סערות השמש והשפעתן על כדור הארץ

 

סערות השמש והשפעתן על כדור הארץ

מאת אבי בליזובסקי

כך אומר ד"ר עופר כהן ממצפה הארוורד-סמיתסוניאן, במהלך יום עיון "מחזור השמש מס' 24 והשפעתו על תשתיות קרקעיות וחלליות" שהתקיים אתמול באוניברסיטה הפתוחה

"עדיין קשה לנו לחזות את מחזור השמש משום שאיננו מבינים עד הסוף כיצד הוא פועל" כך טוען ד"ר עופר כהן מהמכון לאסטרופיזיקה של הארווארד סמיתסוניאן, במסגרת יום עיון שכותרתו "מחזור השמש מס' 24 והשפעתו על תשתיות קרקעיות וחלליות". האירוע אורגן על ידי מחלקת מעו"פ של אגף התקשוב, האוניברסיטה הפתוחה, מפא"ת, מינהלת החלל של משהב"ט ומכון פישר למחקר אסטרטגי אוויר וחלל. מטעם האוניברסיטה הפתוחה ארגן את הכנס פרופ' יואב יאיר.

 
ביום העיון השתתפו נציגים של תעשיות החלל בארץ שהלווינים והציוד האלקטרוני שבתוכם המיוצר בתעשיות אלה, סובלים מתלאות החלל – הפרשי טמפרטורות גדולים, ריק, ובעיקר קרינה מיננת בממדים שלא מוכרים בשום יישום אלקטרוני אחר על פני כדור הארץ.
שטפי קרינה חזקים פוגעים בלווינים כאשר התפרצויות היוצאות מהשמש מגיעות אל סביבת כדור הארץ. על כוכב הלכת עצמו מגינה חגורת הקרינה – חגורת ואן אלן, אך במקרים קיצוניים, היא לא מסוגלת לעמוד בעומס והשפעת הקרינה זולגת גם אל הקרקע וגרמה במקרים מסוימים להפסקות חשמל קיצוניות.
 
"אני עובד על מודלים של חיזוי מזג אוויר חללי, לפי דעתי אנו עדיין לא מבינים עדיין כיצד פועל מחזור השמש ואנחנו לא יכולים לחזות אותו. המודלים לא מספיק טובים, יכולות המיחשוב לא מספיק מהירות והפיזיקה מסובכת מדי.
באחד השקפים הראיתי תוצאות של פניה מטעם נאס"א לכל החוקרים העוסקים בתחום בהם ביקשה הסוכנות כי יחזו את המחזור הבא תוך שימוש בשיטות חיזוי שונות. התשובות היו מגוונות, חלק אמרו שזה יהיה מאוד חלש וחלק אמרו שזה מאוד חזק והרוב באמצע. התוצאה הזו מראה כמה אנחנו לא מבינים, אנחנו לא במצב שאנחנו יכולים לחזות את המחזור הבא ולהגיד חד משמעית שהוא יהיה חזק או חלש."
 
"אני מציע לחכות שהמודלים יהיו יותר טובים, בעיקר זה תלוי בכוח מיחשוב שככל שהוא משתפר המודלים מתחילים להיות יותר מדויקים, צריכים לעשות פחות הנחות ופחות קירובים והתוצאות קצת יותר מובנות.
חלק מהעבודה שלי היתה פיתוח סימולציות על בסיס אירועים שכבר היו ולהפעיל את הסימולציות החל מרגע ההתפרצות ועד שהיא מגיעה לכדור הארץ וההשוואה עם המדידות כדור הארץ היתה עם שגיאת מדידה סבירה. הקלט למודל היה בין השאר על בסיס לוויני סטריאו וסוהו. זה נתן זמן חיזוי של יומיים במקום שעה שניתם לקבל מלווינים המקיפים את כדור הארץ."
 
לאופטימיות של כהן באשר לשיפור המודלים שותף גם פרופ' לאון הופמן, פרופסור חבר אורח באוניברסיטת תל אביב, העובד בנאס"א ובאוניברסיטה הקתולית בארה"ב. "הצגתי מחקר על התפרצויות מסה מהעטרה של השמש. ההתפרצויות הללו יוצרות הרבה חלקיקים טעונים ושדות מגנטיים שכאשר הם מגיעים לכדור הארץ הם גורמים לסערות מגנטיות והחלקיקים עלולים לגרום נזק ללוויינים, לתקשורת ואפילו למערכות חשמל על כדור הארץ.
המחקר של התופעות הללו הוא לנסות לחזות אותם, לראות באילו איזורים אקטיביים יכולות לקרות ההתפרצויות ולחשב את ההתפשטות שלהם בחלל ואחר כך את ההשפעות על השדות המגנטיים של כדור הארץ ועל הסערות המגנטיות."

 
"השורה התחתונה היא שיש לנו כרגע צי של לוויינים שנותן לנו מידע שבו אפשר להשתמש לבניית המודלים וכיום יש התקדמות רבה בבניית מודלים שמאפשרת לעשות חיזוי וכרגע כבר קיים חיזוי אבל הוא לא מספיק מדויק אבל המחקר מתמקד בדרכים לשפר את החיזוי ולנתח איזה נתונים חדשים צריך בחלל כדי לשפר את החיזוי. בניגוד לאטמוספירה שבה יש לנו רק אוויר ומים, בחלל יש גם שדות מגנטיים בנוסף לחומר, החומר ברובו נייטרלי אבל יש גם חלקיקים טעונים והוא מגיב לשדות המגנטיים המודלים הרבה יותר מורכבים מבחינה חישובית.
ובנוסף, מכיוון שאנחנו עוסקים בחלל המדידות יותר קשות כי אין לנו משהו המקביל לתחנות הקרקע. הלוויינים הם לא כל כך רבים כמו תחנות קרקע. היום מספר הלווינים גדל באופן דרמטי אבל עדיין יש מקום לשיפור. יש התקדמות אבל עדיין יש מקום לשיפור כדי למנוע את הנזקים של התופעות הללו."
 
דן ווילינג מהמעבדה הלאומית לוס אלמוס הציג את הנסיון שעשתה קבוצה בראשותו למצוא את הקשר בין תקלות בלווינים למספר סערות השמש המתרחשות באותו הזמן. "עשינו נסיון לכמת את השפעת מזג החלל על הפעלת לווינים. אנחנו עושים זאת באמצעות נסיון לבצע התאמה בין כשלים של לווינים לאירועי מזג אוויר חללי. השורה התחתונה – נראה שזו משימה קשה, ודברים רבים נראים תואמים עם כשלון הלווינים, החל מהחשיפה ארוכת הטווח וכלה באירועי קרינה בחלל, ועד להשפעת אירועים נקודתיים של יון בודד שפגע ברכיב אלקטרוני קריטי.
 
מבדיקת כ-5,000 תקלות מצאנו קשר כזה אבל קשה לכמת אותו משום שבכמה מדדים מצאנו קשר ובכמה לא. נראה שיש קורלציה גבוה בין אחוז גדול מהתקלות לבין אירועי מזג אוויר חללי אבל קשה לפרט את התהליך הספצפיפי שבעקבותיו התקלה קרתה.
 
סא"ל (מיל.) מאיר מועלם, מחברת Multimodis: מקרי מבחן של תקלות מערכות חלליות תיאר מקרים בולטים של השפעה לרעה של קרינה מיננת על לווינים. ב-1962 ביצעה ממשלת ארה,ב ניסוי גרעיני בגובה 400 קילומטרים – סטארפיש שמו. במסגרת הניסוי רצו האמריקנים לראות אם הם יכולים להשפיע על חגורת ואן אלן, ומסתבר שהם הצליחו, ובמשך שמונה חודשים לאחר הפיצוץ נרשמו רמות גבוהות של קרינה בכדור הארץ. לווין טלסטר ששוגר יום אחרי הפיצוץ חלף בענן הקרינה שנותר במקום וזמן חייו קוצר משמעותית.
 
דוגמה נוספת לקרינה שלא מהשמש היתה סדרת לווינים סוביטים שנקראה רורסאט, שהיו לוויני מכ"ם סובייטיים ששוגרו בשנת 1980 ושהונעו על ידי כור גרעיני. מסתבר שהקרינה שלהם השפיעה על לווינים אחרים שחלפו במסלולים קרובים אליהם, ובהם בין היתר סולאר-מקס של נאס"א שחיישניו שובשו בכל פעם שעבר בקרבת לוויני רורסאט גם הלווין קומפטון שחקר את היקום, התקשה מאוד לעבוד בסביבת רורסאט. בנאס"א הופתעו מרמות הקרינה שלא התכוננו אליהם.
 
הקרינה בחגורת הקרינה המקיפה את צדק השביתה כליל את מכשירי פיוניר 10 ושיבשה את מכשירי פיוניר 11 שביקרה שם כעבור שנה.
 מקרים נוספים של תקלות בחלל הם התנגשויות בין לווינים לזבל חלל, כמו במקרה של הלווין CERISE או תקלות קצרים.
 
וכמובן תקלות רבות אירעו כתוצאה מאירועי קרינה, מועלם נתן מספר דוגמאות ובראשן מקרה לוויני התקשורת גלקסי 15.