دانشمندان دانشگاه بوستون طرحی جدید با نام StormWall ارائه کردهاند که هدف آن محافظت از زمین در برابر شدیدترین طوفانهای خورشیدی است.
به گزارش سرویس علمی تکناک، این سامانه با ایجاد یک «دیوار آبوهوایی» پلاسمایی در فضا میتواند شدت طوفانهای ژئومغناطیسی را تا ۵۰ درصد کاهش دهد و از خسارتهای احتمالی چند تریلیون دلاری به زیرساختهای حیاتی جهان جلوگیری کند.
دانشمندان برای دههها، طوفانهای خورشیدی را یکی از بزرگترین تهدیدهای طبیعی برای زیرساختهای فناورانه زمین میدانستند. این پدیدههای قدرتمند که از فعالیتهای شدید خورشید سرچشمه میگیرند، میتوانند شبکههای برق، سامانههای ناوبری ماهوارهای، ارتباطات رادیویی و حتی اینترنت جهانی را مختل کنند. اکنون گروهی از پژوهشگران دانشگاه بوستون طرحی بلندپروازانه را ارائه کردهاند که شاید بتواند شدت این تهدید را به میزان قابل توجهی کاهش دهد. پروژه StormWall یا «دیوار طوفان»، به دنبال ایجاد یک سپر موقت در میدان مغناطیسی زمین است تا آثار مخرب شدیدترین طوفانهای خورشیدی را خنثی کند.
مرتبط: آیا احداث نیروگاههای خورشیدی سودآور است؟
روشهای مهندسی اقلیم در سالهای اخیر توجه زیادی را به خود جلب کردهاند. بیشتر این طرحها با هدف کاهش گرمایش جهانی و کنترل دمای زمین توسعه یافتهاند، اما پروژه جدید دانشگاه بوستون رویکرد متفاوتی را دنبال میکند. این فناوری قرار نیست دمای سیاره را تغییر دهد یا تابش خورشید را کاهش دهد. در عوض، هدف آن تقویت موقت سامانه دفاعی طبیعی زمین در برابر آبوهوای فضایی است.
طوفانهای خورشیدی معمولاً زمانی شکل میگیرند که خورشید فورانهای عظیمی از پلاسما و میدانهای مغناطیسی را به فضا پرتاب میکند. این پدیده که با نام فوران جرم تاج خورشیدی یا CME شناخته میشود، میتواند میلیاردها تن ماده باردار را با سرعت بسیار زیاد در منظومه شمسی منتشر کند. اگر مسیر این ذرات به سمت زمین باشد، برخورد آنها با میدان مغناطیسی سیاره میتواند طوفانهای ژئومغناطیسی قدرتمندی ایجاد کند.
در بسیاری از موارد، میدان مغناطیسی زمین بخش بزرگی از این انرژی را منحرف میکند و از سیاره محافظت میسازد. با وجود این، در زمان وقوع رویدادهای شدید، این سپر طبیعی ممکن است برای جلوگیری از خسارتهای گسترده کافی نباشد. پژوهشگران هشدار میدهند که وابستگی روزافزون جهان به فناوریهای دیجیتال و زیرساختهای فضایی، آسیبپذیری جوامع مدرن را در برابر چنین رویدادهایی افزایش داده است.
مرتبط: آبوهوای طوفانی خطر خونریزی مغزی و تشنج را افزایش می دهد
برایان والش، پژوهشگر دانشگاه بوستون و یکی از نویسندگان اصلی این مطالعه، همراه با همکاران خود در شبیهسازیهای رایانهای بررسی کرد که آیا میتوان با مداخلهای محدود در محیط فضایی اطراف زمین، شدت طوفانهای ژئومغناطیسی را کاهش داد یا خیر. نتایج این بررسیها نشان داد که سامانه StormWall در صورت اجرا میتواند شدت برخی از طوفانهای شدید خورشیدی را تا ۵۰ درصد کاهش دهد.
پژوهشگران جزئیات این طرح را در مقالهای که در نشریه تخصصی Space Weather منتشر شده است، تشریح کردهاند. بر اساس این طرح، شش فضاپیما در مدار زمینثابت مستقر خواهند شد. این مدار در ارتفاعی قرار دارد که فضاپیماها با سرعت چرخش زمین هماهنگ میشوند و همواره در موقعیتی ثابت نسبت به سطح سیاره باقی میمانند.
پس از استقرار در مدار، این فضاپیماها مقادیر مشخصی از مواد شیمیایی یونیزهشونده را به سمت لبه میدان مغناطیسی زمین آزاد خواهند کرد. پژوهشگران در طرح اولیه خود استفاده از عناصر قلیایی مانند باریم و لیتیوم را پیشنهاد دادهاند. این مواد پس از قرار گرفتن در معرض تابش خورشیدی، بخشی از الکترونهای خود را از دست میدهند و به ذرات باردار تبدیل میشوند.
مرتبط: آیا باید منتظر یک طوفان ژئومغناطیسی قدرتمند در جو زمین باشیم؟
در نتیجه این فرایند، ابری از پلاسما در ناحیه مورد نظر شکل میگیرد. پژوهشگران معتقد هستند که این پلاسما میتواند مانند یک دیوار محافظ عمل کند و بخشی از انرژی ناشی از طوفان خورشیدی را منحرف سازد. به بیان ساده، این لایه مصنوعی باعث اختلال در انتقال انرژی میشود و از ورود بخشی از انرژی مخرب به محیط اطراف زمین جلوگیری میکند.
نتایج شبیهسازیها نشان میدهد که چنین سازوکاری میتواند توان دفاعی میدان مغناطیسی زمین را به صورت موقت تقویت کند. اگرچه این راهکار قادر نیست تمام آثار یک طوفان خورشیدی بسیار شدید را از بین ببرد، اما حتی کاهش بخشی از شدت آن نیز میتواند از خسارتهای اقتصادی و فنی گسترده جلوگیری کند.
اهمیت این موضوع زمانی بیشتر آشکار میشود که به پیامدهای واقعی طوفانهای خورشیدی در سالهای اخیر نگاه کنیم. در ماه مه ۲۰۲۴ یک طوفان خورشیدی قدرتمند سامانههای GPS مورد استفاده در ماشینآلات کشاورزی آمریکا را مختل کرد. این اختلال باعث کاهش دقت هدایت تراکتورها شد و برآوردها از خسارتی در حدود ۵۰۰ میلیون دلار برای کشاورزان آمریکایی حکایت داشت.
نگرانیها تنها به بخش کشاورزی محدود نمیشود. سانگیتا عبدو جیوتی، پژوهشگر علوم رایانه در دانشگاه UC Irvine، چند سال پیش هشدار داده بود که وقوع یک ابرطوفان خورشیدی میتواند زیرساختهای ارتباطی جهان را برای مدت طولانی از کار بیندازد. بر اساس محاسبات او، چنین رویدادی ممکن است روزانه بیش از ۷ میلیارد دلار خسارت اقتصادی به آمریکا وارد کند.
پژوهشگران دانشگاه بوستون نیز ارزیابی مشابهی ارائه کردهاند. آنها در مقاله خود اعلام کردهاند که یک طوفان ژئومغناطیسی بسیار شدید که احتمال وقوع آن در مقیاس یک بار در هر قرن برآورد میشود، میتواند بیش از ۲.۴ تریلیون دلار هزینه را به شبکههای برق تحمیل کند. این رقم تنها بخشی از خسارتهای احتمالی را شامل میشود و آثار جانبی ناشی از اختلال در ارتباطات، حملونقل و خدمات مالی را در بر نمیگیرد.
کارشناسان در این میان به رویداد تاریخی کارینگتون اشاره میکنند. این رویداد که در سال ۱۸۵۹ رخ داد، قدرتمندترین طوفان خورشیدی ثبتشده در تاریخ محسوب میشود. در آن زمان شبکههای تلگراف در نقاط مختلف جهان دچار اختلال شدند و برخی تجهیزات حتی دچار آتشسوزی شدند. اگر رویداد مشابهی امروز رخ دهد، پیامدهای آن بهمراتب گستردهتر خواهد بود، چرا که اقتصاد جهانی اکنون به شبکههای الکترونیکی، ماهوارهها، مراکز داده و سامانههای ارتباطی وابستگی کامل دارد.
مرتبط: وقوع قویترین طوفان خورشیدی دو دهه اخیر
با وجود جذابیت ایده StormWall، اجرای آن چالشهای بزرگی را نیز به همراه دارد. پژوهشگران تخمین میزنند که شش فضاپیمای این پروژه باید در مجموع حجمی از مواد معادل بار حدود ۱۲ کامیون نفتکش را به فضا منتقل کنند. انتقال چنین محمولهای به مدار زمینثابت به چندین پرتاب سنگین نیاز خواهد داشت.
بر اساس محاسبات اولیه، موشک Starship شرکت SpaceX برای انتقال مواد مورد نیاز پروژه به حدود شش مأموریت پرتاب نیاز دارد. البته پژوهشگران تأکید کردهاند که SpaceX هنوز ظرفیت نهایی حمل محموله به مدار زمینثابت را به طور رسمی اعلام نکرده است و برآوردهای فعلی بر پایه اطلاعات موجود انجام شدهاند.
علاوه بر هزینههای پرتاب، عمر کوتاه دیوار پلاسمایی نیز یک چالش مهم محسوب میشود. پژوهشگران بیان کردند که مواد آزادشده در میدان مغناطیسی زمین ظرف حدود شش ساعت از محیط اطراف سیاره خارج میشوند. این ویژگی از یک سو نگرانیهای زیستمحیطی را کاهش میدهد، چرا که مواد به سطح زمین بازنمیگردند، اما از سوی دیگر نیاز به تکرار عملیات و صرف هزینههای بیشتر را افزایش میدهد.
مرتبط: با بزرگترین نیروگاه خورشیدی ایران آشنا شوید
با وجود این محدودیتها، تیم پژوهشی معتقد است که پیشرفت فناوریهای فضایی در سالهای آینده میتواند اجرای چنین پروژهای را امکانپذیر کند. همچنین آنها در حال بررسی روشهایی برای افزایش ماندگاری دیوار پلاسمایی و کاهش هزینههای عملیاتی هستند.
هرچند StormWall هنوز در مرحله مفهومی قرار دارد و راهی طولانی تا تبدیل شدن به یک سامانه عملیاتی در پیش دارد، اما این طرح نشان میدهد که دانشمندان دیگر تنها به رصد طوفانهای خورشیدی بسنده نمیکنند. آنها اکنون به دنبال راهکارهایی هستند که بتواند برای نخستین بار، امکان مداخله فعال در برابر یکی از قدرتمندترین نیروهای طبیعی منظومه شمسی را فراهم کند؛ اقدامی که در صورت موفقیت، میتواند آینده حفاظت از زیرساختهای حیاتی زمین را متحول سازد.
