Under de mörkaste timmarna den 13 mars 1989 märkte människor över hela Nordamerika något konstigt ovanför dem. De ringde vänner och grannar och ställde samma fråga.
Har du sett himlen?
Från New York till Florida, Kuba och Honduras såg folk samma konstiga sak – långa ljusströmmar. Dessa strömmar, som ofta rapporterades som rödaktiga, vred sig och dansade på den norra himlen. Vissa människor fruktade att en nyligen uppskjuten rymdfarkost hade exploderat. Invånare i Amarillo, Texas, ringde brandkåren. Glödet såg ut som en avlägsen eld, som brann mot staden.
Det var inte en eld. Det var ett naturfenomen som kallas aurora. Norrsken är vanliga nära nord- och sydpolen. Men de når sällan himlen över södra USA, som Texas.
Något kraftfullt – och utomjordiskt – hade drivit dessa “norrsken” söderut.
Förklarare: Vad är elnätet?
I I den kanadensiska provinsen Quebec var ljusshowen bara början. Samma händelse som orsakade norrskenet utlöste också en stark elektrisk ström att flöda under jorden. Den strömmen rann in i nedgrävda elektriska ledningar. Den resulterande stöten överbelastade elnätet. Det är nätverket av generatorer och ledningar som transporterar elektricitet.
Klockan 02:44 började lamporna slockna. En minut senare var hela Quebec-provinsen mörk. Elvärmesystemen slutade fungera. Så gjorde hissar, även mellan våningarna. Skyskrapor i Montreal förvandlades till hotande skuggor. Nio miljoner människor var maktlösa. Den morgonen stängdes tunnelbanan och flygplatsen. Kraftbolaget utfärdade ett uttalande: “Alla de bilister som sitter vid trafikljusen och bantar borde inse att det inte är fel.”
Ljusband dyker upp på himlen efter att högenergipartiklar från solen kolliderar med jordens magnetiska sköld. Detta norrsken dök upp över Alaska den 16 februari 2017. Terry Zaperach/NASA:s Goddard Space Flight Center
Elnäten i norra USA drabbades också av chocker, men deras lampor slocknade inte.
Ljusshowen och strömavbrottet orsakades av vad forskare kallar en geomagnetisk (JEE-oh-mag-NET-ik) storm. Det uppstår när en energisk ström av partiklar från yttre rymden slår in i magnetfältet som omger och skyddar jorden. Geomagnetiska stormar är ett exempel på rymdväder.
Ordet “väder” beskriver vanligtvis vad som händer i den lägsta delen av jordens atmosfär. Rymdväder beskriver händelser som händer i mycket större skala, från solen till jorden.
Forskare studerar rymdväder för att lära sig hur man förutsäger intensiva stormar. Som Quebec fick reda på 1989 kan dessa högenergipartikelduschar från yttre rymden få allvarliga, till och med livshotande konsekvenser på jordens yta.
Precis som med vädret på jorden är rymdvädret svårt att förutspå. Men forskare känner redan till den skyldige bakom varje rymdvädersstorm: vår sol.
De kommer från yttre rymden
Stora stormar som den 1989 börjar med en rapningsliknande utdrivning av högenergipartiklar från solen. Detta kallas en koronal (Koh-ROH-nuhl) massutstötning. Efter en resa på 150 miljoner kilometer (93 miljoner mil) slår den energiska klumpen in i jordens magnetfält.
”De där stora explosionerna av material träffar jorden och orsakar det svåraste rymden väderstormar”, säger Daniel Baker. Han är astrofysiker vid University of Colorado Boulder. Han har studerat rymdväder i decennier.
Dessa stormar kan hota elnätet och leda till omfattande strömavbrott. De kan skada satelliter – särskilt sådana i höga omloppsbanor – eller slå dem ur drift. Satelliter möjliggör kommunikation och navigering runt om i världen, så deras misslyckande skulle lamslå många system.
Var kommer det att göra ont? Den här bilden visar några av de system som sannolikt skulle påverkas av hårt rymdväder. Klicka här för bild i full storlek.
Högenergipartiklarna kan också skada astronauter eller passagerare på flygplan som flyger högt på himlen, eftersom rymdfarkoster och flygplan inte erbjuder mycket skydd. Och vissa forskare förutspår att en stark geomagnetisk storm kan skada elektroniska enheter.
Just nu kan forskare inte förutsäga sådana händelser särskilt långt i förväg. De vet inte heller hur illa en storm kan vara. En del av problemet är att att räkna ut rymdväder innebär att förstå solen. Och solen i sig är ett gigantiskt, flammande, tumultartat pussel.
Fysikern Pete Riley studerar hur solens beteende formar rymdvädret. Han arbetar på ett företag som heter Predictive Science i San Diego, Kalifornien. För att förutsäga det värsta scenariot för rymdväder, säger han, måste forskare överväga två kritiska frågor.
För det första, vad som är värst sak solen kan kasta på oss?
Och för det andra, vilken är den värsta skadan den kan göra på jorden?
Lyckligtvis är rymdstormar sällsynta. “Vi är ganska väl skyddade för det mesta av magnetfältet i den övre atmosfären”, konstaterar Alex Hands. Han är fysiker vid University of Surrey i England. Han studerar rymdvädrets hot mot satelliter.
Den mest kraftfulla rymdväderstormen som forskare känner till var också den första som någonsin observerats. Det inträffade 1859, början av den elektriska tidsåldern. Under de första två dagarna av september, det året, tände lysande norrsken den norra natthimlen. Luftljusen var så stark att folk kunde läsa tidningar på natten, säger Baker.
Forskare säger: Rymdväder
Dessa var de tidiga dagar av teknik. Telegrafer var vanliga, men det tog 20 år innan Thomas Edison skulle patentera den första glödlampan. Tidningsartiklar skrivna under rymdstormen beskrev telegrafmaskiner som kastade av gnistor och papper nära telegrafledningar som brast i lågor.
Vid den tiden hade Richard Carrington, en brittisk astronom, studerat solen. Några dagar före stormen märkte han mörka fläckar på solens yta. Vi kallar nu dessa solfläckar, och vissa kan vara lika stora som jorden.
När Carrington fortsatte att studera solen såg han två ljusa ljusglimtar. De verkade komma från solfläckarna. Han misstänkte solfläckarna och de ljusa blixtarna var kopplade till den märkliga elektriska stormen. (Eftersom Carrington gjorde det sambandet är stormen 1859 nu känd som Carrington Event.)
Sedan dess har forskare bekräftat Carringtons hypoteser. Solfläckar och de där ljusa blixtarna, nu kallade solflammor, är kopplade till rymdväder. Under de senaste 160 åren har forskare kommit på hur man kan spåra rymdvädersstormar från deras ursprung på solens yta till deras nedslag på jorden.
Orsaken till dessa stormar, förklarar Riley, ”är allt om solens magnetiska energi.”
Rymdvädrets magnetiska motor
Sett från jorden verkar solen lugn och oföränderlig. På nära håll är en annan historia.
Solen är en stor roterande boll av porlande plasma. Det är en gas gjord av laddade partiklar. Detta gör solen till en vild plats.
Allt det som vänder och snurrar producerar magnetiska fält. Ett magnetfält är utrymmet runt en magnet där magneten kan utöva en kraft på andra saker. Jordens magnetfält får till exempel en kompass att peka norrut genom att utöva en kraft på den snurrande magnetnålen. (Du kan se magnetfältet runt en stångmagnet genom att strö järnspån runt den. Filspån är parallella, böjda linjer som förbinder magnetens ena ände med den andra.)
Solens magnetiska fält är mer komplicerade. Forskare vet inte om de bara är på ytan eller om de sträcker sig djupt in i solen. De vet att solen har en nordpol och en sydpol, precis som jorden har. Men till skillnad från jorden är solen inte solid. Så när den roterar, vrids dessa fält till spiralliknande former. Vissa sticker till och med ut i rymden som öglor.
Föreställ dig solen som en roterande boll av gummiband. Varje gummiband representerar en magnetisk fältlinje. Mitten av denna boll roterar dock med en annan hastighet än toppen och botten. Som ett resultat dras några av gummibanden – magnetiska fält – och sträcks ut. De sträcker sig tätare och tätare tills … knäpper!
Det knäppet frigör energi när fältlinjerna bryts och återansluts. Astronomer vet att där fältlinjerna går sönder blir solen magnetiskt aktiv. Dessa områden är mer benägna att ha solfläckar, vilket är tecken på aktivitet. Dessa områden kan också producera solflammor – ljusa blixtar, som Carrington såg. En solfloss, med starkt ljus och röntgenstrålning, anländer till jorden åtta minuter efter att den har bildats.
Solflossar är ofta förknippade med koronala massutstötningar, eller CME. När solen är aktiv skickar solen några CME:er ut i rymden varje dag. Dessa kan vara jättelika. Vissa ser nästan lika stora ut som själva solen. När solen är tystare dyker CME bara upp en gång varannan dag. Men låt dig inte luras, säger Baker. En CME från en stilla sol kan fortfarande orsaka förödelse på jorden.
“Bara för att det finns ett relativt lågt antal solfläckar betyder det inte att solen inte kan producera en kraftig storm som har konsekvenser för mänsklig teknik”, säger han.
Solens magnetiska aktivitet följer ett ganska regelbundet mönster. Vart elfte år byter solens magnetiska poler plats. Forskare kallar tiden däremellan för solcykeln. De första åren av cykeln tenderar att vara tysta. I sista halvlek vaknar solen och det blir intressant. Det är i slutet av en cykel som forskarna ser fler solfläckar. Det är också då CME blir vanligare.
A stormen är född
Solen skjuter av en CME som en gigantisk plasmakanonkula. Den stora energiklumpen ansluter sig till solvinden, som är en stadig ström av laddade partiklar som rör sig från solen till jorden. De flesta CME:er slutför resan på några dagar. CME som orsakade Carrington Event hade lika mycket massa som en komet. Den sprängde också genom rymden snabbare än 2 000 kilometer per sekund (4,5 miljoner miles per timme). Den kom mindre än ett dygn efter att den lämnade solen.
En CME är som en bit av solen. Den har till och med ett eget magnetfält. Och riktningen på dess fält påverkar hur mycket fara som CME utgör för jorden. Ibland är CME:s magnetfält i linje med jordens magnetfält. I sådana fall är den magnetiska norden densamma i CME som på jorden. När det händer skyddar jordens fält planeten från den extra energin.
Liknande laddningar stöter bort varandra, som de norra ändarna av två magneter kommer att trycka bort varandra. “Det är som ett blickande slag”, säger Baker. CME liksom studsar bort från jorden utan att orsaka mycket skada.
Men när de två magnetfälten pekar på motsatta håll, se upp.
“Det öppnar sig i princip dammluckorna, säger Baker. Laddade partiklar i CME blåser rakt in mot jorden. Inflödet av energi leder till de stora geomagnetiska stormarna som kan orsaka förödelse.
Baker säger att att veta åt vilket håll en CME:s fältpunkter skulle hjälpa forskare att förutsäga risker från en händelse. “Det är det mest utmanande vi står inför i rymdväderprognoser”, säger han. Om forskare visste hur klumpen ställde upp när den lämnade solen, “skulle vi vara mil före i vår förmåga att förutsäga.”
En nästan miss och det värsta scenariot
Forskare som studerar rymdväder lär sig mer om hur energi rör sig genom rymden. Men de vill verkligen veta hur man förutsäger och förbereder sig för farliga händelser.
Den 23 juli 2012 rapade solen ut en gigantisk CME mot jorden. Det missade, men inte mycket. Om den hade lämnat solen 10 dagar tidigare hade den orsakat problem. Baker uppskattar att det skulle ha utlöst en geomagnetisk storm som är ännu kraftfullare än Carrington Event. Och det skulle ha orsakat mycket mer skada. Det beror på att samhället är mycket mer beroende av elektroniska enheter nu än för 160 år sedan.
“Vi hade mycket tur”, säger han. “Det skulle ha producerat en extremt kraftfull och kanske rekordstor storm.” Och vi skulle inte ha varit förberedda. Stormen skulle ha kommit när solen varit tyst länge. “Vi kanske har svikit vår vakt lite.”
Förutsägelser om värsta scenarier tyder på att en stor rymdvädersstorm nu kan orsaka skador värda mellan 1 biljon och 2 biljoner dollar. Vissa uppskattningar tyder på att en sådan storm också kan stranda mer än 100 miljoner människor utan ström – några av dem i månader eller till och med år.
Hands, i England, har upptäckt att en kraftig rymdvädersstorm skada solpanelerna på satelliter. Efteråt skulle de inte kunna producera tillräckligt med kraft för att fungera. Komponenter ombord på satelliterna skulle också skadas. Satelliter används för kommunikation, navigering och försvar. Med tanke på vårt beroende av satelliter, säger han, utgör rymdvädersstormar stora hot.
Klassrumsfrågor
Tids att förbereda sig nu , säger Baker. Studier tyder på att en storm som Carrington Event kan inträffa varje århundrade eller så. Det betyder att vi är försenade för ännu en stor. Och eftersom vi använder mer och mer elektroniska enheter blir vi allt mer sårbara, säger han. “Vår mottaglighet för effekterna av rymdväder ökar dramatiskt över tiden.”
Han säger att statliga myndigheter nyligen har börjat erkänna att rymdväder är en naturlig fara. Det värsta värsta scenariot han beskriver kombinerar en kraftfull geomagnetisk storm med en katastrof som en orkan. Människor kan bli strandsatta i behov av hjälp, säger han.
Han säger faktiskt, “Det kan vara en mycket förödande sak.”
Leave a Reply