Ένας διαστημικός αερόσακος για την προστασία της Γης από ηλιακές καταιγίδες

Ερευνητές προτείνουν τη δημιουργία ενός πρωτοποριακού δορυφορικού συστήματος με την ονομασία StormWall το οποίο θα μπορούσε να προστατεύσει τη Γη από τις καταστροφικές συνέπειες των ισχυρότερων ηλιακών καταιγίδων απέναντι στις οποίες σήμερα δεν διαθέτουμε αποτελεσματική άμυνα.

Η ιδέα που ουσιαστικά λειτουργεί σαν ένας γιγαντιαίος «αερόσακος» μπροστά από τον πλανήτη μας θα μπορούσε να αποτρέψει ζημιές αξίας τρισεκατομμυρίων δολαρίων και σύμφωνα με τους ειδικούς είναι τεχνικά εφικτή.

Τα τελευταία χρόνια η Γη έχει δεχθεί δεκάδες ηλιακές καταιγίδες, καθώς ο Ήλιος βρίσκεται στο μέγιστο της περίπου 11ετούς δραστηριότητάς του γνωστό ως ηλιακό μέγιστο. Τα φαινόμενα αυτά προκαλούνται συνήθως από τεράστια νέφη πλάσματος, τις λεγόμενες στεμματικές εκτινάξεις μάζας (Coronal Mass Ejections – CMEs), οι οποίες συχνά ακολουθούν ισχυρές εκρήξεις στην επιφάνεια του Ήλιου, γνωστές ως ηλιακές εκλάμψεις.

Οι ηλιακές καταιγίδες δημιουργούν  το εντυπωσιακό σέλας αλλά προκαλούν προβλήματα στη λειτουργία των τηλεπικοινωνιακών και άλλων δορυφόρων από τους οποίους εξαρτάται ολοένα και περισσότερο ο σύγχρονος ανθρώπινος πολιτισμός ενώ προκαλούν επίσης προβλήματα στα δίκτυα παροχής ηλεκτρικής ενέργειας στη Γη.

Οι υπερκαταιγίδες

Περίπου μία φορά κάθε εκατό χρόνια ο Ήλιος παράγει μια εξαιρετικά ισχυρή καταιγίδα που οι ειδικοί ονομάζουν «υπερκαταιγίδα» όπως το περίφημο Συμβάν Carrington του 1859. Μια υπερκαταιγίδα οποία είναι κατά πολλές τάξεις μεγέθους ισχυρότερη από μια συνηθισμένη στεμματική εκτίναξη μάζας. Αν ένα αντίστοιχο γεγονός συνέβαινε σήμερα, θα μπορούσε να καταστρέψει σχεδόν όλους τους δορυφόρους σε τροχιά γύρω από τη Γη, να εκθέσει τους αστροναύτες σε θανατηφόρα επίπεδα ακτινοβολίας, να προκαλέσει σοβαρές βλάβες στα ηλεκτρικά δίκτυα και ακόμη και να διακόψει τη λειτουργία του Διαδικτύου.

Σήμερα ο μόνος τρόπος προετοιμασίας απέναντι σε μια τέτοια καταιγίδα είναι η βελτίωση των συστημάτων πρόγνωσης και ο σχεδιασμός ανθεκτικότερων διαστημικών και επίγειων υποδομών. Ωστόσο νέα μελέτη που δημοσιεύθηκε στην επιθεώρηση «Space Weather» προτείνει μια πολύ πιο ενεργητική προσέγγιση.

Οι ερευνητές εισηγούνται την εκτόξευση έξι δορυφόρων, μεγέθους περίπου όσο ένα λεωφορείο, σε γεωσύγχρονη τροχιά σε ύψος περίπου 36.000 χιλιομέτρων πάνω από τη Γη. Σε αυτή την απόσταση, πολύ ψηλότερα από τον Διεθνή Διαστημικό Σταθμό και τους περισσότερους δορυφόρους, το μικρό αυτό σμήνος θα παραμένει σε ετοιμότητα μέχρι να εντοπιστεί η επόμενη μεγάλη ηλιακή υπερκαταιγίδα.

Μόλις αυτή ανιχνευθεί οι δορυφόροι θα απελευθερώνουν τεράστιες ποσότητες αερίου στην εξωτερική πλευρά της μαγνητόσφαιρας της Γης δημιουργώντας ένα τεχνητό τείχος πλάσματος που θα απορροφά μέρος της ενέργειας της εισερχόμενης στεμματικής εκτίναξης μάζας και θα την εκτρέπει γύρω από τον πλανήτη.

Η αποτροπή

Οι προσομοιώσεις της ερευνητικής ομάδας δείχνουν ότι αυτό το «τείχος πλάσματος» μπορεί να μειώσει την ένταση μιας υπερκαταιγίδας περισσότερο από 50%. Αν και δεν θα εξαλείψει πλήρως τον κίνδυνο, θα μπορούσε να αποτρέψει τα χειρότερα σενάρια, λειτουργώντας όπως ένας αερόσακος σε ένα σοβαρό τροχαίο ατύχημα.

«Είναι σαν να εγκαθιστούμε έναν αερόσακο μέσα στη μαγνητόσφαιρα», δήλωσε ο συν-συγγραφέας της μελέτης Ντάνιελ Γουέλινγκ φυσικός του Διαστήματος στο Πανεπιστήμιο του Μίσιγκαν. Επειδή σήμερα δεν υπάρχει κανένας πραγματικός τρόπος άμυνας απέναντι σε τέτοιες καταιγίδες οι ερευνητές υποστηρίζουν ότι ένα τέτοιο σύστημα είναι απαραίτητο και θα πρέπει να κατασκευαστεί το συντομότερο δυνατό.

«Είναι σαν ένα χωριό που βλέπει ένα ποτάμι να πλημμυρίζει. Μπορεί να προβλέψει πότε θα συμβεί αλλά ακόμη καλύτερο είναι να κατασκευάσει ένα προστατευτικό φράγμα. Αυτό ακριβώς προτείνουμε» δήλωσε ο Μπράιαν Γουόλς φυσικός πλάσματος και ειδικός στον διαστημικό καιρό στο Πανεπιστήμιο της Βοστώνης. Η διαφορά όπως πρόσθεσε είναι ότι «αυτό το προστατευτικό τείχος θα ωφελούσε όλους τους ανθρώπους στον πλανήτη».

Πώς θα λειτουργεί το StormWall

Όπως αναφέρεται στο Live Science η ιδέα βασίζεται σε έναν φυσικό μηχανισμό άμυνας της ίδιας της Γης. Όταν μια στεμματική εκτίναξη μάζας προσκρούει στη μαγνητόσφαιρα αυτή εξασθενεί προσωρινά επιτρέποντας στην ηλιακή ακτινοβολία να εισέλθει στα ανώτερα στρώματα της ατμόσφαιρας και να προκαλέσει το πολικό σέλας. Ταυτόχρονα όμως ιόντα οξυγόνου ανυψώνονται μέσα στη μαγνητόσφαιρα και συσσωρεύονται στην πλευρά της που «βλέπει» προς τον Ήλιο δημιουργώντας μια φυσική προστατευτική φυσαλίδα που μειώνει μέρος της εισερχόμενης ακτινοβολίας.

Το StormWall στοχεύει να δημιουργήσει αυτήν ακριβώς την προστατευτική ασπίδα πριν ακόμη φτάσει η ηλιακή καταιγίδα. Για να επιτευχθεί αυτό, οι δορυφόροι θα απελευθερώνουν ποσότητα αντιδραστικού αερίου —όπως βάριο, λίθιο, νάτριο ή ασβέστιο— που αντιστοιχεί περίπου στο φορτίο δώδεκα βυτιοφόρων. Το αέριο θα συγκεντρώνεται στην πλευρά της μαγνητόσφαιρας που βλέπει προς τον Ήλιο και θα ιονίζεται γρήγορα από την ηλιακή ακτινοβολία, σχηματίζοντας ένα τεράστιο νέφος πλάσματος που θα επιβραδύνει και θα εκτρέπει την εισερχόμενη καταιγίδα.

Οι προσομοιώσεις

Για να αξιολογήσουν την αποτελεσματικότητα του συστήματος, οι επιστήμονες προσομοίωσαν τι θα είχε συμβεί κατά τη μεγάλη ηλιακή καταιγίδα του Μαΐου 2024, γνωστή και ως «Καταιγίδα της Ημέρας της Μητέρας». Τότε μια σειρά από στεμματικές εκτινάξεις μάζας έπληξαν τη Γη διαδοχικά  προκαλώντας τη μεγαλύτερη γεωμαγνητική διαταραχή από το 2003.

Οι υπολογισμοί έδειξαν ότι το StormWall θα μπορούσε να είχε μειώσει την ένταση της διαταραχής έως και κατά 84%. «Όταν εφαρμόζεις σωστή φυσική στο πρόβλημα, πραγματικά λειτουργεί. Η ποσότητα υλικού που απαιτείται, καθώς και οι δυνατότητες εκτόξευσης, βρίσκονται ήδη μέσα στα τεχνολογικά μας όρια» δήλωσε ο Γουόλς.

Ένα από τα πιο εντυπωσιακά στοιχεία της πρότασης είναι ότι η συνολική μάζα του αερίου που απαιτείται αντιστοιχεί μόλις στο ένα εκατομμυριοστό της μάζας μιας τυπικής στεμματικής εκτίναξης μάζας, κι όμως μπορεί να μειώσει την ισχύ της σχεδόν στο μισό.

Προκλήσεις και κόστος

Πριν όμως το StormWall γίνει πραγματικότητα, υπάρχουν αρκετά ζητήματα που πρέπει να διερευνηθούν. Όπως συμβαίνει και με άλλα έργα γεωμηχανικής, υπάρχουν ανησυχίες για πιθανές απρόβλεπτες επιπτώσεις στο περιβάλλον. Οι ερευνητές εκτιμούν πάντως ότι το ιονισμένο αέριο δεν θα επηρεάσει τη μαγνητόσφαιρα ή την ανώτερη ατμόσφαιρα της Γης. Μετά την ανάπτυξή του, το νέφος πλάσματος θα διαλυθεί γρήγορα και θα παρασυρθεί μακριά από τον πλανήτη από τον ηλιακό άνεμο.

Ένα ακόμη σημαντικό ζήτημα είναι το οικονομικό κόστος. Οι δορυφόροι του StormWall, εξοπλισμένοι με τεράστιες δεξαμενές αερίου, θα συγκαταλέγονται στα βαρύτερα διαστημικά οχήματα που έχουν ποτέ εκτοξευθεί και πιθανότατα θα απαιτήσουν τη χρήση υπερβαρέων πυραύλων όπως ο Super Heavy της SpaceX. Αν και δεν υπάρχει ακόμη ολοκληρωμένη οικονομική μελέτη, το συνολικό κόστος εκτιμάται ότι θα ανέλθει σε αρκετά δισεκατομμύρια δολάρια.

Οι ερευνητές, ωστόσο, υποστηρίζουν ότι το ποσό αυτό είναι μικρό σε σύγκριση με τις πιθανές ζημιές μιας υπερκαταιγίδας. Η ηλιακή καταιγίδα του Μαΐου 2024 προκάλεσε απώλειες περίπου 500 εκατομμυρίων δολαρίων μόνο στους Αμερικανούς αγρότες, λόγω προβλημάτων στα συστήματα GPS.

Αντίθετα, μια καταιγίδα αντίστοιχη με το Συμβάν Carrington εκτιμάται ότι θα μπορούσε να προκαλέσει ζημιές έως και 3,4 τρισεκατομμυρίων δολαρίων. Υπάρχει επίσης το γεγονός ότι το StormWall είναι ουσιαστικά σύστημα μίας χρήσης. Αφού αδειάσουν οι δεξαμενές αερίου θα πρέπει να επαναγεμιστούν ή να αντικατασταθούν αυξάνοντας σημαντικά το λειτουργικό κόστος.

Παρ’ όλα αυτά, αρκετοί ανεξάρτητοι ειδικοί θεωρούν ότι η ιδέα είναι τόσο ρεαλιστική όσο και ιδιαίτερα ελπιδοφόρα. Η Άλισον Τζέινς επίστημονας Διαστημικής Φυσικής στο Πανεπιστήμιο της Αϊόβα χαρακτήρισε την πρόταση «εξαιρετικά καινοτόμο» και εκτίμησε ότι «φαίνεται απολύτως εφικτή στο άμεσο μέλλον».

Από την πλευρά του, ο David Sibeck, επικεφαλής του τμήματος Ηλιοφυσικής στο Κέντρο Διαστημικών Πτήσεων Goddard της NASA, δήλωσε: «Αν γνώριζα ότι πλησιάζει μια γεωμαγνητική διαταραχή που συμβαίνει μία φορά στα εκατό χρόνια και θα μπορούσε να καταστρέψει τα ηλεκτρικά δίκτυα τότε σίγουρα θα ήθελα να υπάρχει ένα τέτοιο σύστημα προστασίας»

Naftemporiki.gr