Credit: NASA/SDO.
Klimaatverandering, stikstof, en virussen lijken de publieke discussie momenteel wereldwijd meer te beheersen dan de, naar mijns inziens, heel reële vraag, wat als een superzonnevlam onze Aarde treft, en het hele electriciteitsnetwerk platlegt? Zijn er noodscenario’s voor handen, zijn er landen die zich er wel op voor bereiden, wie zijn de experts, en hoe zit het met de nutsbedrijven, overheden, wat is hun rol? De internetsite Wired nam recent de vraag ter hand, en bood een inkijkje in wat er mogelijk allemaal kan gebeuren indien onze zon iets te enthousiaste zonneuitbarstingen richting de Aarde stuurt. Want dat er een grote uitbarsting van de zon gaat komen staat vast. The Astrophysical Journal plaatste recent de studie ‘Statistical Properties of Superflares on Solar-type Stars:’, waarin wordt bevestigd dat er op onze zon superzonnevlammen volgens dit patroon uitbarsten: iedere 11 jaar een vlam van klasse X10; iedere 150-200 jaar eentje van klasse X40; iedere 1000-2000 jaar een X100, iedere 3000 jaar een X700 en iedere 6000 jaar een X1000. Hierop is de mensheid niet of nauwelijks voorbereid, zie o.a. deze studie van Space Weather. Ongeveer om de 150 jaar krijgen we dus zo’n een forse uitbarsting voor onze kiezen. Momenteel zitten we in zonnecyclus 25, en vorig jaar op 3 juli, was er bijvoorbeeld een forse uitbarsting met radioblackout, alsmede op 21 april j.l., zie hier. De krachtigste superzonnevlam uitbarsting uit de moderne geschiedenis is echter de ‘Carrington Event’, uit 1859, deze duurde zo’n vier dagen. De aankomende supervlam, is zeg maar, al iets ‘over tijd’. Hieronder een samenvatting van het artikel uit Wired.
Experts, ‘coronal mass ejections’, ‘Carrington Event’, Deep Space Climate Observatory
Wired laat enkele experts hun licht schijnen over hoe specifieke instanties, overheden en de wetenschap zich voorbereiden op zo een heftige uitbarsting. Het zijn de Schotse astrofysicus Scott McIntosh, tevens vice-directeur van het US National Center for Atmospheric Research (UCAR), de nucleair veiligheidsexpert Koroush Shirvan van het MIT in Massachuttes, en regeringsadviseur John G. Kappenman, van het ingenieursbureau Metatech die hun licht laten schijnen over het onderzoek aan zonnevlammen en over mogelijk noodscenario’s, of liever aan het ontbreken van goed onderzoek en een goede voorbereiding. Wired trapt af met een uitleg over CME’s, en de rol van het magnetisch veld van de zon in dit proces. Ook noemt Wired een viertal gebeurtenissen gerelateerd aan heftige zonneuitbarstingen in de recente geschiedenis, waaronder de ‘Carrington Event’ uit 1859. Maar het artikel wijdt eerst uit over CME’s en hun oorzaak.
Een CME, betreft een significante afgifte van plasma en bijbehorend magnetisch veld vanuit de corona van de zon in de zonnewind. CME’s worden vaak geassocieerd met zonnevlammen en andere vormen van zonneactiviteit. Als een CME de magnetosfeer van de aarde bereikt, kan deze geomagnetische stormen, veroorzaken. Als oorzaak van een CME wordt genoemd het magnetisch veld van de zon. Dit veld, gegenereerd door de activiteit van deeltjes in de kern, ontstaat als ordelijke noord-naar-zuidlijnen. Maar verschillende breedtegraden op de ster roteren met verschillende snelheden – 36 dagen aan de polen en slechts 25 dagen aan de evenaar, de lijnen raken ‘verstrikt’ en er ontstaan ‘magnetische knopen’. Deze kunnen het oppervlak doorboren en materie eronder vasthouden. De resulterende vlekken lijken donker. Typisch koelt de ingesloten materie af, condenseert tot plasmawolken en valt terug naar de oppervlakte in een vurige coronale regen. Soms echter ontwarren de knopen spontaan, en een bulk van gemagnetiseerd plasma schiet weg van de zon. Op 1 september 1859 ontwaarde Richard Carrington, een amateur-astronoom, in zijn eigen sterrenwacht een verblindende lichtstraal. Een dag later raasde een geomagnetische storm over de Aarde. Het is de krachtigste geomagnetische storm uit de moderne geschiedenis, die wereldwijd veel schade toebracht aan telegraafstations. Desondanks waren de gevolgen minimaal, omdat de mensheid nog niet afhankelijk was van elektriciteit. In mei 1921 vlogen treincontrole-apparatuur in het Amerikaanse noordoosten en telefoonstations in Zweden in brand. In 1989 zorgde een geomagnetische storm ervoor dat Quebec negen uur lang in het donker bleef nadat het regionale netwerk was overbelast. Het is het Deep Space Climate Observatory, een satelliet die zo’n 1,5 miljoen kilometer van de Aarde staat, die instrumenten aan boord heeft die de snelheid en polariteit van binnenkomende zonnedeeltjes analyseert. Als de magnetische oriëntatie van een wolk gevaarlijk is, zal deze satelliet de mensheid, één uur van te voren kunnen waarschuwen.
Scott McIntosh erkent dat er eigenlijk nog veel onbekende actoren zijn in het proces van de zonnecycli. Zo is er te weinig bekend over de poolomkeringen op de zon – die ongeveer iedere 11 jaar plaatsvinden – en ook over de variatie in lengte. De huidige cyclus, 25, zou, volgens een model van NASA tot 2025, zo’n 115 zonnevlekken gaan tonen, tegen een gemiddelde van 179. McIntosh laakt dit model, daar het niet gebaseerd is op het proces waardoor de vlekken ontstaan, namelijk door de magnetische cyclus, de omkering van het veld, op de zon zelf. In 2012, tijdens de ‘stille cyclus 24’, waren er twee zeer heftige uitbarstingen, die de Aarde net misten. McIntosh stelt: “Een zonnecyclus duurt gemiddeld genomen ongeveer 11 jaar. Momenteel, beland in de 25e zonnecyclus, en sinds het begin van de reguliere registratie, hebben wetenschappers niet veel meer te laten zien dan dat migratiepatroon. Men snapt niet waarom de polen omslaan, waarom er cycli zijn van 9 jaar of 14 jaar, en men kan niet goed voorspellen hoeveel vlekken er gaan ontstaan of wanneer een CME zal plaatsvinden.” McIntosh pleit voor een leidende theorie m.b.t. de zonnedynamiek. In plaats van het model zoals opgesteld door NASA, die de magnetische kracht van de poolgebieden van de zon gebruikt als maatstaf voor de kracht van de volgende cyclus, meent McIntosh dat je het proces van de magnetische cyclus zou moeten trachten te modelleren;“Je moet uitleggen waarom zonnevlekken op magische wijze verschijnen op 30 graden noorderbreedte.” Als PhD student startte McIntosh reeds in 2002 met het plotten van minuscule UV-concentraties op het zonneoppervlak, bekend als ‘lichtpunten’. Deze ontstaan op hogere breedtegraden dan zonnevlekken, maar volgen hetzelfde pad naar de evenaar. Volgens McIntosh impliceerde dit dat zonnevlekken en lichtpunten twee effecten zijn van hetzelfde onderliggende fenomeen, een magnetische band vormt zich nabij elke pool, gewikkeld rond de omtrek van de ster. Deze banden bestaan een paar decennia en migreren langzaam naar de evenaar, waar ze elkaar wederzijds vernietigen. Op elk willekeurig moment zijn er gewoonlijk twee tegengesteld geladen banden op elk halfrond. Ze werken elkaar tegen, wat de relatieve rust aan de oppervlakte bevordert, en worden niet even oud. Op het moment dat een band wegvalt – het ’terminator’ moment- , heeft de ander ‘vrij spel’. McIntosh meent dat de timing van de terminator de sleutel is tot het voorspellen van zonnevlekken – en, CME’s. Hoe sneller een set banden uitsterft, hoe dramatischer de volgende cyclus zal zijn.
Zonnedeeltjes interageren met de magnetosfeer van de Aarde Credits; NASA/GSFC
De meest recente terminator, zo blijkt uit zijn data, vond plaats op 13 december 2021. In de dagen die volgden, verdween de magnetische activiteit nabij de evenaar van de zon (wat de dood van een reeks banden aangeeft), terwijl het aantal zonnevlekken op de gemiddelde breedtegraad snel verdubbelde. Omdat deze terminator iets eerder arriveerde dan verwacht, voorspelt McIntosh een bovengemiddelde activiteit voor de huidige zonnecyclus, met een piek van ongeveer 190 zonnevlekken. McIntosh pleit voor een satellietwaarschuwingssysteem dat om de zon gaat draaien, zowel om de polen als om zijn evenaar. Verder schetst hij een somber scenario, het zal kortom een chaos worden als er een voltreffer komt, aldus McIntosh, noch satellieten, noch ons elektriciteitsnetwerk zijn bestand tegen zo een voorspelde zware superzonnevlam. Zie ook bijvoorbeeld dit artikel over Starlink, veertig satellieten gingen verloren dit jaar vanwege een zonnestorm.
Wired heeft ook gesproken met John G. Kappenman, van Metatech, en momenteel regeringsadviseur voor ruimteweer c.q. het electriciteitsnetwerk. Kappenman meent, zo vertelt hij Wired, dat er niets gedaan is om het net robuuster te maken voor geomagnetische stormen. Het artikel noemt bij uitstek de transformatoren – de tussenschakels die de stroomspanning al naar gelang kunnen omzetten – de zwakste schakels in het electriciteitsnetwerk. De grootste transformatoren, waarvan de VS er ongeveer 2000 telt, gebruiken de aardkorst om zich te ontdoen van overtollige spanning. Tijdens een geomagnetische storm wordt deze ‘afvoerput’ de bron. De meeste transformatoren zijn alleen gebouwd om wisselstroom te verwerken, dus door storm geïnduceerde gelijkstroom (geomagnetically induced currents of GIC’s) kan ervoor zorgen dat ze oververhit raken, smelten en zelfs ontbranden. Metatech constateerde, dat een zware storm, vergelijkbaar met die van 1859 of 1921, 365 hoogspanningstransformatoren in het hele land zou kunnen vernietigen, en naar schatting zo’n 130 miljoen mensen rechtsstreeks zou treffen in hun stroomvoorziening. Het artikel schetst een doemscenario maar meent dat de grootste ramp het gebrek aan schoon water zal zijn. Waterbehandelingsfaciliteiten zijn afhankelijk van energie-intensieve pompsystemen. Deze pompen distribueren niet alleen schoon water, maar verwijderen ook het door chemicaliën besmet slib dat in de rioleringsinstallaties sijpelt. Zonder stroom kunnen deze afvalsystemen overstromen en het resterende oppervlaktewater verontreinigen. Kappenman stelt dat een mogelijke oplossing wordt gezien in het uitrusten van kwetsbare transformatoren met condensatoren, relatief goedkope apparaten die de stroom van gelijkstroom blokkeren. Tijdens de storm van 1989 in Quebec viel het net offline en stopte het met het geleiden van elektriciteit voordat de stroom wijdverbreide schade kon aanrichten. Canada heeft vervolgens meer condensatoren voor de meest kwetsbare transformatoren aangebracht. “Om de hele VS te dekken, zit je waarschijnlijk in de marge van een paar miljard dollar”, aldus Kappenman. Maar tot op heden hebben Amerikaanse nutsbedrijven echter niet op grote schaal stroomblokkerende apparaten op het net ingezet. Integendeel, Kappenman stelt: “Ze hebben alleen dingen gedaan, zoals overstappen op steeds hogere bedrijfsspanningen – voor goedkopere transmissie – die hun kwetsbaarheid voor deze stormen enorm vergroten.” Tom Berger, voormalig directeur van het Space Weather Prediction Center van de Amerikaanse regering, voegt daaraan toe, dat, al pratende met nutsbedrijven, hem de lakse houding opvalt m.b.t. de voorbereiding op een geomagnetische storm, de situatie wordt te zonnig voorgesteld. De lakmoesproef deed zich in februari 2021 voor aldus Berger. Toen begaf het electriciteitsnet in Texas het door een koudegolf. Honderden mensen kwamen om, en er was een geschatte 200 miljard USD aan schade. Berger houdt contact met een dozijn nutsbedrijven m.b.t. de te nemen stappen om de schade in geval van een geomagnetische storm te beperken. Berger stelt dat alleen American Electric Power, het grootste transmissienetwerk van het land, bereid was concrete maatregelen te nemen. Echter het merendeel heeft niet gereageerd op verzoeken om commentaar. Van overheidswege is er vooralsnog geen verplichting voor nutsbedrijven om zich voor te bereiden op geomagnetische stormen.
