Farligere end troet: Solen kan udspy gigantiske solstorme hvert 1.000 år

Udbrud fra Solens overflade er relativt hyppige hændelser. I de fleste tilfælde mærker vi her på Jorden ikke andet til udbruddene end lidt flot nordlys i ny og næ – men de større af slagsen kan have mere alvorlige følger.

Soludbrud er voldsomme eksplosioner, som slynger enorme mængder plasma ud i rummet fra Solens atmosfære, og når de rammer Jordens atmosfære, kan det blandt andet resultere i ødelagte satellitter og strømsvigt.

Men i virkeligheden er disse udbrud bagateller, når man sammenligner dem med de gigantiske eksplosioner, der finder sted på andre stjerner ude i rummet. De såkaldte ’superflares’ kan være op mod 10.000 gange større end det til dato største, observerede soludbrud mod Jorden fra vores egen stjerne.

Nu viser ny, danskledet forskning, at vores egen Sol sandsynligvis også er i stand til at danne de kraftige superflares. Den viser også, at et sådant superflare vil finde sted engang hvert 1.000 år – formentlig med ødelæggende konsekvenser til følge, fortæller hovedforfatteren på studiet.

»Vi ved, at når der kommer de her elektriske partikler fra Solen, ødelægger de ozonlaget. Det er blevet foreslået, at den største storm, vi kender til, ledte til en reduktion i ozonlaget på fem procent. Men når man kommer op på de her niveauer, er der ikke rigtig nogen, der ved, hvad der vil ske,« siger lektor Christoffer Karoff fra Institut for Fysik og Astronomi og Institut for Geoscience ved Aarhus Universitet.

Studiet er publiceret i tidsskriftet Nature Communications.

Solen kan danne 'superflares'

Det var den britiske astronom Richard Carrington, der i 1859 blev vidne til det første – og indtil videre største – soludbrud, der nogensinde er observeret her på Jorden. Store dele af datidens telegrafnet brød sammen, og iskerneboringer antyder, at selv Jordens beskyttende ozonlag blev beskadiget.

Begivenheden er senere blevet kendt som Carrington-stormen – og den repræsenter skrækeksemplet på, hvor voldsom en solstorm kan være.

I 2015 antydede et dansk-svensk studie dog, at Carrington-stormen måske slet ikke er worst case scenario. Forskerne konkluderede ud fra målinger af træringe, at Jorden for mere end 1.000 år siden blev ramt af to solstorme, som var mindst fem gange kraftigere end nogen anden solstorm, der er blevet målt af instrumenter.

LÆS OGSÅ: Historiens største solstorm opdaget

Det nye studie bakker op om denne konklusion – ved at måle magnetfelter på superflare-stjerner, som minder om Solen, nåede forskerne frem til, at Solens magnetfelt er kraftigt nok til at danne et 'lille' superflare. Det svarer til 100 gange Carrington-stormen.

»Vi havde bestemt ikke forventet at finde superflare-stjerner med lige så svage magnetfelter som Solens. Dette åbner muligheden for, at Solen også kunne skabe en superflare, og det er en meget skræmmende tanke,« siger Christoffer Karoff.

Danmark er ikke sikret mod et gigantisk soludbrud

Studiet får rosende ord med på vejen af emeritus forsker ved Danmarks Meteorologiske Institut, civilingeniør Peter Stauning, som ikke selv har haft fingrene i det.

»Jeg synes, det er en flot og meget indsigtsfuld artikel,« siger Peter Stauning, som forsker i rumvejr – det gælder blandt andet Solens opførsel og Jordens påvirkning.

»Det er helt sikkert, at det vil have nogle meget ubehagelige virkninger her på Jorden, hvis Solen sender en ekstraordinært voldsom solstorm i vores retning. Skrækscenariet er, at hundredvis af højspændingstransformere går til – der kan være 10 års leveringstid, så hvis der sker skader på dem, kan det få rigtig store konsekvenser for os her på Jorden.«

Peter Stauning understreger, at mange lande ikke er forberedte på de rigtig store hændelser, som kan lave ulykker på højspændingsnettet og få systemer til enten at falde midlertidigt sammen eller brænde helt ud.

»Englænderne er forberedte på det; de er indstillet på at lukke helt ned for deres højspændingsledninger, sådan at de mister strøm, men ikke deres transformersystemer. Men andre lande, som Tyskland, er slet ikke forberedte, og det er noget, som vil kunne påvirke Danmark, hvis det virkelig går galt, for vi hænger elektrisk sammen. Taler vi om de helt store begivenheder, er Danmark ikke sikret.«

LÆS OGSÅ: Se et soludbrud helt tæt på

Ødelagte satellitter og strømnedbrud

Peter Stauning fortæller, at der vil være nogle umiddelbare konsekvenser af en meget voldsom solstorm, mens andre problemstillinger først vil vise sig på den lidt længere bane. Han remser op i kronologisk rækkefølge:

• Blackout på radioforbindelser. Den mest umiddelbare virkning af en kraftig solstorm vil være en masse elektromagnetisk stråling, som kan lave om på atmosfæren og lave blackout på kortbølge-radioforbindelser, som transporteres i atmosfærens øvre lag. Denne stråling er 8 minutter om at komme fra Solen til Jorden.
  
• Lammede satellitter. Den næste virkning af en stor soleksplosion vil være stråling af højenergiske protoner. Denne stråling ankommer til Jorden i løbet af et kvarters tid, men kan vare ved i mange dage og op til flere uger. Den kan lamme solpaneler og følsom elektronik på satellitter, som ikke er afskærmet. Nogle satellitter bliver ødelagt, andre bliver påvirket til at give forkerte varsler tilbage til Jorden. Du kan læse mere om, hvor galt det kan gå, hvis satellitterne sætter ud, i denne blog.
  
• Kommunikation og GPS sættes ud af funktion. Ødelagte satellitter kan føre til et nedbrud i kommunikationskanaler over længere afstande – det vil sige, at vi ikke vil kunne kommunikere ud over det umiddelbare nærområde, svarende til få hundrede kilometer. Det samme gælder GPS-systemer, hvilket blandt andet kan være problematisk for flytrafikken, forklarer Peter Stauning. »Flytrafik, såvel som land- og havtrafik og militære operationer, understøttes af GPS. De vil ikke ophøre, hvis GPS ikke findes. Men risikoen er især til stede, hvis signalet pludselig forsvinder ved anvendelser, hvor man stoler på GPS'en,« siger han.
  
• 'Polar Blackout'. Især i gamle dage var protonstråling et problem for polarområderne, som var meget afhængige af radiobølger til kommunikation. Protonerne ledes af Jordens magnetfelt ned over polerne og skaber ioniserede lag dybt nede i atmosfæren over polarområderne, og disse lag spærrer for radiobølger, hvilket før i tiden var kendt som 'polar blackout'. I dag bruges denne type kortbølgekommunikation primært som backup i fly.
  
• Magnetiske forstyrrelser. Under nogle af Solens eksplosioner udsendes en sky eller boble af ioniseret gas, som når frem til Jorden i løbet af en til fire dage – hvis det vel at mærke udsendes i retning af vores planet. De værste af denne type masseudslip er dem, der når hurtigst frem, som det for eksempel var tilfældet med Carrington-stormen. Solgassen skaber et kraftigt elektrisk felt hen over den ydre grænse for Jordens magnetfelt (magnetosfæren) og skaber elektriske strømme, der blandt andet passerer i den øvre atmosfære og kan skabe kraftige, magnetiske forstyrrelser på Jorden.
  
• Nedbrud på strømforsyninger. Hvis magnetforstyrrelserne fra disse elektriske strømme i den øvre atmosfære (i ca. 100 kilometers højde) kan finde et såkaldt ’loop’ (en lukket strømkreds), kan der induceres kraftige strømme heri. Et sådant loop findes for eksempel mellem lange højspændingslinier med jordforbindelse i begge ender (gennem højspændingstranformere) og Jordens dybere, ledende lag, og de inducerede fejlstrømme kan skade transformere alvorligt. Hvis ikke man står klar til at lukke ned for ledningerne, kan højspændingstransformerne simpelthen bryde sammen.

Solstorm kan reducere ozonlaget - med uvisse følger

En solstorm kan desuden føre til reduktioner i ozonlaget – og så kan vi godt begynde at finde solcremen frem, lyder det fra Christoffer Karoff.

»Ozonlaget beskytter os fra den ultraviolette stråling fra Solen, og hvis man begynder at reducere det, får man voldsomt meget mere stråling – med mere hudkræft til følge. Men derudover er det et stort ubesvaret spørgsmål, hvad mere stråling vil gøre ved vores Jord.«

Sagen er den, at vi dybest set ikke helt kan vide eller kan kende det sande omfang af, hvad en solstorm i størrelsesordenen superflare vil kunne gøre ved Jorden – i kraft af, at en sådan aldrig tidligere er observeret.

Men det både kan og bør man undersøge ved at kigge nærmere på de to udbrud, som studiet fra 2015 fandt frem til, mener Christoffer Karoff.

»Før 2015 var man slet ikke klar over, at det kunne være en mulighed for vores Sol at danne superflares. Hvis vi antager, at det er rigtigt, at den kan det, så er jeg sikker på, at man vil kunne gå tilbage og se effekterne af en øget UV-stråling på dyr og planteliv. Det vil være et rigtig interessant studie.«

Overraskende stort antal superflares på andre stjerner

I det nye studie nåede forskerne frem til, at Solen kan danne superflares ved at kigge nærmere på næsten 100.000 stjerner, som ligner vores sol. Af disse stjerner, som er observeret med Kepler-teleskopet, fandt de frem til cirka 5.000, som var klare nok og mindede tilstrækkelig om Solen, til at kunne bruges til et statistisk studie af superflares. Af de 5.000 stjerner havde 48 superflares.

»Vi kigger på en relativt kort periode sammenlignet med Solens historie – Kepler har 'kun' kigget på de her stjerner i tre år, så det er faktisk mange flere superflares, end vi havde forventet. Det svarer til én procent, og det er faktisk et rigtig højt antal,« forklarer Christoffer Karoff.

Dernæst målte forskerne magnetfeltet på de sol-lignende stjerner, og her fandt de en klar sammenhæng: De stjerner, som havde et kraftigt magnetfelt, viste sig at have en større sandsynlighed for at danne superflares. Eftersom man ved, at soludbrud også skabes i forbindelse med magnetfeltet på Solens overflade, fortalte det forskerne, at superflares og soludbrud formentlig skabes på samme måde – i et samspil med magnetfeltet.

Dén forklaring lyder sandsynlig, mener professor Jørgen Christensen-Dalsgaard, som også arbejder ved Aarhus Universitet, men ikke har haft noget med artiklen at gøre og ikke kendte til den på forhånd.

»Det lyder meget rimeligt. Man kan aldrig være 100 procent sikker, men jeg synes, deres argumentation godtgør, at det, vi ser i superflares, svarer til, hvad vi kender på Solen, bare på mindre skala.«

Øvre grænse for Solens udbrud er stadig meget høj

Egentlig var det ikke særlig overraskende, at kraftige magnetfelter skaber flere superflares. Overraskende var det til gengæld, at stjerner med svagere magnetfelter i nogle tilfælde også kunne danne superflares.

Det er ikke mit ønske, at det her skal være en dommedagsartikel. Men for et event i Carrington-størrelse tror jeg reelt, at der er en risiko, og jeg mener helt bestemt, man skal gå i gang med at overveje, hvordan man får sikret sig mod de her strømsvigt.

Christoffer Karoff, Aarhus Universitet

»Forskerne konkluderer, at de fleste af de stjerner, der laver superflares, har en meget kraftigere aktivitet end Solen, og det er forventeligt – hvis der er mere gang i den, vil der også være flere eksplosioner. Men de siger så også, at nogle få af de stjerner har et aktivitetsniveau, der svarer til Solen. Med det forudsiger de, at Solen en gang imellem vil kunne danne et superflare, og dét er interessant,« lyder det fra Jørgen Christensen-Dalsgaard. Han fortsætter:

»Det er første gang, man har så klar en sammenhæng mellem den magnetiske effekt i andre stjerner og superflares. Det, synes jeg, er meget nyt og spændende.«

Stjerner med svage magnetfelter ligesom Solen ser til gengæld ikke ud til at kunne danne de helt store superflares; det fortæller os, at der formentlig er en øvre grænse for, hvor store flares stjerner som Solen kan danne, fortæller Christoffer Karoff.

»Vi kan godt lide, at når vi prøver at lave statistikker ud fra stjernerne, så kommer vi frem til en hyppighed på superflares fra Solen cirka hvert 1.000 år. Hvis der har været to siden år 775, svarer det – inden for usikkerhederne – til det samme,« siger Christoffer Karoff, som dog understreger, at der er tale om statistik og sandsynligheder. Man kan derfor ikke bruge det nye studie som en forudsigelse af, at den næste superflare fra Solen er oppe over, forklarer han.

»Vær hellere bange for asteroider og atombomber«

Her er Peter Stauning fra DMI meget enig. Han finder det slet ikke sandsynligt, at Jorden bliver ramt af en superflare fra Solen, fastslår han.

»Man skal kombinere det med sandsynligheder, og jeg mener ikke, at sandsynligheden i denne sammenhæng er ret stor. Soleksplosioner kan gå i alle mulige retninger, og et slag på tasken vil være, at kun en tiendedel af de udbrud, Solen danner, rammer Jorden,« siger han og fortsætter:

»Intet fornuftigt tænkende menneske ville sige, at det var sandsynligt, at Jorden bliver ramt af et superflare fra Solen. Jeg ville snarere gå og være bange for at blive ramt af en asteroide eller en atombombe.«

Til gengæld er alle tre forskere enige om, at risikoen for at blive ramt af et udbrud på Carrington-niveau er reel. Og det bør vi tage til efterretning, mener Peter Stauning:

»Jeg mener, at vi kan se i øjnene, at sandsynligheden for at få en Carrington-begivenhed er der, og det er noget, som elværker for eksempel skal tage i betragtning. Vi er ikke godt nok sikret, som det er nu.«