Nem az a kérdés, hogy eljön-e az elektromos világ vége, hanem az, hogy mikor

Majdnem vége lett a világnak, Megint óriásikat köpött a Nap, Kilenc napra voltunk a digitális világvégétől, 2013-ban jöhet az Armageddon, 2013: az őrjöngő Nap éve. Az előbbi felsorolás csupán pár cikk abból a 194-ből, mely megjelent az Indexen a napkitörések kapcsán. A világ – mint tapasztalhatjuk – 2013 óta még egyben van, a nyolc évvel ezelőtti cikkek által felvázolt szcenáriók viszont újra aktuálisak, Naprendszerünk csillaga ugyanis újabb, tizenegy évig tartó napciklusba lépett, aminek akár végzetes következményei is lehetnek a civilizációnkra nézve, ha egy erősebb napkitörés eltalálja a Földet.

A Nap tizenegy éves ciklusokban változik, a ciklus első három-négy évében a csillag felszínén napfoltok jelennek meg, amik heves napkitöréseket bocsátanak ki. A napkitörések, melyek egyben a Naprendszer legnagyobb energiájú robbanásai, heves plazmarobbanások a csillag fotoszférája fölött – ennek látható kísérői a flerek, a hirtelen erős kifényesedések a Nap felszínén –, és egy-egy ilyen reakció során több milliárd tonnányi anyag hagyhatja el a Napot, ha instabil a napkitörés környéki mágneses tér a csillagon. Ilyenkor a napkorona egy darabja kilökődik az űrbe, innen a jelenség neve is: koronakidobódás, röviden CME a jelenség angol nevének megfelelőjéből (Coronal Mass Ejection). A napkitörések által a bolygóközi térben útjára indított részecskéket a Föld mágneses mezeje többnyire eltéríti, így igazi veszélyt nem jelentenek a bolygónkra. A koronakidobódással kísért napkitörés során azonban a Napból leváló, másodpercenként akár több ezer kilométeres sebességgel haladó plazmafelhő, benne a töltött részecskékkel, mágneses felhővé átalakulva teszi meg útját az űrben. Ezt nevezik napviharnak, ami már potenciális veszélyforrás a földi létre.

Miért lehet veszélyes egy napvihar?

Az, hogy civilizációnkra veszélyt jelenthet egy napvihar, összefügg azzal, hogy társadalmunk rendkívüli mértékben függ az elektromosságtól és az arra épülő elektromos hálózatoktól. Ezek lehetnek globális magasfeszültségű hálózatok vagy akár egy háztartási kenyérpirítót vezérlő chip.

A CME-ket rádiókitörések kísérik, amik zavarhatják a földi rádiós kommunikációt, a radarokat és az elektromos hálózatokat. 1967-ben például majdnem atomháború lett belőle, mert az amerikai légierő azt hitte, a szovjetek zavarják a radarjaikat, miközben egy koronaanyag-kidobódást kísérő rádióhullám volt az igazi felelős. A nukleáris pusztítást az űridőjárás-előrejelző csoportnak sikerült megakadályoznia a katonai vezetésnek még időben leadott szakvéleménnyel.

Ha a Föld a Napból kiszakadó plazma útjába kerül, melynek mágneses polaritása ellentétes a Föld magnetoszférájának mágneses terével, olyan erős geomágneses vihar keletkezhet, ami megzavarhatja, rosszabb esetben teljesen tönkreteheti a navigációt; a mágneses tér ingadozása és a magnetoszférán átjutó részecskék jelenléte pedig kóboráramot indukálhat, ezzel túlterhelve és tönkretéve az elektromos hálózatokat és berendezéseket. Azonos polaritás esetén valamivel gyengébb viharra lehet számítani, mely maximum sarki fény képében jelenik meg. Főként a magasabban fekvő területek vannak kitéve veszélynek egy erős geomágneses vihar esetén, például Kanadában 1989-ben Québec tartomány hatmilliós lakossága maradt fél napra áram nélkül egy napkitörés miatt. Talán a legismertebb geomágneses vihar az 1859-es Carrington-esemény volt. A Napon ekkor több olyan intenzitású fler és koronakidobódás is történt, hogy a töltött részecskék 3-4 nap helyett 18 óra alatt elérték a Földet, tönkretéve a távírórendszert, és akkora sarki fényt generálva, hogy az még a Földközi-tenger szélességén is látható volt.

Az előbbi hatások miatt az is veszélybe kerül, aki nem a Földön (és azon belül a földön) van. A Napból érkező lökéshullám által felgyorsított részecskék károsíthatják a repülőgépeket, az űreszközöket, illetve kockázatot jelentenek ezek személyzetére is. Idén az Index is írt róla, hogy a Nap jelenleg is tartó, 2019-ben kezdődött 25. ciklusa akár veszélybe sodorhatja a NASA Holdra visszatérő Artemis-programját. Az űrben egy napvihar még nagyobb veszélyt jelent, hisz például a Holdon dolgozó asztronautákat vagy a bolygóközi térben repülő űrhajót és legénységét már nem védi a Föld magnetoszférája.

Gyuláról szólnának, ha jön a vihar

Egy napkitörés okozta világvége az egyik a tökéletes bizonyossággal bekövetkező armageddonszcenáriók közül. A napviharok százszázalékos pontossággal kiszámíthatatlan természete miatt éppen ezért rendkívül fontos a globális és lokális rendszerszintű felkészülés, felkészítés. Ennek elősegítésében az űridőjárás megfigyelése kiemelt jelentőségű lehet, például a SAMNet-rendszerrel, aminek része a Magyar Napfizikai Alapítvány által üzemeltetett gyulai Bay Zoltán Napfizikai Obszervatórium is. A megfigyelőállomás jelenleg felújítás alatt áll, az épületet idén novemberben adják át, ha pedig bekerül a jelenleg az Egyesült Királyságban található, nemzetközi kooperációban kifejlesztett és megépített robotnaptávcső is, ez lesz a legfejlettebb megfigyelőállomás a rendszerben.

A SAMNet (Solar Activity Monitor Network, vagyis Mágneses Napaktivitás-megfigyelő Hálózat) alapító obszervatóriumában, Gyulán saját fejlesztésű, a mágneses tér mérésére alkalmas műszerekkel vizsgálják a Nap alsóbb légkörét – a fotoszféra és a kromoszféra között –, ahol azok a nagy energiájú flerek és koronakilövellések keletkeznek, melyek komoly zavarokat okozhatnak a földi életben. A Gyulán végzett munka fő célja a flerek és a napkitörések pontosabb, a jelenleginél jóval megbízhatóbb előrejelzése.

Erdélyi Róbertet, a Sheffieldi Egyetem és az ELTE csillagászprofesszorát, a napkitöréseket vizsgáló nemzetközi kutatócsapat, a SAMNet és a Magyar Napfizikai Alapítvány egyik alapító tagját kérdeztük a napviharokról, a lehetséges felkészülésről és a napviharok földi életre gyakorolt hatásairól.

Ez jelenleg a 25. napciklus, amiben vagyunk. A másfél évszázada gyűjtött adatok alapján a páratlan napciklusoknál az extrém események a második félidőben, a ciklus vége felé következnek be. A napkitörések erősségét ötfokozatú skálán mérik, a különböző betűvel jelzett (A, B, C, M és X) kitörések ereje között tízszeres a szorzó. Nemrég egy X1-es erősségű vihar érte el bolygónkat,  ezt lehetett érezni?

E. R.: Még Magyarországon is, igen. Például földmérő műszerek mentek tönkre, azok a munkák megakadtak egy napra.

Az 1859-es Carrington-esemény hol helyezkedett el a skálán? Igaz, hogy annál jóval erősebb napkitörés is bekövetkezhet?

Az X6–X10-es erősségű lehetett. Azóta is történtek már hasonló erősségű kitörések, sőt pár éve, 2012-ben volt egy, amely erősebb volt, mint a Carrington-fler. A szerencsénk az volt, hogy ez nagyjából 30 fokos szögben elkerülte a bolygónkat. 

Ha ez az űrvihar lecsapott volna a Földre, az súlyos probléma lett volna az áramellátástól kezdve a bankrendszerek működésén át egészen a telefonok, számítógépek, de akár a modernebb mosógépek működéséig. A 19. század közepéig nem jelentett problémát az űridőjárás, akkor lett ez fontos, amikor az emberiség elkezdte kiépíteni az első távírórendszereket. Az 1859-es esemény során a távíróközpontokban dolgozók lehetnek az első ismert áldozatai az űridőjárásnak. De ilyenkor nemcsak a közvetlen, hanem a közvetett kárt is nézni kell.

Mit használnak a vizsgálatokhoz és az előrejelzésekhez? Nemrég például dr. Korsós Marianna kollégájával a mesterséges intelligencia felhasználhatóságának és alkalmazhatóságának határait vizsgálták.

Az EU-nak jelenleg ez az egyik legfontosabb kutatási iránya, az űridőjárás igen aktuális kérdés, hiszen szeretnénk kimozdulni a Földről, felfedezni a Naprendszert. Azt pedig nem szeretnénk, hogy az űrhajósok félúton megsüljenek.

Akárhogy is szeretnénk, hogy ne így legyen, a Nap egy teljesen átlagos csillag, ami ugye nem is az univerzum közepén van. A Napban van mágneses tér, ennek van egy ciklikus változása. A Napon lévő mágnesesség egyik jele, hogy a felszínén megjelennek mágnesesen erősebb, sötétebbnek látszó régiók, konyhanyelven ezeket hívjuk napfoltoknak. Ezek az indikátorai annak, hogy ott a mágneses tér erősödik. Ahogy pedig a napciklus halad az időben előre, ezek a napfoltok és napfoltcsoportok úgy a 40-50. szélességi kör magasságából elkezdenek a Napon egyre lejjebb megjelenni, közelebb kerülni a Nap egyenlítőjéhez. Ezeket lehet ábrázolni a pillangódiagram (Maunder-diagram) segítségével.

Ahol sok napfolt van, az egy aktív régió, ez a bölcsője ezeknek az igen heves és nagy energiájú kitöréseknek. Ha nagyon össze van keveredve a pozitív és negatív mágneses tér, az egy előjele annak, hogy ott hamarosan fler vagy koronaanyag-kidobódás lehet. És itt van a Nobel-díjas kérdés, hogy pontosan mi a megbízható előjele ezeknek a kitöréseknek. Ezt ma még teljes bizonyossággal nem lehet tudni, csak jó becsléseink vannak.

Az ember megpróbálja figyelni a napon a mágneses tereket, azoknak a szerkezetéből bizonyos vizsgálatok után meg lehet mondani, hogy 6-10-20 óra múlva lesz-e ilyen kitörés, illetve hogy lesz-e egyáltalán.

De a Nap körülbelül 150 millió kilométerre van, és ha egy kitörés be is következik, annak is időre van szüksége, hogy elérje a Földet, ha egyáltalán ebben az irányban halad. Most épül egy nagy távcső, a European Solar Telescope (EST), amiben jelenleg a Napfizikai Alapítványon keresztül benne vagyunk, az EU tagjaként remélhetőleg Magyarország is részt vesz majd a projektben. Jelenleg az alapítványon keresztül a kollégákkal azon dolgozunk, hogy azt a zónát tudjuk vizsgálni, ahol a Nap körül a hőmérséklet egy ilyen esemény során megemelkedik. Korábban többnyire mindig csak a Nap felszínére fókuszáltunk a napkutatásoknál, de ez nem igazán jó, mivel a felszín felett pár ezer kilométerrel elhelyezkedő régiót kell vizsgálni az űridőjárást irányító fizikai folyamat bölcsőjének megértéséhez.

Miért nem az űrből figyelik meg a Napot, miért a Földről vizsgálják?

Az a lényeg, hogy folyamatosan lássuk a Napot. Ahhoz, hogy az űrből ugyanezt a munkát elvégezzük, legalább két műhold kell. De annak a költségei kapcsán milliárddolláros összegekről beszélünk, míg a földi állomások esetén ennek a tizedéből ki lehetne építeni akár minden második időzónában egy-egy űridőjárás-előrejelző, napmegfigyelési obszervatóriumot, melyek hálózatot alkotnak.

Ha megfelelő számú ilyen őrszem állomás van, akkor csak az kell, hogy ott egyvalaki mindig lássa a Napot. Az ilyen őrszem obszervatóriumoktól megérkeznek az adatok a gyulai központba, onnan pedig már akár figyelmeztetést is ki tudunk adni.

Milyen pontossággal és mennyi idő alatt tudnak egy-egy napkitörést észlelni, és róla meghatározni, hogy veszélyt jelent-e?

Ma már ott tartunk, hogy 6-10 órára meglehetősen nagy biztonsággal tudjuk előre jelezni a Napon a flerek és a CME-k kialakulását. Aki ennél jobbat tud, az az élvonalába kerül az egésznek. Kollégám, Korsós Marianna kidolgozott egy ilyen módszert, amivel egy napra előre lehet jelezni az eseményeket bizonyos valószínűséggel.

Az előrejelzés sajnos még közel sem százszázalékos. Hiába mondja a meteorológus is, hogy vihar lesz, néha nem lesz vihar. Annyi paramétertől függ az egész folyamat, hogy jelenleg még nem lehetünk teljesen biztosak, de azért elég jó biztonsággal ezt már meg lehet jósolni.

Tegyük fel, hogy egy Földre veszélyes napkitörést vesznek észre Gyulán, mi történik ilyenkor, kit figyelmeztetnek? Van valamilyen vészhelyzeti protokoll, amit egy napvihar esetén alkalmazhatnak? Az Egyesült Államokban több szervezet is dolgozik különböző programokon a napkitöréssel járó veszélyek elhárítására.

Jelenleg napvihart előrejelző intézkedési protokoll Magyarországon még sajnos nincs, de például a NASA-nak most is van hasonló rendszere. Ilyen központi rendszereket ki lehet és ki kell dolgozni, ez lenne a következő lépés, ha már nagy pontossággal – kilencven százalékkal – tudjuk mérni egy napvihar valószínűségét. Az adatainkat most is megosztjuk, bizonyos előrejelzéseket most is meg tudunk adni. De ez nincs ingyen, hisz az előrejelzés előállítása sincs ingyen. Az amerikai földrengés-előrejelzés példája szerint most annak továbbítjuk az adatokat, aki támogatja a kutatást és a vonatkozó műszerfejlesztést.

A Magyar Napfizikai Alapítványnál jelenleg például állami támogatás nélkül dolgozunk, leszámítva azt, hogy a gyulai önkormányzattól az épületre kaptunk támogatást – a gyulai obszervatóriumért a helyi önkormányzat a lehetőségeihez képest messze többet tett, mint azt várhattuk volna. Ez egy rendkívül pozitív, egyedi eset, és köszönet érte a helyi vezetésnek. Magát a tudományos programot, a távcső megépülését és üzemeltetését azonban nyilván nem tudják támogatni, és nem is egy önkormányzat feladata ez. A gyulai vezetés azonban abban is sokat segített, hogy a TOP-pályázatok közé is be tudjuk nyújtani projektünket. Ha nincs megfelelő támogatás, a bürokrácia lassú, illetve a pályázati rendszer teljesen kiszámíthatatlan, az egy hatalmas biztonsági rés. Hazánkban picit most ugyan jobb lett a helyzet, hogy van egy lelkes űrállamtitkárunk, de a lehetőségei és a biztosított lobbiereje messze nem olyan, mint ami egy Magyarország státuszú országtól elvárható lenne. 

Utóbbira igen jó példa az ELTE Csillagászati Tanszékén, illetve az újonnan alakult Űrcentrumban folyó magas szintű oktatás és kutatás. Ezek a kollégák messze erejükön felül teljesítenek szűkös anyagi körülmények között. Itt, kérem, a támogatás és a megfelelően kidolgozott, magasabb szintű stratégiai koncepció hiánya a probléma. Hosszú távon ezzel pedig mindenki veszít.

Az ideális megelőzés úgy érhető el, ha egyrészt biztonsággal tudunk előre jelezni, másrészt van egy megfelelően kiépített hálózata ennek, harmadrészt az obszervatórium jelzi a megfelelő szakhatóságnak a veszély szintjét, ők pedig lépnek, amennyiben szükséges.

Mennyi ideje lenne a földieknek felkészülni az érkező űrviharra?

Akár két-három napot is el lehetne érni a megfelelő űrbéli és földi rendszerrel, csak ebbe be kell fektetni. Extrém esetben akár csak egy nap, ami eltelhet aközött, hogy megtörténik egy napkitörés, és a részecskék ideérnek a Földre. De ha tudjuk előre két-három nappal, hogy kitörés következik be, akkor még marad rá idő, hogy felkészüljünk. Vihar is van, de attól még lemegyünk a Balatonra, hogy délután esni fog. Csak este ne menjünk bele a vízbe. Ugyanez van itt is. Nem áll meg az élet egy potenciális űrvihar miatt, csak megfelelően kell reagálnunk rá. Jelenleg azon dolgozunk nemzetközi szinten, hogy ezt a felkészülési folyamatot felgyorsítsuk.

Elég lenne az elektromos rendszereket kikapcsolni? Gondolok itt például az villamosenergia-szolgáltatók hálózatainak leállítására, az otthoni, árammal működő eszközök kihúzására a konnektorból.

Igen, pontosan. Kapcsold ki azt a műszert, kütyüt, ami veszélyben lehet. Itt pár óráról van szó, amíg ezek a viharok elmennek. Nagyon gyors a sebességük, ez a Földön úgy átmegy, mint a huzat, de amíg jön, addig kárt okoz. Csak ahhoz, hogy kikapcsoljuk például egy kórháznak vagy egy országnak az elektromos rendszerét, nagyon pontosan és megbízhatóan kell előre jelezni.

Mit gondol, ha bekövetkezne, mekkora kárt okozna egy, az 1859-es Carrington-eseményhez hasonló geomágneses vihar a Földön?

Hangsúlyoznám, nem az a kérdés, hogy bekövetkezik-e egy katasztrofális potenciállal bíró űrvihar, hanem az, hogy mikor. A „mikort” azonban pontosan egyelőre nem tudjuk. Ilyenkor az áram kimarad, a GPS-rendszerek összeomlanak, nagyfeszültségű vezetékek leéghetnek, a trafóállomások nem bírják ezeket a nagyon nagy áramlökéseket. Ha utóbbiak leégnek, ezeket újra le kell gyártani, ez nem egy kétperces dolog.

Például meddig bírjuk víz nélkül? Elég egy nagyváros közepén a vízellátásnak összeomlania, hogy súlyos következményei legyenek egy űrviharnak. De mondok egy másik példát: az Egyesült Államokban megy a tejesautó, át kell neki szelnie a nevadai sivatagot, a sofőr a GPS-t használja, ha nincs GPS, eltéved, a tej közben megromlik, ki lehet dobni az egészet. Ha ezeket a kisebb károkat is összeadjuk, napi több száz millió dollárokról van szó – ekkora kárt okozna egy ilyen extrém esemény a gazdaságnak. Normális űridőjárási viszonyok is okozhatnak problémát, az M5 fölöttiek már gondot eredményezhetnek a technoszférában, pedig az M5 erősségű flerek bőven nem a legnagyobbak.

Különböző biomarkerekből tudjuk, hogy az utóbbi évezredben a Carringtonnál nagyobb flerek is voltak, ezek az úgynevezett szuperflerek. És ezek biztos, hogy újra be fognak következni. Még egyszer: a kérdés az, hogy mikor.

Az emberéletre közvetlen veszélyt jelenthet egy ilyen vihar?

Úgymond, nem veszélyes, nem fogunk konkrétan mind meghalni. De minden, amiben chip van, és mikroáramok keletkeznek, az tönkremehet. A következmény a probléma.

Mi van azokkal, akik például beépített szívritmus-szabályozót használnak?

Mágnesesen elvileg mindent le lehet árnyékolni az űrviharok elől, de ez rendkívül drága, és a gyakorlatban talán kivitelezhetetlen. Így számukra valószínűleg életveszélyes helyzet lenne. Ha katonánk lennénk, erre mondanánk, hogy járulékos veszteség, ami természetesen rendkívül rossz annak, akit érint.

A Nemzetközi Űrállomás vagy a kínai Mennyei Palota űrállomás legénység é re, esetleg a Holdat a tervek szerint 2024-től aktívan kolonizáló űrhajósokra veszélyesebb lenne a napvihar? Ha igen, miért?

Az űreszközök védelme azért megoldható megfelelő anyaggal, mágneses árnyékolással, ezek az eszközök jobban fel vannak készítve egy ilyen eseményre, mint például egy hagyományos családi ház. A sugárzás az egyik probléma, meg vannak a részecskék, elektronok, protonok. Gondoljunk rájuk úgy, mint golyókra, ezek több ezer kilométer per másodperces sebességgel lövik és erodálják az anyagot. Ellenállnak az űrműszerek, de nem mindig és nem a végtelenségig, sok műholdat vesztettünk már el az űrviharok miatt. De ezeket az eszközöket is le lehet kapcsolni időben, csak ugye ehhez is tudni kell, hogy mikor jön egy ilyen vihar. Az eszközön kívül levő űrhajósok már más tészta, nekik ajánlott biztonságos helyre vonulni.

Ha már beütött a krach, mennyi idő alatt lehetne helyrehozni a károkat, visszaállítani a világot abba az állapotába, ahogy a napkitörés előtt volt? Egyáltalán lehetséges ez?

Az a becslés, hogy ha Európát eltalálja egy komolyabb űrvihar, az akár kettő–tíz év áramkimaradást is tud okozni helyenként. Éves szinten kell gondolkodni a kimaradást illetően. Az emberiség már felállt többször hatalmas természeti katasztrófákból, a világháborúk után, súlyos gazdasági szétesések után is. A civilizációt viszont komolyan visszavetné, akár több száz évvel is, hisz pont az infrastruktúrát verheti szét egy ilyen súlyosabb űrvihar.

(Borítókép: Grafikus ábrázolása annak, mi történik egy aktív csillagban koronakidobódás során. Fotó: NASA)