Rumvejr truer det højteknologiske liv

Kort efter klokken 04.00 på en crisp, skyfri septembermorgen i 1859, himlen over det, der i øjeblikket er Colorado, brød ud i klare røde og grønne farver. Narre af lysstyrken til at tro, at det var en tidlig daggry, guldfeber minearbejdere i det bjergrige område i det, der dengang blev kaldt Kansas-territoriet, vågnede op og begyndte at lave morgenmad. Det, der skete i mere udviklede regioner, var endnu mere desorienterende, og bærer en advarsel til den kablede højteknologiske verden i det 21. århundrede.

Mens himlen lyste op over jordens natside, telegrafsystemer verden over gik amok, klakkede nonsens-kode og udsende store gnister, der antændte ild i nærliggende bunker af papirtape. Telegrafoperatører fik elektriske forbrændinger. Selv at afbryde telegrafenhederne fra deres strømkilder stoppede ikke vanviddet, fordi selve transmissionsledningerne førte enorme elektriske strømme. Moderne teknologi var lige blevet ydmyget af en voldsom rumvejrstorm, der var ankommet fra solen, den største nogensinde registreret – og mere end dobbelt så kraftig som en storm ni år tidligere, som selv havde været den største i kendt historie.

Mine syv års forskning i at forudsige solstorme, kombineret med mine årtiers brug af GPS-satellitsignaler under forskellige solstormforhold, tyder på, at nutidens endnu mere følsomme elektronik og satellitter ville blive ødelagt, hvis en begivenhed af den størrelsesorden skulle indtræffe igen. I 2008 et panel af eksperter bestilt af National Academy of Sciences udsendte en detaljeret rapport med en nøgtern konklusion:Verden ville blive kastet tilbage til livet i begyndelsen af ​​1800-tallet, og det ville tage år – eller endda et årti – at komme sig efter 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, som blev opkaldt 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 koronale masseudstødninger. Hver eksplosion sender milliarder af protoner og elektroner, i en overophedet kugle af plasma, ud i solsystemet.

Omkring 1 ud af hver 20 koronale masseudslyngninger går i en retning, der skærer Jordens kredsløb. Omkring tre dage senere, vores planet oplever det, der kaldes en rumvejrstorm eller en geomagnetisk storm.

Mens disse begivenheder beskrives ved hjælp af udtryk som "vejr" og "storm, "de påvirker 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 elektromagnetisk.

At ramme Jorden

Når den koronale masseudkastning ankommer til Jorden, de ladede partikler kolliderer med luftmolekyler i den øvre atmosfære, genererer varme og lys kaldet nordlys.

Også, som det sker hver gang elektriske ladninger i bevægelse støder på et magnetfelt, interaktionen skaber en spontan elektrisk strøm i enhver leder, der er tilgængelig. Hvis plasmakuglen er stor nok, dets interaktion med Jordens magnetfelt kan inducere store strømme på lange ledninger på jorden, som den, der overbelastede telegrafkredsløb i 1859.

Den 13. marts 1989, en storm kun omkring en femtedel så stærk som Carrington-begivenheden ramte Jorden. Det inducerede en stor strømstigning i de lange elledninger i Hydro-Quebec elnettet, forårsager fysisk skade på transmissionsudstyr og efterlader 6 millioner mennesker uden strøm i ni timer. En anden storm-induceret strømstød ødelagde en stor transformer på et atomkraftværk i New Jersey. Selvom en ekstra transformer var i nærheden, det tog stadig seks måneder at fjerne og udskifte den smeltede enhed. Nogle mennesker var bekymrede for, at de klare nordlys betød, at atomkrig var brudt ud.

Og i oktober 2003, en hurtig række af solstorme påvirkede Jorden. Samlet kaldet Halloween solstormen, denne serie forårsagede stigninger, der truede det nordamerikanske elnet. Dens virkninger på satellitter gjorde GPS-navigation uregelmæssig og afbrød kommunikationsforbindelser under stormens højdepunkt.

Større storme vil have bredere virkninger, forårsage mere skade og tage længere tid at komme sig over.

Vidtgående effekter

Geomagnetiske storme angriber livsnerven i moderne teknologi:elektricitet. En rumvejrstorm varer typisk i to eller tre dage, hvor hele planeten udsættes for kraftige elektromagnetiske kræfter. National Academy of Sciences undersøgelse konkluderede, at en særlig massiv storm ville beskadige og lukke byens elnet og kommunikationsnetværk over hele verden.

Efter stormen var forbi, der ville ikke være nogen enkel måde at genoprette strømmen på. Fremstillingsanlæg, der bygger erstatninger for udbrændte ledninger eller krafttransformatorer, ville ikke selv have elektricitet. Lastbiler, der er nødvendige for at levere råmaterialer og færdigt udstyr, ville ikke være i stand til at fylde op, enten:Benzinpumper kører på elektricitet. Og de pumper, der kørte, ville snart tørre ud, fordi elektricitet også driver maskineriet, der udvinder olie fra jorden og forædler den til brugbart brændstof.

Med transport gået i stå, mad ville ikke komme fra gårde til butikker. Selv systemer, der virker ikke-teknologiske, som offentlige vandforsyninger, ville lukke ned:Deres pumper og rensesystemer har brug for elektricitet. Folk i udviklede lande ville finde sig selv uden rindende vand, ingen kloaksystemer, ingen kølemad, og ingen måde at få transporteret mad eller andre fornødenheder langvejs fra. Folk på steder med mere basale økonomier ville også være uden nødvendige forsyninger på afstand.

Det kan tage mellem fire og 10 år at reparere alle skaderne. I mellemtiden, folk skulle dyrke deres egen mad, finde og bære og rense vand, og lave mad over bål.

Nogle systemer ville fortsætte med at fungere, selvfølgelig:cykler, hestevogne og sejlskibe. Men en anden type udstyr, der ville blive ved med at fungere, giver et fingerpeg om at forhindre denne type katastrofe:Elbiler ville fortsætte med at arbejde, men kun på steder, hvor der var solpaneler og vindmøller til at genoplade dem.

Forberedelse og beskyttelse

Geomagnetiske storme vil påvirke disse små installationer langt mindre end systemer i netskala. Det er et grundlæggende princip for elektricitet og magnetisme, at jo længere en ledning, der er udsat for et bevægende magnetfelt, jo større strøm er der induceret i den ledning.

I 1859, telegrafsystemet var så dybt påvirket, fordi det havde ledninger, der strakte sig fra by til by på tværs af USA. Disse meget lange ledninger skulle håndtere enorme mængder energi på én gang, og mislykkedes. I dag, there are long runs of wires connecting power generators to consumers – such as from Niagara Falls to New York City – that would be similarly susceptible to large induced currents.

The only way to reduce vulnerability to geomagnetic storms is to substantially revamp the power grid. Nu, it is a vast web of wires that effectively spans continents. Governments, businesses and communities need to work together to split it into much smaller components, each serving a town or perhaps even a neighborhood – or an individual house. These "microgrids" can be connected to each other, but should have protections built in to allow them to be disconnected quickly when a storm approaches. That way, the length of wires affected by the storm will be shorter, reducing the potential for damage.

A family using solar panels and batteries for storage and an electric car to get around would likely find its water supply, natural gas or internet service disrupted. But their freedom to travel, and to use electric lights to work after dark, would provide a much better chance at survival.

When will the next storm hit?

People should start preparing today. It's impossible to know when a major storm will hit next:The most we'll get is a three-day warning when something happens on the surface of the sun. It's really only a matter of time before there is another one like the Carrington event.

Solar astrophysicists are also studying the sun to identify any events or conditions that might herald a coronal mass ejection. They're collecting enormous amounts of data about the sun and using computer analysis to try to connect that information to geomagnetic storms on Earth. This work is underway and will become more refined over time. The research has not yet yielded a reliable prediction of a coming solar storm before an ejection occurs, but it improves each year.

Efter min mening, the safest course of action involves developing microgrids based on renewable energy. That would not only improve people's quality of life around the planet right now, but also provide the best opportunity to maintain that lifestyle when adverse events happen.

Denne artikel blev oprindeligt publiceret på The Conversation. Læs den originale artikel.