Store områder kan mørklegges dersom en kraftig solstorm treffer jorden. (Illustrasjon: NicoElNino / Shutterstock / NTB scanpix)
Store områder kan mørklegges dersom en kraftig solstorm treffer jorden. (Illustrasjon: NicoElNino / Shutterstock / NTB scanpix)

Hva gjør vi dersom forskere ser en super-solstorm på vei mot jorda?

Solstormer var temaet for årets Birkelandforelesning. Finske Tuija Pulkkinen fortalte om hvordan utbrudd fra sola kan forstyrre moderne teknologi.

Publisert

13. mars 1989 gikk strømmen i hele provinsen Québec i Canada. Millioner av innbyggere befant seg plutselig i byer uten lys. Folk våknet opp til mørke, kalde hus. Metroen i Montreal ble stengt i morgenrushet. Folk forsøkte å komme seg til jobb med bil, men uten gatelys og fungerende lyskryss endte det med kaos. Fly kunne ikke ta av eller lande på Dorval flyplass og skoler og forretninger måtte holde stengt.

Strømbruddet skyldtes en eksplosjon på sola som sendte en milliard tonn med gass i retning jorda. Energien som ble utløst kan sammenlignes med styrken til tusen atombomber som sprenger på samme tid, ifølge NASA. Når skyen nådde jorda tre dager etter utbruddet på sola, flammet nordlyset over himmelen og var synlig så langt sør som i Cuba. Enkelte satellitter begynte å oppføre seg merkelig og flere andre land opplevde forstyrrelser i strømnettet.

Strømnettet i Québec var stort sett oppe og gikk igjen etter 12 timer. Men dersom kraftsystemene i verden hadde blitt rammet hardere, er det lett å se for seg at det ville ha snudd opp ned på samfunnet slik vi kjenner det for en periode.

Vi trenger strøm for å holde matvarer kjølige, handle i butikken, eller for å reise med toget.

– Vi er blitt utrolig avhengige av elektrisitet. Omtrent alt vi trenger I det daglige behøver elektrisitet, slik som vannforsyning, sier finske Tuija I. Pulkkinen.

Hun er leder av instituttet for klima, romforskning og ingeniørarbeid ved Universit of Michigan. Nylig var hun i Oslo for å snakke på årets Birkelandforelesning ved Det Norske Videnskaps-Akademi. Her fortalte hun om solstormer og hvordan de kan påvirke moderne teknologi.

De fleste solstormer påvirker oss lite, men når en ny kraftig solstorm slynges vår vei, kan det være lurt å være litt forberedt.

Magnetfelt som går i oppløsning

Solen sender ut en strøm av ladde partikler fra åpninger i magnetfeltet i solens strålekrans, eller korona. Partiklene reiser hele veien forbi banene til Merkur og Venus før gasskyer møter jordas atmosfære. Dette kalles solvind, og er årsaken til at vi kan se nordlys på himmelen i nord.

Men noen ganger kommer det kortvarige, voldsomme utbrudd på sola som kaster større mengder ladd gass ut i rommet. Slike treffer med jevne mellomrom satellitter midt i fleisen.

– Soloverflaten er veldig dynamisk. Den beveger seg, drar med seg magnetfelter som dermed kan bli både vridd og endre form, forteller Oddbjørn Engvold, professor emeritus ved Universitetet i Oslo og spesialist på solfysikk.

– Noen steder på soloverflaten klumper magnetfeltene seg sammen. Det kan føre til omfattende lokale strukturforandringer i magnetfeltene. Slike endringer får magnetisk energi til å går over til varme og forårsake lokale, eksplosive økninger i temperatur og gasstrykk som kaster masse og magnetfelter ut i det interplanetariske rommet, sier Engvold.

Slike utbrudd kan i noen tilfeller føre til mer en vakkert nordlys.

– Når disse treffer jorda så kan de trenge inn i det jordmagnetisme feltet. Der skapes det elektriske strømmer i atmosfæren som kan være problematisk i vårt moderne samfunn. Det kan forstyrre kommunikasjonen vår, og bli så alvorlig at det ødelegger elektrisitetsnettet flere steder, sier han.

Sola er dekket av magnetiske felter. De fleste er lukket og kan noen ganger ses som buer. Noen plasser hoper det seg opp mange slike som kan gjøre at feltene blir ustabile og eksplodere. (Illustrasjon: Jurik Peter / Shutterstock / NTB scanpix)
Sola er dekket av magnetiske felter. De fleste er lukket og kan noen ganger ses som buer. Noen plasser hoper det seg opp mange slike som kan gjøre at feltene blir ustabile og eksplodere. (Illustrasjon: Jurik Peter / Shutterstock / NTB scanpix)

Slik kan satellitter forstyrres

Grunnen til at skyen av gass kan skade våre satellitter er fordi partiklene har herjet og krasjet så mye inn i hverandre at elektroner er revet løs fra atomene, og gassen er ladet.

– En av årsakene til at satellitter kan bli forstyrret er fordi det blir ekstra elektrisk strøm i systemene, sier Tuija Pulkkinen.

Satellitter som ligger lavere kan påvirkes av en annen prosess. Gasskyen bringer med seg masse energi som varmer opp atmosfæren.

– Atmosfæren utvider seg fordi gasser tar opp mer plass når de blir varmere. Atmosfæren beveger seg faktisk oppover. Dette sakker ned satellitter som nå må bevege seg gjennom tykkere luft, det gjør at de kan havne i lavere baner. Synker de for mye vil de til slutt brenne opp.

Solstormer er ikke direkte farlig for mennesker, men strøm kan havne inn i kraftnettverk og overbelaste transformatorer slik at de kortslutter eller i verste fall smelter. Da går strømmen.

Forsøker å bedre forutse hvilke utbrudd som vil påvirke

Tuija Pulkkinen og forskergruppen hennes i Michigan jobber med å lage modeller som kan forutsi romvær bedre. Dette kan være til nytte for kraftselskaper slik at de kan unngå overbelastning, for satellittoperatører slik at de kan beskytte viktige instrumenter, og for militæret som vil ha nytte av å vite om forstyrrelser i radiokommunikasjon er naturlige eller forsøk på manipulering.

Tuija I. Pulkkinen erleder av instituttet for klima, romforskning og ingeniørarbeid ved Universitetet i Michigan. (Foto: University of Michigan).
Tuija I. Pulkkinen erleder av instituttet for klima, romforskning og ingeniørarbeid ved Universitetet i Michigan. (Foto: University of Michigan).

USAs værtjeneste har tatt modellen i bruk, og kjører den daglig, forteller Pulkkinen.

– Vi har nesten tre tiår med observasjoner av solaktivet, og vi forstår ganske godt hvordan sola slynger materiale ut ifra overflaten. Men mange detaljer er fremdeles uklare. Solen er et mysterium, og vi håper å få en bedre forståelse av hvilke hendelser som skaper forstyrrelser og hvilke som ikke påvirker jorda i det hele tatt når de treffer.

Hvordan solstormene virker inn på jorda har å gjøre med det magnetiske feltet som slynges ut sammen med materialet fra sola. Det er ikke synlig når det reiser ut i rommet på vei mot jorda.

– Det er orienteringen til det magnetiske feltet som avgjør hvordan det interagerer med jordas atmosfære. Vi prøver å finne ut av prosessene i sola som avgjør denne magnetiske strukturen.

Hva vil skje ved et nytt super-utbrudd?

Som regel vil ikke en solstorm skape noe særlig problemer. Den sterkeste solstormen forskere kjenner til fra nyere tid hendte i 1859. Den gangen var det lite som gikk på elektrisitet, det mest dramatiske som skjedde var at telegrafer gikk amok. Skulle en storm av lignende størrelse treffe jorden igjen, ville vi kunne gi et helt annet utfall.

– Er det realistisk at en slik kraftig solstorm kan treffe jorden igjen?

– Det er realistisk ja, det har skjedd en gang før, men det er ikke noe som hender ofte, svarer Tuija Pulkkinen.

– Hvis forskere observerer et nytt slikt kjempeutbrudd som ser ut til å kunne bli sendt i vår retning, hva skjer de neste timene?

– Vel, de mest energirike partiklene beveger seg nær lysets hastighet, så de vil ankomme etter 20 minutter. Det gir liten tid til å svare. Du kan kanskje skru av noen av de mest kritiske systemene i satellitter om du er heldig.

Senere kommer skyen med materialet som er revet ut fra sola. Den reiser gjennom rommet og hvor lang tid det tar før den når oss, kommer an på hvor stor fart den har.

– Er det en ekstrem hendelse så vil den reise raskt. Vi har mindre enn en dag på å gjøre oss klare.

Det man da må gjøre er å prøve å beskytte kraftsystemene ved å skru av strøm og prøve å redusere risikoen for defekter.

– Det vil ikke beskytte systemene fullstendig, men det vil bedre situasjonen. Videre handler det om å forberede samfunnet på det som kan skje og på mulige forstyrrelser som man kan oppleve. Det er vel det eneste man kan gjøre.

– Betydelige skader

– Ville et utbrudd à la 1859 fått konsekvenser?

– Vi har prøvd å beregne hva skadene ville utgjøre i et moderne samfunn. Hvis noe slikt skjer igjen, ville skadene blitt betydelige, sier Pulkkinen.

– Vi ville med sikkerhet se ganske mange strømbrudd. Hendelsen ville kunne varme opp atmosfæren, og vi kan miste satellitter som går i lave baner, satellitter som vi bruker til navigasjon, kommunikasjon og værmeldinger. Disse kan forstyrres eller bli ødelagt.

Dette kan ha langtidseffekter, forteller Pulkkinen. Når satellitter blir ødelagt så tar det tid før man får laget og sendt opp nye.

– Det betyr at vi kan gå opp til et år uten de tjenestene som de rammede satellittene sørget for.

Nordlyset vil flamme langt sør om en kraftig solstorm herjer i atmosfæren. (Foto: Tsuguliev / Shutterstock / NTB scanpix)
Nordlyset vil flamme langt sør om en kraftig solstorm herjer i atmosfæren. (Foto: Tsuguliev / Shutterstock / NTB scanpix)

Norge bedre stilt

Satellittsystemet er sårbart for en superstorm, bekrefter Pål Brekke, fagsjef for romforskning ved Norsk Romsenter og solekspert.

– Men satellitteiere kan nok begrense skader noe ved å gjøre tiltak, som for eksempel å skru av følsom elektronikk eller unngå manøvrering av satellittene under solstormen, skriver Brekke på epost til forskning.no.

Når det gjelder kraftselskaper, så har de lært av tidligere hendelser og har planer, forteller Brekke.

– De kan beordre kraftkrevende industri til å stoppe produksjon, rute om strøm og også sette inn et slags filter i jordingspunktene til transformatorene.

Satellittsystemet er sårbare for en superstorm, sier solforsker Pål Brekke. (Foto Norsk Romsenter)
Satellittsystemet er sårbare for en superstorm, sier solforsker Pål Brekke. (Foto Norsk Romsenter)

Enkelte land vil få større problemer enn andre. Det skyldes både ledningsevne i jordsmonnet og designet av transformatorene.

– USA og Canada er mer sårbare. Der er det ofte et stort kjernekraftverk som leverer strøm til millionbyer. Ryker en transformator her, får det store konsekvenser.

USA og Canada har mer sammenhengende kraftsystemer som forsyner mennesker med strøm over store avstander. Norge har derimot en mer desentralisert kraftproduksjon. Det er kortere ledningstrekk og mange små kraftprodusenter, forteller Brekke.

– Ifølge Statnett og NVE er Norge bedre stilt. De har flere reservetransformatorer tilgjengelig og mener selv de vil være raskt oppe med strøm til kundene om vi skulle bli truffet av en superstorm.

De skandinaviske landene ville likevel ikke være helt trygge, og sannsynligvis vil det bli strømbrudd flere steder.

Vanskelig å beskytte seg helt

Selv om strømnettet ikke grilles, vil tap av satellitter kunne by på problemer.

Brekke har akkurat kommet tilbake fra en stor konferanse om satellittnavigasjon i Miami. Der var han hovedtaler og snakket om hvordan en dag uten satellitter ville ha utartet seg.

«GPS-satellitter gir oss mer enn bare nøyaktig posisjon. De gir samfunnet en veldig nøyaktig tidsreferanse. En rekke av tjenestene vi tar for gitt er helt avhengige av GPS-klokken. Minibanker kan slutte å virke. Børsene verden over må stenge. Strømnettet begynner å bli ustabilt uten en nøyaktig tidsreferense», skrev Brekke i en kronikk i Agderposten tidligere i år.

Det blir stopp i flytrafikken og internett kan gå ned. Dette er noen av konsekvensene han lister opp.

Brekke mener at ved å se for seg en dag uten satellitter kan det gjøre samfunnet mer motstandsdyktig.

Tuija I. Pulkkinen sier at det er usannsynlig at samfunnet kommer til å bruke millioner på å beskytte seg mot noe som kanskje vil skje om hundre år.

– Jeg tenker det må være en balanse. Vi må forstå hva som kan skje i et verst tenkelig scenario, og bruke teknologi som kan beskytte mot de mest alvorlige konsekvensene.

– Generelt tror jeg at bevisstheten bør økes og spesielt med tanke på hvordan man designer systemer, slik at disse tar høyde for at noe slikt kan skje. Det å være i stand til å isolere deler av kraftnettet er et godt råd, og noe som ikke koster overdrevent mye.