Tidlig solstormvarsel kan redde liv

Forskerne arbeider med nye metoder for å oppdage solstormer tidlig nok til at vi kan beskytte oss selv og teknologien vår mot skade.

Publisert
Slik så det ut 23. januar, da Nasas Solar Dynamics Observatory tok bilder av en utblåsning på soloverflaten. Utblåsningen førte til kraftig nordlys verden over. (Foto: NASA/SDO and the AIA Consortium/Edited by J. Major)
Slik så det ut 23. januar, da Nasas Solar Dynamics Observatory tok bilder av en utblåsning på soloverflaten. Utblåsningen førte til kraftig nordlys verden over. (Foto: NASA/SDO and the AIA Consortium/Edited by J. Major)

Den store solstormen kommer, og når den gjør det, vil den kunne slå ut både satellittene og strømnettene våre, og ta livet av astronautene vi har sendt ut i verdensrommet. Vi vet at store stormer kommer til å treffe oss, vi vet bare ikke når.

Men om vi får varsel om stormen tidlig nok, er det mulig å ta forholdsregler.

Satellittene kan skrus av eller flyttes, strømnettene kan redusere belastningen, og astronauter kan skalke lukene på for eksempel den internasjonale romstasjonen eller et fartøy på vei mot Mars.

For selv om strålingen fra solstormer er ganske harmløs her på jorden, hvor vi er beskyttet av jordas magnetfelt, kan den være livsfarlig for astronauter ute i det store universet.

Hvordan vi kan beskytte mennesker på vei mot Mars fra stråling fra en eventuell solstorm er en av de store utfordringene vi må løse før vi kan sende folk på en slik ferd.

Hvor tidlig varsel som trengs er et åpent spørsmål, men forskerne ønsker naturlig nok en så stor margin som mulig. To nye studier presenterer nå varslingssystemer som forhåpentligvis kan gi oss sårt tiltrengt forberedelsestid før de skadelige partiklene treffer oss.

Tegn på himmelen dagevis før

Lyset fra sola bruker rundt seks minutter på reisen til oss. Partiklene som sendes ut i en solstorm er litt tregere, men også de kan være her kjapt – 17 timer er det raskeste de skadeligste partiklene fra en solstorm, de som kommer sist, noensinne har brukt på reisen.

Men hva om sola sender ut varselstegn som vi kan lese i skyene før selve utbruddet engang har skjedd – og dagevis før partiklene fra utbruddet når oss?

Det mener forskere ved Purdue University i USA at den gjør, og de har begynt å sette sammen en metode for å registrere varslene. Kort fortalt måler de gammastrålingen fra verdensrommet, som sendes ut når radioaktive isotoper brytes ned der ute.

Det viser seg nemlig at nedbrytningstiden deres kan variere ut i fra forskjellige faktorer, og én av de faktorene ser ut til å være en solstorm som er i ferd med å brake løs.

(Foto: NASA)
(Foto: NASA)

Strålemengde forteller om solendringer

Helt siden Ernest Rutherford fant opp kjernefysikken har forskere antatt at radioaktive isotoper brytes ned med en konstant og uforanderlig hastighet. Men den teorien utfordres nå av en konkurrerende hypotese:

Nyere forskning har vist at radioaktive stoffers nedbrytningshastighet endres av såkalte solare nøytrinoer, en egen partikkel sola sender ut. Mengden solare nøytrinoer i nærheten av jorda påvirkes blant annet av avstanden til sola, slik at radioaktive stoffer brytes ned litt raskere når vi er nærmest sola og litt saktere når vi er langt unna.

Avstanden fra jorda til sola varierer nemlig gjennom året. Om vinteren er jorda nærmest sola, rundt 147 millioner kilometer borte. På sommeren er jorda lengst vekk, på rundt 152 millioner kilometers avstand.

Og forskerne fra Purdue, ledet av fysikkprofessoren Ephraim Fischbach, mener mengden solare nøytrinoer også påvirkes av endringer på sola som kommer i forkant av et solutbrudd.

Dermed kan en endring i nøytrinomengden, avlest som endringer i gammastrålingen som sendes ut av isotopen mangan 54 når den brytes ned av nøytrinoene, fortelle oss om hva det er vi har i vente fra stjernen vår.

Det trengs fortsatt en hel masse forskning for å finjustere metoden, men foreløpige tester basert på tidligere målinger viste en endring i gammastrålingen 39 timer før starten på et stort solutbrudd.

Fischbach og kollegene er så sikre på metoden at de allerede har tatt ut patent på den i USA.

Hvor stor blir stormen?

Ifølge Peter Gallagher, astrofysiker ved Trinity College Dublin, er det imidlertid ikke tidsaspektet som er det mest utfordrende når vi skal forberede oss på solstorm.

– Den korteste reisetiden som er registrert er på 17 timer, men langt oftere er det snakk om dager. Det kan ta så mye som fire dager fra partiklene slenges ut til de når jorda, sa han under et foredrag på konferansen ESOF2012 i Dublin i sommer.

Ifølge Peter Gallagher er intensitet vanskeligere å beregne enn tidspunkt. (Foto: Hanne Jakobsen)
Ifølge Peter Gallagher er intensitet vanskeligere å beregne enn tidspunkt. (Foto: Hanne Jakobsen)

– Så vi begynner å bli ganske gode på å bestemme når en solstorm vil treffe oss. Vanskeligere er det å avgjøre hvor intens den vil bli når den først er her.

Gallagher fortalte at tilsynelatende enorme solstormer iblant bare føles som en mild bris her på jorda. Mer moderate solflekker kan på sin side gi utbrudd som virkelig gjør skade.

Kanskje kunne man da bare alltid sendt ut stormvarsel, og bedt kraftleverandørene og satellitteierne ta grep for å beskytte seg og oss. Men det er upraktisk, og ikke minst kostbart, å stadig stenge ned satellitter, avbryte forskningsprosjekter og redusere kapasiteten på strømnettet.

Det er i arbeidet med å løse dette problemet at en annen ny studie nå kommer med en mulig løsning.

Amerikanske og sørkoreanske forskere har nemlig analysert de første partiklene som kommer til jorda når solstormen først er brutt ut, og sett at det er mulig å gjøre nyttige spådommer om hvor intens den neste, skadelige bølgen partikler blir.

Første partikkelbølge avslører hva som kommer

Når en solstorm treffer jorda er det protonene, positivt ladede partikler, som når oss først. Dem er det relativt få av, og dermed er de heller ikke så skadelige.

Det er den enorme gasskyen av partikler som kommer et par dager senere som kan ta knekken på teknologi og folk.

Når protoner kommer inn i atmosfæren krasjer de med luftmolekyler, som igjen krasjer med andre luftmolekyler, og det hele skaper en kjedeeffekt. I prosessen oppstår det nøytroner, og dem kan vi måle ved hjelp av to nøytrondetektorer som er utplassert på Sørpolen.

IceCube laboratoriebygningen fotografert mot nordvest (Foto: NSF)
IceCube laboratoriebygningen fotografert mot nordvest (Foto: NSF)

Ved å se på 12 tidligere solstormer, og de nøytronene som detektorene registrerte i forkant av dem, har forskerne sett at det er en sammenheng mellom mengden og typen nøytroner som skapes i forkant av en solstorm, og hvor intens plasmastormen som kommer i etterkant blir.

Ga tre timer forvarsel

Hvor godt denne metoden fungerer, avhenger av hvor intens solstormen er. Solstormer, som alle andre eksplosjoner, er lettere å oppdage jo sterkere de er. For at nøytronsystemet skal fungere, må protonfortroppene ha en energi på minst 40-80 megaelektronvolt – altså mellom 40 og 80 millioner elektronvolt.

Til sammenligning har partiklene i en kjernefysisk reaksjon typisk en energi på mellom 0,3 og 3 megaelektronvolt.

På sitt beste klarte forskerne å beregne intensiteten på solstormen 166 minutter på forhånd, eller omtrent tre timer før den farlige partikkelstormen traff oss.

Tre timer kan i mange tilfeller være nok til å for eksempel få stengt av instrumenter på satellittene – etter samme prinsipp som at vi trekker ut stikkontakter i en tordenstorm.

Kilder:

S.Y. Oh m.fl. (2012) South Pole neutron monitor forecasting of solar proton radiation intensity. Space Weather: The International Journal of Research and Applications, vol 10, s05004 (les sammendrag her)

Jere H. Jenkins m.fl. (2012) Additional Experimental Evidence for a Solar Influence on Nuclear Decay Rates. Astroparticle Physics, publisert på nett 8. august 2012 (les sammendrag)

Purdue University: New system could predict solar flares, give advance warning (pressemelding, 13. august 2012)