Co nevíme o Slunci? Třeba kdy může světu vypnout proud, říká expert

Sonda Solar Orbiter se minulý týden dostala do blízkosti Slunce, kde začala pořizovat ty nejdetailnější snímky naší nejvýznamnější hvězdy. V příštích nejméně sedmi letech má lidstvu poskytnout data pro lepší pochopení, co se děje v atmosféře a zejména její vnější vrstvě, koróně Slunce. Krátce po startu sondy jsme se o tom, co všechno o Slunci moderní věda ještě neví, bavili s českým předním odborníkem působícím v Astronomickém ústavu UK Michalem Švandou.

Laika by možná překvapilo, že současná věda stále nemá odpovědi na klíčové otázky ohledně toho, co se děje na Slunci a jak to může ovlivnit život na Zemi. Co o Slunci zatím ještě nevíme?

Máme spoustu nezodpovězených otázek, některé z nich jsou v podstatě ty naprosto základní. Když bych měl zmínit tu, která nás začala trápit řekněme v posledních 10 letech, tak se ukázalo, že my vlastně nemáme ustanovené chemické složení Slunce.

My už dlouho víme, že Slunce je složeno převážně z vodíku a hélia a pak je tam určité množství prvků, kterým astronomové říkají kovy (vše, co je těžší než vodík a hélium), o těch se dlouhodobě říká, že tvoří dvě až tři procenta Slunce… Nicméně v posledních letech se ukazuje, že to zastoupení bude výrazně nižší, možná jeden až jeden a půl procenta. Problém je ale potom v tom, že tohle je v rozporu s některými našimi pozorováními, což ukazuje na to, že my vlastně dokonale nerozumíme procesům, které ve Slunci probíhají.

A nejen v něm. Četl jsem, že velkou neznámou je možná trochu paradoxně sluneční koróna, kde dochází k procesům, které nejvíc ovlivňují podmínky na Zemi.

Tam jsou dva aspekty. Jedním je, že sluneční koróna jakožto vnější vrstva sluneční atmosféry, je horká. A to je trošku paradoxní, protože kdyby fungovaly běžné zákony termodynamiky, tak by musela být chladnější. Sluneční povrch má totiž asi 6000 stupňů a to je ten ohřívač, který by měl zvyšovat teplotu vnějších vrstev atmosféry, takže ty musí být logicky chladnější a ono to tak není. Už ta sluneční chromosféra, která je těsně nad povrchem Slunce, tak má asi deset až dvacet tisíc stupňů a v koróně teploty narůstají až na milion stupňů, v některých oblastech i víc.

Znamená to, že se v atmosféře nejbližší hvězdy děje něco, čemu vůbec nerozumíme?

My víme, že je jasné, že ty teploty nezpůsobují mechanické procesy, ale něco jiného. A to něco jiného je v podstatě čerpání energie prostřednictvím procesů v magnetických polích. A dneska jsou ve hře dvě třídy teorií, jak to vysvětlit. Jedna říká, že za to nejspíš mohou nějaké podoby magnetických výbuchů, které jsou sice natolik slabé, že my je nejsme schopni pozorovat, ale je jich velké množství. Druhá možnost je, že se to magnetické pole vlní, což my víme, že se opravdu vlní, ale že ty vlny se rozpadají a jejich energie se uvolňuje do pohybu částic a teploty. Není vůbec rozhodnuto, který z těchto procesů je na Slunci dominantní a oba jsou stále ve hře. To jen tedy jeden z aspektů, že my máme vyšší vrstvy sluneční atmosféry, která je horká a my nevíme proč.

A ten druhý?

Jde o to, že ta vrstva vlastně není vrstva a v některých místech v ní dochází k velice prudkým změnám - o tom se mluví jako o takzvaných slunečních erupcích a s tím souvisí i výron slunečního materiálu do sluneční koróny.

A ty mohou způsobit problémy přímo na Zemi…

Přesně tak. Jakmile tahle věc odstartuje od Slunce, tak pokud je správně mířená, dostane se blízko Země, interaguje se zemskou atmosférou a magnetosférou a může tady páchat problémy na technologických prvcích. My máme dneska k dispozici detailní numerické simulace, skrze které jde tyto procesy vyšetřovat a studovat, co se děje. Narážíme ale na problém, že my bychom to potřebovali nejen studovat, ale i předpovídat.

Chtěli bychom se dostat do stavu, kdy se podíváme na Slunce, uvidíme tam nějakou silnou koncentraci magnetického pole a na základě toho, jak to magnetické pole vypadá a jak se chovalo v minulosti, bychom řekli, že tohle například povede k erupci v následujících dvou dnech, že vyvolá, nebo nevyvolá výron hmoty do koróny a že zasáhne, nebo nezasáhne Zemi. A to v současnosti není možné.

Co tomu brání?

Dvě věci. Za prvé je to pozorovací nedostatečnost. To znamená, že naše pozorování nejsou dostatečně podrobná a výsledky výpočtového modelu jsou laicky řečeno hodně rozmazané. Druhá věc je, že už ten výpočet toho šíření ve sluneční koróně je už složitá záležitost, tam už se dostáváme do podobné situace, jako když chceme modelovat celé Slunce.

Velká sluneční erupce bývá často zmiňována mezi možnými příčinami konce světa, jak to je? Víme, jak může být silná?

My můžeme vycházet z historie, kdy k silným slunečním erupcím opakovaně docházelo. Takovým předobrazem toho asi nejhoršího, co by nás mohlo potkat, je vůbec první pozorovaná sluneční erupce, kterou 1. září 1859 pozoroval Richard Carrington. O dva dny později Zemi zasáhla velice silná geomagnetická bouře. V té době už byly magnetické observatoře, které tehdy naměřily dosud nejvýraznější změnu zemského magnetického pole. Třeba polární záře byly pozorovány v Karibiku nebo v Indii v Bombaji, což je obrovská událost. Jejich jasnost byla tak velká, že údajně třeba v Bostonu nebo New Yorku bylo možné si v noci přečíst noviny, ve Skalistých horách horníci vstali ve tři ráno a šli do práce, protože si mysleli, že je ráno, ale to je spíš tak pro zábavu.

Horší je, že nejmodernější výdobytek techniky té doby, což byl telegraf, utrpěl kompletní výpadek. Na dlouhých linkách se objevovaly úplné nesmysly a běhaly tam jiskry. To znamená, že příchodem slunečního materiálu se narušila zemská magnetosféra a na dlouhých vedeních se indukovaly elektrické proudy v až stovkách ampér.

Co by taková erupce udělala se dnešním světem plným moderní technologie?

Existují krizové scénáře, které říkají, že kdyby to dopadlo tím nejhorším způsobem, lidstvo by bylo bez elektřiny čtyři až deset let, než by se to podařilo opravit. Totiž například v březnu 1989 došlo k sluneční erupci, která na Zem vrhla nesrovnatelně menší množství slunečního materiálu, než ta v roce 1859, a přesto se kompletně rozpadla energetická síť v celé kanadské provincii Quebec, kde blackout trval devět hodin, na některých místech až dva měsíce.

Umírněný scénář, který je hodně preferován rozvodnými závody, říká, že by se nestalo vůbec nic. Je totiž potřeba brát v úvahu, že v těch 80. a 90. letech, byť na to bylo vědci poukazováno, se na tohle nebral ohled. To už se změnilo, dneska mají všechna klíčová zařízení chytrou elektroniku - pojistku, která zařízení vypne dřív, než shoří. Takže by byl výpadek, ale netrval by čtyři roky.

Střízlivý odhad nicméně leží někdy mezi zmíněnými scénáři. O tom nás přesvědčují případy geomagnetických bouří z poměrně nedávné doby v letech 2003 a 2006, kdy na lokálních úrovních k blackoutům stejně docházelo, kdy opravdu i ta moderní zařízení se začala vypínat, protože byla přetěžována. Tenhle problém se dá snadno řešit, dokud k němu dojde na lokální úrovni, kdy se dá přivést napětí ze sousedního segmentu. Kdyby došlo k události typu Carringtonské, je otázka, jestli by ten blackout nebyl opravdu globální a pak už by nebylo napětí odkud přivést a obnova by byla výrazně komplikovanější. Takže to je právě ta neznámá.

Jaká je pravděpodobnost, že se něco takového stane?

To je další problém, my vůbec netušíme, jak často k takovým událostem dochází. V dnešní době máme pouze dva exempláře něčeho takového, jedním je Carringtonská, k druhé tak silné erupci došlo 23. července 2012. Ta ale byla na odvrácené straně Slunce, takže Zemi nijak neovlivnila. Stalo se to ale přesně v místě, kde zrovna prolítala družice Stereo A, takže my máme spolehlivá měření, že to byla událost typu Carringtonská. Takže dřív, řekněme ještě před deseti roky, se myslelo, že Carringtonská událost je záležitost tak jednou za 400 let, teď je to spíš jednou za 100 let.

My máme samozřejmě výhodu i v tom, že k té události může dojít kdekoliv na Slunci, v celém prostorovém úhlu 360 stupňů, zatímco k těm pro nás nebezpečným by muselo dojít v úhlu 10 až 20 stupňů. Takže ta pravděpodobnost hraje v náš prospěch.

A nedá se něco nosného usoudit z pozorování jiných Slunci podobných hvězd?

Tohle třeba dělala družice Kepler. Rychlá pozorování změn jasnosti, na čemž je primárně založená detekce exoplanet, byla právě výhodná i ke studiu aktivity Slunci podobných hvězd. Ta družice sledovala 90 tisíc hvězd slunečního typu po dobu tří let, takže když hodně zamávám rukama, tak můžu říct, že je to jako kdyby sledovala Slunce 270 000 let. Její citlivost byla z důvodu velké vzdálenosti od hvězd relativně malá, takže zaznamenala jen velké erupce.

Ukázalo se, že Slunci podobné hvězdy jsou schopné vygenerovat třeba tisíckrát až desetitisíckrát silnější erupce než naše Slunce. Kdybychom to převedli na statistiku ‚jednou za‘, tak by se dalo říct, že takováhle velice silná erupce by byla třeba jednou za 40 000 let. Ale problém je v tom, že kdyby se tohle dělo na našem Slunci, tak by to téměř jistě vedlo k destrukci celé biosféry. K vymírání na Zemi sice došlo, ale jsme si zase téměř jisti, že to nikdy nebylo v důsledku Slunce. Takže zřejmě z nějakých důvodů k takovýmhle událostem nedochází, což je pro nás dobře.

V opačném případě bychom si o tom asi teď nepovídali…

Ano, kdyby Slunce jednou za 40 000 let sterilizovalo svoje okolí, tak se tady určitě nerozvinuly životní formy v takové podobě, jak je dnes známe.