Dr hab. Paweł Rudawy: badania Słońca to podstawa gospodarki i bezpieczeństwa

Prof. Paweł Rudawy pracuje w Instytucie Astronomicznym Uniwersytetu Wrocławskiego. Jest członkiem Komitetu Astronomii Polskiej Akademii Nauk. W swojej pracy zajmuje się badaniami Słońca, w tym fizyką korony oraz fizyką protuberancji i rozbłysków słonecznych.

Ostatnio wiele słychać o tym, że Słońce jest szczególnie aktywne; że widać na nim wyjątkowo dużo plam. Czy rzeczywiście dzieje się coś nietypowego z naszą gwiazdą?

Prof. dr hab. Paweł Rudawy: Aktywność magnetyczna Słońca stale się zmienia, przy czym najbardziej znanym i najłatwiejszym do zaobserwowania jest tzw. 11-letni cykl Schwabego. W jego ramach aktywność Słońca narasta przez 4-5 lat od najniższego poziomu do tzw. maksimum, a potem znów opada. Kolejne cykle różnią się między sobą – niektóre są bardzo silne, z wysoką aktywnością, inne przeciwnie. Przy minimum aktywności liczba plam na powierzchni Słońca może być zerowa, a podczas maksimum silnego cyklu może ich być nawet bardzo dużo - tzw. liczba Wolfa, czyli indeks ilości plam, może sięgać nawet 300. Obecnie zbliżamy się do szczytu cyklu, ale będzie on prawdopodobnie raczej słaby, ponieważ liczby Wolfa utrzymują się na razie na poziomie zaledwie 120-150.

Skąd te cykle się biorą?

Słońce jest generatorem potężnych pól magnetycznych. Sposób jego działania, w tym jego zmienność i cykliczność, zależą od wewnętrznej budowy Słońca i zachodzących w nim procesów. To właśnie te silne pola magnetyczne powodują powstawanie plam słonecznych, rozbłysków, protuberancji czy tzw. koronalnych wyrzutów materii - czyli monstrualnych wyrzutów materii słonecznej w przestrzeń międzyplanetarną, wypełnioną zresztą stale wypływającym ze Słońca strumieniem plazmy, zwanym wiatrem słonecznym. Aby zrozumieć, jak istotny jest wpływ Słońca na stan przestrzeni międzyplanetarnej, w której orbituje Ziemia, wystarczy powiedzieć, że w ciągu każdej sekundy ze Słońca wypływa milion ton plazmy w postaci wiatru słonecznego, a w okresach dużej aktywności dziennie może dochodzić do kilku wyrzutów koronalnych, których typowa masa sięga 1,5 miliarda ton, a prędkość około 500 kilometrów na sekundę!

A to, co się dzieje na Słońcu, mocno decyduje o tym, czego spodziewać się można na Ziemi…

Słońce nie tylko katalizuje wszystkie procesy w przyrodzie, bo oczywiście ogrzewa i oświetla naszą planetę, ale wpływa też bezpośrednio na stan naszej magnetosfery i całej atmosfery, a także hydrosfery i kriosfery. Słońce nie tylko na bieżąco dostarcza Ziemi energię – wszystkie paliwa kopalne zawierają tak naprawdę zmagazynowaną energię słoneczną.

A oprócz tego…

Choć niekiedy o tym zapominamy, stajemy się coraz bardziej cywilizacją techniczną. Mało tego, jesteśmy już cywilizacją kosmiczną – działające w przestrzeni kosmicznej urządzenia zapewniają nam komunikację, nawigację, zwiad i wykrywanie zagrożeń, pozwalają na obserwację Ziemi i Wszechświata, w tym właśnie Słońca. Wyliczać można długo. Zjawiska towarzyszące bardzo silnym rozbłyskom i innym zjawiskom słonecznym wpływającym na stan przestrzeni międzyplanetarnej lub magnetosfery mogą ten sprzęt uszkodzić; mogą być nawet szkodliwe dla zdrowia astronautów, szczególnie przebywających poza magnetosferą Ziemi, np. podczas lotu na Marsa. To nie wszystko, uszkodzeniu czy zniszczeniu mogą ulec nawet urządzenia na Ziemi.

Na przykład jakie?

We wrześniu 1859, po bardzo silnym rozbłysku na Słońcu - a był to pierwszy obserwowany teleskopowo rozbłysk słoneczny, tzw. rozbłysk Carringtona - nastąpiła bardzo silna burza magnetyczna. Podobno prądy indukowane w liniach telegrafu na amerykańskich preriach były tak duże, że raziły w palce operatorów. W latach 70. XX w., na wschodnim wybrzeżu USA doszło do awarii sieci energetycznej. Historia ta znana jest m.in. z tego, że 9 miesięcy później wzrosła w tym rejonie liczba urodzeń. Jednak koszty awarii, jak można sobie wyobrazić, mogą być ogromne. Zdarza się też, że satelity na zbyt niskich orbitach spadają, ponieważ pod wpływem zjawisk związanych z aktywnością słoneczną dochodzi do rozszerzenia się atmosfery, która zaczyna je wyhamowywać. Zakłócenia nawigacji czy telekomunikacji to nic nadzwyczajnego.

Od długiego czasu jednak nie słyszy się o żadnych katastrofach czy nawet poważnych kłopotach. Mieliśmy szczęście, czy ryzyko znaczących problemów jest w sumie niskie?

Powód jest inny – rośnie nasza świadomość. W przypadku wykrycia dużego ryzyka silnych zjawisk słonecznych i indukowanych przez nie zjawisk geofizycznych możemy już np. czasowo przekonfigurować sieć energetyczną, tak aby stała się mniej podatna na zakłócenia. Podobnie można przygotować inne urządzenia, np. satelity. Warto wspomnieć, że np. 28 października 2003 roku miał miejsce na Słońcu rozbłysk tak silny, że strumień jego promieniowania rentgenowskiego docierającego w okolice Ziemi przekroczył zakres mierników na satelitach serii GOES, stanowiących standard oceny skali takich zjawisk, jednak nic złego się nie stało. To zasługa naszej wiedzy, zdobytej dzięki badaniom heliofizycznym, oraz gotowości.

 Czy to oznacza, że potrafimy dobrze przewidywać kosmiczną pogodę?

Niestety, pozostaje wiele do zrobienia. Nie umiemy jeszcze bezbłędnie przewidywać czasu, miejsca i skali zjawisk aktywnych na Słońcu, choć z każdym rokiem nasza wiedza niebywale rośnie. Czasami, gdy obserwuję Słońce z pomocą naszego koronografu w Obserwatorium Uniwersytetu Wrocławskiego w Białkowie i oczekuję pojawienia się rozbłysku, moja ocena dokonana okiem „doświadczonego górala” jest równie dokładna, albo niedokładna, jak kto woli, jak uzyskana dzięki przyrządom i zaawansowanym modelom fizycznym bądź rozważaniom statystycznym. To dlatego m.in. w Unii Europejskiej inwestuje się obecnie ogromne pieniądze w badania Słońca i technologie przewidywania pogody kosmicznej. Mogą one bowiem mieć kluczowe znaczenie dla całej gospodarki, a nawet bezpieczeństwa krajów Unii Europejskiej.

A jak duże znaczenie ma zmienność Słońca dla klimatu?

To wyjątkowo skomplikowany problem. Faktem niepodważalnym i o fundamentalnym znaczeniu dla naszej cywilizacji - i nawet gatunku jako takiego - jest zjawisko globalnego ocieplenia. Problem polega na tym, że nie w pełni poznaliśmy i zrozumieliśmy niezwykle skomplikowany system różnych zjawisk, w tym wzajemnie wzmacniających się procesów, sprzężeń zwrotnych - decydujących o pogodzie i klimacie. Uważam, że nie potrafimy jeszcze jednoznacznie powiedzieć, na ile w tle, oprócz czynnika antropogenicznego, działają inne, naturalne mechanizmy globalnego ocieplenia.

Czy nie jest to tylko dwutlenek węgla uwalniany do atmosfery przez człowieka?

Do połowy XIX w., kiedy to rozpoczęła się istotna industrializacja, klimat na Ziemi był wyraźnie skorelowany z dwoma czynnikami – geologicznym, czyli głównie oddziaływaniem wulkanów oraz z aktywnością Słońca. Od około 1850 roku wyraźnie widać wpływ nowego czynnika, ewidentnie powiązanego z rozwojem cywilizacji industrialnej i jej wpływem na środowisko – w tym choćby emitowane przez ludzkość dwutlenek węgla i inne gazy cieplarniane.

Jednak czynniki naturalne, astronomiczne i planetarne, nie zniknęły. Procesy oddziaływania Słońca na klimat nagle nie wyłączyły się. Podobnie np. wulkany - nie przestały działać. Nie do końca rozumiemy tymczasem, jak różne czynniki łącznie, antropogeniczne i naturalne, oddziałują, a może nawet wzajemnie się wzmacniają. Może się np. okazać, że choć czynniki antropogeniczne są niepodważalnie istotne, to działają wraz z czynnikami naturalnymi, stanowiącymi także istotny element procesów. Ponieważ stawka jest niezwykle wysoka, bezstronne i pełne poznanie tego problemu ma kluczowe znaczenie.

Czy obserwowane zmiany mogłyby zachodzić bez udziału człowieka?

Tak chłodny klimat, jaki mamy dzisiaj to ewenement. Na przykład 50 mln lat temu globalna temperatura była aż o 15 st. C. wyższa, co oznacza, że pod kołem podbiegunowym rosły przysłowiowe palmy. Zdarzało się już w historii klimatu ziemskiego, że temperatura gwałtownie rosła albo spadała, a potem wracała do stanu wyjściowego i wszystko to działo się bez udziału człowieka, który nawet jeszcze nie istniał jako gatunek. Być może, po prostu Ziemia wchodzi obecnie w cieplejszą fazę, a na to nakłada się wpływ czynników antropogenicznych?

Czy to znaczy, że dwutlenkiem węgla nie trzeba się w ogóle przejmować?

Moje zdanie jest takie, że absolutnie powinniśmy zapobiegać wszelkim negatywnym wpływom cywilizacji na klimat, bo po pierwsze tak podpowiada rozum i instynkt samozachowawczy, a po drugie, może nieco żartobliwie, nie wypada śmiecić tam, gdzie się mieszka. Dlatego szczerze współczuję tym odpowiedzialnym i uczciwym politykom, którzy z jednej strony biurka mają plik z raportami o wyłącznie antropogenicznych przyczynach zmian klimatu, a z drugiej plik z opracowaniami o tym, jak wpływają na niego czynniki naturalne. Przy świadomości, że ich decyzje wpłyną na życie wnuków i prawnuków, a koszty każdej decyzji są astronomiczne, ludzie ci są w niezwykle trudnej sytuacji. Temat jest szalenie trudny i wszyscy powinni się wykazać dobrą wolą, odkładając swoje osobiste interesy na bok.

Wracając do Słońca, czy wiadomo, co nas długofalowo czeka z jego strony?

To trudno przewidzieć. Raczej aktywność Słońca nie ulegnie istotnej zmianie w najbliższej przyszłości; choć, to ciekawostka, niektórzy heliofizycy twierdzą, że zbliżamy się do kolejnego wielkiego minimum aktywności Słońca, podobnego do tzw. minimum Maudera, kiedy to Heweliusz żalił się, że przez 30 lat nie widział plam na Słońcu. Dożyjemy, zobaczymy.

Może więc obecne ocieplenie to jednak efekt działania Słońca, a nie dwutlenku węgla, a wkrótce zrobi się zimno?

Niestety, tak nie jest. Mamy niewątpliwy ogromny wpływ czynników antropogenicznych, ale mamy też jakieś procesy planetarne, mamy wreszcie czynniki związane z aktywnością naszej gwiazdy. Choć, jak już powiedzieliśmy, wzajemny stosunek tych czynników musi być jeszcze ustalony, to wpływ samych czynników antropogenicznych jest wystarczający, aby katastrofalnie zmieniać klimat. Jeśli do tego dokładają się czynniki naturalne, a według mnie dokładają się, to oznacza to naprawdę duży problem.

Dodatkowym problemem jest to, że procesy rządzące klimatem są skomplikowane, wzajemnie powiązane i działają często długofalowo. Paradoksalnie, dyskusję chyba utrudnia fakt, że obecnie klimat jest, jak na Ziemię, dość chłodny, a z racji krótkości naszego życia osobniczego, a nawet jako społeczeństwa, jesteśmy do niego przyzwyczajeni, dostosowani i uznajemy go za normalny.

Czasami, oglądając debaty w telewizji, można odnieść wrażenie, że sytuacja nie jest tak skomplikowana, że wszystko już wiadomo.

Jeśli posadzimy naprzeciwko siebie osobę pewną absolutnej niepodważalności i poprawności jej przekonań i twierdzeń, być może nawet przekonanej o posiadaniu jedynej recepty na zaradzenie całemu problemowi, oraz naukowca, który będzie mówił o faktach, prawdopodobieństwach, potrzebie dalszych badań, niepewnościach i braku wiedzy, to łatwo przewidzieć, kogo większość ludzi będzie słuchała. Musimy działać, bo larum grają, ale pamiętajmy, że pagórki zdobytej już wiedzy są niczym przy całych górach pytań, których nawet nie potrafimy zadać, a co dopiero na nie odpowiedzieć.