Spørgsmål og svar om soludbrud og sårbarhed
Soludbrud er nu officielt en trussel mod Danmark ifølge Beredskabsstyrelsens 'Nationalt Risikobillede 2017'. Men hvad er et soludbrud - og hvad er konsekvenserne?
Store solpletter kan levere massive soludbrud og skabe problemer på Jorden. Det understreger Beredskabsstyrelsens 'Nationalt Risikobillede 2017'.
Når soludbrud kommer op i medierne, er det ofte med skrækscenarier som 'Ingen strøm og internet i månedsvis', '...alle de højteknologiske systemer, som vi tager for givet, er sat ud af kraft...'. Vi har spurgt den danske ekspert i det såkaldte rumvejr, Peter Stauning, hvad der egentlig er op og ned.
Et soludbrud - hvad er det?
Soludbrud er en slags eksplosioner i den øvre sol-atmosfære oven over aktive solpletregioner. Ved sådanne eksplosioner kan der skabes byger af meget energi-rige solpartikler - hovedsagelig elektroner og brintkerner (protoner). Lokalt skaber disse solpartikler et kraftigt glimt af lys og røntgenstråling; en såkaldt sol-fakkel (Solar Flare). Den kan ses fra Jorden 8,3 minutter senere, når strålingen med lysets hastighed har tilbagelagt afstanden på 150 millioner kilometer mellem Solen og Jorden. De mest energirige partikler fra udbruddet ankommer til Jorden 15-20 minutter efter eksplosionen og kan give en kraftigt forøget kosmisk stråling.
…og en magnetisk storm?
Under et soludbrud kan store mængder af den glødende sol-atmosfære undslippe. Det kaldes på engelsk en Coronal Mass Ejection (CME). Et sådant udslip sker oftest i form af en stor sky af ophedet sol-gas, der slynges direkte bort fra Solen som en solvind med hastigheder på 500-1.000 km/s. Når en sådan sky rammer Jordens magnetfelt - sædvanligvis efter 2-4 dage - kan vi få en magnetisk storm. Virkningen afhænger i vid udstrækning af retningen af magnetfeltet i solvinden. Jordens magnetfelt er nordrettet ved grænsen til solvinden. Er magnetfeltet i solvinden også nordrettet, vil solvinden frastødes og have ringe effekt. Et sydrettet magnetfelt i solvinden vil derimod 'smelte sammen' med Jordens magnetfelt og give solvindens partikler og elektriske felter adgang til Jordens nærmeste omgivelser. Det giver stor effekt på Jorden.
Hvad er virkningerne af solstorme?
En solfakkel varer fra nogle få minutter til halve eller hele timer. I den tid udsendes stråling ved frekvenser fra radiobølge-området over mikrobølger, synligt lys og til røntgenstråling. Radiomodtagere vil opfatte strålingen som kraftig støj eller susen, der kan overdøve de ønskede signaler. Radarsystemer med antenner rettet mod Solen kan blive lammet af de kraftige støjsignaler, der skjuler de svage refleksioner fra f.eks. fly i luften. Det har været årsag til betydelige problemer bl.a. for lufttrafikken. Det synlige lys og røntgenstrålingen fra en solfakkel giver ingen særlige problemer.
Den energirige (hårde) stråling fra soludbruddet udgør et betydeligt problem for satellitter i rummet. Strålingen, der kan vedvare i timer eller dage, består overvejende af brintkerner (protoner). Jorden er heldigvis skærmet mod strålingen både af sit magnetfelt, der kun tillader de energirige protoner at trænge helt ned i polarområderne, og dertil af sin atmosfære. De mest energirige sol-protoner kan trænge gennem flere mm aluminium og nå ind til satellitters computer og memory kredsløb, der kan sættes ud af drift. I de fleste tilfælde kan funktionen genoprettes, men der kan ske permanent skade. Ved den store solstorm den 14. juli 2000, 'Bastille-stormen', blev en lille halv snes satellitter lammet, og det skete igen ved solstormen i oktober 2003. Strålingen kan påvirke instrumenter, der laver optagelser af Solen, så der kommer generende 'sne' på billederne, der skulle hjælpe os med at varsle solstormenes udvikling. Strålingen kan også genere instrumenter, der skal måle solvinden. Det er sket mange gange for ACE-satellitten, der er sat i bane ca. 1,5 mio. km foran Jorden netop for at give forvarsel om kraftig solvind.
Når sol-gas skyen fra et CME-udslip ankommer som kraftig solvind til Jorden 2 til 4 dage efter et soludbrud, startes kraftig magnetisk aktivitet, der især mærkes i nordlyszonerne bl.a. i form af smukke, farvestrålende nordlys, der kan nå helt ned til danske breddegrader. Men de magnetiske forstyrrelser i det udvidede nordlysområde kan inducere overspændinger og -strømme på lange højspændingslinier og bl.a. sætte kontroludstyr ud af drift, så linjer lukker ned. Det er sket mange gange, f.eks. i Sverige. Bl.a. den 30. oktober 2003, hvor Malmø mistede strømmen i en time. De inducerede strømme kan desuden skade højspændingstransformere, som i værste fald brænder sammen. Det skete i Quebeck den 13. marts 1989, hvor byen med 6 millioner mennesker mistede strømmen i op mod et døgn. Endelig skal det nævnes, at de magnetiske storme øger den energirige partikelstråling i Jordens strålingsbælter. Denne type stråling er skadelig for satellitters solpaneler, der skal levere strøm til instrumenterne, og kan også give opladning og efterfølgende risikabel gnistdannelse mellem satellittens forskellige dele.
Den største solstorm, vi kender, fandt sted i 1859. Hvor kraftige var effekterne dengang?
Det er rigtigt, at den kraftigste solstorm, der hidtil er registreret, var den såkaldte 'Carrington-storm' der fandt sted 1. og 2. september 1859. Carrington-stormen fulgte en periode med meget store solpletter i august 1859, som gav nogle udbrud sidst i august og så det store udbrud den 1. september klokken 11:15 GMT. Selve udbruddet - en solfakkel - blev observeret og optegnet af astronomen R. C. Carrington. Det ledsagende udslip af sol-gas ramte Jorden 18 timer senere og gav en kraftig magnetisk storm. Stormen gav blandt andet flotte nordlys, der kunne ses over det meste af Europa og helt ned til Havanna og Puerto Rico i den amerikanske sektor. De magnetiske forstyrrelser inducerede kraftige overspændinger og mange udfald på det daværende telegrafnet, som var baseret på lange jævnstrømsforbindelser. Den teknologi er man dog gået bort fra for længe siden.
Hvordan ville vi opleve effekterne af en Carrington-storm i dag?
Det er naturligvis vigtigt at vurdere de mulige virkninger i nutiden af et tilsvarende udbrud som det i 1859. Vi har desværre ikke nøjagtige målinger af de magnetiske forstyrrelser, da de få eksisterende registreringer alle havde udslag langt over skalaen, men fra udbredelsen af blandt andet nordlys har man rekonstrueret den sandsynlige styrke af den magnetiske storm. En sådan storm, som kan inducere kraftige overspændinger og -strømme i lange højspændingslinjer, kunne lamme elforsyningen i store dele af Europa og Nordamerika. Det er nok et af de væsentligste risiko-momenter i forbindelse med en Carrington-lignende solstorm. Fra undersøgelser af blandt andet iskerner har man desuden forsøgt at rekonstruere styrken af den energirige stråling, der ofte ledsager sådanne udbrud. Det var også i den henseende en usædvanlig kraftig begivenhed. Hvis den forekom nu, ville den utvivlsomt sætte mange satellitter ud af drift og give total blackout i polarområdet bl.a. af de HF-radioforbindelser, som anvendes som backup for satellit-baseret kommunikation. En mindre del af strålingen kan nå ned til jordoverfladen. Den er svag og ufarlig for mennesker, men kunne give en lidt forøget hyppighed af fejl i computere, så genstart kan blive nødvendig.
Satellitter er særligt sårbare - hvordan påvirker en kraftig solstorm dem?
Ja - strålingen er især kritisk for satellitter, som kan få problemer især med computersystemer om bord. Det kender vi bl.a. fra den lille, danske Ørsted-satellit. Men i de fleste tilfælde kan sådanne fejl også afværges eller rettes med genstart af computersystemerne, når strålingen er aftaget eller overstået typisk efter nogle timer eller få dage.
Så alt i alt. Hvor alvorligt er det her?
Mange af undersøgelserne om effekten af en voldsom solstorm på vores moderne teknologi er publiceret i et nummer af tidsskriftet Advances in Space Research i 2006. Konklusionen er, at virkningerne af en nutidig 'Carrington-storm' skal tages alvorligt, men ikke udgør nogen katastrofe.
Af Niels Hansen, kommunikation@dmi.dk
© DMI, 13. januar 2017
