Άστρα όπως ο Ήλιος σύμφωνα με πρόσφατη έρευνα προκαλούν τρομακτικές υπερ-εκλάμψεις περίπου μία φορά ανά αιώνα!

Κάθε μέρα που ξυπνάμε για να ασχοληθούμε με ένα σωρό προβλήματα σπάνια μας ενδιαφέρει ο Ήλιος που φαίνεται να λάμπει ήσυχα και με σταθερό ρυθμό. Η σιγουριά που αποπνέει η ήρεμη εμφάνισή του είναι απατηλή: το άστρο μας προκαλεί ισχυρές ηλιακές καταιγίδες, τεράστιες εκρήξεις ενέργειας και υποατομικών σωματιδίων. Αν όλα αυτά κατευθυνθούν προς το μέρος μας, μπορούν εκτός από εντυπωσιακά σέλαα, να προκαλέσουν διαταραχές στα δίκτυα ηλεκτρικής ενέργειας ή να προκαλέσουν χάος στους δορυφόρους που βρίσκονται σε τροχιά γύρω από τη Γη.

Αυτές οι ηλιακές καταιγίδες έχουν μαγνητική φύση. Είναι γνωστό ότι τα φορτισμένα σωματίδια καθώς κινούνται δημιουργούν γύρω τους μαγνητικά πεδία. Και ο ήλιος ξεχειλίζει από φορτισμένα σωματίδια διότι το εσωτερικό του είναι τόσο θερμό που τα άτομα είναι απογυμνωμένα από τα ηλεκτρόνιά τους, σχηματίζοντας αυτό που ονομάζουμε πλάσμα. Οι κινήσεις του υπέρθερμου πλάσματος στο εσωτερικό και στην επιφάνεια του Ήλιου δημιουργούν μαγνητικά πεδία, εξαιτίας των οποίων απελευθερώνονται τεράστιες ποσότητες ενέργειας σε μια μόνο έντονη έκρηξη και σε ένα μικρό σημείο στον Ήλιο. Η ξαφνικές λάμψεις φωτός που συνοδεύονται από κολοσσιαίες εκρήξεις υποατομικών σωματιδίων ονομάζονται ηλιακές εκλάμψεις και εμφανίζονται ως απότομες λάμψεις στην περιοχή των κηλίδων.

Η λαμπρότητα των εκλάμψεων φθάνει στο μέγιστό της σχετικά γρήγορα (συνήθως σε μερικά λεπτά), ενώ εξασθενεί με αργότερο ρυθμό (εξαφανίζονται σε διάστημα συνήθως μικρότερο από μια ώρα). Μια τυπική έκλαμψη διαρκεί περίπου 20 λεπτά και κατά τη διάρκειά της η θερμοκρασία στην περιοχή αυτή της χρωμόσφαιρας φθάνει σε μερικά εκατομμύρια βαθμούς. Ταυτόχρονα με την οπτική εκπομπή (που σε πολύ μεγάλες εκλάμψεις γίνεται αισθητή ακόμα και στο λευκό φως) παρατηρούνται επίσης: ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία από την περιοχή των ακτίνων Χ μέχρι τα ραδιοκύματα, αλλά και σωματιδιακή ακτινοβολία – ιόντα και ηλεκτρόνια με ενέργειες πολλών MeV.

Η συνολική ενέργεια που εκλύεται από μια μεγάλη έκλαμψη μπορεί να φτάσει τα 10²⁵ Joules, ποσό πραγματικά τεράστιο για το σύντομο χρονικό διάστημα και την περιορισμένη έκταση που εκλύεται (ισοδυναμεί με την ενέργεια που εκλύεται κατά την έκρηξη δισεκατομμυρίων βομβών του ενός μεγατόνου). Η ενέργεια αυτή προέρχεται από την ανασύνδεση των δυναμικών γραμμών του μαγνητικού πεδίου, που συνεπάγεται αλλαγή της τοπολογίας του και εξαφάνιση μερικών από αυτές. Η ενέργεια του μαγνητικού πεδίου που αντιστοιχούσε στις γραμμές που εξαφανίστηκαν (και άρα η πυκνότητα ενέργειας u~B²), είναι αυτή που εμφανίζεται με τη μορφή της ηλεκτρομαγνητικής και σωματιδιακής ακτινοβολίας και με την αύξηση της τυχαίας κινητικής ενέργειας (δηλ. της θερμοκρασίας) του πλάσματος.

Η πιο ισχυρή έκλαμψη που έχουμε ποτέ μετρήσει άμεσα συνέβη το 2003 και εξέπεμψε περίπου 7×10²⁵ Joules ενέργειας σε διάστημα λίγων ωρών. Αυτή είναι περίπου η ποσότητα ενέργειας που εκπέμπει ολόκληρος ο ήλιος σε ένα πέμπτο του δευτερολέπτου, κάτι που μπορεί να μην ακούγεται πολύ εντυπωσιακό – μέχρι να συνειδητοποιήσουμε ότι προέρχεται από μια μικροσκοπική, απομονωμένη περιοχή στην επιφάνεια του ήλιου!

Γνωρίζουμε επίσης ότι, ιστορικά, το άστρο μας έχει εκπέμψει πολύ μεγαλύτερες εκλάμψεις. Όμως, πώς είναι δυνατόν να ξέρουμε κάτι τέτοιο;

Υποατομικά σωματίδια υψηλής ταχύτητας που πέφτουν από ηλιακές καταιγίδες προσκρούουν στο άζωτο στην ατμόσφαιρά μας δημιουργώντας ένα ισότοπο που ονομάζεται βηρύλλιο-10 ή ¹⁰Be, με χρονο ημιζωής t_1/2=1,5×10⁶ έτη, το οποίο πέφτοντας στην επιφάνεια της Γης παγιδεύεται στους πάγους των πόλων. Εξετάζοντας αρχαίους πυρήνες πάγου, οι επιστήμονες είναι σε θέση να λάβουν ακριβείς ημερομηνίες για τις αιχμές βηρυλλίου-10 (και άλλων σχετικών ισοτόπων), βγάζοντας συμπεράσματα για την ιστορία της ηλιακής δραστηριότητας.

Τέτοιες ισοτοπικές αιχμές έχουν αποκαλύψει και την πιο ισχυρή ηλιακή έκρηξη στη σχετικά πρόσφατη ιστορία, ένα γεγονός που συνέβη το 7176 π.Χ. Οι επιστήμονες αρχικά διαφωνούσαν για την αιτία αυτών των κορυφώσεων. Και τούτο διότι η δραστηριότητα του ήλιου δεν φαινόταν αρκετά ισχυρή για να δημιουργήσει τις ποσότητες ισοτόπων που παρατηρήθηκαν. Τα σουπερνόβα ή οι εκρήξεις ακτίνων γάμμα θα μπορούσαν επίσης να εξηγήσουν τις αιχμές – αλλά μόνο αν συμβούν αρκετά κοντά στον πλανήτη μας κι αυτό θα έπρεπε να έχει αφήσει πίσω του άλλες μορφές αποδεικτικών στοιχείων που, μέχρι στιγμής, οι επιστήμονες δεν έχουν βρει. Επομένως, η επικρατούσα άποψη είναι ότι ο ήλιος είναι πράγματι υπεύθυνος για αυτές τις τεράστιες αυξήσεις στα σχετικά ισότοπα. Οι επιστήμονες ονομάζουν τώρα αυτές τις αιχμές «γεγονότα Miyake», προς τιμήν του Ιάπωνα φυσικού κοσμικών ακτίνων Fusa Miyake, που πρωτοστάτησε στην ανακάλυψη και την ερμηνεία τους.

Ενώ αυτές οι εκλάμψεις ήταν τεράστιες, υπάρχουν λόγοι να υποψιαζόμαστε ότι ο ήλιος είναι ικανός να εξαπολύσει ακόμη μεγαλύτερες. Μερικά άστρα υφίστανται αυτό που ονομάζονται υπερ-εκλάμψεις, οι οποίες είναι εξωφρενικά ισχυρές, φτάνοντας σε συνολική ενέργεια 10²⁹ Joules ή το ισοδύναμο αυτής που εκπέμπει ο ήλιος στο χρονικό διάστημα των 20 λεπτών. Αυτό αντιστοιχεί σε περίπου 300 εκατομμύρια χρόνια της τρέχουσας ετήσιας κατανάλωσης ενέργειας του παγκόσμιου πολιτισμού μας – όλα στριγμωμένα σε μια σύντομη έκρηξη αστρικής δραστηριότητας.

Οι υπερεκλάμψεις είναι σχετικά σπάνιες. Η παρατήρησή τους σε οποιοδήποτε δεδομένο άστρο θα απαιτούσε λίγη τύχη.

Μια διεθνής ομάδα αστρονόμων χρησιμοποιώντας το διαστημικό τηλεσκόπιο Kepler παρακολούθησε περίπου μισό εκατομμύριο άστρα επί μια δεκαετία, αναζητώντας εξωπλανήτες. Αλλά όλα αυτά τα δεδομένα μπορούν να χρησιμοποιηθούν και για άλλα πράγματα. Οι αστρονόμοι αναζήτησαν υπερεκλάμψεις σε περισσότερα από 56.000 άστρα σαν τον Ήλιο στις παρατηρήσεις του Kepler – οι οποίες ισοδυναμούν με ένα αξιοσημείωτο σύνολο 220.000 ετών παρατήρησης αστρικής δραστηριότητας. Τα αποτελέσματα δημοσιεύθηκαν στο Science στα τέλη του 2024 .

Εξετάζοντας το τεράστιο σύνολο δεδομένων του Κέπλερ, οι αστρονόμοι βρήκαν 2889 πιθανές υπερεκλάμψεις σε 2527 άστρα σαν τον Ήλιο. Αυτό αντιστοιχεί σε περίπου μία υπερέκλαμψη ανά άστρο σαν τον Ήλιο ανά αιώνα, κάτι που φαίνεται αρκετά τρομακτικό, επειδή πιθανώς θα σήμαινε ότι ο Ήλιος στέλνει μια εκρηκτική υπερέκλαμψη κάθε εκατό χρόνια περίπου.

Αλλά ας μην είμαστε τόσο βιαστικοί. Καταρχάς, η περιστροφή ενός άστρου μπορεί να επηρεάσει δυναμικά την ανάπτυξη μαγνητικών πεδίων που εκπέμπουν εκλάμψεις, και η περίοδος περιστροφής ήταν άγνωστη για 40.000 από τα εξεταζόμενα άστρα της μελέτης – επομένως είναι πιθανό αυτό το μέρος του δείγματος να μην είναι αντιπροσωπευτικό του δικού μας Ήλιου. Και το 30% των άστρων που παράγουν υπερεκλάμψεις βρίσκονταν σε δυαδικά συστήματα, διέθεταν έναν αστρικό σύντροφο, κάτι που θα μπορούσε επίσης να επηρεάσει τα αποτελέσματα. Η λίστα των πιθανών διαφοροποιητικών μεταβλητών δεν σταματά εδώ. Υπάρχουν διάφοροι άλλοι παράγοντες που θα μπορούσαν να κάνουν ένα φαινομενικά σαν τον Ήλιο άστρο πιο επιρρεπές στην παραγωγή υπερεκλάμψεων σε σχέση με τον δικό μας Ήλιο.

Από την άλλη πλευρά, όπως προαναφέρθηκε, το ¹⁰Be και άλλα ενδεικτικά ισότοπα μπορούν να παραχθούν με άλλους τρόπους που δεν περιλαμβάνουν αστρικές εκλάμψεις. Δεν είναι καθόλου σαφές το κατά πόσον οι υπερεκλάμψεις θα μπορούσαν να δημιουργήσουν τους συγκεκριμένους πυρήνες. Έτσι, παρόλο που έχουμε μετρήσει πέντε αιχμές ¹⁰Be που αποδίδονται στον Ήλιο τα τελευταία 10.000 χρόνια, αυτό δεν σημαίνει ότι ο Ήλιος παρήγαγε μόνο τόσες ισχυρές εκλάμψεις σε αυτό το διάστημα. Ίσως υπήρχαν και άλλες που άφησαν πιο ανεπαίσθητα, μέχρι στιγμής άγνωστα ίχνη στον πάγο – ή που δεν κατευθύνθηκαν προς τη Γη και επομένως δεν παρήγαγαν επίγεια σημάδια.

Αν σήμερα ο Ήλιος εκπέμψει μια υπερέκλαμψη, ποιες θα είναι οι επιπτώσεις της στη Γη;
Οι επιπτώσεις στους ζωντανούς οργανισμούς της Γης πιθανότατα θα είναι ελάχιστες. Το μαγνητικό πεδίο του πλανήτη μας λειτουργεί ως ασπίδα ενάντια στα εισερχόμενα υποατομικά σωματίδια και η ατμόσφαιρά μας απορροφά το μεγαλύτερο μέρος της σχετικής ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας υψηλής ενέργειας (όπως οι ακτίνες Χ και ακτίνες γ).
Όμως, ο τεχνολογικός μας πολιτισμός είναι ένα άλλο ζήτημα. Μια τεράστια έκλαμψη θα μπορούσε να «κάψει» τα ηλεκτρονικά σε όλους τους δορυφόρους εκτός από τους πιο προστατευμένους και να διαταράξει τα ηλεκτρικά δίκτυα, προκαλώντας εκτεταμένες και μακροχρόνιες διακοπές ρεύματος. Οι μηχανικοί έχουν επινοήσει μέτρα ασφαλείας για την αποτροπή καταστροφικών ηλεκτρικών υπερτάσεων από τις περισσότερες περιπτώσεις ακραίων διαστημικών καιρικών φαινομένων, αλλά αν μια έκλαμψη είναι αρκετά ισχυρή, μπορεί να μην υπάρχουν πολλά που θα μπορούσαμε να κάνουμε για να αποφύγουμε σοβαρές ζημιές.

Πρέπει να ανησυχούμε;
Το συμπέρασμα από τη μελέτη που δημοσιεύθηκε στο περιοδικό Science είναι πως είναι πιθανό ο Ήλιος να παράγει υπερεκλάμψεις πιο συχνά από ό,τι πιστεύαμε παλαιότερα, αλλά αυτό το συμπέρασμα δεν είναι οριστικό. Οπότε, μην πανικοβάλλεστε ακόμα!

περισσότερες λεπτομέρειες στο άρθρο του Phil Plait με τίτλο «Could the Sun Fry Earth with a Superflare?» – https://www.scientificamerican.com/article/could-the-sun-unleash-dangerous-superflares/

Κατηγορίες:ΑΣΤΡΟΝΟΜΙΑ, ΑΣΤΡΟΦΥΣΙΚΗ, ΠΥΡΗΝΙΚΗ ΑΣΤΡΟΦΥΣΙΚΗ

Ετικέτες: ΗΛΙΟΣ, PHYSICS