Det kablede jord fra det 21. århundrede er prisgivet solens flygtige natur, siger en videnskabsmand, der studerer solstorme.
En koronal masseudsprøjtning ryster ud af solen i 2012. Billedet via NASA.
Af Roger Dube, Rochester Institute of Technology
Kort efter kl. 16 på en skarp, skyfri septembermorgen i 1859 brød himlen over det, der i øjeblikket er Colorado ud, i lyse røde og grønne farver. Fooled af lysstyrken til at tænke, at det var en tidlig daggry, vågnede guldraske minearbejdere i det bjergrige område af det, der dengang blev kaldt Kansas-territoriet, og begyndte at lave morgenmad. Hvad der skete i mere udviklede regioner, var endnu mere desorienterende og bærer en advarsel for den kablet højteknologiske verden i det 21. århundrede.
Da himlen lyste over jordens natteside, gik telegrafsystemer verden over berserk, klappede vrøvl-kode og udsendte store gnister, der antændte ild i nærliggende bunker med papirbånd. Telegrafoperatører fik elektriske forbrændinger. Selv frakobling af telegrafaggregater fra deres strømkilder stoppede ikke vanviddet, fordi transmissionsledningerne selv havde enorme elektriske strømme. Moderne teknologi var netop blevet ydmyget af en hård rumvejrstorm, der var ankommet fra solen, den største nogensinde registreret - og mere end dobbelt så kraftig som en storm ni år tidligere, som i sig selv var den største i kendt historie.
Mine syv års forskning på forudsigelse af solstorme kombineret med mine årtier ved hjælp af GPS-satellitsignaler under forskellige solstormforhold indikerer, at nutidens endnu mere følsomme elektronik og satellitter ville blive ødelagt, hvis en begivenhed af denne størrelse skulle finde sted igen. I 2008 udsendte et ekspertpanel bestilt af National Academy of Sciences en detaljeret rapport med en nøgtern konklusion: Verden ville blive kastet tilbage til livet i det tidlige 1800-tallet, og det ville tage år - eller endda et årti - at komme sig fra en så stor begivenhed.
En soleksplosion
Rumvejrstorme er sket siden solsystemets fødsel og har ramt Jorden mange gange, både før og efter den massive begivenhed i 1859, der blev navngivet Carrington-begivenheden efter en britisk astronom, der registrerede sine observationer af solen på det tidspunkt . De er forårsaget af enorme elektromagnetiske eksplosioner på solens overflade, kaldet koronal masseudsprøjtning. Hver eksplosion s milliarder af protoner og elektroner, i en overophedet kugle af plasma, ud i solsystemet.
Cirka en ud af hver 20 koronale masseudsprøjtning leder i en retning, der skærer Jordens bane. Cirka tre dage senere oplever vores planet, hvad der kaldes en rumvejrstorm eller en geomagnetisk storm.
Mens disse begivenheder beskrives ved hjælp af udtryk som "vejr" og "storm", påvirker de ikke, om det er regnfuldt eller solrigt, varmt eller koldt eller andre aspekter af, hvordan det er udendørs på en given dag. Deres virkninger er ikke meteorologiske, men kun elektromagnetiske.
Billede via NASA / Terry Zaperach.
Rammer Jorden
Når den koronale masseudsprøjtning ankommer til Jorden, kolliderer de ladede partikler med luftmolekyler i den øvre atmosfære, hvilket genererer varme og lys kaldet aurora.
Som det sker når som helst elektriske ladninger, der bevæger sig, støder på et magnetfelt, skaber interaktionen en spontan elektrisk strøm i enhver leder, der er tilgængelig. Hvis plasmakuglen er stor nok, kan dens interaktion med Jordens magnetfelt inducere store strømme på lange ledninger på jorden, som den, der overbelastede telegrafkredsløb i 1859.
Den 13. marts 1989 ramte en storm kun omkring en femtedel så stærk som Carrington-begivenheden Jorden. Det inducerede et stort strømstrøm i de lange kraftledninger i Hydro-Quebec-elnettet, hvilket forårsagede fysisk skade på transmissionsudstyr og efterlod 6 millioner mennesker uden strøm i ni timer. En anden storminduceret strømstød ødelagde en stor transformator ved et kerneanlæg i New Jersey. Selvom en reservetransformator var i nærheden, tog det stadig seks måneder at fjerne og udskifte den smeltede enhed. Nogle mennesker bekymrede sig for, at de lyse aurorallys betød, at atomkrig var udbrudt.
Og i oktober 2003 påvirkede en hurtig række solstorme Jorden. Samlet kaldet Halloween-solstorm, forårsagede denne serie overspændinger, der truede det nordamerikanske strømnet. Dens virkning på satellitter gjorde GPS-navigation uberegnelig og afbrød kommunikationsforbindelser under stormens højdepunkt.
Større storme vil have bredere virkninger, forårsage mere skade og tage længere tid at komme sig efter.
Vidtrækkende effekter
Geomagnetiske storme angriber moderne teknologis livsgrunde: elektricitet. En stormvejrstorm varer typisk i to eller tre dage, hvor hele planeten udsættes for kraftige elektromagnetiske kræfter. Undersøgelsen fra National Academy of Sciences konkluderede, at en særlig massiv storm ville skade og lukke strømnet og kommunikationsnetværk over hele verden.
Elektricitet, vist øverst til højre, er integreret i alle aspekter af det moderne liv. Billede via Federal Communications Commission.
Efter at stormen gik, ville der ikke være nogen enkel måde at gendanne magten på. Fremstillingsanlæg, der bygger udskiftninger til udbrændte linjer eller krafttransformatorer, ville ikke selv have elektricitet. Trucks, der var nødvendige for at levere råvarer og færdigudstyr, kunne heller ikke tænde op: Gaspumper kører på elektricitet. Og hvilke pumper, der kørte, ville snart tørre op, fordi elektricitet også kører maskineriet, der udvinder olie fra jorden og foredler det til anvendeligt brændstof.
Når transporten er stoppet, ville fødevarer ikke komme fra gårde til butikker. Selv systemer, der synes ikke-teknologiske, som offentlige vandforsyninger, ville lukke ned: Deres pumper og rensningssystemer har brug for elektricitet. Mennesker i udviklede lande ville finde sig selv uden rindende vand, ingen kloaksystemer, ingen kølet mad og ingen måde at få mad eller andre nødvendigheder transporteret fra langt væk. Mennesker på steder med mere basale økonomier ville også være uden nødvendigt forsyninger langtfra.
Det kan tage mellem fire og ti år at reparere alle skader. I mellemtiden er folk nødt til at dyrke deres egen mad, finde og bære og rense vand og tilberede måltider over brande.
Nogle systemer fortsætter selvfølgelig med: cykler, hestevogne og sejlskibe. Men en anden type udstyr, der fortsat fungerer, giver et fingerpeg om, hvordan man forhindrer denne katastrofe: Elbiler fortsatte med at arbejde, men kun på steder, hvor der var solpaneler og vindmøller til at genoplade dem.
Forberedelse og beskyttelse
Geomagnetiske storme ville påvirke disse småskalainstallationer langt mindre end netnettet. Det er et grundlæggende princip for elektricitet og magnetisme, at jo længere en ledning, der udsættes for et bevægende magnetfelt, jo større er den strøm, der induceres i denne ledning.
I 1859 blev telegrafsystemet så dybt påvirket, fordi det havde ledninger, der strækkede sig fra by til by over hele USA. Disse meget lange ledninger måtte håndtere enorme mængder energi på én gang og mislykkedes. I dag er der lange ledninger med ledninger, der forbinder strømgeneratorer til forbrugerne - f.eks. Fra Niagara Falls til New York City - der ville være modtagelige for store inducerede strømme.
Den eneste måde at reducere sårbarheden over for geomagnetiske storme er at forbedre strømnettet betydeligt. Nu er det et stort net af ledninger, der effektivt spænder over kontinenter. Regeringer, virksomheder og samfund er nødt til at arbejde sammen for at opdele det i meget mindre komponenter, der hver betjener en by eller måske endda et kvarter - eller et individuelt hus. Disse "mikrogrids" kan forbindes til hinanden, men de skal have indbygget beskyttelse, så de hurtigt kan afbrydes, når en storm nærmer sig. På den måde vil længden af ledninger, der er påvirket af stormen, være kortere, hvilket reducerer risikoen for skader.
En familie, der bruger solcellepaneler og batterier til opbevaring og en elbil til at komme rundt, ville sandsynligvis finde dens vandforsyning, naturgas eller internettjeneste forstyrret. Men deres frihed til at rejse og bruge elektriske lys til at arbejde efter mørke ville give en meget bedre chance for at overleve.
Hvornår vil den næste storm ramme?
Folk skal begynde at forberede sig i dag. Det er umuligt at vide, hvornår en stor storm vil ramme næste gang: Det mest, vi får, er en tre-dages advarsel, når der sker noget på solens overflade. Det er virkelig kun et spørgsmål om tid, før der er en anden som Carrington-begivenheden.
Solastrofysikere studerer også solen for at identificere eventuelle begivenheder eller tilstande, der kan indebære en koronal masseudkast. De indsamler enorme mængder data om solen og bruger computeranalyse til at forsøge at forbinde denne information til geomagnetiske storme på Jorden. Dette arbejde er i gang og vil blive mere raffineret med tiden. Forskningen har endnu ikke givet en pålidelig forudsigelse af en kommende solstorm, før en udstødning finder sted, men den forbedres hvert år.
Roger Dube, forskningsprofessor i billedvidenskab, Rochester Institute of Technology
Denne artikel blev oprindeligt offentliggjort på The Conversation. Læs den originale artikel.
Nederste linje: Ifølge en videnskabsmand, der studerer solstorme, er den kablede jord fra det 21. århundrede nået fra solens flygtige natur.