Beskadigelse af elektriske strømme i rummet påvirker Jordens ækvatorregion, ikke kun polerne, ifølge ny forskning.
Når solen blusser, er rumvejret på vej til Jorden. Billedkredit: NASA / SDO
Af Brett Carter, Boston College og Alexa Halford, Dartmouth College
Jordens magnetfelt - kendt som ”magnetosfæren” - beskytter vores atmosfære mod ”solvinden.” Det er den konstante strøm af ladede partikler, der strømmer udad fra solen. Når magnetosfæren afskærmer Jorden mod disse solpartikler, bliver de tragtet mod de polære regioner i vores atmosfære.
Når partiklerne styrter ned i atmosfærens ionosfæriske lag, afgives lys, hvilket skaber smukke flerfarvede skærme af aurora nær både Nord- og Sydpolen. Dette er fantastiske visuelle repræsentationer af de komplekse interaktioner i det rumfartsmiljø, der er tæt på Jorden, som vi samlet benævner "rumvejr."
Aurora over Norge, visuelt af rumvejr. Billedkredit: Alexa Halford
Det samme rumvejr, der genererer disse smukke skærme, kan forårsage ødelæggelse for en lang række teknologier. Vi har kendt et stykke tid, at rumvejr i regioner med høj breddegrad nær polerne kan forårsage fejl i strømnettet, nogle gange medføre store skader. Det mest berømte eksempel var mørklægningen i marts 1989 i det nordøstlige USA og op gennem Quebec, Canada, der efterlod millioner uden magt i 12 timer.
Men vi tænkte ikke på ækvatorregioner som værende hovedmål. Vores nye forskning viser, at områder tættere på ækvator stadig oplever dårligt rumvejr - og dets forstyrrende effekter på infrastrukturen til elnettet.
Ændring af magnetiske felter skruer op elektriske strømme
Højt over jorden i den øvre atmosfære er fluktuerende elektriske strømme drevet af interaktioner i magnetosfæren og ionosfæren. Disse atmosfæriske strømme forårsager kraftige ændringer i styrken af det lokale magnetfelt på jorden. Vi kan ikke mærke magnetfeltet selv, men forskere måler og sporer det på forskellige steder på jordoverfladen.
Dr. Endawoke Yizengaw ved siden af en magnetometerinstallation, der registrerer ændringer i magnetfeltet på det sted i Phuket, Thailand. Fotokredit: Endawoke Yizengaw
Det er alt sammen godt og godt. Problemet kommer ind, når disse atmosfæriske strømme forårsager hurtige ændringer i magnetfeltet. Når magnetfeltet pludseligt skifter, kan det generere elektriske strømme i ledere på jordoverfladen - for eksempel lange rør eller ledninger som olie- og gasledninger eller kraftoverførselsledninger. Denne proces med generering af elektrisk strøm kaldes magnetisk induktion.
Disse elektriske strømme kaldes ikke så kreativt geomagnetisk inducerede strømme eller GIC'er for kort. Regionerne med høj breddegrad er mest modtagelige for GIC'er på grund af de intense elektriske strømme, der strømmer gennem aurorerne, takket være den måde, solvinden bliver afledt, når den rammer Jordens magnetosfære. Imidlertid kan hele planeten påvirkes i forskellig grad.
Når de forekommer, genererer GIC'er effektivt ekstra elektrisk strøm i netnetinfrastruktur gennem magnetisk induktion. Elektriske net kan under store begivenheder ende med at tage mere elektricitet, end de kan håndtere. Disse inducerede strømme har forårsaget adskillige udstyrsfejl, der har ført til strømafbrydelse for store befolkninger.
Problemer ved ækvator også, ikke kun i nærheden af polerne
De samme geomagnetisk inducerede strømme, der forekommer i regionerne med høj bredde, kan også ske omkring ekvatoren på vores planet. Der er de ikke forårsaget af det elektriske strømstyringssystem, vi finder i nærheden af polerne, men af en svagere modstand med lav bredde kaldet ækvatorelektrojet. Ligesom det høje breddegrad ionosfæriske strømsystem, kan ækvatorialelektrojetens elektriske strøm detekteres på jorden ved hjælp af magnetfeltobservationer.
For nylig rapporterede forskere, at GIC-aktivitet forstærkes ved ækvator under alvorlige geomagnetiske storme - det er når soludbrud kaldet ”koronal masseudsprøjtning” udløser chokbølger, der rammer Jorden. De pegede fingeren mod ækvatorial elektrojet som en mistænkt årsag.
I vores nye forskningsartikel i Geophysical Research Letters viser vi, at lande i nærheden af den magnetiske ækvator er mere sårbare over for rumvejr end tidligere antaget.
I stedet for at fokusere på alvorlige geomagnetiske storme, såsom Halloween-begivenheden i 2003, der forårsagede elnettet i Sverige (blandt mange andre ting), tog vi en anden tackling. Vores analyse fokuserede på ankomsten af interplanetære chok. Dette er pludselige trykforøgelser i solvinden - den strøm af plasma, der konstant strømmer ud af solen. Når disse chok rammer jordens magnetosfære, forårsager påvirkningen en pludselig magnetfeltændring, der kan måles over hele verden.
Interplanetære chok meddeler regelmæssigt begyndelsen på en geomagnetisk storm. Men mange passerer relativt godartet uden at udvikle sig til en fuldblæst geomagnetisk storm. Vi bemærkede, at den magnetiske reaktion på disse chokankomster undertiden var væsentligt stærkere ved den magnetiske ækvator sammenlignet med placeringer kun et par grader væk. Hvorfor?
En analyse af, hvordan disse ækvatorreaktioner var forskellige hele dagen, afslørede, at de var stærkest omkring middagstid og svagest om natten. Denne daglige kontrast svarer til de velkendte variationer i ækvatorelektrojet. Det er stærkt bevis for, at den ækvatoriale elektrojet forstærker den geomagnetisk inducerede aktuelle aktivitet under interplanetære chokankomster på en måde, der ikke rigtig er blevet anerkendt indtil nu.
Ikke-polære strømnet kan også blive ramt af rumvejr. Fotokredit: Ken Doerr
Effekter på ækvatoralt kraftnet
Dette resultat har betydelige konsekvenser for de mange lande, der befinder sig under ækvatorialelektrojet, og som muligvis betjener strøminfrastruktur, som ikke oprindeligt er designet til at klare rumvejr. Disse lande er nødt til at undersøge måder at beskytte deres infrastruktur i geomagnetisk stille perioder såvel som under alvorlige geomagnetiske storme.
En af vores coauthors, Dr. Endawoke Yizengaw fra Boston College, voksede op i Etiopien, inden for den ækvatoriale elektrojet's indflydelsesregion. Han minder om regelmæssige uforklarlige strømstop i sin barndom og undrer sig over, om interplanetære stød måske har spillet en rolle. Vi håber at kunne svare på dette spørgsmål i den nærmeste fremtid.
Forskere over hele verden udfører løbende forskning for bedre at forstå virkningen af disse geomagnetisk inducerede strømme på strømnet. Det bliver mere og mere tydeligt, at vi er nødt til at undersøge virkningerne af stille perioder, ikke kun større begivenheder. Hvad der sker i disse stille tider, og i regioner, der ofte overses, kan have en betydelig indflydelse på vores stadig mere teknologisk afhængige samfund.
Brett Carter er forsker inden for rumvejr og ionosfærisk fysik hos Boston College og Alexa Halford er postdoktorisk forskningsassistent i fysik og astronomi på Dartmouth College
Denne artikel blev oprindeligt offentliggjort på The Conversation. Læs den originale artikel.