Tidligt solstormvarsel kan redde liv
Forskerne arbejder med nye metoder til at opdage solstorme tidligt nok til, at vi kan beskytte os selv og vores teknologi mod skade.
Når solstorme opstår og slynges i vores retning, er både mennesker og teknologi i fare. Jo tidligere vi kan opdage disse storme, jo bedre kan vi beskytte os selv. (Foto: NASA/SDO and the AIA Consortium/Edited by J. Major)

Den store solstorm kommer, og når den gør det, vil den kunne dræbe vores satelitter, nedbryde elnettet og tage livet af astronauterne, vi har sendt ud i verdensrummet. Vi ved, at store storme kommer til at rammer os, vi ved bare ikke hvornår.

Men hvis vi får varsel om stormen tidligt nok, er det muligt at tage forholdsregler.

Satellitterne kan slukkes eller flyttes, elnettet kan reducere belastningen, og astronauten kan skalke lugerne på for eksempel den internationale rumstation eller et fartøj på vej mod Mars.

For selv om strålingen fra solstorme er ganske harmløs her på jorden, hvor vi er beskyttet af jordens magnetfelt, kan den være livsfarlig for astronauter ude i det store univers.

Hvordan vi kan beskytte mennesker på vej mod Mars fra stråling fra en eventuel solstorm er en af de store udfordringer, vi må løse, før vi kan sende folk på en sådan færd.

Hvor tidlig varsel, der er brug for, er et åbent spørgsmål, men forskerne ønsker naturligt nok en så stor margin, som muligt. To nye studier præsenterer nu varslingssystemer, som forhåbentlig kan give os hårdt tiltrængt forberedelsestid, før de skadelige partikler rammer os.

Tegn på himmelen før solstorm

Lyset fra Solen bruger cirka seks minutter på rejsen til os. Partiklerne, som sendes ud i en solstorm, er lidt langsommere, men også de kan være her hurtigt. 17 timer er det hurtigste, de skadelige partikler fra en solstorm nogensinde har brugt på rejsen.

Men hvad hvis Solen udsender varselstegn, som vi kan læse i skyerne endda før selve udbruddet er sket – og dagevis før partiklerne fra udbruddet når os?

Astronauter på rummissioner er ikke beskyttet af jordens magnetosfære. For dem kan en solstorm, som opdages for sent, blive fatal. (Foto: NASA)

Det mener forskere ved Purdue University i USA, at den gør, og de er begyndt at sammensætte en metode til at registrere varslerne. Kort fortalt måler de gammastrålingen fra verdensrummet, som sendes ud, når radioaktive isotoper nedbrydes derude.

Det viser sig nemlig, at deres nedbrydningstid kan variere ud fra forskellige faktorer, og én af de faktorer ser ud til at være en solstorm, som er i gang med at udvikle sig.

Strålemængde fortæller om solændringer

Helt siden Ernest Rutherford opfandt kernefysikken, har forskere antaget, at radioaktive isotoper nedbrydes med en konstant og uforanderlig hastighed. Men den teori udfordres nu af en konkurrerende hypotese:

Nyere forskning har vist, at radioaktive stoffers nedbrydningshastighed ændres af såkaldte solare neutrinoer: en partikel solen sender ud. Mængden af solare neutrinoer i nærheden af Jorden påvirkes blandt andet af afstanden til Solen, så radioaktive stoffer nedbrydes lidt hurtigere, når vi er nærmest Solen og lidt langsommere, når vi langt væk.

Afstanden fra Jorden til Solen varierer nemlig gennem året. Om vinteren er Jorden nærmest Solen, cirka 147 millioner kilometer borte. Om sommeren er Jorden længst væk, på cirka 152 millioner kilometers afstand.

Og forskerne fra Purdue, ledet af fysikprofessoren Ephraim Fischbach, mener at mængden af solare neutrinoer også påvirkes af ændringer på Solen, som kommer forud for et soludbrud.

Dermed kan en ændring i neutrinomængden fortælle os om, hvad det er, vi har i vente fra vores stjerne. Det kan aflæses i den gammastråling, der sendes ud af isotopen mangan 54, når den nedbrydes af neutrinoerne.

Der er fortsat stadig brug for en hel masse forskning for at finjustere metoden, men foreløbige tests, baseret på tidligere målinger, viste en ændring i gammastrålingen 39 timer før starten af et stort soludbrud.

Ifølge Peter Gallagher er intensitet vanskeligere at beregne end tidspunkt. (Foto: Trinity College Dublin)

Ephraim Fischbach og kolleger er så sikre på metoden, at de allerede har taget patent på den i USA.

Hvor stor bliver stormen?

Ifølge Peter Gallagher, astrofysiker ved Trinity College Dublin, er det imidlertid ikke tidsaspektet, som er det mest udfordrende, når vi skal forberede os på solstorm.

»Den korteste rejsetid, som er registreret, er på 17 timer, men langt oftere er der snak om dage. Det kan tage så meget som fire dage fra partiklerne slynges ud, til de når jorden,« sagde han under et foredrag på konferencen ESOF2012 i Dublin i sommer.

»Så vi begynder at blive ganske gode til at bestemme, når en solstorm vil ramme os. Det er dog mere vanskeligt at afgøre, hvor intens den vil blive, når den først er her.«

Peter Gallagher fortalte, at tilsyneladende enorme solstorme nogle gange bare føles som en mild brise her på jorden. Omvendt kan mere moderate solpletter give udbrud, som virkelig gør skade.

Måske kunne man så bare altid sende stormvarsler ud, og bede kraftleverandørerne og satellitejerne om at gøre noget for at beskytte deres ejendom og os. Men det er upraktisk og ikke mindst kostbart at lukke satellitter ned, afbryde forskningsprojekter og reducere kapaciteten på elnettet.

Det er i arbejdet med at løse dette problem, et andet nyt studie nu kommer med en mulig løsning.

Amerikanske og sydkoreanske forskere har nemlig analyseret de første partikler, som kommer til Jorden, når solstormen først er brudt ud, og set, at det er muligt at foretage nyttige spådomme om, hvor intens den næste, skadelige bølge af partikler bliver.

Første partikelbølge afslører hvad der kommer

IceCube-detektorerne på Sydpolen kan måle neutronmængden i atmosfæren, og ud fra det, kan vi forhåbentlig beregne en solstorms intensitet. (Foto: NSF/M. McMahon)

Når en solstorm rammer jorden er det protonerne, positivt ladede partikler, som når os først. Dem er der relativt få af, og dermed er de heller ikke så skadelige.

Det er den enorme gassky af partikler, som kommer et par dage senere, som kan tage teknologi og mennesker ud af spillet.

Når protoner kommer ind i atmosfæren banker de sammen med luftmolekyler, som igen banker sammen med andre luftmolekyler, og det hele skaber en kædereaktion. I processen opstår der neutroner, og dem kan vi måle ved hjælp af to neutrondetektorer, som er placeret på Sydpolen.

Ved at se på de neutroner, som detektorerne registrerede under 12 tidligere solstorme, har forskerne set, at der er en sammenhæng mellem mængden og typen af neutroner, der skabes, og hvor intens plasmastormen, som kommer derefter, bliver.

Gav tre timers forvarsel

Hvor godt denne metoder fungerer, afhænger af, hvor intens solstormen er. Solstorme, som alle andre eksplosioner, er lettere at opdage, jo stærkere de er. For at neutronsystemet skal fungere, må protonfortropperne have en energi på mindst 40-80 megaelektronvolt – altså mellem 40 og 80 millioner elektronvolt.

Til sammenligning har partiklerne i en kernefysisk reaktion typisk en energi på mellem 0,3 og 3 megaelektronvolt.

Da, det gik bedst, klarede forskerne at beregne intensiteten på en solstorm 166 minutter på forhånd, eller omtrent tre timer før den farlige partikelstorm ramte os.

Tre timer kan i mange tilfælde være nok til for eksempel at få slukket instrumenter på satellitter – efter samme princip som når vi trækker stikket ud af stikkontakten i et tordenvejr.

© forskning.no Oversættelse: Julie M. Ingemansson