اثرات فعالیت‌های خورشیدی بر سیستم‌های الکتریکی و مخابراتی زمین

دانشیار گروه فیزیک فضا(متخصص پلاسمای فضایی) دانشگاه تهران با بیان این‌که فعالیت‌های شدید مغناطیسی خورشید و فوران‌های عظیم همراه آن سیستم‌هایی با ماهیت الکتریکی، الکترونیکی، رسانایی الکتریکی، مخابراتی و انتشار امواج الکترومغناطیسی در سطح زمین را تحت‌تأثیر قرار می‌دهد، گفت: خورشید بطور مداوم ذرات باردار الکتریکی عمدتاً الکترون‌ها و پروتون‌ها را تحت‌عنوان باد خورشیدی در فضای میان سیاره‌ای گسیل می‌کند.

دکتر محمدجواد کلائی، رئیس بخش تحقیقاتی فیزیک خورشیدی و نجوم دانشگاه تهران در گفت‌وگو با ایسنا اظهار کرد: اما این فعالیت‌ها(بادهای خورشیدی و گسیل ذرات باردار الکتریکی عمدتاً الکترون و پروتون) با یک نرخ و شدت ثابت صورت نمی‌گیرد و بعضاً شاهد فعالیت‌های شدید از خورشید هستیم که معمولاً با فعالیت‌های مغناطیسی شدید و فوران‌های عظیم همراه است.

وی با بیان این‌که جامعه امروز بشر به‌شدت به سیستم‌های فناورانه پیشرفته مانند مخابرات و ناوبری اغلب در فضا وابسته هستند، افزود: از این‌رو بررسی شرایط و تغییرات در فضایی که این ماهواره‌ها به دور زمین می‌گردند، مهم است و همواره این پرسش به اذهان متبادر می‌شود که آیا تأثیراتی بر چنین سیستم‌هایی وجود دارد یا خیر؟ ما از اختلالات ژئومغناطیسی در این‌باره صحبت می‌کنیم.

ماهواره‌ها و شبکه‌های برق در سطح زمین سیستم‌های مستعد اختلالات ژئومغناطیسی فضا

دانشیار گروه فیزیک فضا دانشگاه تهران گفت: ماهواره‌ها و شبکه‌های برق روی زمین سیستم‌های مستعد اختلالات ژئومغناطیسی هستند، این اختلالات توسط نزدیک‌ترین ستاره به ما، یعنی خورشید، ایجاد می‌شود. به‌طور کلی پذیرفته شده است که اصطلاح اقلیم فضایی به شرایط متغیر زمانی در محیط فضا اشاره دارد که ممکن است بر سیستم‌های تکنولوژیکی مبتنی بر فضا یا زمین تأثیر بگذارد.

دکتر کلائی با بیان این‌که فوران‌های عظیم خورشیدی مقادیر فراوانی ذرات پرانرژی را در فضای میان سیاره‌ای پرتاب می‌کنند، خاطرنشان کرد: از آنجایی که این ذرات باردار ماهیت الکتریکی دارند و جریان باد خورشیدی حامل میدان مغناطیسی است، طبیعی است که انتظار داشته باشیم سیستم‌هایی با ماهیت الکتریکی، الکترونیکی، رسانایی الکتریکی، مخابراتی و انتشار امواج الکترومغناطیسی را تحت‌تأثیر قرار ‌دهد.

وی با بیان این‌که حوزه فیزیک خورشیدی و رابطه «خورشید – زمین» که اکنون اقلیم فضایی(یا آب و هوای فضایی)  نامیده می‌شود، به سرعت در حال تکامل است، افزود: اقلیم فضایی به خودی خود در سال‌های گذشته توجه بیشتری را به خود جلب کرده است، چون جامعه بشری بیش از پیش به ماهواره‌هایی وابسته شده‌اند که در برابر شرایط مختلف فضا آسیب‌پذیر هستند.

رئیس بخش تحقیقاتی فیزیک خورشیدی و نجوم دانشگاه تهران تصریح کرد: خلاصه این‌که فعالیت‌های خورشیدی بطور مستقیم و غیر مستقیم می‌تواند باعث اختلال و آسیب در این قبیل سیستم‌ها شود.

صدمه به خطوط جهانی اینترنت بر اثر تغییرات نرخ یونیزاسیون یونسفر ناشی از فعالیت‌های شدید خورشید

دکتر کلائی توضیح داد: منظور از تأثیر مستقیم این است که سیستم مستقیماً در معرض و برخورد قرار گیرند مانند کاوشگرها، سفینه‌های فضایی، ماهواره‌ها و منظور از غیرمستقیم این است که به‌واسطه تغییراتی که در محیط به‌علت این فعالیت‌ها صورت گرفته تحت‌تأثیر واقع می‌شوند، به‌عنوان نمونه تغییراتی که در «مگنتوسفر» و «یونسفر» بر اثر فعالیت‌های شدید خورشید صورت می‌گیرد، می‌تواند باعث تغییراتی در پیکربندی مگنتوسفر، قدرت میدان مغناطیسی، تغییرات در نرخ یونیزاسیون یونسفر و تغییرات در جریان‌های الکتریکی جوّ شود.

وی افزود: این تغییرات در فضا و جوّ باعث تغییرات در سیستم‌های ناوبری، مخابراتی، سیستم‌های موقعیت‌یاب جهانی و خطوط نیرو می‌شود. همچنین جریان‌های القایی که در زمین ایجاد می‌شود، می‌تواند به صدمه به خطوط لوله و همچنین خطوط جهانی اینترنت منجر شود.

شماری از سیستم‌هایی که تحت‌تاثیر فعالیت‌های خورشیدی قرار می‌گیرند

راه‌اندازی رصدخانه‌های فضایی برای کسب اطلاعات دقیق از فعالیت‌های خورشیدی

دانشیار گروه فیزیک فضا دانشگاه تهران با بیان این‌که دانشمندان برای به حداقل رساندن اثرات تخریبی طوفان‌های مغناطیسی در دو زمینه فعالیت می‌کنند، گفت: نخست در زمینه تکنولوژی و حفاظت کردن سیستم، بدین معنا که با توجه به فیزیک این اثرات، می‌کوشند مواد و تکنیک‌هایی را به کار برند که نقش محافظتی را داشته باشد، در این میان متخصصان فیزیک فضا با همکاری متخصصین فیزیک سطح و مواد می‌توانند نقش ایفا کنند.

دکتر کلائی برنامه دوم را پیش‌بینی این وقایع دانست که در حال حاضر شمار فراوانی محقق و دانشمند در این زمینه مشغول تحقیق هستند و خاطرنشان کرد: برای این منظور به اطلاعات رصدی دقیق از فعالیت‌های خورشیدی نیاز است، در همین راستا مشاهده می‌کنید که علاوه‌بر رصدخانه‌های زمینی، در سال‌های اخیر کاوشگرها و رصدخانه‌های فضایی متعددی برای زیر نظر گرفتن فعالیت‌های خورشیدی و مطالعه فرآیندهای فیزیکی آن از جمله در ارتباط با میدان مغناطیسی و فوران‌های خورشیدی، به فضا پرتاب شده‌اند.

وی توضیح داد: دانشمندان با استفاده از داده‌های رصدی می‌کوشند مدل‌هایی ارائه دهند که بتواند هر چه بهتر این وقایع را پیش‌بینی کند و نتایج بدست آمده را در اختیار ارگان‌های مربوطه قرار دهند تا تمهیدات لازم بعمل آید.

دانشیار گروه فیزیک فضا دانشگاه تهران افزود: به‌عنوان نمونه اطلاعات در اختیار ارگان‌های ناوبری از جمله فرودگاه‌ها قرار می‌گیرد که در فلان روز یا ساعت سیستم‌های ناوبری و یا ارتباط بین برج مراقبت و هواپیماها مختل خواهد بود و ارگان مربوطه برنامه‌های پرواز را با توجه به این اطلاعات تنظیم می‌کند. به‌عنوان یک نتیجه این‌که شرط اول و لازم، شناخت محیط فضایی است.

تأثیر سوء فعالیت‌های شدید خورشیدی بر روی موجودات زنده از جمله انسان

دکتر کلائی تصریح کرد: در فعالیت‌های شدید خورشیدی علاوه‌بر تغییراتی که در انرژی و چگالی ذرات باردار صورت می‌گیرد، تغییرات در شدت تابش امواج الکترومغناطیسی از جمله فوتون‌های اشعه ماوراءبنفش و اشعه ایکس هم صورت می‌گیرد.

"یکی از اصلی‌ترین آن‌ها مربوط می‌شود به شمار لکه‌های خورشیدی که به‌نوعی نشان‌دهنده فعالیت آن و تغییرات میدان مغناطیسی در محل آن‌هاست"این تابش‌ها نه تنها می‌تواند برای موجودات زنده از جمله انسان اثر سوء داشته باشد(تأثیر بر روی پوست، چشم، سیستم ایمنی بدن، دی ان ای و ژنتیک) بلکه بر روی میزان یونیزاسیون جوّ یا همان لایه یونسفر تأثیر مستقیم دارد، علاوه‌بر آن بر روی شیمی جوّ از جمله لایه ازون تأثیر می‌گذارد.

وی با بیان این‌که جوّ دارای لایه‌های مختلفی است و لایه «ترموسفر» از لایه‌های فوقانی آن محسوب می‌شود، گفت: این لایه مستقیماً تحت‌تأثیر فوتون‌های یونیزه‌کننده و فرآیندهای «مگنتوسفری» است، اثرات این فوتون‌ها و ذرات باردار الکتریکی می‌تواند به فرآیندهای شیمیایی از جمله تجزیه مولکول‌ها و نیز گرمایش منجر شود.

رئیس بخش تحقیقاتی فیزیک خورشیدی و نجوم دانشگاه تهران، خاطرنشان کرد: در نتیجه طبیعی است سیستم زیستی هم جدا از سیستم زمین خورشید نیست و مستقیم و یا غیرمستقیم می‌تواند تحت‌تأثیر واقع شود. شاخه‌ها و سیستم‌هایی چون  فضاپیما و هواپیما، سیستم‌های ارتباطی، شبکه‌های توزیع برق و خطوط لوله، اکتشاف نفت و مواد معدنی، خطرات سلامتی انسان و تأثیر اقلیم فضایی بر تغییرات آب و هوا به‌شدت به اقلیم فضایی وابسته هستند.

امید دانشمندان به استفاده از انرژی‌های الکترومغناطیسی اقلیم فضایی در جهت سفرهای فضایی و تولید انرژی

دکتر کلائی در پاسخ به این پرسش که آیا می‌توان در آینده از این تغییرات استفاده بهینه کرد، یادآور شد: شکی نیست که دانشمندان با شناخت بهتر محیط و فرایندهای فیزیکی در آینده بشر به چنین استفاده‌هایی دست یابند و بتوانند آن را کنترل و مورد بهره‌برداری قرار دهند. ممکن است در آینده از بادهای میان سیاره‌ای یا میان ستاره‌ای، انرژی‌های الکترومغناطیسی موجود در فضا در جهت سفرهای فضایی، تولید انرژی یا ایجاد نیروی پیشران استفاده شود، باید به یاد داشته باشیم که علم، قدرت فکر و خلاقیت انسان هرگز متوقف نمی‌شود.

وی افزود: باید توجه شود که فعالیت‌های خورشیدی جنبه‌ها و اشکال متفاوتی دارد. یکی از اصلی‌ترین آن‌ها مربوط می‌شود به شمار لکه‌های خورشیدی که به‌نوعی نشان‌دهنده فعالیت آن و تغییرات میدان مغناطیسی در محل آن‌هاست. این نوع فعالیت طی یک دوره حدودا ۱۱ ساله تغییر می‌کند که تقریبا در سال ۲۰۲۰ در کمینه خودش بوده و در حال حاضر بتدریج رو به افزایش است و پیش‌بینی می‌شود در سال ۲۰۲۵ به بیشینه خودش نزدیک شود.

لازم بذکر است این الزاما بدان معنا نیست که در زمان کمینه فوران‌های شدید رخ نمی‌دهد.

متوسط ماهانه تعداد لکه‌های خورشیدی. خط ممتد قرمز پیش‌بینی این تعداد را نشان می‌دهد (NOAA)

دانشیار گروه فیزیک فضا دانشگاه تهران خاطرنشان کرد: اهمیت این علم (فیزیک فضا) چه از نظر تأثیرات و چه از نظر کاربردی در سطح جهانی مطرح است و نظر مسئولان جهت ایجاد و گسترش این علم و تأمین دستگاه‌های سنجش مربوطه را برای کشورمان خواستارم.

انتهای پیام