Strašidla ze Slunce

Když začátkem září 1859 pozoroval britský astronom Richard Carrington dalekohledem Slunce, spatřil na něm dva jasné výšlehy bílého světla, které po několika minutách zmizely. Následujícího dne před rozbřeskem se na pozemské obloze roztančily pásy rudé, zelené a fialové barvy. Polární záři pozorovali i v tropech, od sloupů telegrafního vedení odletovaly jiskry a operátorům telegrafů začal hořet v rukou papír, na který se tiskly depeše. A co bylo ještě podivnější: telegraf v některých oblastech několik hodin fungoval, ačkoli byl odpojen od elektrického proudu. Jako by jej napájela nebeská baterie.

Příčinou byla velká sluneční erupce, která vyvolala nebývalou geomagnetickou bouři. Oblak subatomárních částic vyvržených ze Slunce se vydal na cestu vesmírem jako rychle se pohybující duch, zasáhl naši planetu, zdeformoval a rozechvěl její magnetické pole. V zemi i v elektrických drátech se indukovaly bludné proudy, částice kosmického záření pronikaly blízko k povrchu. Tehdy to bylo velkolepé divadlo, dnes by byly důsledky mnohem vážnější. Dávná událost nám tak připomíná, jak důležité je takzvané kosmické počasí.

Carringtonova bouře v něm představovala něco jako hurikán, ale vesmír není pohostinný ani za klidnější „meteorologické situace“. Ve sluneční soustavě to dost „fouká“ – naše hvězda neustále vysílá do okolního prostoru takzvaný sluneční vítr, proud elektricky nabitých částic, hlavně protonů a elektronů. Podobné projektily přilétají i ze vzdáleného vesmíru, hlavně z jádra galaxie. Částice a elektromagnetické záření, které je provází, se pohybují s velkou energií a na živou tkáň účinkují podobně jako silný rentgen: DNA v buňkách štípou na kusy a vyvolávají nebezpečné mutace. A nejde zdaleka o jediné nebezpečí, jež hrozí dnešní technologické společnosti.

Ochranu skýtá magnetické pole, které naše planeta na rozdíl od mnoha jiných těles sluneční soustavy vytváří. Jenže toto pole slábne, a v poslední době se navíc chová stále podivněji.

Pól cestuje na Sibiř

Princip (dosavadní) ochrany je jednoduchý a účinný. Poblíž Země se „kosmické projektily“ střetávají se siločárami magnetického pole, které je odklánějí a odvádějí od povrchu. Pouze v polárních oblastech, kde siločáry tvoří jakýsi trychtýř a vstupují do Země nebo z ní vystupují, se částice dostávají do nižších výšek, narážejí do molekul atmosféry a vyvolávají světelné efekty známé jako polární záře. „Pokud bychom neměli magnetické pole, celý zemský povrch by byl vystaven tomuto energetickému bombardování, molekuly atmosféry by se odpařily a život na povrchu by dříve nebo později zanikl kvůli ozáření,“ říká expert na geomagnetismus Eduard Petrovský z Geofyzikálního ústavu AV ČR.

Podle Evropské kosmické agentury pole zesláblo za posledních 200 let o devět procent, což je ovšem průměrná hodnota, lokálně může být pokles vyšší. Například magnetická observatoř u města Hermanus na jihu afrického kontinentu naměřila v rozmezí let 1940–2010 dvacetiprocentní snížení intenzity pole. Velké propady zaznamenávají i polární oblasti, a změny se navíc v poslední době zrychlují.

Zvláštně se chovají také magnetické póly, jejichž poloha nesouhlasí přesně s póly geografickými. Že se stěhují po zemském povrchu, je normální, ovšem v poslední době „přidaly do kroku“. Severní magnetický pól zvolna putuje ze severního pobřeží Kanady směrem k Sibiři a v posledních letech se začal pohybovat zhruba dvojnásobnou rychlostí. „Některá letiště v polárních oblastech už musela přečíslovat přistávací dráhy. Ty jsou totiž číslovány podle odchylky svého směru od magnetického pólu,“ vysvětluje Petrovský, který byl donedávna prezidentem IAGA, mezinárodní vědecké asociace zaměřené na geomagnetismus a studium svrchních oblastí atmosféry.

Magnetické pole není také všude stejně silné. Nejslabší je na jižní polokouli v takzvané Jihoatlantické magnetické anomálii (viz obrázek na str. 50). V jejím epicentru je intenzita pole o více než polovinu nižší než v Česku. Na zemském povrchu se to moc neprojevuje, na nízkých oběžných drahách už ano: například v roce 2016 se po průletu anomálií rozpadla japonská vědecká družice Hitomi, kosmické záření zřejmě zničilo její stabilizační systém. Mezinárodní kosmická stanice tak musí mít další vrstvu stínění, Hubbleův teleskop se při průletu touto „magnetickou jámou“ rovnou vypne.

Jako dinosauři

Za existenci magnetického pole vděčíme elektrickým proudům hluboko v nitru Země. Jak planeta pomalu chladne, její tuhé vnitřní jádro se zvolna zvětšuje asi o milimetr za rok. Obklopuje jej tekuté vnější jádro, a právě v něm proudy roztavených hornin i elektřiny vznikají, poháněny obrovským teplotním rozdílem mezi okrajem vnitřního jádra a hranicí zemského pláště; elektrický proud pak vytváří i magnetické pole. Občas se však s tímto vnitřním dynamem něco stane, jako možná právě teď.

Geofyzik Gunther Kletetschka z Přírodovědecké fakulty UK v připravovaném odborném článku uvádí, že výrazná změna ve fungování vnitřního dynama Země nastala už asi před 70 miliony lety. Dosud jednoduchý systém proudů ve vnějším jádru se tehdy zkomplikoval, magnetické pole získalo slábnoucí trend a intervaly mezi výměnami magnetických pólů se začaly zkracovat. Jestli to souvisí s obrovským asteroidem, který zhruba v té době narazil do Země a přispěl k vyhynutí dinosaurů, nevíme, ale možné to je.

K zatím poslednímu prohození magnetických pólů došlo asi před 760 tisíci lety, kdy po Zemi chodil Homo erectus a do vzniku našeho druhu zbývaly statisíce roků. Celá událost trvala 22 tisíc let, mnohem déle, než existuje dnešní civilizace využívající zemědělství – a kdyby tehdy existoval kompas, ukazovala by střelka po výměně opačným směrem. S dalším překmitem si dává Země načas; už k němu měla několikrát nakročeno, ale nakonec jako by si prohození pólů rozmyslela, nebo trvalo jen krátce.

Podle dalšího geofyzika, Johna Tarduna z Rochesterské univerzity ve státě New York, může být klíčem k budoucnosti právě studium zmíněné Jihoatlantické anomálie. Tarduno se svým týmem zkoumal v jižní Africe minerály, které se kdysi ocitly v žáru ohně; před staletími tu žili lidé doby železné z jazykové skupiny Bantu, kteří v době ničivých vln sucha zapalovali kvůli rituálnímu očištění své chýše a sýpky. Jak rozžhavený jíl chladl, minerály v něm obsažené v sobě uchovaly otisk tehdejšího magnetického pole. Tarduno tak zjistil, že podobně jako dnes tu magnetické pole sláblo už několikrát v minulosti, například v letech 700–750 našeho letopočtu.

Seizmická data zároveň ukázala, že pod jižní Afrikou, těsně nad hranicí tekutého vnějšího jádra Země, „sedí“ jakási poklička hornin o vyšší hustotě. Možná se zvolna potápí a ovlivňuje tak proudy žhavého železa ve vnějším jádře. Vyvolává tím nejen anomálii, ale i slábnutí magnetického pole celé planety. Zatím nelze s jistotou říci, že je to předzvěst výměny pólů, přesto podle Tarduna tento jev musíme studovat.

Boj o přežití

Jak ukazují horniny z příslušných období, magnetické pole během výměny pólů nikdy nezmizí úplně, zeslábne ovšem třeba na desetinu původní hodnoty a ztratí dipólový charakter – místo dvou pólů, severního a jižního, jich najednou bude na Zemi více, třeba čtyři nebo osm, každý navíc s jinou intenzitou. Kompas bude ukazovat nikoli nutně na sever, ale k oblasti nejbližšího pólu. Zatím nevíme, jaký vliv by měl podobný zmatek na živočichy využívající magnetické pole k navigaci, třeba některé bakterie, ptáky a želvy.

Potíže by se ovšem nevyhnuly ani lidem. Nabité částice z vesmíru by se dostávaly mnohem blíže k zemskému povrchu a mohly by podle Kletetschky značně zvýšit elektrostatické napětí mezi vodivou slupkou vysoko v atmosféře a zemí pod našima nohama – napětí, které je příčinou blesků. „Bude mnohem víc bouřek, obrovských elektrických interakcí, s nimiž jsme se dosud nesetkali. Neumím si představit, k čemu by to vedlo, ale lidská rasa, jak ji známe, by bojovala o přežití.“

Polární záře by byla viditelná po celé Zemi, podobně jako během Carringtonovy erupce, a lidem by nezbývalo než se mnohem více chránit před elektromagnetickým zářením, které vzniká, když se částice přilétající z vesmíru střetávají s molekulami atmosféry. Zvláště v oblastech kolem oněch čtyř či osmi magnetických pólů by situace mohla být kritická. Podle Tarduna také hrozí, že interakce mezi slunečním větrem a atmosférou by postupně narušila nebo zničila ozonovou vrstvu a vyšší dávky ultrafialového záření ze Slunce by prudce zvýšily riziko rakoviny kůže.

Naštěstí by ani během prohození pólů nedokázalo kosmické záření Zemi úplně připravit o atmosféru – a odvát její podstatnou část do vesmíru, jako se to kdysi pravděpodobně stalo na Marsu, kde se vnitřní dynamo v dávné minulosti zastavilo. Nezdá se také, že by minulé výměny pólů výrazně korelovaly s obdobími masového vymírání biologických druhů. Naději dává i pozvolný průběh změn rozprostírajících se přes tisíce let. „Nejde o horizont jednoho lidského života ani několika generací. Život na Zemi bude mít dost času se přizpůsobit,“ mírní tak apokalyptické představy Petrovský.

Hrozba ze souhvězdí Orion

Zmíněné magnetické bouře naopak můžou být až nepříjemně aktuální. Varování přišlo v červenci 2012, kdy Slunce rovněž vyvrhlo do kosmického prostoru obrovský mrak částic, který zhruba za 20 hodin dospěl k oběžné dráze Země. Planetu naštěstí minul, ale kdyby erupce vyšlehla o týden dříve, mrak by Zemi zasáhl. „Naše společnost se těsně vyhnula geomagnetické bouři, která by byla téměř jistě stejně silná jako ta Carringtonova. Na mnoho technologických systémů by to s největší pravděpodobností mělo zničující vliv,“ napsali o rok později vědci v odborném časopise Space Weather.

Možné důsledky naznačil už březen 1989, kdy mohutná magnetická bouře indukovala v pozemských vodičích silné bludné proudy. Na severu USA se tavily transformátory a v kanadském Quebecu, kde zkolabovala na několik hodin rozvodná síť, se na devět hodin ocitlo bez proudu šest milionů lidí. Podle výpočtů by přitom výpadek elektřiny mohl kvůli škodám v sítích trvat týdny i měsíce; zkolaboval by internet, zmražené potraviny a některá léčiva by se zkazily, postupně by přestala fungovat kanalizace a zásobování. Zhruba od roku 2008 je Slunce mimořádně „tiché“ a v příští dekádě se to nejspíš nezmění. Až ovšem jeho aktivita znovu zesílí, pravděpodobnost magnetických bouří stoupne. Například v USA proto běží několik programů, jejichž cílem je posílit elektrickou síť, aby byla vůči „strašidlům ze Slunce“ odolnější.

Nepříjemně nás mohou překvapit i jiné hvězdy, konkrétně výbuchy supernov: „Celá Země se v takové situaci zahalí do oblaků páry vznikající kvůli extrémní kosmické radiaci,“ vysvětluje Kletetschka. Bílá oblaka pak odrazí velkou část slunečního záření zpět do kosmického prostoru a planeta se ochladí. „Všechny oceány mohou zamrznout, jako se to stalo již několikrát v minulosti – Země tehdy vypadala jako ledová koule.“

Část nebezpečné radiace by dopadala i na povrch. „Téměř všechna významná vymírání a nárůst počtu nových druhů jsou spojené se supernovami. Proto teď astrofyzici bedlivě pozorují hvězdu Betelgeuze v souhvězdí Orion, o které se domníváme, že už jako supernova vybuchla, a jen čekáme, až k nám tato informace dorazí.“ Mírná panika vypukla letos v zimě, kdy červený obr v Orionu vyslal zneklidňující signál – jeho aktivita začala fluktuovat. „V poslední době se hvězda ustálila, ale nikdo neví, na jak dlouho,“ upozorňuje Kletetschka.

Paradoxem přitom je, že „divoké“ Slunce na vrcholu své aktivity znamená vyšší pravděpodobnost magnetických bouří, ale zároveň nás do jisté míry chrání právě před nebezpečným zářením z hlubin galaxie – také naše hvězda má svoji magnetosféru, která sahá daleko za dráhu vnějších planet. „Jsme mezi dvěma ohni,“ shrnuje to Kletetschka s tím, že z pohledu geologických věků žijeme v nestabilním světě a nemáme záruky, že nám planeta a okolní vesmír budou vždy ochotně sloužit.