Megbolonduló okostelefonokat hozhat az erősödő naptevékenység

Áramkimaradás, kommunikációs problémák és a helymeghatározás zavarai jelentkezhetnek, amikor egy-egy hatalmas, a Napból kidobott plazmafelhő telibe találja a Földet. A következő években egyre több ilyen eseményre kell számítanunk: a már most is sok napkitöréssel járó, aktuális maximumát 2013-ban elérő naptevékenység egyre komolyabb veszélyt jelent technikai civilizációnk mindennapi eszközeire.

A legnagyobb földi bombák erejét messze meghaladó robbanások zajlanak a Nap felszínén. A kirepülő izzó részecskefelhők időnként eltalálják a Földet, aminek következtében romlik a rádiókapcsolat, nem tudnak pontosan irányt követni a repülőgépek, és áramszünet sújthat egész városokat. Korábban csak sci-fi filmekben látott jelenetek ma már az elektronikus technológiával sűrűn átszőtt hétköznapjainkban is elképzelhetők.

Mit kapunk a Napból?

Csillagunk legaktívabb időszaka a jelenlegi napfoltciklusban 2013-ra várható. A naptevékenység és az ezzel kapcsolatos részecskesugárzások esetében két hasonló nevű, de eltérő jelenség említendő. Ezek a napkitörések (napflerek) és a koronakitörések, amelyek csillagunk felszínén és légkörében zajlanak, alkalmanként pedig bolygónkon is érezhető a következményük.

• A napflerek egyértelmű előjel nélkül, váratlanul lépnek fel - igaz néhány megfigyelés utalhat a várható jelenségre, amelyek általában nagy napfolthoz, aktív területhez kapcsolódnak. A jelenség elején protonok lökődnek ki a fénysebességnek közel harmadával csillagunkról, ezeket néhány perccel később kisebb energiájú részecskék követik. A jelenség során intenzív röntgensugárzás is fellép, ennek van a legkellemetlenebb hatása bolygónkra, a légkörben főleg az ionoszférát befolyásolja (ionoszférának nevezzük a felsőlégkör körülbelül 80 és 600 kilométer közötti tartományát, ahol a kis gázsűrűség miatt tartósan tudnak töltött állapotban maradni a részecskék, erősen befolyásolva a rádióhullámok haladását).
• A koronakitörések keretében több milliárd tonnányi anyag hagyhatja el csillagunkat a fénysebességnek közel 1 százalékával. Ezek a felhők szerencsétlen esetben 1-3 nap alatt elérik és eltalálják bolygónkat. Itt a magnetoszférának ütköznek, és a Föld mágneses terével kölcsönhatásba lépve változatos, kellemetlen és egyben tartósabb következményeket okozhatnak, mint a napflerek.

Egy koronakitörés és részecskéinek megérkezése a Földhöz (NASA)

A fenti jelenségek miatt a Földön és környezetében fellépő problémák nemcsak a műholdak működését vagy az asztronauták munkáját befolyásolják, hanem hétköznapi életünkre is hatással lehetnek.

Navigációs problémák

Már a modern helyzetmeghatározó GPS-ek létezése előtt is okozott navigációs problémát a földi mágneses térnek a naptevékenységgel kapcsolatos változása, amikor bizonytalanabbá válik az északi irány meghatározása. A GPS-műholdak használata felváltotta az iránytűt, sokkal pontosabb, de egyben érzékenyebb eszközt adva kezünkbe.

A naptevékenységnek a GPS-rendszerre kifejtett hatását már évek óta vizsgálják. 2006. szeptember 7-én az ionoszférában lévő plazmát tanulmányozták, többek között GPS-vevőberendezés segítségével. A megfigyelés alatt egy napkitörés során drasztikusan lecsökkent a vevő által fogott, pontosabban felismert jel erőssége. A jelenséget az amerikai és a brazil légierő hasonló vevőberendezéseivel rögzített adatokból utólagos elemzéssel is azonosították. A probléma egyszerre jelentkezett a vevőberendezésekben bolygónk nappali oldalán, ahol alkalmanként közel felére esett a fogott jelek erőssége. Eszerint az intenzív naptevékenység csökkentheti a GPS használhatóságát és a helymeghatározás pontosságát, mivel az ionoszférán áthaladó GPS jelek effektív úthossza módosul a megváltozott elektronsűrűségtől.

Filmfelvétel egy protuberanciáról, a csillagunkról kilövellt gáztömegről (NASA)

A jelenség során a napkitörésektől megnő az 1,2 és 1,6 gigahertz közötti tartományban jelentkező rádiósugárzás intenzitása. Az erős rádióimpulzusok a vevőberendezéseket megzavarják, és azok ettől elveszthetik a kapcsolatot a műholdakkal. A kutatók szerint a probléma azért nem tűnt fel korábban, mert a GPS-rendszer világméretű elterjedésének idején (3-5 évvel ezelőtt) alacsony volt a naptevékenység intenzitása, most azonban - az újabb napfoltmaximum felé közeledve - nőhet mindennek a jelentősége.

A felhasználók többségénél a GPS-jelnek egy-egy ritkán előforduló és rövid ideig tartó kiesése nem okoz súlyos problémát. Azonban néhány területen akár veszélyt is eredményezhet a jelenség. Szerencsétlen esetben súlyos következményekkel járhat egy rövid kiesés, ha például eközben éppen rossz időjárási körülmények között próbál landolni egy repülőgép - főleg mert a hagyományos helymeghatározási módszerek használata a GPS előretörésével egyre inkább a háttérbe szorul. Lehetséges megoldás lenne, ha a vevőket olyan szoftverekkel is felszerelnék, amelyek sikeresebbek a gyengébb jelek vételében, mint ma használt társaik.

Távközlési nehézségek

A földi, rádióhullámokkal folytatott távközlésben az ionoszféra (erős visszaverő-képességével) kulcsszerepet játszik az adások továbbításában. Ebben a légköri rétegben gyors változások léphetnek fel a naptevékenységgel kapcsolatban, amely a rádióhullámok terjedését módosítja. Csillagunk felerősödő röntgensugárzásának hatására elsősorban az úgynevezett D-rétegben magasabb szintű ionizáltság jelentkehet. A néhány órán keresztül tartó jelenség csak a Föld nappali oldalán észlelhető, ellenben a geomágneses viharok az egész bolygót érintik.

Geomágneses viharok: a földi mágneses térben támadt átmeneti heves változások és zavarok, amelyek a bolygóközi térből származnak, és a bolygóközi mágneses térrel, tehát a napszélben utazó töltött részecskékkel kapcsolatosak. A csillagunkból áramló töltött részecskék sebessége, térbeli sűrűsége változó, ezzel kapcsolatban pedig módosulhat a Föld magnetoszférájának a kiterjedése, a benne lévő töltött részecskék mennyisége.

A rádiókommunikációt az nehezíti, hogy megemelkedik az ionoszféra által visszatükrözött rádiójelekben a háttérzaj szintje. Bár egy-egy napkitörés intenzív röntgensugárzása csak percekig tart, az ionoszféra lassabban áll vissza a korábbi szintre, ezért a rádiózavarok órákig is elhúzódhatnak. A hatás elsősorban a rövid hullámhosszú hírközlést, amatőr rádióadásokat és a hajókkal folytatott kommunikációt nehezíti, de a hadsereg rádióadásait is erősen befolyásolja.

Veszélyes sugárzások a repülőgépeken

A földfelszíntől távolodva alkalmanként veszélyes szint közelébe emelkedhet a sugárzás intenzitása. A Nemzetközi Űrállomás fedélzetén dolgozó űrhajósok már átlagosan a dupláját szenvedik el annak a sugárterhelésnek, ami a földfelszínen jellemző. Például egy 1989 végén jelentkező napkitörés nyomán a Mir űrállomáson mindössze néhány óra alatt egy teljes évi sugárzásmennyiséget kaptak az asztronauták. A Napból származó, hasonló intenzitású sugárzást a holdutazók talán túl sem éltek volna kísérőnk felszínén, mivel akkor a Föld mágneses védőpajzsán kívül tartózkodtak - de szerencsére ilyen esemény akkor nem történt.

Veszélyes anyagfelhő indul a Napból, animáció (NASA)

A 8-10 kilométer magasan haladó utasszállító repülőgépek esetében is jelentősen megemelkedhet a sugárterhelés. Ilyen szempontból a gépek személyzete van a legveszélyesebb helyzetben. Itt is a magas földrajzi szélességen haladó gépeknél nagyobb a sugárterhelés, ahol sok mágneses erővonal tér vissza a Föld felszíne irányába. Az eddig készült felmérések alapján előre nehéz pontosan megbecsülni, hogy adott kitörés mekkora többletsugárzással jár, de az esetek nagyobb részében egy enyhébb röntgenvizsgálat dózisát sem lépi túl a szint.

Gondok az áramellátásban

Meglepő, de a naptevékenység az áramellátást is befolyásolhatja. Az Egyesült Államok nagy területű elektromos hálózatában már több alkalommal is támadt probléma emiatt, a legsúlyosabb formában 1859-ben, 1921-ben, 1989-ben és 2003-ban jelentkezett. Az ionoszférában fellépő zavarokat antennákhoz hasonlóan "átveszik" a földfelszíni elektromos kábelek, és áram generálódik bennük. A fő veszély a nagyfeszültségű átalakító transzformátoroknál jelentkezik. Az ionoszférikus áramok intenzitása és iránya a geomágneses viharok idején erősen váltakozik, ami változó áramokat kelt a távvezetékben, ez pedig a transzformátorokban igen nagy töltéshalmozódást eredményez, ami pedig hibás üzemeléshez és túlhevüléséhez vezet. A túlterhelt transzformátorok zárlatot okozhatnak, és egyes vezetékek kieshetnek a szolgáltatásból, áramkimaradást létrehozva. Emellett a transzformátorok tönkremennek, ami komoly anyagi kárral jár.

A legnagyobb veszély a sarkvidékhez közeli területeken jelentkezik, ahol sok mágneses erővonal tér vissza meredek szögben a Föld felszínének irányába, amelyek mentén ilyenkor az átlagosnál több töltött részecske mozog. A védekezési módszerek között említhető az ellenállóbb alkatrészek készítése, ami igen drága megoldás. Olcsóbb például a kritikus időszakban a geomágneses tevékenység indukálta áramok blokkolása megszakítókkal - ez ugyanakkor gazdasági károkat, például gyárakban termeléskiesést okozhat.

Az 1989-es nagy geomágneses vihar

A legnagyobb modern kori geomágneses zavar és ettől az elektromos rendszerben fellépő probléma 1989. március 13-án történt. Három nappal korábban figyeltek meg egy napkitörést, amely átmenetileg kommunikációs zavarokkal járt a rádióadásokban, a fent említett ionoszféra-zavarok révén. A fő probléma azonban akkor jelentkezett, amikor a robbanáshoz kapcsolódó koronakitörés is elérte a Földet. Az elektromos energiaellátó vezetékek hálózatában indukált áramok és feszültségkülönbségek miatt Quebec térségében 6 millió ember maradt áram nélkül 9 órán keresztül, néhol akár egy egész napig is.

A szakértők szerint csak a szerencsén múlott, hogy Észak-Amerikára korlátozódott a probléma. Az Egyesült Királyságban két transzformátort tett tönkre ez a mágneses vihar. Ugyanekkor néhány műholddal több órára elveszett a kapcsolat. A TDRS-1 műhold például 250 olyan nagyenergiájú részecske beütését érzékelte, amelyek károsíthatták elektronikus berendezéseit. A Discovery űrrepülőgép egyik hidrogéncellájában átmenetileg abnormálisan magas belső nyomás jelentkezett, ami nyom nélkül megszűnt a jelenség után.

Az elektromos áramellátásban fellépő problémák nemcsak anyagi veszteséggel járnak, de vészhelyzetet is okozhatnak olyan gyáraknál vagy nukleáris erőműveknél, ahol a folyamatos áramellátás kulcsfontosságú. Az USA-ban a New Jerseyben található Salem nyomottvizes atomreaktornál például a fent említet 1989-es koronakitörés okozta áramszünet kisebb túlhevülést is eredményezett, a hűtőfolyadékot áramoltató rendszernél fellépett áramkimaradás következtében.

A modern elektromos rendszerek egyrészt érzékenyebbek, mint az egy évtizeddel ezelőttiek, és sokkal több helyen használják is őket, mint az előző naptevékenység maximuma idején. Ennek megfelelően könnyen lehetséges, hogy a jelenlegi napfoltmaximum súlyosabb következményekkel, gazdasági károkkal fog járni, mint a korábbiak - bár egy elég mély minimum után a lassan erősödő naptevékenység intenzitása lehet, hogy elmarad a várható maximális szinttől. A földi elektromos rendszerek egyre jobban össze vannak kapcsolva egymással, ennek nyomán megfelelő védelem hiányában a következmények tovább terjedhetnek. Ha most történne egy akkora geomágneses vihar, mint 1921-ben, több mint 130 millió amerikai otthonában lenne áramszünet. A fő veszély az áramszünet mellett, amit a hétköznapi életben megérezhetünk, a GPS-alapú helyzetmeghatározásnál léphet fel, ez pedig az "okostelefonoknál" több egyéb, erre épülő alkalmazásánál járhat hibával.

INTERMAGNET - ugrásra készen

Az INTERMAGNET nevű nemzetközi együttműködés célja, hogy a naptevékenységgel kapcsolatos lehetséges veszélyekről gyorsan tájékoztassa a felhasználókat, lehetőséget adva a reakcióra, megelőzve a komolyabb gondot. A rendszerben Magyarország is részt vesz, amiről az [origo] Wesztergom Viktort, az MTA Széchenyi István Geofizikai Obszervatóriumának vezetőjét kérdezte.

"A mágneses tér változásainak globális megismerésére jól szervezett világhálózatra van szükség. Ezt a szerepet tölti be az INTERMAGNET" - mondta Wesztergom az [origo]-nak. Magyarországon az INTERMAGNET hálózatnak két állomása van: az Eötvös Loránd Geofizikai Intézet Tihanyi Geomágneses Obszervatóriuma, valamint Sopron közelében pedig a Magyar Tudományos Akadémia Széchenyi István Geofizikai Obszervatóriuma. Mindkét állomás valós idejű adatszolgáltatást biztosít a nemzetközi központok felé.

Példa arra, hogy a műholdas technikák, földi megfigyelések és modellezések együttes használata alapján ma már közelítőleg megjeleníthető, hogy a Napból kiáramló részecsketömegnek milyen a térbeli eloszlása és energiasűrűsége. Balra felülnézetből láthatjuk a napszelet, középen és jobbra a Föld környezete kinagyítva figyelhető meg

Wesztergom Viktor elmondta, hogy a napkitörések földi hatásai által leginkább érintett technológiák az űrtechnológia, a navigációs rendszerek, az információ- és energiaátviteli rendszerek. A gazdaságot és a mindennapi életet is a legérzékenyebben a villamosenergia-ellátás zavarai érintik. Egy erősen urbanizált környezetben a villany - némi túlzással - az élet alapvető feltétele. Az intézetet gyakran keresik meg többnyire aktuális napkitörések, különböző sajtóhírek, álhírek kapcsán. Több átfogó tanulmányt készítettek, egyebek mellett a hazai villamosenergia-ellátás biztonsága érdekében a MAVIR részére. Az ELTE Űrkutató Csoportjával közösen fenntartott Reec.hu portálon mindenki számára hozzáférhető, folyamatos tájékoztatást adnak a Föld "környezetének" állapotáról, hiszen ezt a kutatások mellett fontos közfeladatnak is tekintik.

Mennyivel kevésbé veszélyeztetett ország hazánk, mint az észak-európai vagy észak-amerikai államok? Wesztergom Viktor elmondta, hogy a napkitöréseknek az űrtechnológiára, információs technológiákra gyakorolt hatása a földrajzi helyzettől szinte független. Az energiaátviteli rendszerek veszélyeztetettségében viszont szerepet játszik a mágneses pólusokhoz viszonyított földrajzi helyzet. Magas szélességen, a mágneses pólusok közelében a geomágneses viharok sokkal intenzívebbek (a mágneses viharok amplitúdója a mi földrajzi szélességünkön mindössze 20-30%-a azon régió háborgásainak, ahol intenzív sarki fényt is okoz a jelenség). Ennek megfelelően magasabb szélességen az indukált áramok is jóval nagyobbak, amelyek a távvezeték rendszereit károsítják. Mégsem mondhatjuk azonban, hogy Magyarországon nem kell számolni következményekkel, mert az európai villamosenergia-rendszer olyan magas integráltságú - és egyre inkább az lesz -, hogy a legkisebb zavarok is megjelennek az egész hálózatban.

A geomágneses jelenségekről, az ezzel kapcsolatos sarki fényről, valamint egyéb, főleg távcső nélkül az égen látható jelenségekről a spaceweather.com honlapon olvashatunk naprakész információkat.

Mi a sarki fény?

A sarki fény - avagy más néven auróra - a Föld légkörében 100-800 kilométer közötti magasságban kialakuló fényjelenség. A napszélből származó töltött részecskék egy része a Föld mágneses erővonalai mentén a légkörbe jut, és az itt lévő gázokat ütközésekkel sugárzásra gerjeszti. Sarki fény leggyakrabban az északi és a déli 60-75°-os szélességek környékén látható, de erős napaktivitás idején messzebbről, így például Magyarországról is megfigyelhető. A jelenség hátteréről további részletek korábbi cikkünkben olvashatók.

A sarki fény kialakulása. A csillagunkból származó, kifelé áramló részecskék a Földet védő mágneses térrel találkoznak. Nagy részecskesűrűség és a mágneses erővonalak megfelelő helyzete esetén a részecskék egy része bolygónk közelébe jut, és a földi mágneses erővonalak körüli pályára áll, majd onnan magas szélességen a légkörbe kerülhet (NASA)