Auringon superflare: vakava aliarvioitu vaara Maalle? đź’Ą

Superflare on poikkeuksellinen sähkömagneettinen säteily, joka syntyy tähdestä ja vapauttaa energiaa, joka vastaa triljoonaa vetypommin voimaa, paljon enemmän kuin tähän asti havaittuja auringonpurkauksia.


Selvittääkseen, onko Aurinko kykenevä tuottamaan tällaisia jättiläisiä purkauksia, kansainvälinen tutkimusryhmä, johon kuuluu IRFU:n astrofysiikan osasto CEA Paris-Saclaysta, on analysoinut kymmeniä tuhansia Aurinkoon verrattavia tähtiä. Tutkijat havaitsivat, että Aurinko voi paitsi tuottaa superflaireja, myös että niitä tapahtuisi keskimäärin kerran vuosisadassa, mikä on huomattavasti korkeampi taajuus kuin aiemmin arvioitu.

Kuitenkin aikaisempien auringonpurkausten jättämät jäljet maapallon arkistoissa osoittavat, että nämä superflairet eivät aina aiheuta massiivisia ainepurskeita, mikä on onni teknologiselle yhteiskunnallemme, joka on haavoittuva näille tapahtumille. Ymmärtääkseen ja ennakoidakseen näitä auringon raivoja, tutkijat käyttävät monimutkaisia numeerisia simulaatioita tutkiakseen magneettisuuden ja auringonpurkausten taustalla olevia mekanismeja.

Voiko Aurinko tuottaa superflaireja?

Purkauksiin liittyy äkillisiä, paikallisia ja voimakkaita sähkömagneettisia säteilyjä, jotka syntyvät tähdistä kuten Aurinko. Nämä ilmiöt vapauttavat huomattavan määrän energiaa hyvin lyhyessä ajassa (ks. kuva 1). Ne liittyvät usein massiivisiin plasmapurskeisiin, joita kutsutaan koronapurskeiksi (CME).

Kun energiset auringonhiukkaset (SEP) näistä purkauksista saavuttavat maan, ne aiheuttavat merkittävän säteilyvaaran satelliiteille, lentokoneille ja ihmisille. Tänä vuonna havaittuja voimakkaita auringonmyrskyjä, jotka ovat aiheuttaneet revontulia jopa matalilla leveysasteilla, todistavat Auringon hurjasta luonteesta. Mutta voisiko se tuottaa vieläkin voimakkaampia purkauksia, superflaireja, joiden vahingot maapallolla olisivat katastrofaalisia? Ja jos kyllä, kuinka usein niitä voisi tapahtua?


Todisteet pahimmista "raivoista" auringosta löytyvät esihistoriallisten puiden vuosirenkaista ja tuhansia vuosia vanhoista jääytimistä. Näiden maapallon arkistojen analyysi, joka kattaa viimeiset 12 000 vuotta, viittaa siihen, että äärimmäinen auringonmyrsky tapahtuu keskimäärin kerran 1 500 vuodessa. Kuitenkin tämä arvio saattaa olla aliarvioitu, sillä suhde superflairejen ja äärimmäisten auringonhiukkaspurskeiden välillä on yhä epäselvä. Suorat mittaukset auringon säteilyistä ovat saatavilla vain avaruuskaudelta, joka on liian lyhyt antamaan lopullisia johtopäätöksiä.

Vaihtoehtona on tilastollisesti tutkia superflaireja Aurinkoon verrattavissa olevista tähdistä. Jos näiden tähtien ominaisuudet vastaavat riittävästi Aurinkoa, havaittujen superflairejen taajuus voi tarjota epäsuoran mutta arvokkaan arvion auringon superflairejen taajuudesta.

Yllättävän usein esiintyvät superflairet

Tässä tutkimuksessa tutkijat käyttivät Kepler-teleskoopin (NASA) tietoja, joka on havainnut tuhansien tähtien kirkkauden vaihteluita jatkuvasti neljän vuoden ajan, vuosina 2009–2013. He valitsivat sitten tähdet, joiden lämpötila ja kirkkaus ovat verrattavissa Auringon kanssa, tarkasti paikannettuna Gaia-satelliitin avulla. Näin muodostettu näyte sisältää 56 450 tähteä, mikä vastaa 220 000 vuoden tähtitoimintaa, eli noin 18 kertaa enemmän kuin maapallon arkistot.

Superflareja, jotka vapauttavat yli oktillion joulea hetkessä, ilmenee tähden kirkkauskäyrässä terävinä huippuina (ks. kuva 2). Kun mahdolliset vinoumat, kuten kosminen säteily tai lähellä olevat asteroidit, on poistettu, tutkijat ovat tunnistaneet 2 889 superflairea 2 527 tähdestä, mikä tarkoittaa keskimäärin yhtä superflairea tähteä kohti joka 100. vuosi. Vaikka näytettä rajoitetaan vain Aurinkoa eniten muistuttaviin tähtiin, sama purkausten taajuus havaitaan.

"Olimme erittäin yllättyneitä näiden superflairejen taajuudesta", sanoi tohtori Valeriy Vasilyev, tutkimuksen pääkirjoittaja ja tutkija Max Planck -instituutissa.

Aiemmat tutkimukset ovat raportoineet taajuuksista, jotka ovat noin kaksi järjestystä alhaisemmat kuin tässä tutkimuksessa havaitut, 1000–10 000 vuotta. Kuitenkin nämä arviot ovat ristiriidassa havaittujen auringonpurkausten kanssa, todennäköisesti analyysien vinoumien vuoksi, jotka liittyvät purkausten lähteiden epävarmaan tunnistamiseen.

Superflarejen voimaantulo voimalaissa

Tähtien purkausten energian jakautumisen ja vuosittaisten purkausten määrän perusteella (ks. kuva 3) tutkijat havaitsivat, että purkausten taajuus vähenee vapautetun energian myötä voimalaissa E-α, jossa eksponentti α määrittää tämän vähenemisen nopeuden. Auringolle saatu α-arvo, joka on mitattu avaruudesta vuosina 1986–2020, on hyvin linjassa tähtimittausten kanssa, vahvistaen siten arvioita superflairejen (E>1034 erg) taajuudesta noin kerran vuosisadassa.

Kuitenkin kysymys kuuluu: voiko Aurinko, jonka pyörimisnopeus on hidas (28 päivää), kerätä tarpeeksi energiaa tuottaakseen tällaisia purkauksia? Tutkijat CEA:n astrofysiikan osastolta ovat tehneet dynamosimulaatioita, jotka osoittavat, että tällainen ilmiö on energiateknisesti mahdollista.

"Solar-tason tähtien korkeatehoiset dynamosimulaatiot selittävät helposti intensiivisen energian vapautumisen magneettiset alkuperät näissä superflaireissa." Tohtori Allan-Sacha Brun

Kuinka suojautua vaarallisilta avaruusmyrskyiltä

Tämä tutkimus paljastaa, että Aurinko voisi tuottaa superflaireja aiemmin arvioitua korkeammalla taajuudella: noin kerran vuosisadassa. Nämä ilmiöt voivat vapauttaa energiaa jopa 100 kertaa enemmän kuin voimakkain koskaan rekisteröity auringonpurkaus, joka tapahtui 28. lokakuuta 2003. Onneksi maapallon arkistot osoittavat, että nämä superflairet eivät aina aiheuta massiivisia varautuneiden ja energisten hiukkasten purkauksia, mikä on onni teknologisesti riippuvaiselle sivilisaatiollemme.

Tällaiset purkaukset voisivat aiheuttaa katastrofaalisia seurauksia (ks. kuva 4), kuten satelliittien menetyksiä, sähköverkkojen katkoja, lentojen poikkeamia tai jopa keskeytyksiä, radiohäiriöitä jne.


Tämä tutkimus korostaa siten Auringon paremman ymmärtämisen tärkeyttä, jotta voimme ennakoida näitä äärimmäisiä tapahtumia ja rajoittaa niiden vaikutuksia. Mutta tämä tehtävä ei ole helppo. Auringonpurkausten reaaliaikainen seuranta mahdollistaa vain rajoitetun reagoinnin, koska vaaralliset hiukkaset ja säteily saavuttavat maan vain 8 minuutissa, mikä on liian lyhyt aika tehokkaiden vastatoimien toteuttamiseen.

On siksi välttämätöntä kehittää keinoja ennakoida Auringon tulevia tiloja. Tätä varten CEA:n tutkijat käyttävät monimutkaisia numeerisia simulaatioita ja sisällyttävät näihin malleihin todellisia tietoja, jotka pystyvät jäljittelemään näitä ilmiöitä, alalla, jota kutsutaan avaruussääksi. Tavoitteena on tutkia auringonpurkausten vaikutuksia maapallolle ja kehittää strategioita suojautumiseksi.

IRFU:n astrofysiikan osasto CEA Paris-Saclayssa on erikoistunut juuri tähän. Supertietokoneiden avulla tutkijat simuloivat numeerisesti Aurinkoa ja monimutkaista ympäristöä Auringon ja maan välillä, jossa aurinkotuuli ja magneettikenttä vuorovaikuttavat (esim. Whole Sun, Stormgenesis ja WindTRUST -projektit).

Nämä työt perustuvat laajaan jatkuvaan Auringon havaintoverkostoon, erityisesti STIX-instrumenttiin, joka on osittain suunniteltu CEA Paris-Saclayssa ja joka on asennettu Solar Orbiter -satelliittiin. Tämä instrumentti tuottaa arvokkaita X-spektrokuvaustietoja, jotka mahdollistavat auringonpurkausten taustalla olevien fysikaalisten prosessien tutkimisen.

Vuodesta 2031 alkaen tutkijat voivat myös luottaa ESA:n Vigil-luotain (erityisesti JEDI-instrumentti, jossa CEA on co-I-tutkija), joka tarkkailee lähes reaaliaikaisesti vaarallisten ilmiöiden ennakkosignaaleja Auringon puolelta ennen kuin ne ovat näkyvissä maapallolta. Lopuksi, vuoden 2026 lopusta alkaen Plato-satelliitti (ESA), Keplerin arvoinen seuraaja, johon CEA:lla on sekä laitteistollinen että tieteellinen panos, vahvistaa Auringon tutkimusta mahdollistamalla tilastollisia vertailuja Aurinkoon verrattavissa olevista tähdistä.

Tutkimus julkaistiin 13. joulukuuta 2024 lehdessä Science.