ناسا و آمازون به جنگ خورشید می‌روند

ابرطوفان‌های خورشیدی نادر هستند و تقریبا هر ۵۰ سال یک بار اتفاق می‌افتند، اما وقتی رخ می‌دهند، یک جریان الکتریکی ساطع می‌کنند که می‌تواند باعث آسیب و خرابی‌های زیادی روی کره زمین شود.

به عنوان مثال یک ابرطوفان خورشیدی مقصر فروپاشی شبکه برق هیدرو-کبک در مارس ۱۹۸۹ و ۲۰۰ گزارش مختلف از نقص عملکرد شبکه برق در ایالات متحده در همان زمان بود.

مطالعه ابرطوفان‌های خورشیدی دشوار است. سال‌ها است که دانشمندان در حال بررسی این موضوع هستند که چه چیزی باعث می‌شود یک طوفان خورشیدی معمولی به شکل یک ابرطوفان شکوفا شود. اکنون به لطف همکاری آمازون و ناسا، از فناوری پیشرفته‌ای برای بررسی این موضوع و چگونگی ایجاد یک سیستم واکنش سریع در مقابل آن استفاده خواهد شد.

"آرون کریشنان" سردبیر بخش علوم آمازون گفت: پیش بینی ابرطوفان‌های خورشیدی و ساخت و توسعه سیستم‌های واکنش سریع برای مقابله با آنها یک کار دشوار است چرا که با توجه به نادر بودن این طوفان‌ها، نمونه‌های تاریخی بسیار کمی وجود دارد که می‌تواند برای آموزش الگوریتم‌ها استفاده شود. این باعث می‌شود رویکردهای یادگیری ماشین رایج توانایی خوبی برای نظارت نداشته باشند و عملا اطلاعات کم و ناکافی برای آموزش الگوریتم در پیش بینی این طوفان‌ها وجود دارد.

وی افزود: علاوه بر این، با ده‌ها ماهواره در گذشته و حال که اطلاعات هواشناسی را از مکان‌های مختلف اطراف زمین جمع می‌کنند، میزان داده‌ها حیرت آور است و تلاش برای یافتن ارتباط بین آنها کاری دشوار است.

با این حال، ناسا با تمام این کاستی‌ها در پی بررسی این طوفان‌ها است. ناسا برای غلبه بر این چالش‌ها از مرکز خدمات حرفه‌ای AWS و آزمایشگاه راه حل‌های یادگیری ماشین آمازون برای توسعه یادگیری‌های بدون نظارت و تشخیص ناهنجاری برای درک شرایط ابرطوفان‌ها استفاده می‌کند.

دانشمندان ناسا از طریق آزمایشگاه راه حل‌های آمازون می‌توانند با کارشناسان یادگیری ماشین در این غول تجارت الکترونیک ارتباط برقرار کنند. "کریشنان" می‌گوید که با قدرت و سرعت "AWS" می‌توان هزار مجموعه داده را به طور همزمان جستجو کرد و این کار به طبقه بندی ابرطوفان‌ها بر اساس ناهنجاری‌ها، به طور خاص مشاهدات همزمان بادهای خورشیدی و واکنش میدان مغناطیسی زمین کمک می‌کند.

"جنت کوزیرا" فیزیک‌خورشید شناس(heliophysicist) و سرپرست این پروژه از ناسا گفت: ما باید به ابرطوفان‌ها به طور کلی نگاه کنیم، دقیقاً مانند کاری که هواشناسان برای رخدادهای شدید آب و هوایی انجام می‌دهند.

هلیوفیزیک یا فیزیک‌خورشید اصطلاحی به معنای «فیزیک خورشید» است که تا چندی پیش تنها به همین معنی مورد استفاده قرار می‌گرفت. هلیوفیزیک عمدتاً در رابطه با لایه‌های سطحی این ستاره به کار گرفته می‌شد و این مترادف با آنچه در حال حاضر بیشتر به نام «فیزیک خورشیدی» (solar physics) است، بود. استفاده به‌طور صریح به معنای بنیادین آن؛ یعنی فیزیک کل خورشید، از مرکز آن گرفته تا تاج خورشیدی در سال ۱۹۸۱ و از آن زمان تا کنون به همین مفهوم استفاده شده‌است. در اوایل سده بیستم معنی این اصطلاح را جرج سیسکو از دانشگاه بوستون به فیزیک هورسپهر یا هلیوسفر (فضای اطراف خورشید فراتر از تاج خورشیدی) گسترش داد.

"کوزیرا" افزود: تحقیقات در زمینه فیزیک‌خورشید(هلیوفیزیک) شامل کار با ابزارهای مختلف اغلب در فضاهای مختلف یا رصدخانه‌های زمینی است. داده‌های زیادی وجود دارد و عواملی مانند تأخیر زمانی بر پیچیدگی آن می‌افزایند. ما با همکاری آمازون می‌توانیم تک تک داده‌هایی را که در مورد ابرطوفان‌ها وجود دارد بررسی کنیم و از ناهنجاری‌هایی که شناسایی کرده‌ایم استفاده کنیم تا مدل‌هایی را بسازیم که پیش بینی و طبقه بندی این ابرطوفان‌ها را انجام می‌دهند.

طوفان خورشیدی ممکن است به یکی از موارد زیر اشاره داشته باشد:

شراره خورشیدی که از انفجار بزرگ در اتمسفر خورشید به وجود می‌آید و باعث آزاد شدن انرژی در حد ۶ ضرب در ۱۰ به توان ۲۵ ژول می‌شود که در حدود یک ششم انرژی خروجی از سطح خورشید در هر دقیقه است. این پدیده در سایر ستارگان هم دیده می‌شود که به آن‌ها نیز شراره ستاره‌ای گفته می‌شود. شراره خورشیدی کلیه لایه‌های سطح خورشید شامل شیدسپهر، تاج خورشیدی و فام‌سپهر را مورد تأثیر قرار می‌دهد و باعث گرم شدن پلاسما تا چندین میلیون درجه کلوین می‌شود. همچنین باعث سرعت یافتن الکترون‌ها و پروتون‌ها و یون‌های سنگین تا نزدیکی سرعت نور می‌شود و اشعه‌ای تولید می‌کند و لایه‌های الکترومغناطیس را ایجاد می‌کند که شامل کلیه امواج الکترومغناطیس، از امواج رادیویی تا اشعه گاما است. شراره‌ها خود را از آزاد سازی انرژی مغناطیسی ذخیره شده در تاج خورشیدی تغذیه می‌کنند .

اشعه ایکس و اشعه ماورای بنفش می‌توانند روی یون کره تأثیر بگذارند و تولید امواج ارتباطی با طول موج بالا کنند که این امواج می‌تواند باعث اختلال در رادارها و تجهیزاتی که با فرکانس کار می‌کنند، شود. شراره خورشیدی برای اولین بار در روی خورشید توسط "ریچارد کریستوفر کارینگتون" و همچنین توسط "ریچارد هدسون" در سال ۱۸۵۹ مشاهده شد.

همچنین شراره ستارگان در روی بسیاری از ستارگان دیده شده است. فرکانس‌های به وجود آمده از شراره‌های خورشیدی مختلف است. از روزی یک بار زمانی که خورشید در حالت فعال قرار دارد تا ۱ بار در هفته زمانی که سطح خورشید آرام است تغییر می‌کند.

خروج جرم از تاج خورشیدی( CME)، یک فوران پر جرم از باد خورشیدی و افزایش میدان‌های مغناطیسی است که تاج خورشید بیرون می‌آید و در فضا منتشر می‌شود. خروج جرم از تاج خورشیدی معمولاً با دیگر پدیده‌های خورشیدی مانند شراره خورشیدی همراه است. این پدیده از مناطق فعال خورشید مانند لکه‌های گروهی خورشید به وجود می‌آید. در بیشینه، خورشید هر سه روز یک خروج جرم تولید می‌کند که این مقدار در کمینه به یک خروج در هر پنج روز می‌رسد.

پژوهش‌ها می‌گویند که پدیده بازاتصال مغناطیسی مسئول به وجود آمدن CME و شراره خورشیدی است. هنگامی که این پدیده رخ می‌دهد اجرام به سوی زمین حرکت می‌کنند و شوک به وجود می‌آورند که توان این امواج در مقیاس تراوات معادل یک تریلیون وات است که باعث طوفان ژئومغناطیسی شده و مغناطیس کره زمین را تحت تاثیر قرار می‌دهد.

طوفان ژئومغناطیسی(Geomagnetic Storm) یک اختلال موقتی مگنتوسفر زمین است که از لرزش موج باد خورشیدی یا ابر میدان مغناطیسی است که با میدان مغناطیسی زمین تعامل دارد. ابرهای گاز داغی که در فوران‌های تاج خورشیدی از خورشید خارج می‌شوند، طوفانی از ذرات یونیزه پرانرژی را تشکیل می‌دهند که می‌تواند ماهواره‌ها را بسوزاند، شبکه‌های انتقال برق و مخابرات را با اختلال روبرو کند و فضانوردان را به کام مرگ بفرستد. پیش‌بینی این طوفان‌ها کار آسانی نیست، زیرا هر فورانی در تاج خورشیدی به وقوع طوفان ذرات منجر نمی‌شود. ستاره‌شناسان حدس می‌زنند چاشنی وقوع این طوفان، جهت‌گیری میدان مغناطیسی ابر فوران یافته باشد.

خورشید، ستاره‌ای فعال از دیدگاه مغناطیسی است و یک میدان مغناطیسی توانا دارد که سال به سال اندکی سویش تغییر می‌کند تا اینکه هر ۱۱ سال وارونه می‌شود. میدان مغناطیسی خورشید دارای اثرهای بسیاری است که به مجموعه آن‌ها فعالیت خورشیدی گفته می‌شود. حلقه‌های میدان مغناطیسی در سطح خورشید فوران می‌کند و در نتیجه لکه و زبانه خورشیدی پدید می‌آید. میدان مغناطیسی خورشید بسیار فراتر از خود خورشید را هم دربر می‌گیرد.

به دنبال رخ دادن پدیده‌ای انفجاری در خورشید، باد خورشیدی با سرعت و شدت بیشتری می‌وزد و ذرات باردار پرانرژی را روانه فضای منظومه شمسی می‌کند. وقتی این ذرات به زمین می‌رسند و با میدان مغناطیسی آن برهم‌کنش می‌کنند، طوفان خورشیدی رخ می‌دهد. بر این اساس وقوع پدیده‌ای مانند شفق قطبی به معنی رخ دادن طوفان خورشیدی است و نشانه‌ای از فعالیت مغناطیسی خورشید در یکی دو روز قبل است.

در هر صورت این فعالیت‌ها پدیده‌های مغناطیسی هستند که منبع آن‌ها فعالیت خورشیدی است. در حال حاضر تنها می‌توان ۳۰ تا ۶۰ دقیقه قبل از وقوع طوفان مغناطیسی به پیش‌بینی آن پرداخت که زمان بسیار کمی است و طوفانی که خسارات جبران ناپذیری به بار آورد در میان فعالیت‌های خورشیدی که روزانه میلیاردها ذره را با بادهای خورشیدی می‌پراکند، بسیار کم است و درصورت بروز طوفان مهیب تنها با خاموش کردن گوشی و دستگاه‌های ارتباطی نمی‌توان اثرات مخرب آن را خنثی کرد، حال آنکه باید دانست خورشید با هر بادی که از سطح آن عبور می‌کند و به اصطلاح طوفان خورشیدی خوانده می‌شود خطری برای زمین و سایر سیارات محسوب نمی‌شود.

این برهم‌کنش و خمیدگی میدان مغناطیسی کره زمین که بر اثر برخورد این ذرات پر انرژی با آن صورت می‌گیرد باعث ایجاد یک تغییر شار ناگهانی می‌شود که این پدیده سال‌های سال و میلیاردها سال قبل نیز در کره زمین به وجود می‌آمده است ولی به دلیل اینکه در گذشته بشر وجود نداشته یا به فناوری ساخت "سیم راست" و " سیم پیچ" رسانا دست نیافته بوده، خطر بالفعلی به حساب نیامده و هیچ گاه حیات کره زمین را تهدید نکرده‌است ولی طی ۲۰۰ سال گذشته با بکارگیری خطوط کابل مسی جهت ارسال برق یا مخابرات و وابستگی هر چه بیشتر نوع بشر به این تجهیزات این پدیده به عنوان یک خطر بالقوه در مقیاس جهانی شناخته شده است.