Polárna žiara vzniká z erupcií na Slnku. Silnejší výbuch by mohol spôsobiť škody ako hurikán Katrina, hovorí astrofyzik

Tento text je súčasťou projektu Denník N ide za vami, na dva týždne sme boli v Poprade a v Tatrách.

V rozhovore sa dočítate aj o tom:

• prečo neprekáža, že v okolí Zeme je približne 100-tisícstupňový „vietor“;
• ako dlho trvá, kým priletia častice zo Slnka na Zem;
• čo je polárna žiara;
• ako silná geomagnetická búrka ochromila v minulosti Kanadu a čo by sa stalo, ak by prišla dnes;
• či vieme výbuchy na Slnku predpovedať.

O vesmíre sa hovorí, že je nekonečný, prečo ste si na výskum vybrali práve Slnko, ktoré je takmer v susedstve?

Slnko na prvý pohľad nie je taká sexi téma ako napríklad vznik vesmíru, ale náš život ovplyvňuje takmer vo všetkom. Pre mňa je to najfascinujúcejší objekt vo vesmíre, lebo má kľúčový vplyv na to, ako funguje Zem a život na nej. Je to pre nás jediný zdroj tepla, svetla a okrem jadrového rozpadu aj energie. Slnko spôsobuje nahriatie rôznych vzdušných más, z ktorých vzniká vietor, pohyby vody, nevzniklo by bez neho uhlie a tak ďalej. Nie je náhoda, že civilizácie v minulosti brali Slnko ako základ všetkého života.

Je Slnko priateľskou hviezdou alebo nás aj nejako ohrozuje?

Ťažko by sme si mohli predstaviť život pod priateľskejšou hviezdou, než je Slnko, ktoré funguje už 4,5 miliardy rokov ako stabilný zdroj energie. Bez neho by neživá príroda mohla „zabudnúť“ na to, že by bolo možné preskočiť aj na živú. Na to totiž potrebujete veľmi dlhé obdobie stabilných podmienok. To vám umožní len takáto hviezda.

Na Lomnickom štíte sledujete aj slnečné erupcie, ktoré môžu na Zemi spôsobiť výpadok elektriny. To by s našou civilizáciou mohlo zamávať.

Áno, takých šesť dní bez prúdu by pri dnešnej závislosti ľudstva od elektriny mohlo spôsobiť aj prasknutie civilizačnej škrupiny. S pokrokom v technológiách príroda jednoducho nerátala. Ktorýkoľvek živočíšny druh na Zemi však zo Slnka, ktoré je pre nás fantasticky uspôsobené, profituje. Takéto erupcie nespôsobujú ľuďom ani iným organizmom žiadne zdravotné problémy.

Ako to na Slnku vyzerá?

Z oblasti, ktorá pripomína „bublajúci povrch“ Slnka, dokáže uniknúť veľmi veľká časť energie, ktorá sa v jeho jadre vytvorí. Nad ňou sú vyššie časti slnečnej atmosféry až po takzvanú slnečnú korónu, kde môžu vznikať spomínané erupcie. Pri nich sa uvoľnia nielen vysokoenergetické fotóny (najmenšie zložky svetla – pozn. red.), ale aj ionizované častice, ktoré z koróny vyletia.

Čo sa deje s hmotou, ktorá vylieta z koróny?

V podobe slnečného vetra vypĺňa celú slnečnú sústavu. Aj naša Zem sa pohybuje v priestore, ktorý vypĺňa tento slnečný vietor s elektrónovou teplotou približne 100-tisíc stupňov. Nie je to pre nás nebezpečné, lebo okolo Zeme je slnečný vietor veľmi riedky. Pripomína to rozdiel medzi tým, keď dáte ruku nad hrniec s vriacou vodou, a priamo do vody. Parametre slnečného vetra však Slnko dokáže meniť. Keď je na Slnku veľká erupcia, fotóny priletia na Zem do ôsmich minút a balík ionizovaných častíc o dva a pol dňa. Práve tie druhé majú dosť veľký vplyv na dianie na Zemi, keďže dokážu spôsobiť geomagnetickú búrku.

To je tá búrka, ktorá nám „vyhodí poistky“?

Áno, ale väčšinou to nie je také dramatické. Keď príde zvýšený počet elektricky nabitých častíc v slnečnom vetre k Zemi, naše magnetické pole ich odtieni na severný a južný pól. Po ňom pekne zošpirálujú do atmosféry, kde sa začnú stretávať so zemskou atmosférou. Tam začnú ionizovať častice vzduchu a máte efekt, za ktorým cestujú turisti z celého sveta – polárnu žiaru.

Čím sme však ako civilizácia závislejší od slaboprúdových alebo veľkých metalických zariadení, tým väčší problém môže nastať. Keď doletí takýto veľký balík nabitej hmoty zo Slnka k Zemi, môže spáliť napríklad jemné obvody nechráneného satelitu. Keď vieme, že takáto hmota prichádza, satelity sa uvádzajú do ochranných režimov.

Polárnu žiaru často vidieť v Nórsku či na Aljaške. Sú severské krajiny ohrozené slnečným vetrom viac?

Áno, rovnako aj tie pri južnom póle. Nie je preto prekvapivé, že tieto štáty investujú do výskumu slnečno-zemských vzťahov oveľa viac peňazí ako tie, ktoré sú bližšie pri rovníku. Ide o relatívne nový problém, lebo slnečné erupcie a zhusťovanie slnečného vetra ľudia v 19. storočí riešiť nemuseli.

Čo nám hrozí, ak začnú satelity horieť?

Keď mi voláte, je jedno, že naše telefóny (satelitné – pozn. red.) sú na rovnakom stole. Signál ide z vášho telefónu na vysielač, odtiaľ na satelit a až potom sa vráti späť na stôl. Keby sa satelit pokazil, tak sa nedovoláte. Problém je aj v tom, že veľa zariadení je závislých od GPS signálu. Dnešná letecká premávka by bez neho mala veľký problém, keďže sú na ňom postavené autopiloty.

Elektromagnetická indukcia veľmi „dobre funguje“ nielen na satelitoch, ale aj na všetkom, čo je z kovu. Problémom sú masívne a zdanlivo neohroziteľné veci, ako napríklad plynovod. Dokáže sa na ňom naindukovať taký veľký prúd, že ho môže poškodiť. Vysokonapäťové sústavy, ktoré prenášajú energiu z elektrární k mestám, majú zas také dlhé drôty, že naindukované napätie ich môže významne poškodiť. Preto sa pri dizajnovaní rozvodových sústav musí rátať aj s tým, že zo Slnka príde silný príliv nabitých častíc.

Stalo sa už v časoch závislosti od elektriny, že by slnečný vietor spôsobil na Zemi veľký problém?

V roku 1989 bola na Slnku silná erupcia a balík hmoty, ktorý sa slnečným vetrom šíril, bol taký veľký, že ho naše magnetické pole nezvládlo odtieniť úplne k pólom. Geomagnetická búrka vtedy zasiahla aj Kanadu a zničila hlavnú transformačnú stanicu v provincii Quebec. To spôsobilo, že ľudia boli niekoľko dní bez prúdu.

V roku 1989 tie následky neboli až také dramatické, ale pri súčasnom stave technológie si bez elektriny nekúpite ani chlieb. Podľa výskumu, ktorý robila NASA, by sa v súčasnej situácii dali škody spôsobené silnou geomagnetickou búrkou porovnať s tými, ktoré spôsobil hurikán Katrina v New Orleanse. A ten je dnes považovaný za jednu z najväčších živelných katastrof v Spojených štátoch.

Ako spoľahlivo dnes vieme predpovedať takúto hrozbu?

Máme celkom spoľahlivé modely, vďaka ktorým vieme, zhruba kedy, v akej intenzite a kde bude mať búrka zásah. Hlavné centrum, ktoré zbiera a vyhodnocuje informácie aj z nášho laboratória na Lomnickom štíte, je v Belgicku. Ale ako som hovoril, veľakrát sa to končí iba spomínanou polárnou žiarou, lebo Slnko je fajn. Keď nie, prichádzajú varovania.

Čo vieme z pozorovaní Slnka, ktoré robíte na Lomnickom štíte?

Že odtok hmoty z koróny je relatívne stabilný. Že koróna sa z aktívnej mení na slabšiu v približne jedenásťročných cykloch, keď mení svoju aktivitu aj celé Slnko. Ale to dokážeme zaznamenať len prístrojmi, bežný človek to nijako nepocíti. Reálny efekt na náš život by mohlo mať až nárazové zvýšenie častíc po silnejšej erupcii.

Takéto erupcie sa takmer vždy vyskytujú na miestach, ktoré voláme slnečné škvrny. Práve tie pozorujeme a na základe toho sa modelujú predpovede vzniku erupcií. Podobne ako pri predpovediach pozemského počasia. Slnko však stále dokáže prekvapiť, a preto ho treba pozorovať nonstop. Na to máme aj satelity, ktoré erupcie automaticky zaznamenávajú.

Prečo je potrebné aj pozorovanie ďalekohľadom, ak máme satelity, ktorým nezavadzia atmosféra?

Z astronomického pohľadu sú najlepšie pozorovania satelitom. Lenže ten satelit stojí pol miliardy dolárov, a keď sa na ňom niečo pokazí, nemáte šancu to opraviť. Jediná servisná misia v histórii ľudstva prebehla, keď bolo treba opraviť Hubblov teleskop. Stojí to totiž astronomické sumy.

Satelity preto väčšinou používajú staršiu technológiu. Nikto nebude riskovať, že naň namontuje najnovšie detekčné zariadenia, ktoré nie sú overené v praxi. Na zemi máte k ďalekohľadu prístup, čiže ak nové detekčné zariadenie nefunguje správne, môžete ho povedzme na Lomnickom štíte vymeniť. Pozemské pozorovania teda umožňujú aj merania, ktoré sa zatiaľ zo satelitu nedajú urobiť. Je to rozdiel približne dvadsiatich rokov vývoja. Ideálne by bolo, keby sme vedeli vyrobiť veľa dobrých satelitov za málo peňazí, ale zatiaľ musíme prijať atmosféru pri pozorovaní zo Zeme ako „nutné zlo“.

Preto musí byť ďalekohľad čo najvyššie?

Áno, obzvlášť pri pozorovaniach slnečnej koróny. Keby ste zobrali prístroje z Lomnického štítu a dali ich na Skalnaté pleso, tak ani pri najlepšom počasí korónu nenapozorujete. Rozptyl svetla v tom kilometri vzduchu navyše spôsobí, že nič neuvidíte.

Koronálna stanica nie je na Lomnickom štíte preto, že by sme si nevedeli predstaviť lacnejšiu prevádzku. Je to, naopak, jeden z našich kľúčových problémov, lebo čím ste vyššie v horách, tým sú prevádzkové náklady komplikovanejšie. Ale nižšie by sa náš výskum robiť nedal. Inak, na celom svete bolo v 70. rokoch osem pozemných koronálnych staníc. Teraz sú dve, na Lomnickom štíte a na Havaji.

Prečo zostala jedna z posledných staníc práve na Slovensku?

Náš ústav má dlhú tradíciu pozorovania Slnka a obzvlášť slnečnej koróny. Vďaka tomu máme veľké množstvo poznatkov. V európskom a možno aj svetovom kontexte by bola škoda, keby sme si koronálnu stanicu neudržali. Stratili by sme jeden z významných spôsobov, ako prispieť ku globálnemu výskumu.

Vráťme sa priamo k slnečnej koróne – neminie sa, keď zo Slnka neustále odteká?

Dávalo by to zmysel, lenže odteká už miliardy rokov a zatiaľ sa nič nezmenilo. Takže musí existovať nejaký spôsob, akým ju Slnko ustavične dopĺňa. Zatiaľ ho však nevieme opísať. Koróna má vo všeobecnosti vlastnosti, ktoré dodnes nevieme vysvetliť a odporujú očakávaniam toho, ako by sa hmota mala správať. Jedna z najväčších záhad, ktorú riešime aj my, je problém ohrevu slnečnej koróny.

Čo je s ním v neporiadku?

Teória aj pozorovania ukazujú, že koróna má 1 až 1,5 milióna stupňov. Problém nastáva v momente, keď zistíte, že povrch Slnka ich má „iba“ päťtisíc. Z praxe vieme, že keď máte niekde piecku, tak čím ste pri nej bližšie, tým vám bude teplejšie. Toto vychádza od určitého miesta presne naopak, lebo vieme, že na Slnku je piecka len jedna – v jadre. Tam sa tvorí všetka slnečná energia a je tam okolo 15 miliónov stupňov. Čím viac sa od jadra vzďaľujete, tým je teplota nižšia, až sa dostanete na povrch Slnka a logicky by ste čakali, že bude ďalej klesať. Od povrchu do koróny však teplota zrazu narastá.

Tušíme aspoň, ako sa koróna ďaleko od jadra zrazu zohreje?

Máme dve elegantné teórie, ktoré by mohli fungovať. Na ich dokázanie však potrebujeme prístroje s lepším rozlíšením, ktoré zatiaľ neexistujú. No k výsledku vieme dospieť, aj keď nájdeme dostatok nepriamych dôkazov. Tie zbierame aj my v Tatrách.

Vieme takéto zistenia využiť aj na Zemi?

Zdá sa, že Slnko dokáže bez povšimnutia preniesť dostatok energie z podpovrchových horúcich častí priamo do koróny. Tam ju uvoľní a zohreje. To je, ako keby ste v Jaslovských Bohuniciach vyrobili energiu a potom ju bez naťahaných drôtov doniesli k sebe domov. Tam by sa uvoľnila a bolo by vám teplo.

Ak by sme ten mechanizmus pochopili, možno by sme ho v budúcnosti vedeli použiť na bezdrôtový prenos energie. Pri jej prenose by sme teda zabránili zbytočným stratám. V tomto momente je to však čistá špekulácia, ktorá sa nemusí nikdy potvrdiť. Kým detailne nepochopíme fyzikálny proces, ktorý spôsobuje ohrev slnečnej koróny, nemôžeme hovoriť o jeho využití v praxi.