Vil varsle romvær som kan slå ut strømnett og kommunikasjon

Kraftige solstormer kan slå ut systemene som gjør oss til en moderne sivilisasjon. I beste fall får vi noen timers varsling.

illustrasjonsbilde fra colourbox av en tilfeldig satelitt.

Illustrasjonsfoto fra Colourbox. 

I 2019 laget Direktoratet for samfunnssikkerhet og beredskap en liste med 25 samfunnskritiske hendelser, blant annet pandemi og kvikkleireskred. Kraftige solstormer som kan slå ut moderne kommunikasjon og strømnett står også oppført på listen. 

– For noen er kanskje det aller verste å miste internett, men det verste er at strømmen kan gå i store områder, forklarer Pål Brekke ved Norsk romsenter. Mister man strømmen over flere dager blir det problematisk å drive et moderne samfunn med kloakkrenseanlegg, sykehus og slikt. Superstormer kan også slå ut flere satellitter, og da sliter man også med TV-signaler, GPS og radiokommunikasjon.

Denne teksten er basert på en episode av Universitetsplassen podkast - en podkast om forskning fra Universitetet i Oslo. Hør hele episoden her:

Superstormene inntreffer oftere enn vi har trodd

Ifølge Brekke trodde man tidligere at slike stormer inntraff med et intervall på 500 år fordi det bare fantes én kjent superstorm. Den inntraff i 1859 og var så kraftig at nordlyset kunne ses helt ned til ekvator. Solstormen førte til at det ble så mye strøm i lange metallgjenstander, slik som telegrafsystemet, at de begynte å gløde og det kom flammer ut av telegrafistenes tappemaskiner.

– Med moderne satellitter har vi sett to slike superstormer bare de siste ti årene. De traff ikke jorden. En gikk på siden, og en gikk bakover på baksiden av solen, men det tyder på at disse superstormene skjer mye oftere enn det vi har trodd tidligere, forteller Brekke. 

Solen har 11-årssykluser, men ingen vet hvorfor 

Brekke understreker at solstormer ikke er farlige for oss mennesker på bakkenivå, utover at det rammer moderne teknologi. Røntgenstråling og partikler fra solen blir stoppet av jordens atmosfære og magnetfelt.

– Men hvis du skal reise til månen eller mars, kan disse være dødelig enkelte ganger, forklarer han. 

Ifølge Brekke er det en sammenheng mellom solstormer og solens 11-årssyklusser. Disse syklusene vet vi svært lite om i dag. 

– Hvis vi kan løse gåten om hvordan solaktiviteten forandrer seg over tid, og hva som danner disse magnetfeltene der hvor solflekkene dannes kan vi forutsi bedre når en solstorm smeller av. Det kan vi ikke i dag. Vi kan se når det har skjedd, og da har lyset fra sola allerede truffet her på jorden, sier Brekke. 

Fakta: Solflekker
Solflekker er mørke områder på solens overflate som skyldes kraftig magnetfelt. Antall solflekker varierer med en 11-årssyklus – det vi kaller solsyklusen. 

Sender opp romsonde for å forske på solen

Med tanke på konsekvensene en slik storm kan ha, er det ekstremt viktig å kunne forutsi når det skjer. Dette er en av oppgavene til romsonden Solar Orbiter, som ble skutt opp i februar 2020. 

– Vi vet at solsyklusen er en 11-årssyklus hvor sola går fra høy aktivitet til lavere aktivitet. Det skyldes forhold inne i sola, så for å finne ut det må man ta bilder av overflaten og måle hvilke effekter vi ser på magnetfeltet og solvinden. Vi kan ikke forutsi romvær uten å vite hvordan kilden til romvær oppfører seg, sier Terje Fredvik. Fredvik er senioringeniør ved Institutt for Teoretisk Astrofysikk, hvor de forsker på solen. Hans oppgave er å motta og bearbeide data fra Solar Orbiter. 

For å vite mer om romvær må forskerne se solen fra en ny vinkel: På skrå. Tidligere romsonder har gått i bane rundt solens ekvator, som ligger i det samme planet som jordens bane rundt solen. Solar Orbiter skal ha en bane som går litt skrått i forhold til dette planet slik at forskerne for første gang kan ta bilder av solens nord- og sørpol. Romsonden Parker Solar Probe har undersøkt solas poler, men uten å ta bilder. For å få denne banen må Solar Orbiter gjennom en ganske komplisert rom-akrobatikk. Høsten 2021 utførte den en kompleks manøver som gjorde at den kom svært nær jordens overflate. På det nærmeste hadde den samme avstand til jorden som avstanden Oslo-Bergen. Dette gjorde at den fikk en ny kurs, og senere vil den gjøre liknende øvelser med Venus. 

Den som løser gåten, vil få en Nobelpris

– Vi vet at solens poler er en viktig kilde til solvinden, og det er også strømninger til gass og magnetfelt som trekkes fra ekvator mot polene. Det at vi ikke har ordentlige bilder av polene er et argument i seg selv. Vi vet veldig lite om hvordan det ser ut der, sier Fredvik.

Ifølge Brekke er det flere ting med solens nord- og sørpol som er interessant. Ifølge ham er det der solens magnetfelt forandrer seg raskest og det er startpunktet for 11-årssyklusene. Da bytter solens nord- og sørpol plass, men ingen vet hvorfor det skjer eller hvorfor noen av syklusene har svakere solaktivitet, mens andre fører til sterkere solaktivitet. 

– Jeg tror at den som klarer å løse gåten med solsyklusen får en Nobelpris, sier Brekke oppfordrende til Fredvik. 

Fakta: Hva er en solstorm/Hva er romvær

Solvinden er en kontinuerlig strøm av partikler som sola sender ut. Partiklene sendes ut fra solas poler og beveger seg ekstra raskt. Solvindpartiklene former jordens magnetfelt og er de partiklene som Birkeland mente måtte eksistere – men som ingen trodde på den gang. 

En solstorm er en fellesbetegnelse på gassutbrudd og store eksplosjoner på sola som sender ut store mengder røntgenstråling, partikler og magnetfelt. Disse utbruddene kan ha enorme hastigheter på opp til 8 millioner km/t og kan nå jorden på alt fra 17 timer til et par dager. 

Romvær er en samlebetegnelse på effekten av solstormer og solvind som påvirker atmosfæren og magnetfeltet rundt jorden. Det er ulike grader av romvær. Det er litt romvær hver eneste dag. Noe av romværet kan vi se som nordlys langt nord. Kraftige solstormer vil forårsake nordlys lengre sør. Superstormer kan slå ut kritisk infrastruktur, som strømnettet i et område, satellitter og annen kommunikasjon. Det er superstormene som er kilden til bekymring for Direktoratet for samfunnssikkerhet og beredskap. 

Romværvarsling: Å prøve å forutsi når solstormer inntreffer på sola, men også når de ankommer jorden, hva den består av og hvilken effekt den vil ha.

Dette kan vi gjøre når det varsles om solstorm

– I dag gir romværvarsling en sannsynlighet for at det blir en kraftig eksplosjon. Vi kan si at de neste 24 timene så er det 20-50 prosent sjanse for at det blir eksplosjoner, men vi aner ikke når, forklarer Brekke. 

Ifølge ham er det noen forhåndsregler som kan tas når det er varslet en solstorm: De systemene som er sårbare for solstormer kan følge ekstra nøye med slik at de kan ta ulike forhåndsregler. Satellittoperatører kan skru av følsom elektronikk på satellitter. De som er avhengige av at GPS er ekstremt nøyaktig, slik som redningshelikoptre som opererer i dårlig vær, bør bli varslet om mulige begrensninger i systemet. Kraftselskapene kan justere ned belastningen på transformatorer, ved å skru av kraftkrevende industri.

– Særlig kraftselskapene vil bli påvirket av gasskyer som treffer jordens magnetfelt og skaper det vi kaller en geomagnetisk storm. Da blir det veldig flott nordlys, men det induserer strøm i kraftledningene. I verste fall vil dette brenne opp en transformator og da mister man strømmen, sier Brekke. 

Varsles én time før stormen treffer

Varslingene kan komme så sent som en time før stormen inntreffer. En av grunnene til dette er at retningen på magnetfeltet ikke kan ses før det kan måles av satellitter som går i bane rundt jorden. 

– Hvis magnetfeltet er motsatt rettet av jordens magnetfelt får vi en kraftig sammenkobling, men hvis de har samme retning så blir det som å sette to slike Brio-tog sammen: De spretter fra hverandre. Da kan denne stormen bare gli forbi uten å lage noe styr, forklarer Brekke. 

Han håper at Solar Orbiter vil kunne måle retningen på magnetfeltet på et mye tidligere tidspunkt.

En oversikt over ulike typer romvær, når de treffer jorden, og hvilke effekter de har. Kilde: Norsk romsenter
Figuren viser ulike typer romvær, når de ankommer jorden og hvilke effekter de kan ha. Kilde: P.Brekke/Norsk Romsenter

Solar Orbiter er bygget for å tåle oppdraget       

Selv om solstormer kan slå ut satellitter i bane rundt sola, er ikke Fredvik bekymret for at Solar Orbiter skal lide samme skjebne. 

– Solar Orbiter vet hvor den skal, den skal veldig nærme sola. Som alle slike solsatellitter, så bruker man veldig solide komponenter. Den tåler mye juling, men i tillegg til solstormene og partiklene som kommer fra sola så er det veldig varmt der den skal, og derfor har den også et veldig kraftig varmeskjold foran seg, forklarer Fredvik.

På det nærmeste skal Solar Orbiter ha en avstand til solen som tilsvarer 1/3 av avstanden mellom jorden og solen. Her vil den være eksponert for gasskyene som slenges ut av kraftige solstormer, og selv om disse skyene kan ha en temperatur på flere millioner grader, er det solstrålingen som gjør at det er varmt. 

Bildet kan inneholde: jeans, fotografi, stående, gest, deling.
Pål Brekke og Terje Fredvik møtes i podkasten Universitetsplassen for å snakke om romvær og hvordan det kan oppdages tidligere med solsatelitten Solar Orbiter. Foto: Elina Melteig.

Det er forskjell på kokende vann og badstue selv om temperaturen er lik

– Det er vanskelig å snakke om temperatur når man er der ute. Selv om det kommer en kraftig solstorm fykende forbi Solar Orbiter, så er tettheten av den partikkelskyen veldig lav, det er som vakuum som vi klarer å skape her på jorda. Derfor er den ikke så veldig flink til å overføre varme til satellitten. Det som gjør at det blir varmt er direkte sollys, solstråling, som varmer, forklarer Fredvik. 

En slik gassky kan ifølge Fredvik sammenliknes med å gå inn i en badstue. Luften der inne kan være 100 grader, men det er likevel mulig å sitte der en kort stund. Hvis du hiver en bøtte med vann på ovnen vil det føles mye varmere. Dersom du har et badekar med kokende vann, er det svært farlig. Partikkeltettheten har mye å si for hvordan temperaturen påvirker deg. Slik er det også for Solar Orbiter. 

Avanserte instrumenter

På Solar Orbiter er det 10 ulike instrumenter som samarbeider om å samle data.

– Noen av instrumentene tar bilder av sola. Hvis det kommer en solstorm eller en eksplosjon så vil disse partiklene komme fram til Solar Orbiter etter et par minutter. Da kan vi måle magnetfelt, hvor mange partikler det er og hvilken hastighet de har. Da er det lettere å få en sammenheng mellom det vi ser skjer på solskiva og hvordan det har påvirket solvinden og magnetfeltet, forklarer Fredvik. 

I tillegg er det satellitter som går i bane rundt jorden som kan måle solstormen idet den når oss. Da er det lettere å forstå hvordan solstormen har beveget seg gjennom rommet og hvordan den utvikler seg, mener Fredvik. Hans rolle i prosjektet er å motta og tilgjengeliggjøre data fra instrumentet SPICE. 

— SPICE er et såkalt spektrometer. Det vil si at det lager bilder der de ulike fargene i lyset er skilt fra hverandre, forklarer Fredvik. 

Regnbuens farger avslører solens mysterier

Han beskriver det litt som at man kan se sollys i en regnbue. Da er det tydelig at lyset inneholder ulike farger.  

— Det er to grunner til at vi har lyst til å undersøke fargene hver for seg. Det ene er at lys med ulik farge er sendt ut av gass med ulik temperatur. Det andre er at ved hjelp av ganske enkel matematikk kan man bruke disse bildene til å regne ut hastigheten, tettheten og turbulensen til den gassen som sender ut lyset. Da kan vi se hvordan soleksplosjoner skjer, måle hastigheter, se i hvilken høyde det er der soleksplosjonen starter, blant annet, sier Fredvik.

Ifølge ham øker temperaturen utover i solas atmosfære. Ved hjelp av dette instrumentet kan de derfor bruke bildene til å finne ut hvor høyt over soloverflaten ting skjer.

Norge er navlestrengen til NASA

Norge, som ligger langt nord med forholdsvis lite sol, har likevel et av verdens beste solforskningsmiljøer skal vi tro Pål Brekke. Da Kristian Birkeland var den første som forstod koblingen mellom solen og nordlys har det vært forsket på solen i Norge. På 50-tallet ble solobservatoriet på Harestua bygget, og etter hvert dro Norske forskere til USA for å delta i solforskning med data fra satellitter i rommet. 

– Den kunnskapen om sola som man fikk da var enorm, og Olav Kjeldseth-Moe, som var min veileder, tok med seg denne kunnskapen hjem og fikk overtalt de andre på Institutt for teoretisk astrofysisk til å begynne med rombasert solfysikk, for det var framtiden, forteller Brekke. 

I Norge ble det bygget opp ekspertise på å analysere data, og det resulterte i at solforskningsgruppen ved Universitetet i Oslo ble med på flere større prosjekter, slik som satellitten SOHO og Hinode. Norges beliggenhet har også gjort at det er gunstig å få data fra satellittene via Svalbard (Svalsat). 

– Vi jukser jo litt fordi vi sitter der hvor dataene ramler ned, så vi har vært litt heldige sammenlignet med andre forskere i verden, smiler Brekke. Vi er på en måte navlestrengen til NASA her oppe.

Nettopp fordi Norge er nærmere polene passerer mange satellitter oftere forbi Svalbard enn de gjør i USA og det gir bedre tilgang til data. Denne gunstige plasseringen er heldig, men kompetansen som er bygget opp på dataanalyse gjør at Norske forskere er med på å planlegge nye prosjekter sammen med NASA. 

– Den er ikke godkjent ennå, men hvis satellitten MUSE blir godkjent er Norge allerede med, avslutter Brekke. 


Lytt til mer fra Universitetsplassen podkast

Universitetsplassen er en forskerbasert podkast om samfunnet produsert av Universitetet i Oslo. Her møtes både unge og erfarne forskere for å snakke om det de mener er viktig og aktuelt, sammen med gjester fra norsk samfunnsliv. 

Vil du gi oss tips og tilbakemeldinger kan du sende en epost til podkast-universitetsplassen@uio.no.

Lytt i Apple podcasts

Lytt i Spotify

    Av Elina Melteig
    Publisert 19. feb. 2022 09:43 - Sist endret 18. mars 2022 09:52