Güneş’in Dünya’ya Etkileri

Güneş Kaynaklı Olaylar - Yakın Uzaya ve Gezegenimize Etkileri

Güneş ile gezegenler arasında kalan bölge gezegenlerarası ortam adıyla anılmaktadır. Bu ortam çoğunlukla mükemmel bir boşluk gibi düşünülse de, Güneş rüzgarının etkisi altında oldukça çalkantılı bir bölgedir. Güneş rüzgarı gezegenlerarası ortamda saniyede 250-1000 km'ye ulaşan hızlarda akmaktadır. Güneş yüzeyi üzerinde büyük lekeler görülmeye, Güneş patlamalarının, aktif prominansların, koronal deliklerin, koronal kütle atımlarının sayısı artmaya başladığında Güneş rüzgarının kimyasal bileşimi, yoğunluğu ve manyetik alan şiddeti artmaktadır. Gezegenler arasında akan Güneş rüzgarıyla gezegenlerin manyetik alanları farklı biçimlerde etkileşmektedirler. Dünya'nın manyetik alanı, bir mıknatıs çubuğunu demir tozlarının içine bıraktığımızda bu tozların aldığı biçime benzemektedir.


 

 

 

 

 

 

Dünya'yı sarmalayan manyetik alan çizgileri Güneş yönünde Güneş rüzgarının etkisiyle bastırılmış, ters yönde ise gezegenlerarası ortama doğru uzanmıştır. Bu yapı gezegenimizin manyetosferini oluşturmaktadır. Van Allen radyasyon kuşakları ve atmosferin üst katmanlarından İyonosfer bu yapının içerisinde yer almaktadır. Güneş'ten gelen X-ışınlarının ve EUV ışınımlarının neden olduğu fotoiyonizasyon sürekli olarak bu katmanda serbest elektronlar yaratmaktadır. Öte yandan Dünya'nın manyetik alanı Güneş rüzgarının manyetik alanının, yoğunluğunun ve hızının artışlarına da duyarlıdır. Güneş rüzgarındaki bu değişimler de Güneş aktivitesinin değişimlerine bağlıdır. Aktivitenin düşük olduğu yıllarda Manyetosfer, gezegenlerarası ortamda Güneş'e doğru 10 Dünya yarıçapı kadar uzanmakta, oysa Güneş aktivitesinin arttığı yıllarda Güneş rüzgarının Manyetosfer'i bastırmasıyla Manyetosfer sıkışmakta, bu mesafe ancak 6.6 Dünya yarıçapı kadar olmaktadır.

Görüldüğü gibi Manyetosfer dinamik bir yapıya sahiptir. Güneş'ten gelen Güneş rüzgarıyla enerji kazanan Magnetosfer'in içerisinde dinamizmi harekete geçiren süreçler başlamaktadır. Bu sürecin Dünya'da gözlenen sonucu manyetik fırtınalardır. Ayrıca Güneş aktivitesinin değişimine bağımlı olarak kutup ışıması (Aurora) ve proton olayları da gözlenen sonuçlardandır.

Kutup Işıması

 

 

 

 

 

 

 

 

Kutup ışıması, Güneş aktivitesinin tetiklediği jeomanyetik fırtınalar Dünya'da görüldüğü zaman ortaya çıkan dinamik ve olağanüstü bir görüntüdür. Güneş rüzgarı Manyetosfer'e taşıdığı enerjiyle buradaki iyon ve elektronların gizil güçlerini arttırmaktadır. Hızlanan bu parçacıklar Dünya atmosferine kutup bölgelerine yakın yerlerden girmektedir. Atmosferin ince ve yüksek bu katmanındaki atom ve moleküllere çarpan hızlanmış parçacıklar buradaki gazların farklı renklerde parlamasına yol açmaktadır. Kutup ışımaları genellikle 60° ile 80° enlemleri arasında görülmektedirler. Manyetik fırtına eğer çok şiddetli ise kutup ışımasının ekvatora kadar da uzandığı görülmüştür. 1909 yılında meydana gelen çok şiddetli bir fırtına sırasında jeomanyetik ekvatorda yer alan Singapur'da bile kutup ışıması izlenmiştir. Görüldüğü gibi kutup ışıması, izlenmesi insana keyif veren güzel bir doğa olayıdır ama şunu da unutmamak gerekir ki, atmosferdeki bu değişiklikler teknolojik sistemlerimizde büyük hasarlara yol açabilmektedir.

Proton Olayları
Büyük Güneş patlamalarının ardından 30 dakika içerisinde enerji yüklü protonlar Dünya'ya ulaşmaktadır. Enerji yüklü parçacıkların (çoğunlukla protonlar) sağanağı altına giren Manyetosfer bu parçacıkların bir kısmını yakalayarak daha da hızlanmalarına yol açmaktadır. Hızlanan bu protonlar atmosferin üst katmanlarına kadar sızmaktadırlar.

Jeomagnetik Fırtınalar 

Her büyük Güneş patlamasının, aktif prominansın ya da koronal kütle atımının ardından Güneş maddesi ve beraberindeki manyetik alanı yavaş hareket eden bir bulut gibi 1 ile 4 gün içerisinde Dünya'ya gelmektedir. Bu yüklü plazma Dünya atmosferine çarparak jeomanyetik fırtınayı başlatmaktadır. Dünya üzerindeki manyetik alanda birdenbire olağanüstü bir değişim gözlenir. Jeomanyetik fırtına süresince Güneş rüzgarının enerjisinin bir kısmı Manyetosfer'e iletilmiştir. Magnetosfer'in enerjisindeki bu artış Güneş rüzgarının geliş doğrultusuna ve şiddetine bağlı olarak Dünya'nın manyetik alanında gözlenen ani değişimlere yol açmaktadır.

Jeomanyetik fırtınalar hangi sistemlerimizi etkilemektedir?

Radyo Haberleşmeleri


 

 

 

 

 

 

 

Uzun mesafeler arasında kullanılan haberleşme sistemlerinin büyük çoğunluğu radyo sinyallerini yansıtmak için İyonosfer'i kullanmaktadır. Radyo haberleşmeleri İyonosfer'de meydana gelen fırtınalardan bütün enlemlerde etkilenmektedir. Böyle bir durumda radyo frekanslarının bir bölümü İyonosfer'de soğurulmakta, diğer bir bölümü de yansımaktadır. Bunun sonucunda radyo sinyalleri hiç beklenmedik doğrultularda yayılmakta veya şiddetleri hızlı bir biçimde bir azalıp bir artmaktadır. Bu olaylara neden olan Güneş aktivitesinden en çok etkilenen gruplar kıtalararası radyo yayını yapan radyolar, kıyı ile haberleşen gemiler, havaalanları ile haberleşen uçaklar ve amatör radyocular ve uydu operatörleridir. Askeri erken uyarı sistemleri de Güneş aktivitesinden etkilenmektedir. Uzun mesafeli füzelerin fırlatılıp, yönlendirilmesinde kullanılan radarlarda da İyonosfer'den yararlanılmaktadır. Manyetik fırtınalar sırasında ortaya çıkan parazitten bu sistemler çok etkilenmektedir. Denizaltıların manyetik özelliklerini algılayarak bunların yerlerini belirleyen sistemler vardır. Denizaltılardan gelen bu sinyallerin algılanması de jeomanyetik fırtınalar sırasında bozulmaktadır.

Deniz Ulaşımını Yönlendiren Sistemler
LORAN ve OMEGA adlı uluslararası sistemlerin radyo dalgaları da Güneş aktivitesinden etkilenmektedir. OMEGA haberleşme sisteminin Dünya'nın farklı bölgelerine yerleştirilmiş sekiz nakil istasyonu vardır. Uçaklar ve gemiler konumlarının belirlenmesinde bu nakil istasyonlarından gelen çok alçak frekansları kullanmaktadırlar. Jeomanyetik fırtınalar ve Güneş olayları sırasında bu haberleşme sistemi, bilgi alan araçlara yerlerini belirlemede önemli hatalara yol açabilecek yanlış bilgiler verebilmektedir. Gelişen proton olayları ve jeomanyetik fırtınalar sırasında bu tehlikelere karşı hareket halindeki araçlar önceden uyarılırlarsa backup sistemlerini kullanarak sözkonusu yanlış bilgilenmeden kendilerini koruyabilmektedirler. Güneş aktivitesi İyonosfer'in yoğunluğunda ani değişimlere yol açtığında zaman ve konum belirlenmesinde kullanılan GPS (Global Positionning System) sinyalleri de bundan etkilenmektedir.

Uydular

 

 

 

 

 

 

 

 

Güneş aktivitesi sırasında artan jeomanyetik fırtınalar ve mor ötesi ışınım Dünya atmosferinin üst katmanlarını ısıtmaktadır ve bunun sonucu bu katmanlar genişlemektedirler. 1000 km yükseklikte dönen uyduların bulunduğu bölgelere kadar yükselen ısınan hava bu yüksekliklerde atmosferin yoğunluğunun önemli oranda artmasına neden olmaktadır. Bu da uyduların hareketinin yavaşlamasına ve zamanla yörüngelerinde istenmeyen yükseklik kayıplarına yol açmaktadır. Ömürlerinin daha uzun olması bakımından uydular gerektiğinden daha yükseklerde yörüngeye oturtulurlar. Çünkü yukardaki nedenlerden dolayı zamanla yavaşlayarak atmosfere girip yanacaklardır.

Bu olayın en güzel örneklerinden biri Skylab'dir. O dönemde Güneş aktivitesi beklenilenin üzerinde bir artış göstermiştir. Bu nedenle uzay laboratuvarı hesaplanandan çok daha önce atmosfere girerek parçalanmıştır. Bir başka örnek de Mart 1989'da gerçekleşmiştir, Amerikan donanmasına ait dört uydu büyük jeomanyetik fırtınanın etkisi altında bir hafta süreyle servis dışı kalmıştır. İlerleyen teknoloji uzay araçlarında kullanılan parçaların daha küçük imal edilmesini sağlamaktadır bu durum uygun koşulların yanısıra uygun olmayan koşullar da getirmektedir. Gitgide küçülen bu parçalar Güneş'ten gelen enerji yüklü parçacıklardan daha çok etkilenmektedir. Bu parçacıklar uydulara yerleştirilmiş bilgisayarlardaki mikro yongalarda tahribatlar yaparak bilgisayarların yazılımlarında komutların değişmesine yol açabilmektedir. Uydu operatörlerinin karşılaştığı diğer bir problem de diferansiyel elektrik yüklenmesidir. Uyduların bulunduğu yörünge yüksekliklerinde iyonların ve elektronların hem sayısı, hem de enerjileri jeomanyetik fırtınalar sırasında artmaktadır. Uydu bu enerji yüklü ortamdan geçerken yüksek oranda elektrik yüklü parçacık yağmuru etkisi altında kalır ve bu elektrik yüklü parçacıklar uzay aracının farklı bölümlerinde diferansiyel elektrik yüklenmesine neden olmaktadırlar. Bunun sonucu bu bölümler arasında meydana gelen elektrik boşalmaları uydunun değişik parçalarında arklara yol açarak buralarda tahribatlara neden olabilmektedir.

İnsanlar İçin Radyasyon Tehlikesi

 

 

 

 

 

 

Şiddetli Güneş patlamaları sırasında yayınlanan yüksek enerjili parçacıklar da, nükleer patlamaların ya da kazaların ardından yayınlanan radyasyon enerjisi kadar, insan yaşamı için tehlikelidir. Yeryüzünde yaşayanları bu tehlikeden Magnetosfer ve arz atmosferi korumaktadır. Uzaydaki astronotlar her an sağlıklarını tehlikeye düşürecek düzeyde radyasyon tehlikesiyle karşı karşıya kalabilmektedirler. Radyasyon dozu olarak ölçülen yüksek enerjili parçacıkların hücrelere girmesi kromozomların ölmesine ve potansiyel kanser hastalıklarına yol açmaktadır. Çok yüksek dozlar tehlikeyi daha da hızlandırmaktadır. Güneş'ten gelen ve 30 MeV dan daha yüksek enerjiye sahip protonlar çok tehlikelidir. 1989 Ekim'inde Güneş'te meydana gelen patlamalar bu denli tehlike yaratacak parçacıklar üretmişti. Eğer bu sırada sadece uzay elbiseleri ile Ay'da dolaşan astronotlar olsaydı yakalandıkları bu fırtınadan sağ olarak kurtulmaları mümkün olmayacaktı.

İklim
Güneş, atmosfer için, hava akımlarını yönlendiren ısı üretim aracı gibidir. Uzun yıllar sabit bir enerji kaynağı olarak düşünülmüştür, fakat son yıllarda Güneş sabiti ile ilgili yapılan duyarlı ölçümler 11 yıllık çevrim içinde Güneş sabitinde % 0.2 ye varan değişimler olduğunu göstermiştir. Bu süreç içerisinde zaman zaman bu değerin % 0.5 lere çıktığı da görülmüştür. Atmosfer bilimciler Güneş sabitinde gözlenen bu miktardaki değişimlerin bile iklim değişiklikleri için yeterli olduğunu söylemektedirler. Bitkilerin büyümesinin Güneş'in 11 yıllık leke ve 22 yıllık magnetik aktivite çevrimleriyle ilişkili olduğu gövdelerindeki halkalardan belirlenmektedir. Geçmiş 300 yıl göz önüne alınarak Güneş aktivitesinin uzun dönemli değişimlerine bakıldığında 70-80 yıllık bir aktivite peryodundan söz edilebilmektedir. Teleskop kullanılarak Güneş leke gözlemlerinin yapıldığı 17. ve 18. yüzyıllarda Güneş lekelerinin çok az görüldüğü kayıtlara geçirilmiştir. Bu dönemde Avrupa'da 'mini buzul çağı' yaşanmıştır. Bu durum Güneş iklim etkileşmesine işaret eden iyi bir örnektir. Öte yandan, proton olayları sırasında çok fazla sayıda enerji yüklü parçacık atmosferin orta katmanlarına kadar ulaşmaktadır. Bu parçacıklar atmosferin bu katmanlarında moleküler iyonizasyona yol açmaktadırlar. Bunun sonucu ortaya çıkan yeni kimyasal bileşikler de atmosferdeki ozon miktarını azaltabilmektedir. Böylece yaşamımız için çok zararlı olan mor ötesi ışınım yeryüzüne artan oranda ulaşmaktadır. Güneş'te meydana gelen 1982 yılındaki proton olayında ozon yoğunluğu geçici olarak % 70 oranında azalmıştır.

Jeolojik ve Jeofiziksel Araştırmalar
Yeraltı kaya yapısının belirlenmesinde jeofizikçiler Dünya'nın manyetik alanından yararlanmaktadır. Bu jeofizik ölçüm ve araştırmalar daha çok petrol, gaz ve mineral depoları bulmak için yapılmaktadır. Bu ölçümler sırasında doğru manyetik bulgular elde edebilmek için yermanyetik alanının en sakin olduğu dönemler tercih edilmektedir.

Bunun tersine bazı araştırmacılar da jeomanyetik fırtınalar sırasında çalışmayı seçmektedir. Bu olaylar sırasında yeraltı elektrik akımlarında meydana gelen değişiklikler buradaki mineral yapılarının ve petrolün görülmesini sağlamaktadır. Bu araştırmacılar araştırmalarını jeomanyetik fırtınalarla ilgili öngörülere göre düzenlemektedirler.

Elektrik Dağıtımı
Uzun mesafelere elektrik dağıtan taşıyıcı elektrik hatlarının civarında hareket eden manyetik alanlar oluşursa bu iletkenlerin içerisindeki elektrik akımı indüklenmektedir. Jeomanyetik fırtınalar bu olayın büyük ölçüde gerçekleşmesine neden olmaktadır. Elektrik dağıtım kuruluşları dağıtım sırasında tüketicilerine çok uzun iletim hatlarından alternatif akım göndermektedirler. Bu hatlarda jeomanyetik fırtınalar sırasında şebekeye zarar veren doğru akımlar meydana gelmektedir. Böyle bir nedenden dolayı 13 Mart 1989 Quebec, Kuzey Doğu Amerika ve İsveç'de uzun süreli elektrik kesintileri yaşanmıştır. Dünyanın bu bölgelerinde elektrik dağıtım firmaları jeomanyetik fırtına alarmlarını sürekli izleyerek olası arızaları en aza indirmeye çalışmaktadırlar.

Petrol Boru Hatları

 

 

 

 

 

 

 

Metal yenimi (korozyonu) metal ve çevresi arasında gelşen elektrokimyasal bir tepkime olup metalin bozulmasına yol açar. Şekilde görülen 4 şart bir araya geldiğinde metal yenimi başlamaktadır. Petrol veya doğal gaz boru hatlarının toprak içerisinde giden kısımlarında metal yeniminin başlaması için gerekli şartlar her zaman mevcuttur. Bunu önlemek için bu şartlardan hiç olmazsa birini ortadan kaldırmak gerekmektedir. İlk önlem olarak boru hattı geçirgen olmayan polietilen bir kılıfla kaplanır. Bu da yeterli olmadığı için metal yeniminin başladığı anodik bölgeyi ortadan kaldırmak amacıyla şekilde görülen katodik koruma bütün hatta uygulanır. Toprak hattı ile boru hattı arasında uygulanan gerilim sürekli olarak sabit tutulmaya çalışılır. Boru hatlarının güvenliğinden sorumlu kuruluşlar sürekli olarak jeomanyetik fırtına alarmlarını izlerler; zira jeomanyetik fırtınalar sırasında sabit tutulmaya çalışılan bu gerilimde hızlı değişimlere yol açan çalkantıların olduğu yapılan araştırmalarda tespit edilmiştir. Bu da katodik korumanın bozulmasına yol açmaktadır.

Biyoloji
Giderek artan sayıda örnek, biyolojik sistemlerin jeomanyetik alandaki değişimlerden etkilendiğine dair işaretler taşımaktadır. Yapılan araştırmalarda fiziksel olarak stres altında bulunan bazı biyolojik sistemlerin jeomanyetik alandaki çalkantılara tepki gösterdiği sonucuna varılmıştır. Bu alandaki çalışmaların artması Uluslararası Radyo Bilim Birliği (URSI=Internationale Union of Radio Science) içerisinde tıpta ve biyolojide elektromanyetik adı altında yeni bir komisyonun kurulmasına öncülük etmiştir. Güneş'teki değişimlerin biyolojik sistemlerde bozulmalara yol açmasıyla ilgili belirtilerden biri de, göçmen kuşların göç sırasında yön bulma yeteneklerinin bozulmaya uğramasıdır. Güvercinlerin, yunusların ve balinaların sinir sistemlerinde yuvalanmış küçük manyetik mineral birimlerinden oluşmuş doğal pusulaları vardır. Yön belirlemede kullandıkları yöntemlerin belki en esaslı olanı değildir ama yapılan bir çok gözlemde göç eden güvercin gruplarından, geri dönüşler sırasında jeomanyetik fırtınaya yakalanmış olan gruplarda çok sayıda güvercinin geri dönmediği saptanmıştır. 

Sistemlerdeki bu bozulmaları önlemek için ne gibi önlemler alınmıştır?
Son 20-30 yıl içerisinde Güneş patlamalarının, koronal kütle atımlarının ve manyetik fırtınaların insanı ve insanın etkinliklerini önemli oranda etkilediğinin farkına varılmıştır. Teknolojik sistemlere olan bağımlılığımız bu etkileşimin sonuçlarını giderek önemli kılmaktadır. Bu nedenle sağlık, güvenlik ve ticari nedenlerle uzay çevresi ile ilgili hizmet veren merkezlerin hizmet sürekliliği ve kalitelerinin geliştirilmesi Dünya'da vazgeçilemeyecek bilimsel etkinliklerden biri haline gelmiştir.

Kaynaklar