze. Dorazí k nám rychlostí světla, v případě svazků částic téměř rychlostí světla. Nelze se na ně tedy připravit.

Na povrch Země se nedostanou, ale mění charakter ionosféry, a ruší tedy rádiové spojení a funkci navigačních systémů, například GPS. Také mohou poničit elektroniku na satelitech. Z minulostí víme o případech, kdy došlo ke ztrátě satelitu působením sluneční aktivity.

Jediná možnost obrany je asi odstínění satelitů?
Ano, a to je příliš drahé, protože by bylo příliš těžké. A náklady na vynesení by byly tedy příliš vysoké. To je nereálné. Jak spočítala jedna studie, nejlevnějším řešením by bylo mít připravenou na Zemi záložní flotilu důležitých satelitů, která by se v případě nějaké pohromy dala rychle vypustit.

Takže s tímhle typem ohrožení mnoho neuděláme. A co to druhé nebezpečí?
To pochází od oblaků plazmatu vymrštěných během erupce, tedy výronů koronální hmoty, anglickou zkratkou CME. Ty se pohybují maximálně rychlostí zhruba dva a půl tisíce kilometrů za sekundu, obvykle menší, a k  nám se dostanou během desítek hodin nebo několika dní.

Dramaticky vyhlížející výron hmoty do korony ukazuje, jak gigantické jevy to...

Dramaticky vyhlížející výron hmoty do korony z archívů NASA ukazuje, jak gigantické jevy jsou. Samozřejmě hmota v oblaku je velmi řídká. Z našeho lidského hlediska se v podstatě jedná o vakuum.

Co se stane potom?
Když se dostanou k Zemi, ovlivní zemské magnetické pole. Je to dost složitý děj, ale obrazně řečeno nás oblak jakoby obteče po křivkách magnetického pole a zacloumá s ním. Částice z oblaku se k nám nemůžou dostat přímo, protože jsou nabité, a magnetickým polem tak nemůžou pronikat. Mohou jen letět podél něho.

Ovšem když se dostanou do polárních oblastí, kde se obrazně řečeno siločáry magnetického pole přibližují k Zemi, můžou se dostat do atmosféry. Na síle bouře pak záleží, jak hluboko do atmosféry a jak daleko k rovníku se dostanou, a co tím způsobí.

Co to bývá?
Obvykle nic zvláštního kromě polárních září. V těch vážnějších případech jsou tu krátkodobé výpadky rádiového spojení nebo navigačních signálů. Což může být problém pro řízení lodního nebo leteckého provozu, ale na konec civilizace to nestačí. Ale z historie víme, že to může být podstatně horší.

O kolik?
Pozorování nejsilnější sluneční erupce máme z 1. září 1859 díky britskému astronomovi Richardu Carringtonovi. Je to shodou okolností také nejstarší pozorování erupce, které máme k dispozici.

A mimochodem vzniklo neuvěřitelnou náhodou. Za prvé bylo štěstí, že šlo o tzv. bílou erupci, tedy takovou, která se projevuje i v pásmu viditelného světla. Za druhé trvala zhruba asi jenom pět minut, takže Carrington se musel na Slunce podívat přesně v tu správnou chvíli a na správné místo. A my měli to štěstí, že právě zakresloval tu skupinu skvrn, ve které došlo k erupci.

Druhý den po erupci vypukla na Zemi geomagnetická bouře, která vyvolala polární záře i v Indii či Karibiku. Ve Spojených státech bylo úplně vyřazeno telegrafní vedení, po sloupech létaly jiskry a po drátech přicházely nesmyslné "zprávy", i když byly telegrafy odpojené od baterií. Několik operátorů také dostalo elektrickou ránu od naindukovaných proudů.

Richardem Carringtonem skupina skvrn, ve které došlo 1. září 1859, k erupci,

Richardem Carringtonem popsaná skupina skvrn, ve které došlo 1. září 1859, k erupci, jež pak způsobila patrně nejsilnější magnetickou bouří za několik století.

A dá se dnes říct, jak silná tato událost byla?
Porucha zemského magnetického pole vyvolaná erupcí z roku 1859 byla zřejmě kolem sedmi procent intenzity vlastního magnetického pole Země. Je to jen nepřímý odhad založený na analýze usazenin obsahujících magnetické minerály. Podle toho, jak se ukládaly, můžeme zhruba odhadnout, co se dělo s magnetickým polem.

Jak se tato událost srovnává s dnes pozorovanými erupcemi?
V moderní době zaznamenané geomagnetické bouře jsou mnohem méně mohutné. V případě bouře z roku 1859 byla intenzita poruchy magnetického pole zřejmě zhruba mínus 1700 nanotesla (tj. miliardtin tesla). My dnes pozorujeme maximálně kolem pěti set nanotesla. Běžné geomagnetická bouře mají od 150 do 300 nanotesla.

Tedy v posledních desetiletích se nestalo nic, co by se dalo srovnat s erupcí z roku 1859?
Nejen desetiletích. Podle zmiňovaných geologických záznamů byla téměř určitě zdaleka nejsilnější za posledních čtyři sta let.

Všechny bouře nedávných desetiletí byly několikanásobně slabší než ta z roku 1859. Mnohé z nich měly ovšem i tak prokazatelný vliv na pozemské a kosmické technologie. Velmi známou je událost z března 1989. Tehdy došlo v důsledku geomagnetické bouře k výpadku elektrické sítě v části Kanady. Je to jasně prokázané.

Kdyby byla silná jako ta z roku 1859, tak by to byl asi veliký problém.
To ano, zejména pokud by byla ignorována veškerá varování, jež se dnes standardně vydávají. Zřejmě by to způsobilo velké poškození elektrické sítě, možná i komunikačních systémů. Není to konec světa, ale následky by byly rozhodně veliké. Nejčernější scénáře mluví o týdnech bez elektrické energie a komunikací a o rocích do úplné obnovy.

Může sluneční erupce přímo působit na živé organismy?
Přímo ne, neboť jsme chráněni zemskou magnetosférou a také zemskou atmosférou. Obě účinně odstiňují sluneční částice, takže až na zemský povrch se v podstatě žádné nedostanou.

Dobrý důkaz je fakt, že život na Zemi pořád je, přitom dlouhodobá úroveň aktivity Slunce je po dobu poslední čtvrt miliardy let v zásadě stále stejná. A z žádných paleontologických nálezů se zatím nezdá, že by sluneční aktivita kdy vedla k zániku nějakých živých druhů.

Snímek polární záře z ledna 2012 Švéd Göran Strand nazval

Snímek polární záře z ledna 2012 Švéd Göran Strand nazval "Planeta Aurora" (tedy polární záře)

A můžeme se bránit proti účinkům slunečních erupcí na naší techniku?
Účinným řešením je včas vypnout všechny sítě. A pokud to nejde, tak alespoň je rozpojit. V menších soustavách se lépe regulují vznikající proudové špičky.

Nejlepší možnost je tedy rozpojit rozvodnou síť na malé "ostrovy", které vzniklé problémy zvládnou. To ovšem není zdaleka tak jednoduché, jak by se mohlo zdát. Při jejich opětovném propojování hrozí velké potíže a je to dost obtížný úkol. Proto se to obvykle nedělá.

Další možnost by byla technická: investicí do rozvodných sítí. Jejich provozovatelé to samozřejmě slyší neradi, protože to jsou peníze navíc, které se také nikdy nemusí vrátit. Navíc v době, kdy se musí potýkat s problém zapojování obnovitelných zdrojů, které mimochodem pro stabilitu rozvodné sítě představují mnohem reálnější nebezpečí než sluneční aktivita.

V čem spočívá technické řešení?
V podstatě by bylo zapotřebí přidat do sítě velké kondenzátory či spíše jejich soustavy. Ty odfiltrují proudy indukované bouří před transformátory v síti a zabrání jejich poškození. Indukované proudy mají totiž jinou charakteristickou frekvenci než proud, který je sítí normálně přenášen. Musí to ale být samozřejmě ohromná zařízení, které připomínají rozměry domy, ne nějaké kondenzátory do kapsy.

V roce 1989 jeden takový zabránil šíření blackoutu z Kanady do USA. Aby se v Severní Americe, kde je nebezpečí největší, vyloučilo nebezpečí výpadků, musely by být chráněny zhruba tři stovky transformátorů. Pokud je mi však známo, kondenzátorovou ochranu má ale ve skutečnosti výrazně méně než polovina tohoto množství.

Proč by Severní Amerika měla být ohrožená nejvíce?
Tak za prvé je to rozvinutá oblast. Velmi dlouhá vedení rozvodných sítí se táhnou daleko na severu, kde jsou projevy geomagnetických bouří největší a navíc leží velmi blízko magnetického pólu Země. Ten není totožný se zeměpisným, jak asi všichni ví, a nachází se v oblasti kanadských ostrovů. V jeho okolí se částice geomagnetické bouře přece jen dostanou snáze hlouběji do našeho magnetického pole než jinde.

Pohyb zemského magnetického pólu (Magnetic Pole) a geomagnetického pólu

Pohyb zemského magnetického pólu (Magnetic Pole) a geomagnetického pólu (Geomagnetic Pole) po povrchu Země. Magnetický pól je místo, kde magnetické pole země míří přímo dolů. Geomagnetický pól je naopak místem, kde zemský povrch protíná myšlená osa magnetu v zemském jádře. Protože ten ale není zrovna ideální, ale je to dynamicky se pohybující koule rozžhavaného železa, tak neleží na stejném místě.

Je tu i důvod geologický: obecně lze totiž říci, že podloží Severní Ameriky je méně vodivé než třeba v případě Evropy. A proudy indukované ve vedení v Severní Americe v nich jsou tak větší a nemají tendenci se uzemňovat, protože je pro ně jednodušší šířit se po elektrických rozvodech.

Což neznamená, že by třeba v severní Evropě nedošlo nikdy kvůli geomagnetickým bouřím k problémům s elektrickou sítí. Nedocházelo ovšem k jejímu poškození. Spíše se stávalo, že automatika odpojila část sítě kvůli hrozbě poškození.

Dá se nějak vyčíslit riziko poškození sítě v těch neohroženějších částech světa?
Uvádí se, že riziko poškození sítí v USA v případě silné geomagnetické bouře je 1:500. Mluvíme o slunečních událostech srovnatelných s mimořádnou erupcí v roce 1859. K silným geomagnetickým bouřím, které již mají pozorovatelný, ale ne ničivý vliv na rozvodné sítě, dochází v průměru čtyřikrát za deset let.

Takže na konec světa to v nejbližší době nevypadá. Kdyby to náhodou tak nebylo, můžeme spoléhat na nějaký systém včasného varování?
Ale ano. Slunce sledujeme v podstatě nepřetržitě, takže o každé erupci se ví ihned. Bohužel nedokážeme přesně říci, jak rychle se oblak hmoty při ní uvolněný dostane k nám a jak velkou způsobí bouři. Můžeme odhadovat, dnes jsou k dispozici matematické modely umožňující vypočítat trajektorii oblaku plazmatu ve sluneční soustavě, ale rozptyl v odhadech je poměrně veliký.

Dostaneme ale i přesnější varování. Všechny oblaky, které zasáhnou Zemi, musí projít tzv. Lagrangeovým bodem L1 (to je bod, kde je přitažlivá síla Země a Slunce v rovnováze, takže tělesa v něm nepadají ani do Slunce, ani na Zemi - pozn. red.). Ten je vzdálen od Země 1,5 milionů kilometrů a je v něm několik družic, které měří parametry oblaku. A pak máte ještě nejméně dvacet minut, kdy se o přilétajícím oblaku ví všechno.

Což by i v případě nějaké opravdu mohutné bouře - mnohonásobně mohutnější, než ty nejsilnější, které jsme kdy pozorovali, bylo poměrně dost času. Nebyl by sice čas zachránit kosmonauty z Mezinárodní kosmické stanice, ti by nejspíš dostali smrtelnou dávku ionizujícího záření, bylo by ale dost času na opatření k minimalizaci škod na rozvodných sítích. Znovu ale opakuji, že taková událost je krajně nepravděpodobná.

Můžeme ji nějak předpovídat? Jak je to s dlouhodobými předpovědmi sluneční aktivity? Nepomůžou nám?
U nějakých opravdu výjimečných událostí ne. Čím aktivnější Slunce je, tím více je erupcí a tím jsou mohutnější, to víme. Ale těch opravdu velkých erupcí je málo. Ocitáme se v oblasti statistiky malých čísel, takže v podstatě nemůžeme říci nic.

Nic?
Statisticky vám pak vyjde například, že skutečně mohutných erupcí má být v daném cyklu 0,01. A takové číslo nemá smysl. V tu chvíli vám statistika neřekne, jestli se erupce stane, nebo ne. Navíc hraje roli i řada dalších vlivů.

Například?
Například jestli nedošlo k nějakému výronu koronální hmoty v předchozích hodinách. Ten první pak může druhému vymést cestu k Zemi.

Vymést cestu?
Z našeho hlediska je meziplanetární prostor dokonalé vakuum. Ale nějakou hmotu přece jen obsahuje, i když nepatrně, něco jako jednu částici na kubický centimetr. Srážkami s meziplanetárním plazmatem výron hmoty vymrštěný erupcí zpomaluje. Na krátkou vzdálenost to nehraje roli, za cestu od Slunce k Zemi je ovšem toto zpomalení patrné.

Pokud tedy dojde ke dvěma výronům za sebou, první oblak pročistí cestu druhému, ten doletí k Zemi s větší rychlostí, jeho částice dostanou hlouběji do našeho magnetického pole a mohou způsobit větší poruchu geomagnetického pole.

To už je ovšem zcela náhodná událost, o které vám statistiky nic neřeknou. Při každé erupci to tak může být nebo nemusí.

Nemluvě o tom, že svůj vliv na sílu výsledné bouře má například i to, jaké je magnetická orientace oblaku, který letí směrem k nám. Pokud je opačná než orientace zemského magnetického pole, bývají následky větší, protože může proniknout hlouběji do zemského magnetického pole. To je třeba další v podstatě náhodná veličina, která hraje roli, a kterou nemůžeme znát dopředu před erupcí.

Obrázek Slunce se skvrnami z anglické kroniky Chronicon ex chronicis, která

Obrázek Slunce se skvrnami z anglické kroniky Chronicon ex chronicis, která končí k roku 1140. Přesná datace ovšem není možná.

A co víme? Je známo například, jak vznikají sluneční cykly, jejichž intenzita souvisí s množstvím erupcí?
Nebudu říkat, že máme jasné představy o samotné podstatě vzniku magnetického pole na Slunci. Nemáme. Nevíme ani, proč je jeden cyklus takový a druhý jiný. Ukazuje to i případ předpovědí pro současný sluneční cyklus. Ještě v roce 2008 se odhadovalo, že bude nejsilnější za posledních 400 let. A nakonec je nejslabší za poslední století, možná více.

Je to o to horší, že pozorování jiných hvězd podobných Slunci jsou také nejednoznačná. Cykly mohou být podle všeho různě dlouhé a u některých hvězd se zřejmě nevyskytují vůbec. Můžeme říct jen tolik, že spíše jsou zřejmě častější hvězdy slunečního typu, které cykly prochází.

Co můžeme říci bezpečně?
Že během slunečního cyklu dochází ke změně charakteru slunečního magnetického pole. Těžko se to vysvětluje, ale můžeme to zkusit: Představte si magnetické pole Slunce na začátku cyklu jako svazek gumiček nahoře a dole pevně sevřených. A pak začnete s tímhle svazkem pomalu kroutit na opačné strany: "severem" a "jihem" doleva, "rovníkem" doprava. Gumičky se začnou napínat a jejich převládající směr se změní z poledníkového na rovnoběžkový. Nakonec ale nevydrží a popraskají.

Totéž se děje s magnetickým polem Slunce během cyklu: na začátku cyklu má Slunce slabé magnetické pole orientované zhruba od severu k jihu. Jeho siločáry tedy probíhají zhruba stejně jako zemské poledníky. Během cyklu se postupně přetáčí, až je jeho převládající směr "rovnoběžkový". Z tohoto, tzv. toroidálního pole se formují projevy sluneční aktivity, které známe po staletí – sluneční skvrny, protuberance a další.

Pole se stává komplikovanějším, zamotanějším především v tzv. aktivních oblastech, oblastech na Slunci, kde se výskyt aktivních jevů koncentruje. Pohyby plazmatu však do siločar neustále ukládají další energii. Nakonec stejně jako gumičky v příměru nevydrží a prudce se smrští. Siločáry ovšem nemůžou prasknout, jen se přeorientují do nové podoby. Při tom se uvolní energie, která se projevuje sluneční erupcí. A také se při tom může uvolnit plazma, které bylo v daném magnetickém poli "uvězněné", říká se zamrzlé, což je ten zmiňovaný výron hmoty do korony.

Z pozorování Slunce pak víme, zda je aktuálně na Slunci aktivní oblast, kde by mohlo dojít k erupci. Nedokážeme však říci, zda a kdy v této oblasti k erupci vůbec dojde a jak bude silná.

Dnes už slavná předpověď počtu slunečních skvrn (a tedy intenzity slunečního...

Dnes už slavná předpověď počtu slunečních skvrn (a tedy intenzity slunečního cyklu) z roku 2006. Odborníci z NASA se tehdy domnívali, že dnes probíhající sluneční cyklus (označný je číslem 24) bude jeden z těch silnějších. Skutečnost je však jiná. Cyklus je naopak slabý a skvrn bude zřejmě o polovinu méně, než uvádí tento graf (tedy kolem stovky v době nejsilnější aktivity). Navíc, vrcholu cyklu, tedy nejvyšší aktivity, které mělo podle předpovědi Slunce dosáhnout už v minulém roce, dosáhne zřejmě až příští rok.

Proč se tak Slunce chová?
Protože rotuje kolem rovníku rychleji než u pólů. Což je zase dáno tím, že není pevné. Stejně rotují třeba plynné planety, jako Jupiter, u kterých je to také dobře vidět.

Druhou příčinou je, že je tvořeno plazmatem. Plazma je s magnetickým polem svázané, říkáme, že v přípovrchových vrstvách Slunce je v plazmatu vmrzlé. Takže kam jde plazma, tam jde magnetické pole. Proto změny magnetického pole provází bouřlivá aktivita. Tento obecný princip je jasný. Ale nevíme například, proč je délka cyklu našeho Slunce tak proměnlivá. Někdy to je jedenáct let, někdy je to osm, někdy čtrnáct.

Z vašeho příměru o gumovém Slunci by se zdálo, že většina erupcí bude vznikat na rovníku a bude mířit do roviny oběžné dráhy Země. Ta s rovinou rovníku Slunce svírá úhel jen pár stupňů.
Bohužel je to tak. Většina erupcí skutečně vzniká okolo rovníku, v šířkách řekněme do čtyřiceti stupňů od rovníku, a míří do roviny oběhu planet. Takže máme poměrně velkou šanci, že nás zasáhnou.

Oblaka plazmatu při výronech sluneční hmoty musí navíc sledovat křivky meziplanetárního magnetického pole, které vytváří jakési obří spirály. Nepohybují se tedy po přímce, ale po jeho siločárách. Takže dráha jejich letu je ještě komplikovanější, a i proto obtížná pro spolehlivou předpověď okamžiku dopadu na zemskou magnetosféru.





Hlavní zprávy

Další z rubriky

Loď Šen-čou 9 před spojením s experimentálním modulem Tchien-kung 1
Čínská stanice zrychluje svůj pád k Zemi. Kam spadne, není jisté

K Zemi se blíží několikatunová kosmická stanice, jež byla vůbec první, kterou se Číně podařilo vynést na oběžnou dráhu. Původní odhad termínu dopadu až 100 kg...  celý článek

Animace asteroidu 2012 TC4, který proletěl nedaleko Země.
Varovný systém Země před asteroidy nezafungoval uspokojivě kvůli hurikánu

Relativně blízko naší planety proletěl asteroid, který umožnil vyzkoušet varovný systém, který má před podobnými potenciálně nebezpečnými objekty varovat.  celý článek

Kolize dvou neutronových hvězd (umělecké ztvárnění)
Nový úspěch lovců gravitačních vln. Odhalili, kde se v kosmu rodí zlato

Astronomové se mohou radovat ze zrodu zcela nového oboru: gravitační astronomie. Jejich detektory znovu prokázaly svou přesnost, a tak se nám poprvé podařilo...  celý článek

Najdete na iDNES.cz



mobilní verze
© 1999–2017 MAFRA, a. s., a dodavatelé Profimedia, Reuters, ČTK, AP. Jakékoliv užití obsahu včetně převzetí, šíření či dalšího zpřístupňování článků a fotografií je bez souhlasu MAFRA, a. s., zakázáno. Provozovatelem serveru iDNES.cz je MAFRA, a. s., se sídlem
Karla Engliše 519/11, 150 00 Praha 5, IČ: 45313351, zapsaná v obchodním rejstříku vedeném Městským soudem v Praze, oddíl B, vložka 1328. Vydavatelství MAFRA, a. s., je členem koncernu AGROFERT.