Hrozba mateřské hvězdy: Jak vznikají sluneční superbouře?

Slunce – stejně jako ostatní hvězdy – získává svou energii, kterou pak zásobuje meziplanetární prostor, termojadernými reakcemi probíhajícími v jeho samotném nitru. Za podmínek vpravdě pekelných se tam slučují jádra vodíku na jádra helia: Každou sekundu se 620 milionů tun vodíku přemění na 615 milionů tun helia a zbývajících pět milionů tun je odneseno ve formě záření. V jádře tak ubývá vodíku a přibývá heliového popela. Proměny naší hvězdy související s jejím jaderným vývojem však probíhají velmi pomalu, na časových škálách miliard let, a člověk je tedy nemůže pozorovat. Přesto se Slunce v čase mění rychleji, než odpovídá jeho hvězdnému vývoji.

Vesmírná elektrárna

Velká sluneční erupce začíná vysoko v koróně. Vlivem nejrůznějších dynamických pochodů se k sobě přiblíží opačně orientované siločáry magnetického pole a přepojí se. Při prudkém přepojení – tzv. rekonexi – se uvolní těžko představitelná energie v řádu 10²⁵ joulů. Takové množství by vyrobil jeden blok jaderné elektrárny Temelín asi za tři sta milionů let, pokud by běžel bez přestávky. Plazma se při rekonexi ohřeje na desítky milionů stupňů: V důsledku toho pak vyzařuje na rentgenových vlnových délkách a dochází k tvorbě částicových svazků. Ty se šíří jednak směrem dolů, kde nutí k záření atmosférické plazma, a jednak do meziplanetárního prostoru. 

Rekonexe se odehrávají ve všech oblastech magnetických polí prakticky neustále. Projevy změn málo intenzivních magnetických polí sice nejsou tak významné, ale zato bývají tyto tzv. mikroerupce mnohem četnější. Naopak rekonexe silných magnetických polí provázené celou plejádou efektů se objevují jen výjimečně: Jde o pouhé stovky událostí během jednoho slunečního cyklu. Při silných erupcích se však často roztrhne pokroucená magnetická smyčka vyplněná plazmatem neboli tzv. filament, jehož část se pak může při rekonexi odpojit: Miliony tun horkého plazmatu vystřelí rychlostí přes 1 000 km/s do meziplanetárního prostoru – dojde k výronu koronální hmoty. 

Polární záře

Pokud se erupce odehraje na přivrácené sluneční polokouli, víme o ní už za 8,5 minuty – tak dlouho trvá rentgenovým a ultrafialovým paprskům, než urazí 150 milionů kilometrů. Vysokoenergetické fotony ionizují vysoké vrstvy zemské atmosféry a narušují telekomunikační a navigační systémy. Po dvaceti minutách až dvou hodinách dorazí svazky rychlých protonů, pokud se naše planeta nachází ve směru jejich šíření. Protony opět ionizují atmosféru, zvyšují radiační zátěž astronautů a mohou poškodit citlivou elektroniku družic. Z historie známe nejednu protonovou erupci, která narušila komunikaci se satelitem. 

Největší problémy ovšem způsobuje zmagnetizovaný oblak plazmatu, jenž k Zemi obvykle dorazí do 20–72 hodin. Během cesty kosmickým prostorem si zachovává svoji integritu – nese si s sebou totiž vlastní magnetické pole. Magnetosféra Země nedovolí nabitým částicím přímo proniknout dovnitř a odkloní je. Reaguje však na přítomnost cizího magnetického pole a pružně vyrovnává (smrštěním nebo rozepnutím) účinky koronální hmoty. Impulzy prostupují celou magnetosférou a vzniká geomagnetická bouře. V klidových podmínkách sahá geomagnetosféra na straně přivrácené ke Slunci až do vzdálenosti 60 000 km, nicméně během popsané bouře může tato hodnota klesnout i na polovinu a geostacionární satelity pak musejí čelit přímému vlivu kosmického záření. 

Při určité orientaci vlastního magnetismu nalétajícího oblaku může dokonce přechodně zeslábnout zemská magnetosférická ochrana. Sluneční částice se v tom případě dostanou hlouběji do atmosféry, excitují její atomy a molekuly a vyvolávají polární záře. Život na Zemi ovšem nalétávající částice přímo neohrožují: Buď je odstíní magnetosféra, nebo je pohltí srážky v zemském ovzduší. Ani porušené magnetické pole planety nepředstavuje pro biosféru velký problém. 

Komplikace na Zemi

Kmitající magnetické pole a elektrické proudy v atmosféře, které vznikají v důsledku slunečních erupcí, však negativně ovlivňují pozemské technologie. Rozkmitané magnetické pole planety indukuje elektrické proudy na dlouhých vodičích – rozvodech elektřiny, ropovodech, plynovodech, kolejích atd. Geomagnetické indukované proudy (GIC) zvyšují korozivnost ropovodních a plynovodních potrubí a zkracují jejich životnost až na polovinu. Dále vyvolávají falešné signály na zabezpečovacích zařízeních železnic a šíří se i po telekomunikačních sítích, kde způsobují přepětí.

TIP: Hnědý trpaslík překvapil: Odpaluje erupce silnější než Slunce

V září roku 1859 ovlivnila geomagnetická bouře, spojená s vůbec první pozorovanou sluneční erupcí, telegrafní síť v USA: Očití svědci popisovali jiskry sršící z telegrafních sloupů, spojení fungovalo i bez baterií, některé operátory výboje popálily. V květnu 1921 se zastavila městská železnice v New Yorku, neboť od telegrafu vyhořela řídicí věž.

Největší problém však indukované proudy představují pro rozvodné sítě. Způsobují přepětí, vyvolávají automatické odpojování přetížených segmentů a mohou vést až ke kaskádnímu zhroucení sítě na velkém území. V březnu 1989 došlo v souvislosti se zvýšenou sluneční aktivitou k takovému kolapsu v kanadské provincii Quebec. Rozpad sítě zásobující elektřinou šest milionů lidí trval pouhých 90 sekund. Za necelé dvě minuty nesvítila v oblasti jediná žárovka a tento stav – tzv. blackout – pokračoval dlouhých devět hodin. Ve stejné době zaznamenali na dvě stě různě závažných problémů v rozvodných sítích na území Spojených států a komplikace registrovala i Velká Británie a Švédsko.