Kaprysy kosmicznej pogody. Co zrobić, by Słońce nie zmiotło osiągnięć cywilizacji?
„Potrzebujemy sprzętu medycznego”, poinformował 30 października 2025 r. przez radio pilot samolotu pasażerskiego JetBlue kontrolę ruchu lotniczego. Jego samolot, Airbus A320, nagle stracił wysokość podczas lotu z Cancun w Meksyku do Newark w stanie New Jersey w USA. Samolot wylądował po przekierowaniu na Florydę. Trzy osoby doznały „ran szarpanych głowy”, infor-mował pilot. Co najmniej piętnastu ludzi trafiło do szpitala. To ten incydent doprowadził w efekcie do późniejszego uziemienia 6 tys. samolotów.
Co było przyczyną tych wydarzeń? Według Airbusa były to cząstki o wysokiej energii pochodzące z kosmosu (1). Zgodnie z awaryjnymi dyrektywami zdatności do lotu wydanymi zarówno przez Europejską Agencję Bezpieczeństwa Lotniczego (EASA), jak i Federalną Administrację Lotniczą Stanów Zjednoczonych (FAA) wywołane promieniowaniem awarie systemów komputerowych mogą w najgorszym przypadku doprowadzić do „niezamierzonej” zmiany wysokości, nawet tak poważnej, że może przekroczyć „możliwości konstrukcyjne samolotu”. W opisywanym przypadku stwierdzono, że przed dopuszczeniem do przewozu pasażerów konieczne jest pilne zaktualizowanie komputerów pokładowych w kilkudziesięciu wersjach samolotów Airbus A320, A319 i A321. Samoloty wymagały nie tylko aktualizacji oprogramowania, ale, w około dziewięciuset przypadkach, także nowego sprzętu komputerowego, który lepiej chroniłby je przed zagrożeniem promieniowaniem kosmicznym skutkującym poważnymi uszkodzeniami elektroniki.
Według Airbusa, podczas lotu JetBlue z Cancun do New Jersey wystąpiło zjawisko zwane pojedynczym zakłóceniem lub odwróceniem bitu. Jak wcześniej informowała BBC, błędy komputerowe tego typu występują, gdy cząstki elementarne pochodzenia kosmicznego, np. protony, z dużą prędkością zderzają się z atomami w atmosferze naszej planety. Może to spowodować kaskadę cząstek przeszywających naszą atmosferę. W rzadkich przypadkach te szybko poruszające się neutrony mogą uderzać w elektronikę komputerową i zakłócać drobne fragmenty danych przechowywane w pamięci komputera, zmieniając ten bit, 0 lub 1, z jednego stanu na drugi.
Takie wydarzenie może doprowadzić do nieoczekiwanych zmian w zachowaniu sprzętu elektronicznego. Jak komentują eksperci, może mieć to szczególny wpływ na satelity. Zresztą w przypadku sprzętu kosmicznego obserwuje się to dość często. Strumień neutronów, czyli natężenie promieniowania neutronowego, wzrasta wraz z wysokością w atmosferze, zwiększając prawdopodobieństwo uderzenia we wrażliwe części sprzętu komputerowego znajdującego się na pokładzie. Samoloty są bardziej narażone na ten problem niż sprzęt komputerowy na Ziemi, chociaż odwrócenie bitów występuje również na poziomie gruntu. Rosnące znaczenie komputerów w systemach fly-by-wire w samolotach, które wykorzystują elektronikę zamiast syste-mów mechanicznych do sterowania samolotem w powietrzu, oznacza również większe ryzyko związane z odwróceniem bitów.
Incydent z JetBlue przypomina przypadek z 2008 r. z udziałem samolotu Airbus A330. Wtedy samolot linii Qantas spadł dwukrotnie o setki metrów w ciągu dziesięciu minut, raniąc dziesiątki pasażerów. W raporcie australijskiego Biura Bezpieczeństwa Transportu nie udało się jednoznacznie ustalić, czy przyczyną był zamiana bitów spowodowana oddziaływaniem promieniowania kosmicznego, ale pozostawiono w dokumencie tę hipotezę jako najbardziej prawdopodobną po wykluczeniu kilku innych.
Rzecznik Airbusa podkreślał, że „nie ma związku” między lotem JetBlue a incydentem z 2008 r. linii Qantas. Uszkodzona elektronika w samolocie Qantas znajdowała się w komponencie, który śledzi i przetwarza dane lotu, natomiast błąd komputerowy, który spowodował problemy podczas lotu JetBlue, wystąpił w systemie Elac samolotu A320, który kontroluje niektóre ruchome części skrzydeł i ogona samolotu w celu regulacji wysokości i przechyłu. Jednak pierwsze oświadczenie Airbusa dotyczące wycofania samolotów z eksploatacji sprawiło, że niektórzy naukowcy zajmujący się pogodą kosmiczną zaczęli się zastanawiać. Firma wspomniała o „intensywnym promieniowaniu słonecznym” 30 października jako potencjalnym czynniku zakłócającym dane dotyczące kontroli lotu. Z drugiej strony, według innych danych, nie był to dzień, w którym promieniowanie słoneczne miało szczególnie duży wpływ na naszą planetę. „W tym konkretnym dniu […] nie działo się nic szczególnego, jeśli chodzi o promieniowanie słoneczne”, mówił serwisowi BBC Keith Ryden, profesor inżynierii kosmicznej na Uniwersytecie Surrey w Wielkiej Brytanii. „Z mojego punktu widzenia jest to trochę zagadkowe”.
Zagrożone samoloty i satelity
Cząstki, które hipotetycznie mogą powodować odwrócenie bitów w sprzęcie elektronicznym, mogą pochodzić z ogromnych rozbłysków słonecznych, czyli materii wyrzucanej przez Słońce (2), ale również nieustannie docierają z odległych o wiele lat świetlnych źródeł poza naszym Układem Słonecznym, a nawet spoza naszej Galaktyki. Galaktyczne promieniowanie kosmiczne jest generowane przez ogromne eksplozje gwiazdowe, które nazywamy supernowymi, ale także przez czarne dziury. Airbus nie wyjaśnił, dlaczego odniósł się konkretnie do intensywnego promieniowania słonecznego. Jednak kilka tygodni po incydencie z JetBlue miał miejsce niepowiązany z opisywanymi wydarzeniami duży rozbłysk słoneczny, podczas którego czujniki zamontowane na brytyjskich balonach meteorologicznych na wysokości 12 km zarejestrowały jedno z największych uderzeń promieniowania, jakie dotknęły Ziemię w ciągu około dwu dekad. Niektóre samoloty wyposażone w specjalne instrumenty przeznaczone do monitorowania szybko poruszających się neutronów również zarejestrowały to zdarzenie. Poziom promieniowania wzrósł dziesięciokrotnie w krótkim czasie.
Fot: stock.adobe.com
Instalowane awaryjnie aktualizacje, jak się uważa, powinny pomóc w reakcji na uderzenia promieniowania. Nowa wersja oprogramowania działa przez „szybkie odświeżanie uszkodzonego parametru, dzięki czemu nie ma on czasu, aby wpłynąć na sterowanie lotem”. Tak przynajmniej zapewniał na początku grudnia 2025 r. Airbus, dodając, że normalne usługi w większości powróciły do normy, choć w kolejnych dniach mogą nadal występować pewne zakłócenia.
Naukowcy coraz intensywniej monitorują pogodę kosmiczną i strumień neutronów, aby lepiej przewidzieć ich potencjalny wpływ na technologie cyfrowe. Wraz z miniaturyzacją chipów komputerowych, układy elektroniczne stały się bardziej podatne na awarie takie jak odwrócenie bitów, ponieważ energia potrzebna do uszkodzenia niewielkich pakietów danych stawała się z czasem coraz mniejsza. Trzeba dodać, iż w produktach i pojazdach montuje się coraz więcej mikrochipów, co potencjalnie zwiększa ryzyko, że odwrócenie bitów spowoduje poważne szkody.
Jeśli zaś chodzi o nasze satelity, to zazwyczaj burze słoneczne wpływają na działanie satelitów na dwa sposoby. Po pierwsze, ogrzewają atmosferę, powodując zwiększony opór, a także zwiększają niepewność co do pozycji niektórych satelitów. Zwiększenie oporu powietrza powoduje, że zużywają więcej paliwa w celu utrzymania swojej orbity, ale także do inicjowania manewrów unikowych, jeśli ich trajektoria może skrzyżować się z trajektorią innego satelity. Podczas „burzy Gannon” w maju 2024 r. ponad połowa wszystkich satelitów na niskiej orbicie okołoziemskiej (LEO) musiała zużyć istotną część swojego paliwa na manewry repozycjonowania. Po drugie, co może być jeszcze bardziej katastrofalne, burze słoneczne mogą unieruchomić systemy nawigacyjne i komunikacyjne samych satelitów. Uniemożliwiłoby im to manewry pozwalające uniknąć zagrożenia, a w połączeniu ze zwiększonym oporem powietrza i niepewnością spowodowaną rozgrzaną atmosferą mogłoby doprowadzić do szybkiej katastrofy, nawet na dużą skalę.
Katastrofalny scenariusz Carringtona
Na połowie powierzchni Ziemi dochodzi do gwałtownych zaburzeń w sieciach energetycznych. Prądy i napięcia ulegają dzikim wahaniom, grożąc przeciążeniem urządzeń kluczowych dla współczesnej gospodarki, a nawet w pewnym sensie cywilizacji. Wkrótce po tym sieci elektryczne zaczynają padać, a świat pogrąża się w chaosie. Tak w skrócie brzmią prognozy dotyczące wpływu katastrofalnego wydarzenia związanego z aktywnością Słońca na naszą infrastrukturę Co dalej? Naprawa uszkodzeń systemu energetycznego trwa długie miesiące. Bez stałego dostępu do energii elektrycznej, która jest siłą napędową współczesnego życia, społeczeństwa i gospodarki, wszystko się zatrzymuje. Rynki załamują się, gdy brak prądu przerywa dostawy żywności, paliwa i usługi transportowe. W ciągu kilku tygodni nieuniknione stają się: zapaść gospodarcza, globalne wstrząsy społeczne i masowy głód.
Ten scenariusz katastrofy nazywany jest efektem Carringtona, lub podobnie, na cześć Richarda Carringtona, badacza nieba, który w 1859 roku zauważył dwie plamy jasnego światła odrywające się od powierzchni Słońca i zmierzające z ogromną prędkością ku Ziemi (3). Astronomowie odnotowali wtedy niezwykłą aktywność na Słońcu. Pojawiła się duża liczba plam słonecznych. Pod koniec sierpnia obserwatorzy na całym świecie obserwowali zdumiewająco jasne zorze polarne. Gazety donosiły o wspaniałych pokazach na niebie w północnej Australii i Stanach Zjednoczonych. Żeglarze na Oceanie Spokojnym pisali o nocnym niebie w tonach pełnych zachwytu.
Rozbłysk z 1859 roku, choć nastąpił jeszcze przed wielkim rozkwitem cywilizacji technicznej opartej na elektryczności, był pierwszym, który został zauważony nie tylko jako zdarzenie astronomiczne, ale także burza elektromagnetyczna mająca wpływ na pierwsze urządzenia oparte na przepływach prądu elektrycznego. Operatorzy telegrafów, pracujący nad wczesnymi sieciami komunikacyjnymi obejmującymi Europę i Amerykę Północną, donosili o zadziwiających zjawiskach. W Europie zakłócenia magnetyczne wywoływały niekontrolowane prądy elektryczne w całej sieci. Na wiele godzin komunikacja między europejskimi stolicami całkowicie się zatrzymała. W Ameryce operatorzy odnotowali przeciążenia oraz iskrzenie sprzętu, a w niektórych miejscach nawet samozapłony. Były przypadki, gdy operatorzy, którzy odcięli dopływ prądu do linii, ze zdumieniem za-uważali, że nadal mogą się komunikować dzięki elektryczności wzbudzanej przez… wtedy nie rozumiano jeszcze dokładnie tego mechanizmu. Jednak ogólnie szkody i zniszczenia miały dość ograniczony zasięg. Były to raczej ciekawe, zadziwiające ówczesnych ludzi zjawiska niż wielka katastrofa.
Potężne rozbłyski słoneczne są szkodliwe z powodu silnych pól magnetycznych i elektrycznych, które ze sobą niosą. Na szczęście dla nas, Ziemia ma wbudowaną osłonę. Wirujące, stopione żelazne jądro naszej planety tworzy potężne pole magnetyczne wokół planety. Zwykle jedynym znakiem, że jesteśmy smagani plazmą słoneczną, są zorze polarne wokół biegunów. Jednak, gdy scenariusz Carringtona zacznie się ziszczać, ucierpią nie tylko transformatory i sieci energetyczne (co już się zdarzało np. w 1989 roku), ale również np. GPS, co może oznaczać paraliż transportowy i komunikacyjny na Ziemi.
Dokładna geneza rozbłysków słonecznych wciąż nie jest dobrze poznana. Wiadomo, że Słońce wykazuje się cyklem jedenastoletnim, na przemian okresami niskiej i wysokiej aktywności. Choć rozbłyski słoneczne mogą się zdarzyć w każdym momencie cyklu, prawdopodobieństwo ich wystąpienia jest znacznie większe w latach aktywnych. Obecny cykl osiągnął minimum około końca 2019 roku, a maksimum osiągnie prawdopodobnie między 2023 a 2026 rokiem.
Duże zakłócenia magnetyczne zdarzały się już wcześniej. Zdarzą się ponownie. Świat i operatorzy sieci energetycznych muszą się przygotować albo staną w obliczu katastrofy. Pewne kroki w tym kierunku zostały już podjęte. Od 1996 roku sonda kosmiczna SOHO stale monitoruje Słońce, dostarczając kilkugodzinnych informacji o nadchodzących rozbłyskach. Od tego czasu do SOHO dołączyły inne obserwatoria kosmiczne, dając nam coraz bardziej szczegółowe obrazy naszej gwiazdy. Dzięki ostrzeżeniom z tych systemów operatorzy sieci energetycznych mają teraz trochę czasu, aby zabezpieczyć wrażliwe części sieci. Poza samym monitorowaniem Słońca, operatorzy sieci energetycznych mogą również pracować nad uodparnianiem swoich systemów na uderzenie z kosmosu. Można np. zainstalować nowe urządzenia, które będą absorbować lub przekierowywać wahania mocy. To jednak kosztuje. Szacunki są różne, ale zwykle mówi się o kosztach rzędu 10-20 miliardów dolarów dla samej sieci w USA. Jednak w porównaniu z ogromnymi szkodami, jakie może spowodować taka flara, koszt przygotowań wydaje się niewielki.
Czy możemy dodatkowo chronić się, wzmacniając pasy Van Allena?
Jak wspomniano, pole magnetyczne Ziemi działa jak tarcza chroniąca przed niebezpiecznymi promieniami kosmicznymi i silnymi wiatrami słonecznymi. Cząstki naładowane elektrycznie mogą dotrzeć do planety, podążając wzdłuż linii pola magnetycznego w kierunku biegunów. Uderzając w atmosferę, tworzą zorzę polarną. Pole magnetyczne zatrzymuje również roje cząstek promieniowania kosmicznego na pasmach promieniowania wokół Ziemi. Są one znane jako pasy Van Allena (4) i zostały odkryte w latach pięćdziesiątych XX wieku. Kształt pasów zmienia się w zależności od interakcji między Słońcem a Ziemią, ale często są one przedstawiane jako dwa koncentryczne pierścienie. Mały, stabilny pas znajduje się między 1000 a 6000 kilometrów nad powierzchnią Ziemi, a większy, mniej stabilny pas znajduje się na wysokościach między 13 000 a 60 000 kilometrów.
Fot: https://zh.wikipedia.org
Misja NASA o nazwie Van Allen Probes, zakończona w 2019 roku, badała ten pas szczegółowo. Jednym z jej odkryć było to, że w zależności od energii cząstek pas ten zmienia geometrię. Kolejną niezwykle interesującą rzeczą było odkrycie, że bez naszej wiedzy wpływamy na te pasy i to wcale nie za pomocą satelitów na orbicie, jak mogłoby się wydawać. Według zebranych danych, na pasy promieniowania wpływają fale radiowe o bardzo niskiej częstotliwości (VLF), wykorzystywane na przykład w komunikacji radiowej przez okręty podwodne. Mogą one wpływać na ruch i położenie cząstek w przestrzeni kosmicznej.
„Wiele eksperymentów i obserwacji wykazało, że w odpowiednich warunkach sygnały radiowe w zakresie częstotliwości VLF mogą wpływać na właściwości środowiska promieniowania wysokoenergetycznego wokół Ziemi”, wyjaśniał Phil Erickson z MIT Haystack Observatory w publikacji, która ujawniła to zjawisko w 2017 roku. VLF tworzyć ma wokół Ziemi bańkę, odpychającą cząsteczki, a jej zewnętrzny zasięg odpowiada niemal dokładnie wewnętrznej krawędzi pasów promieniowania Van Allena. Wydaje się, że wewnętrzny pas przesunął się dalej w stosunku do pomiarów z początku lat 60. XX wieku, co sugeruje, że VLF mogło wypchnąć pas promieniowania na zewnątrz w wyniku utworzenia tej bariery. Po publikacji tych wyników podjęto nawet testy mające na celu sprawdzenie, czy emitery VLF mogą być wykorzystywane do ochrony różnych obszarów planety przed cząstkami pochodzącymi z burz słonecznych.
Być może w radzeniu sobie z kaprysami kosmicznej, a dokładniej słonecznej pogody pomogą nam najnowsze badania zjawisk magnetycznych na Słońcu. Badacze zaobserwowali niedawno tajemniczy rodzaj fali magnetycznej rozchodzącej się w atmosferze Słońca. Odkrycie, opublikowane w „Nature Astronomy”, potwierdza istnienie fal o małej skali, znanych jako fale Alfvéna. Jeśli to odkrycie zostanie potwierdzone, może to pomóc wyjaśnić jedną z największych zagadek fizyki słonecznej – dlaczego zewnętrzna atmosfera Słońca, jego korona, jest o miliony stopni cieplejsza niż jego powierzchnia. Fale Alfvéna zostały nazwane na cześć fizyka Hannesa Alfvéna, laureata Nagrody Nobla, który przewidział ich istnienie w 1942 roku. Są to zaburzenia magnetyczne, które przenoszą energię przez plazmę, gorący, naładowany gaz, który stanowi większość Słońca. Naukowcy wykryli już wcześniej większe wersje tych fal, zwykle związane z eksplozjami na powierzchni Słońca, zwanymi rozbłyskami słonecznymi (a te, jak wiadomo, są wiązane z pogodą kosmiczną w okolicy Ziemi). Jednak nowe badania dostarczają pierwszych bezpośrednich dowodów na istnienie małych, stale występujących fal skręcających, które mogą nieustannie zasilać zewnętrzną atmosferę Słońca. Bardziej znane fale „skręcone” powodują kołysanie się całych struktur magnetycznych, co jest widoczne na zdjęciach naszej gwiazdy. Nowo wykryte fale skrętne Alfvéna tworzą subtelne ruchy skręcające.
Odkrycie to może pomóc naukowcom wyjaśnić, dlaczego korona słoneczna osiąga temperaturę ponad miliona stopni Celsjusza, gdy powierzchnia poniżej pozostaje stosunkowo chłodna, osiągając temperaturę 5500°C. Fale skręcające mogą transportować i uwalniać energię magnetyczną w całej koronie. Efekt ten może ogrzewać plazmę i pomagać w napędzaniu wiatru słonecznego, strumienia naładowanych cząstek wypełniających nasz Układ Słoneczny i generujących pogodę kosmiczną. Poznanie tego mechanizmu może więc pomóc w prognozowaniu kosmicznej pogody.
Mirosław Usidus
