Historiens største solstorm opdaget
Gigantiske solstorme er en stigende bekymring, fordi de kan få fatale konsekvenser for vores højteknologiske samfund. Ny dansk-svensk forskning tyder endda på, at solstorme kan blive voldsommere end hidtil antaget.

Billedet viser et soludbrud - også kendt som en solstorm - i 2012. Denne solstorm ramte ikke Jorden direkte, men gav alligevel anledning til polarlys på Jorden. (Foto: NASA)

Det var et tilfælde, at den britiske astronom Richard Carrington blev vidne til det første og største soludbrud, der nogensinde er observeret.

Kort før frokosttid 1. september 1859 sad han på sit observatorium i Redhill nær London og fik øje på et intenst, hvidt lys fra Solen.

Oppe på Solen boblede og sydede det, og en storm af energirige partikler blev sendt ud i rummet. 17 timer senere nåede solstormen ned til Jorden, og snart efter blev himlen oplyst af et vidtrækkende nordlys.

Ifølge gamle aviser var lyset så kraftigt, at mange mennesker troede, der var gået ild i deres byer. I Rocky Mountains i USA vågnede nogle minearbejdere midt om natten, troede det var morgen og begyndte at spise morgenmad - badet i nordlys.

I den mere alvorlige ende af solstormens konsekvenser kan man læse, at store dele af datidens telegrafnet brød sammen. Begivenheden er senere blevet kendt som Carrington-stormen – og den er et kendt skrækeksempel på, hvor voldsom en solstorm kan være.

Forskere har igen og igen advaret om, at det vil kunne få katastrofale følger for vores højteknologiske samfund, hvis en solstorm af Carrington-kaliber pludselig skulle ramme Jorden igen.

Men hvad nu, hvis Carrington-stormen slet ikke er worst case scenario? 

Vildere end Carrington-stormen?

En ny dansk-svensk undersøgelse tyder på, at Solen er i stand til at producere langt voldsommere solstorme, end den Carrington observerede i 1859.

Fakta

Indimellem kan der ske kraftige eksplosioner i Solens øvre atmosfære. De voldsomme soludbrud kaldes også for solstorme.

Ved et soludbrud kan der kastes enorme mængder stof fra Solen ud i rummet. Hvis det rammer vores klode, kan det give forstyrrelser i Jordens magnetfelt.

Forstyrrelserne er størst i nærheden af Nordpolen og Sydpolen, hvor de jævnligt fører til polarlys (nordlys).

Forstyrrelserne kan i alvorlige tilfælde også føre til fejlstrømme i elektriske kredsløb.

Det skete blandt andet i marts 1989, da elnettet i Québec i Canada kollapsede efter et soludbrud. I 2003 brød elnettet i Malmø også kortvarigt sammen under et soludbrud.

Radiokommunikationen, GPS-systemet, satellitter og rumskibe er også sårbare over for solstorme.

Kilder: Susanne Vennerstrøm, Martin Enghoff, Illustreret Videnskab

Forskerne konkluderer, 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 forskeres instrumenter.

»Hvis så enorme solstorme ramte Jorden i dag, ville de kunne få katastrofale konsekvenser for vores strømforsyning, satellitter og kommunikationssystemer,« siger Raimund Muscheler, som er professor ved Lunds Universitet og en af hovedkræfterne bag den nye undersøgelse.

Der kendes allerede flere nyere eksempler på store solstorme, som har ødelagt satellitter og påvirket GPS og radiokommunikation.

I 1989 fik en voldsom solstorm elnettet i Quebec-provinsen i Canada til at bukke under - metroen gik i stå, skoler måtte lukke, folk blev spærret inde i elevatorer, og seks millioner mennesker befandt sig pludselig i mørklagte huse.

Heldigvis var det kun én transformator, som brændte helt sammen, og efter 12 timer begyndte beboerne i Quebec at få strømmen tilbage.

Vi er blevet mere sårbare over for solstorme

»Vi har haft nogle få eksempler på solstorme i nyere tid, som viser, hvor sårbare vi i stigende grad er blevet over for store solstorme. Vores samfund bliver mere og mere afhængige af teknologi fra satellitter – det er for eksempel GPS'er, fjernsyn, mobiltelefoner og anden telekommunikation, som kan bryde sammen, hvis satellitter bliver ødelagt af solstorm,« fortæller Susanne Vennerstrøm, som forsker i rumvejr ved Danmarks Tekniske Universitet (DTU Space), men ikke har været en del af den nye undersøgelse.

»Potentielt set vil det kunne påvirke hele Jorden, hvis der pludselig kommer en kæmpestor solstorm. Hvis mange transformatorstationer bryder sammen, vil det formentlig kunne tage månedsvis, før strømforsyningen vender tilbage – man har jo ikke den slags reservedele liggende i stor stil. Bare prøv at forestille dig et moderne hospital uden strøm,« tilføjer Susanne Vennerstrøm.

Hun henviser til en sortseende rapport fra det amerikanske National Research Council, hvori forskerne anslår, at en alvorlig solstorm vil kunne efterlade op mod 130 millioner mennesker uden strøm og samlet set koste USA svimlende to billioner dollars - alene i det første år. 

Iskerneboringer fra Grønland har bidraget til ny viden om Solen i den nye undersøgelse. (Foto: NEEM/KU)

Da National Research Council lavede rapporten i 2009, vidste man imidlertid ikke, at Solen for over 1.000 år siden sendte to solstorme ned mod Jorden, som ifølge den nye dansk-svenske undersøgelse var voldsommere end nogen anden storm, forskere har observeret.

»Hvis det er rigtigt, sætter det en ny øvre grænse for, hvor vilde de her begivenheder kan være. Det viser, hvor forbløffende lidt vi egentlig ved om Solen, til trods for at den er så utrolig vigtig for vores liv her på Jorden,« siger seniorforsker Martin Enghoff fra DTU, som forsker i Solen, men ikke har været en del af den nye undersøgelse.

Japanske cedertræer førte forskere på sporet

Den nye undersøgelse tager i virkeligheden sin begyndelse i Japan. Her opdagede nogle forskere for flere år siden et opsigtvækkende levn fra fortiden i nogle gamle stykker cedertræ.

Da cedertræerne var unge og voksede under vikingetiden, optog de i år 774 og år 993 et særdeles højt indhold af isotopen kulstof 14.

Kulstof-isotoperne sidder i dag stadig indlejret i cedertræernes træringe, og da japanske forskere opdagede det, gav de sig til at spekulere over, hvad der havde givet anledning til de usædvanligt høje koncentrationer af kulstof 14. Kunne det være et meteornedslag? Et gammaglimt fra en døende stjerne? Eller måske en gigantisk solstorm af hidtil uset styrke?

»Kulstof 14 bliver dannet oppe i den del af atmosfæren, som hedder stratosfæren. Det bliver dannet, når den kosmiske stråling fra rummet rammer ned i stratosfæren. Hvis der sker en særlig begivenhed - som en voldsom solstorm – bliver der dannet endnu mere kulstof 14. Og det vil man kunne aflæse i træringene,« forklarer lektor Anders Svensson fra Københavns Universitet, som medvirker i den nye undersøgelse.

De japanske cedertræer blev genstand for en større debat mellem forskere, som havde forskellige bud på årsagen til træringenes høje kulstof 14-koncentrationer. For at komme nærmere ind på, hvad årsagen kunne være, begyndte forskerne bag den nye undersøgelse at søge efter spor fra begivenhederne i år 774 og 993 andre steder i verden.

Fra Japan til Grønland og Sydpolen

Et oplagt sted at lede var i indlandsisen i Grønland og Antarktis. Isen fungerer nemlig som et tidsinddelt arkiv, der har fastfrosset informationer om fortiden – jo dybere ned i isen man borer, des længere tilbage i historien rejser man.

Fakta

I en ny undersøgelse har forskere kigget i træringe og iskerneboringer fra vikingetiden.

Både træringe og iskerner viser tegn på, at Jorden i år 774 og 993 blev ramt af to gigantiske solstorme.

Ved hjælp af modelberegninger har forskerne konkluderet, at de to solstorme var af hidtil ukendt stor styrke. Partiklerne (protonerne), som ramte Jorden i forbindelse med solstormene, havde en energi på over 100 megaelektronvolt.

Solstormene havde mindst fem gange så stor styrke, som den voldsomste solstorm der nogensinde er blevet målt instrumentelt af forskere.

Kilder: Multiradionuclide evidence for the solar origin of the cosmic-ray events of ᴀᴅ 774/5 and 993/4, (Nature Communications), Anders Svensson.

Det viste sig, at iskerneboringerne også pegede på usædvanlige begivenheder i de samme årstal som træringene i Japan: I år 774 og 993 var der ualmindeligt stort indhold af stofferne Berylium 10 og Klor 36 i iskerneboringerne.

»Man kan ikke måle fortidens koncentration af kulstof 14 i isen, fordi isen selv danner kulstof. Men man kan til gengæld finde Berylium 10 og klor 36. De to isotoper bliver skabt i atmosfæren på nogenlunde samme måde som kulstof 14. Så ved et soludbrud vil en høj produktion af kulstof 14 følges ad med en høj produktion af berylium 10 og klor 36,« forklarer Anders Svensson, som forsker ved Center for Is og Klima ved Niels Bohr Institutet, der er blandt verdens førende forskningscentre i iskerneboringer.

Da forskerne sammensatte træringe-resultaterne fra Japan med iskerne-resultaterne fra Grønland og Antarktis, var de ikke længere i tvivl: Alt pegede på, at det var to soludbud af hidtil uset styrke, som havde ramt Jorden, mens Svend Tveskæg og andre vikingekonger havde deres gang i Danmark.

»Efter vores analyser er vi blevet helt sikre på, at der var tale om solstorme. Vi har vist, at det signal, som findes i træringene fra Japan, kan genfindes globalt set – både på den nordlige og på den sydlige halvkugle. Og det kan kun lade sig gøre, hvis signalet kommer fra Solen. Et meteornedslag ville for eksempel give et meget mere lokalt signal,« forklarer Anders Svensson.

Forsker: Overbevisende studie

Seniorforsker Martin Enghoff fra Danmarks Teknisk Universitet er enig. Han forklarer, at hvis der lokalt set i atmosfæren bliver produceret en masse kulstof 14, berylium 10 eller klor 36, vil isotoperne ikke umiddelbart bliver spredt rundt over hele jordkloden.

»Deres argumenter virker meget overbevisende, og jeg har svært ved at forestille mig, at der skulle være noget andet end solstorme, som gav anledning til de isotoper, de ser i træringene og iskernerne. Det tyder i hvert fald på, at noget har påvirket hele Jorden, og det ville et soludbrud kunne gøre,« forklarer Martin Enghoff.

Han påpeger, at det kan være vigtig viden for vores samfund, at Solen tilsyneladende er i stand til at lave så kraftige solstorme.

»Det er enormt vigtigt, for denne her viden kan vi jo bruge, når vi beregner, hvor godt vi skal beskytte os mod solstormene.«

Fakta

Styrken på solstorme måles normalt i antallet af protoner - med en energi på over 30 MegaElektronvolt - per kvadratcentimeter (cm2)

Det er omdiskuteret, præcist hvor kraftig Carrington-stormen i 1859 var. Estimater peger på, at den havde en styrke på omkring 1.9*10^10 protoner per cm2.

De to nyopdagede solstorme i år 774 og 993 anslås til at have haft en styrke på henholdsvis 2,8*10^10 protoner per cm2 og 1*10^10 protoner per cm2.

Begivenhederne i år 774 og 993 havde samtidig langt flere højenergipartikler end Carrington-stormen - og dermed altså gennemsnitligt flere partikler med højere energi.

Kilde: Professor Raimund Muscheler, Lund Universitet

»Vi er notorisk dårlige til at forudsige, hvad Solen gør – både med hensyn til pludselige begivenheder som de her voldsomme solstorme, men også når det gælder Solens opførsel over længere tid. Hvis vi på denne her måde kan bruge forhistorien til at lære mere om, hvad Solen kan finde på at gøre, kan vi også blive klogere på, hvad Solen kan finde på at gøre i fremtiden,« siger Martin Enghoff.

Skal vi være bange?

Men hvad betyder det så? Skal vi være bange for, at et nyt og gigantisk soludbrud, som det, der ramte på Jorden på Svend Tveskægs tid, pludselig vil komme igen – og ødelægge vores teknologi?

»Vi kan ikke sige andet, end at de her to meget store begivenheder, er sket inden for de sidste 1.300 år. Men vi kan ikke sige noget om, hvornår vi kan forvente, at der sker noget lignende igen,« siger Anders Svensson.

Martin Enghoff har heller ikke noget håndfast bud på, hvor ofte Solens superstorme rammer Jorden, men han understreger, at de sidste århundreder tyder på, at det heldigvis ikke sker så tit.

»De her vilde begivenheder er tilsyneladende ret sjældne. Ud over at der skal ske et voldsomt udbrud på Solen, skal vi også være så uheldige, at det rammer Jorden – der er heldigvis større sandsynlighed for, at det vil ramme ved siden af og ryge ud i rummet,« siger Martin Enghoff.

Hans kollega på DTU, Susanne Vennerstrøm, påpeger samtidig, at Solens aktivitet bliver overvåget. Hvis en voldsom solstorm bliver opdaget, mens den er på vej mod Jorden, kan eksempelvis elselskaber blive advaret og måske nå at tage deres forholdsregler.

»Hvis man kan få en advarsel, kan man prøve at forhindre, at teknologien på Jorden bliver ødelagt. Satellitterne eller astronauter er sværere at beskytte – de er meget mere sårbare ude i rummet,« siger Susanne Vennerstrøm.

Den nye undersøgelse er publiceret i det videnskabelige tidsskrift Nature Communications, og ud over forskere fra Sverige og Danmark har schweiziske og amerikanske forskere også bidraget til undersøgelsen.

Lyt på Videnskab.dk!

Hver uge laver vi digital radio, der udkommer i form af en podcast, hvor vi går i dybden med aktuelle emner fra forskningens verden. Du kan lytte til den nyeste podcast i afspilleren herunder eller via en podcast-app på din smartphone.

Har du en iPhone eller iPad, kan du finde vores podcasts i iTunes og afspille dem i Apples podcast app. Bruger du Android, kan du med fordel bruge SoundClouds app.
Du kan se alle vores podcast-artikler her eller se hele playlisten på SoundCloud