On September 1st, 1859, miners following the Colorado gold rush woke up to another sunny day. Or so they thought. To their surprise, they soon discovered it was actually 1 am; and the sky wasn’t lit by the Sun, but rather by brilliant drapes of light. The blazing glow could be seen as far as the Caribbean, leading people in many regions to believe that nearby cities had caught fire. But the true cause of what would come to be known as the Carrington Event was a solar storm— the largest in recorded history.
ב-1 בספטמבר 1859, כורים שיצאו בעקבות בהלת הזהב בקולורדו התעוררו ליום שמשי נוסף. או כך הם חשבו. להפתעתם, הם גילו במהרה שזה היה למעשה 1 בלילה; והשמיים לא היו מוארים מהשמש, אלא מווילונות בוהקים של אור. הזוהר הבוהק היה יכול להראות אפילו עד הקריביים, מה שהוביל אנשים בהרבה אזורים להאמין שערים שכנות עלו באש. אבל הסיבה האמתית למה שיכונה אירוע קרינגטון היה סערה סולרית -- הגדולה ביותר המתועדת בהיסטוריה.
Solar storms are one of many astrophysical phenomena caused by magnetic fields. These fields are generated by movements of electrically charged particles like protons and electrons. For example, Earth’s magnetic field is generated by charged molten metals circulating in the planet's outer core. Similarly, the Sun’s magnetic field is generated by large convective movements in the plasma that composes the star. As this plasma slowly swirls, it creates areas of intense magnetic activity called sunspots. The magnetic fields that form near these regions often become twisted and strained. And when they’re stretched too far, they snap into simpler configurations, releasing energy that launches plasma from the Sun’s surface. These explosions are known as coronal mass ejections.
סערות סולריות הן אחת מהרבה תופעות אסטרופיזיקליות שנגרמות משדות מגנטיים. השדות האלו נוצרים על ידי תנועות של חלקיקים טעונים כמו פרוטונים ואלקטרונים. לדוגמה, השדה המגנטי של כדור הארץ נוצר על ידי מתכות מותכות טעונות שמקיפות את הליבה החיצונית של הפלנטה. בדומה, השדה המגנטי של השמש נוצר על ידי תנועות מוליכות חום גדולות בפלזמה שמרכיבה את הכוכב. כשהפלזמה מסתחררת באטיות, היא יוצרת אזורים של פעילות מגנטית אינטנסיבית שנקראים כתמי שמש. השדה המגנטי שנוצר ליד האזורים האלה הרבה פעמים הופך למפותל ומתוח. וכשהוא מתמתח רחוק מדי, הוא מתנתק לתצורות פשוטות יותר, ומשחרר אנרגיה שמשגרת פלזמה מפני השמש. הפיצוצים האלה ידועים כפליטות מסה מהקורונה.
The plasma— mostly made of protons and electrons— accelerates rapidly, quickly reaching thousands of kilometers per second. A typical coronal mass ejection covers the distance between the Sun and the Earth in just a couple of days, flowing along the magnetic field that permeates the solar system. And those that cross the Earth’s path are drawn to its magnetic field lines, falling into the atmosphere around the planet’s magnetic poles. This tidal wave of high-energy particles excites atmospheric atoms such as oxygen and nitrogen, causing them to rapidly shed photons at various energy levels. The result is a magnificent light show we know as the auroras. And while this phenomenon is usually only visible near the Earth’s poles, strong solar storms can bring in enough high energy particles to light up large stretches of the sky.
הפלזמה - עשויה בעיקר מפרוטונים ואלקטרונים -- מאיצה במהירות, ומגיעה במהירות לאלפי קילומטרים בשנייה. פליטת מסה טיפוסית מהקורונה עוברת את המרחק בין השמש לכדור הארץ תוך ימים בודדים, זורמת בשדה המגנטי של מרחבי מערכת השמש. ואלו שחוצים את מסלול כדור הארץ נמשכים לקווי השדה המגנטי שלו, נופלים לתוך האטמוספרה מסביב לקטבים המגנטיים של כוכב הלכת. גל ההלם של חלקיקים באנרגיה גבוהה מעורר אטומים באטמוספרה כמו חמצן וחנקן, וגורם להם להשיל במהירות פוטונים ברמות אנרגיה שונות. התוצאה היא מופע אורות נפלא שאותו אנחנו מכירים כזוהר הצפוני והדרומי. ובזמן שהתופעות האלו בדרך כלל נראות רק קרוב לקטבים של כדור הארץ, סערות סולריות חזקות יכולות להביא מספיק חלקיקים באנרגיה גבוהה כדי להאיר חלקים נרחבים בשמים.
The magnetic fields in our solar system are nothing compared to those found in deep space. Some neutron stars generate fields 100 billion times stronger than those found in sunspots. And the magnetic fields around supermassive black holes expel jets of gas that extend for thousands of light years. However, on Earth, even weak solar storms can be surprisingly dangerous. While the storms that reach us are generally harmless to humans, the high-energy particles falling into the atmosphere create secondary magnetic fields, which in turn generate rogue currents that short-circuit electrical equipment. During the Carrington Event, the only widespread electrical technology was the telegraph. But since then, we've only become more dependent on electrical systems. In 1921, another powerful solar storm caused telephones and telegraph equipment around the globe to combust. In New York, the entire railway system was shut down and fires broke out in the central control building. Comparatively weak storms in 1989 and 2003 turned off regions of the Canadian power grid and damaged multiple satellites. If we were hit by a storm as strong as the Carrington Event today, it could devastate our interconnected, electrified planet.
השדות המגנטיים במערכת השמש שלנו הם כלום לעומת אלו שנמצאים בחלל העמוק. כמה כוכבי ניוטרונים מייצרים שדות חזקים פי 100 מיליארד מאלו שנמצאים בכתמי שמש. והשדות המגנטיים סביב חורים שחורים על-מסיביים פולטים סילוני גז שמשתרעים לאורך אלפי שנות אור. עם זאת, על כדור הארץ, אפילו סערות שמש חלשות יכולות להיות מסוכנות באופן מפתיע. אמנם סערות שמגיעות אלינו בדרך כלל לא מזיקות לאנשים, אבל החלקיקים בעלי האנרגיה הגבוהה שנופלים לתוך האטמוספרה יוצרים שדות מגנטים משניים, שבתורם מייצרים זרמים מסוכנים שמקצרים מערכות אלקטרוניות. במהלך אירוע קרינגטון, הטכנולוגיה החשמלית הנפוצה היחידה הייתה טלגרף. אבל מאז, הפכנו רק תלויים יותר במערכות חשמליות. ב-1921, סערה סולרית חזקה נוספת גרמה לטלפונים ולציוד טלגרף מסביב לעולם לעלות באש. בניו יורק, כל מערכת הרכבות הושבתה ושרפות פרצו בבניין השליטה המרכזי. סערות חלשות יחסית ב-1989 וב-2003 ניתקו אזורים מרשת החשמל הקנדית ופגמו בלוויינים מרובים. אם היינו נפגעים מסערה חזקה כמו אירוע קרינגטון היום, זה היה אסון לכדור המחושמל והמחובר שלנו.
Fortunately, we're not defenseless. After centuries of observing sunspots, researchers have learned the Sun’s usual magnetic activity follows an 11-year cycle, giving us a window into when solar storms are most likely to occur. And as our ability to forecast space weather has improved, so have our mitigation measures. Power grids can be shut off in advance of a solar storm, while capacitors can be installed to absorb the sudden influx of energy. Many modern satellites and spacecraft are equipped with special shielding to absorb the impact of a solar storm. But even with these safeguards, it’s hard to say how our technology will fare during the next major event. It’s possible we’ll be left with only the aurora overhead to light the path forward.
למרבה המזל, אנחנו לא חסרי הגנה. אחרי מאות שנים של צפייה בכתמי שמש, חוקרים למדו שהפעילות המגנטית הרגילה של השמש עוקבת אחרי מחזור של 11 שנים, מה שנותן לנו הצצה לזמן שבו סביר יותר שסערות סולריות יתרחשו. וכשהיכולת לחזות את מזג האוויר בחלל השתפרה, כך גם צעדי המניעה שלנו. רשתות חשמל יכולות להיות מכובות לפני סערה סולרית, בזמן שקבלים יכולים להיות מותקנים כדי לספוג את זרם האנרגיה הפתאומי. הרבה לוויינים מודרניים וחלליות מצוידים במגנים מיוחדים כדי לספוג את ההשפעה של סערות סולריות. אבל אפילו עם ההגנות האלו, קשה להגיד איך הטכנולוגיה שלנו תתמודד עם האירוע הגדול הבא. ייתכן שנישאר רק עם הזוהר מעלינו שיאיר את הדרך הלאה.