یکی از خطرناکترین و نگرانکنندهترین آنها برای کارشناسان فضا، طوفان خورشیدی عظیمی است؛ همانند طوفان شدیدی که در سال ۱۸۵۹ میلادی روی داد و به حدی قدرتمند بود که سیمهای تلگراف را آتش زد. این پدیده بعدها با نام «رخداد کارینگتون» (Carrington Event) شناخته شد.
در ۱۵۰ سال گذشته، فناوری بشر پیشرفت چشمگیری کرده است، اما همین وابستگی شدید به فناوری باعث شده که جامعهی مدرن ما اکنون در برابر چنین طوفانهایی بسیار آسیبپذیرتر باشد. اگر طوفانی با قدرت مشابه کارینگتون دوباره زمین را هدف بگیرد، خسارتهای اقتصادی ناشی از آن میتواند به تریلیونها دلار برسد و بهبودی کامل اقتصاد جهانی ممکن است بیش از یک دهه طول بکشد — مگر اینکه از پیش برای کاهش آثار آن چارهای اندیشیده شود.
به همین دلیل، آژانس فضایی اروپا (ESA) در راستای آمادگی برای چنین سناریوهایی، از تیمهای عملیاتی ماهوارههای جدید خود خواسته است تا با شبیهسازی شرایط یک طوفان خورشیدی واقعی، تمرین کنند که در چنین بحرانی چگونه باید عمل کنند. این شبیهسازیها بهویژه برای اپراتورهای ماهوارهها که در خط مقدم مواجهه با این پدیده قرار دارند، حیاتی است.
با صراحت باید گفت: در برابر یک طوفان خورشیدی قدرتمند، بهترین کاری که میتوان انجام داد مدیریت خسارت است، نه جلوگیری کامل از آن. هیچ نتیجهی مطلوبی برای ماهوارهای که مستقیماً در مسیر چنین طوفانی قرار گیرد وجود ندارد. بهترین سناریوی ممکن این است که ماهواره پس از طوفان هنوز کار کند، هرچند شاید مقداری از سوخت خود را برای حفظ مدارش از دست داده باشد. طوفان خورشیدی میتواند لایههای بالایی جو زمین را تا چند برابر منبسط کند، در نتیجه مقاومت جوی افزایش مییابد و ماهوارهها را کندتر میکند.
در تمرینی که اخیراً برگزار شد، تیم مربوط به ماهواره Sentinel-1D با شبیهسازی چنین طوفانی روبهرو شد. این ماهواره بخشی از برنامهی کوپرنیکوس (Copernicus) آژانس فضایی اروپا است که برای پایش سطح زمین با استفاده از رادار و بهروزرسانی وضعیتهای دریایی و خشکی طراحی شده است. پرتاب آن برای ۵ نوامبر برنامهریزی شده و تیم مأموریت باید بلافاصله پس از پرتاب فرضی، واکنش خود را به یک طوفان شدید خورشیدی تمرین میکرد.
این تمرین در سه مرحله طراحی شد:
- مرحلهی نخست با وقوع یک شرارهی خورشیدی کلاس X45 آغاز شد. چنین شرارهای تقریباً با سرعت نور حرکت میکند و هیچ هشدار قبلی برای تیم عملیات باقی نمیگذارد. این نوع شراره با طوفان شدیدی که در هالووین ۲۰۰۳ اتفاق افتاد و باعث قطع برق در برخی مناطق زمین و اختلال شدید در GPS شد، قابل مقایسه است. در شبیهسازی جدید نیز GPS از کار افتاد و تیم Sentinel-1D برای تعیین موقعیت ماهواره دچار سردرگمی شد.
- چند دقیقه بعد، ماهواره در معرض ذرات پرانرژی قرار گرفت که تقریباً با سرعت نور حرکت میکردند. هرچند شرارهی اولیه هشدار این مرحله را داده بود، اما مقابله با این ذرات تقریباً غیرممکن است. این ذرات میتوانند بیتهای دادهای را در حافظههای الکترونیکی یا سیستمهای مخابراتی ماهواره جابهجا کنند و حتی بخشهایی از مدارها را بسوزانند. در نتیجه، سامانههای حیاتی ممکن است دچار خرابی دائمی شوند یا دادههایشان بهطور برگشتناپذیر آسیب ببیند.
- مرحلهی سوم و خطرناکترین بخش حدود ۱۵ تا ۱۸ ساعت بعد از طوفان ذرات رخ داد، زمانی که جرم تاج خورشیدی (CME) به زمین رسید. این پدیده باعث انبساط جو زمین تا حدود ۴۰۰ درصد شد. چنین وضعیتی نیروی مقاومت جوی را به شدت افزایش میدهد و ماهوارههای تازهپرتابشده مانند Sentinel-1D را با خطر از دست دادن ارتفاع مواجه میکند. افزون بر آن، ماهوارههای دیگر نیز که در مدارهای مشابه هستند ممکن است سوخت کافی برای جبران این افزایش مقاومت نداشته باشند.
این شرایط بحرانی باعث شد که تیم مأموریت مجبور شود تصمیمهای دشواری بگیرد:
چگونه باید از برخورد ماهوارهها در این محیط آشفته جلوگیری کرد؟ هر تصمیمی که برای تغییر مسیر یا اولویتبندی مانور گرفته میشود، میتواند بعدها بر موقعیت و احتمال برخورد با دیگر اجرام فضایی تأثیر بگذارد. در چنین وضعیتی، احتمال برخوردها با سرعتی سرسامآور تغییر میکند و تصمیمگیری دقیق بهشدت دشوار میشود.
به گفتهی کارشناسان ESA، این شبیهسازیها به تیمهای عملیاتی فرصت میدهد تا در شرایط واقعی و پرتنش تمرین کنند و با عواقب واقعی چنین رویدادهایی آشنا شوند. هرچند گزارش رسمی ESA دربارهی عملکرد تیم Sentinel-1D جزئیات زیادی منتشر نکرده است، اما همانطور که انتظار میرفت، هدف اصلی نه پیروزی، بلکه کاهش خسارتها بوده است.
این تمرین در مرکز کنترل مأموریتهای ESA (ESOC) در شهر دارمشتات آلمان برگزار شد و به گفتهی مسئولان، قرار است چنین شبیهسازیهایی از این پس بخشی ثابت از آموزشهای تمام تیمهای ماهوارهای باشد. این اقدام نشانهای از تمرکز روزافزون آژانس فضایی اروپا بر روی ایمنی فضایی و تابآوری زیرساختهای مداری است.
واقعیت این است که وقوع طوفانهای خورشیدی بزرگ اجتنابناپذیر است — تنها پرسش این است که کی و با چه شدتی. این رویدادها میتوانند شبکههای برق زمینی را از کار بیندازند، ارتباطات ماهوارهای را مختل کنند، سامانههای GPS را فلج سازند، و حتی مأموریتهای فضایی در حال انجام را از بین ببرند.
کارشناسان هشدار دادهاند که در صورت وقوع رخدادی مشابه کارینگتون در دوران مدرن، جهان ممکن است برای هفتهها یا حتی ماهها با قطع گستردهی ارتباطات و برق روبهرو شود. بسیاری از فناوریهای حیاتی از جمله هواپیماها، ناوبری دریایی، اینترنت ماهوارهای، و حتی سامانههای بانکی میتوانند مختل شوند.
با وجود چنین تهدیدهایی، تمرین ESA گامی بسیار مهم در مسیر افزایش تابآوری فناوریهای فضایی اروپا است. اگر دیگر سازمانهای فضایی جهان نیز چنین رویکردی را در پیش گیرند، احتمالاً در آینده بخشی از زیرساختهای فضایی انسان از نابودی کامل در برابر طوفانهای خورشیدی در امان خواهند ماند.
در نهایت، هرچند هنوز هیچ فناوری نمیتواند از تأثیر کامل طوفان خورشیدی بر ماهوارهها جلوگیری کند، اما آمادگی، شبیهسازی و برنامهریزی میتواند تفاوت بین یک فاجعهی تمامعیار و یک بحران قابلمدیریت را رقم بزند. آژانس فضایی اروپا با این برنامه نشان داده است که قصد دارد در خط مقدم این آمادگی جهانی قرار گیرد — تا زمانی که خورشید، بار دیگر، چهرهی خشمگین خود را به زمین نشان دهد. 🌞