sunnuntai, 17. huhtikuu 2016

Myrsky Auringossa – katastrofi Maassa

20150824_074019_m56flare-1-630x400.jpg

 

Auringon toimintaa ei vielä täysin tunneta tarkoista havainnoista huolimatta.

 

Southern_Lights-1-630x400.jpg

 

Eteläisiä revontulia kuvattuna kansainväliseltä avaruusasemalta 400 kilometrin korkeudesta.

 

15150082_ML-1-630x400.jpg

 

Voimakas geomangneettinen myrsky vaurioittaisi sähköverkkoja.

 

SOHO-ESA-NASA_latest_11042016-1-630x400.

 

11.4.2016 Auringon reunan takana oli kiertymässä esiin suuri auringonpilkku.

 

megastormen-op-de-zon-2-621_NG-NL-1-630x

 

 

Richard Carringtonin piirros pilkkuryhmästä, jonka kohdalla purkaus näkyi.

 

Vuonna 1859 nähtiin palavia lennätinpylväitä ja revontulia Havaijilla. Nyt yhteiskunta lamaantuisi täysin.

Syyskuun 1. päivänä vuonna 1859 Auringossa räjähti. Siinä ei sinänsä ollut mitään erikoista, Auringon ulko-osissa kiehuu, kuohuu ja räiskähtelee kaiken aikaa. Käytännössä Aurinko on kuin hidastettu vetypommi, sillä sen sisuksissa tuottavat energiaa fuusioreaktiot.

Päivätähtemme myllerrystä ei 1800-luvun puolivälissä pystytty seuraamaan samalla tavalla reaaliajassa kuin nykyisin satelliittien avulla. Kaksi brittitähtitieteilijää, Richard Carrington ja Richard Hodgson, kuitenkin havaitsivat syyskuisen posauksen sattumalta.

Ilmiö oli yllättävä mutta ei täysin odottamaton. Aurinko oli syksyllä 1859 keskimäärin 11-vuotisen aktiivisuusjaksonsa maksimissa ja sen pintaa kirjoivat magneettikentän synnyttämät auringonpilkut. Siksi herrat Carrington ja Hodgson tarkkailivat Aurinkoa syyskuisena päivänä.

Auringon magneettikenttä saa aikaan muitakin ilmiöitä, jotka ovat monin verroin väkivaltaisempia kuin tummina erottuvat auringonpilkut. Kaikkein voimallisimpia ovat flare- eli roihupurkaukset. Niiden syntymekanismia ei vieläkään täysin tunneta. Se kuitenkin tiedetään, että purkauksissa vapautuu valtaisa määrä magneettikenttään sitoutunutta energiaa.

Carrington ja Hodgson havaitsivat pilkkuja tarkkaillessaan juuri tällaisen flaren. Niiden yhteydessä tapahtuu usein koronan massapurkauksia, jotka nykyään tunnetaan lyhenteellä CME (Coronal Mass Ejection). Niissä avaruuteen sinkoutuu suuria määriä sähköisesti varautuneita hiukkasia.

Tutkijoilla ei 1850-luvun lopulla ollut moisista purkauksista vielä mitään tietoa. Erikoinen flare-ilmiö olisikin voinut jäädä tähtitieteelliseksi kuriositeetiksi, ellei sen sinkoama valtaisa hiukkaspilvi olisi lähtenyt kiitämään suoraan kohti Maata.

Auringon huippuunsa kiihtyneen aktiivisuuden vaikutuksista oli havaittu merkkejä maapallolla jo muutaman päivän ajan. Jopa Australiassa saakka oli 29. elokuuta näkynyt voimakkaita revontulia. Ne eivät olleet poikkeuksellisen etelään levittäytyneitä pohjoisia revontulia, vaan harvinaisen pohjoisessa nähtyjä ”eteläntulia”.

Elokuun lopun revontulet liittyivät välillisesti Carringtonin ja Hodgsonin havaitsemaan flare-purkaukseen. Sen sinkoamat hiukkaset saapuivat Maahan poikkeuksellisen nopeasti, alle 18 tunnissa, kun yleensä 150 miljoonan kilometrin matkaan menee vähintään pari päivää.

Jälkeenpäin on arveltu, että Australiassa asti näkyneet revontulet aiheuttanut aiempi purkaus ja sen lennättämä hiukkaspilvi ”raivasi tietä” siten, että muutama päivä myöhemmin matkaan lähtenyt uusi CME pääsi etenemään tavallista nopeammin avaruudessa.

Ja kun se iskeytyi Maahan, seurauksena oli paljon muutakin kuin vain yötaivaalla leimuavia valoverhoja.

 

Onneksi hiukkaspilvi ei osunut suoraan Maahan, vaan kotiplaneettaamme ympäröivään magneettikenttään. Ellei sitä olisi, hiukkaspurkaukset pitäisivät huolen siitä, ettei Maassa olisi ketään hengissä niitä hämmästelemässä.

Maan magneettikenttä suojelee meitä Auringon holtittomilta hiukkassuihkuilta, mutta se ei estä kokonaan niiden vaikutusta. Vuoden 1859 ”Carringtonin myrsky” oli siitä konkreettinen osoitus.

Revontulia näkyi taas poikkeuksellisilla seuduilla, aina Keski-Afrikassa, Karibialla, Havaijilla ja Kolumbiassa saakka. Ne olivat myös poikkeuksellisen kirkkaita. Esimerkiksi Yhdysvaltain Kalliovuorilla revontulet loimottivat niin voimallisesti, että kullankaivajat luulivat päivän koittaneen ja alkoivat kokkailla aamiaistaan.

Ilmiö näkyi myös magneettikenttää mittaavissa laitteissa. Lontoon Richmondissa sijaitsevassa Kew-observatoriossa havaittiin rajuja vaihteluita sekä magneettikentän voimakkuudessa että sen suunnassa.

Juuri magneettiset havainnot saivat Richard Carringtonin pohtimaan Auringon purkausten ja Maan magneettikentän välistä yhteyttä. Magneettikentän ilmiöiden ja geomagneettisten myrskyjen taustat alkoivat ensimmäistä kertaa selvitä.

Syyskuussa 1859 ilmiöt eivät rajoittuneet pelkkiin mainareita hämääviin taivaanvaloihin. Tuohon aikaan maailmassa oli noin 150 000 kilometrin verran lennätinlinjoja ja valtaosa niistä kärsi jonkinasteisia vaurioita.

Maan magneettikentän äkilliset vaihtelut saivat johtimissa aikaan sähkövirran, joka sytytti lennätintolppia tuleen ja antoi operaattoreille sähköiskuja. Monin paikoin laitteet kytkettiin varmuuden vuoksi irti käyttövirtaa antavista akuista, mutta linjat toimivat silti – jopa paremmin kuin normivirralla.

 

Entä jos yhtä voimakas purkaus sattuisi vuonna 2016, kun suuri osa maailmasta pyörii sähkö- ja tietoverkkojen varassa? Voiko samanlaisia aurinkomyrskyjä esiintyä nykyäänkin?

”Kyllä voi”, arvioi Ilmatieteen laitoksen tutkimusprofessori Minna Palmroth. ”Esimerkiksi vuonna 2012 Auringossa tapahtui Carringtonin kokoluokan purkaus, mutta avaruuteen sinkoutunut hiukkaspilvi ei osunut Maahan. Toisaalta jo pienempikin myrsky voisi aiheuttaa vakavaa vahinkoa yhteiskunnan nykyiselle infrastruktuurille.”

Palmrothin mukaan ongelmana on, että kukaan ei pysty tarkasti arvioimaan, kuinka laajoja seurauksia myräkästä olisi. Esimakua kuitenkin saatiin keväällä 1989. Maaliskuun 9. tapahtui purkaus, jossa vapautui energiaa kymmenesosa Auringon yhdessä sekunnissa säteilemästä määrästä. Seuraavana päivänä – siis samaan tapaan kuin 1859 – tapahtui vielä voimakkaampi purkaus, joka heitti avaruuteen miljardeja tonneja sähköisesti varattuja hiukkasia.

Muutama päivä myöhemmin 13. maaliskuuta Maata kietoivat moniväriset revontulet: vihreää, punaista, sinistä. Magneettikentän vaihtelut saivat taas aikaan sähkövirtoja, mutta nyt ne eivät vaurioittaneet lennätin- vaan sähkölinjoja.

Pohjois-Amerikassa miljoonat jäivät pakkassäässä tunneiksi vaille sähköä. Aamulla ihmiset heräilivät viilenevissä kodeissaan kivikauteen: kun kaikki toimii sähköllä, ilman sähköä ei toimi mikään.

 

Entä jos vieläkin voimakkaampi Carrington-luokan purkaus osuisi Maahan?

Jos aloitetaan avaruudesta, niin osa Maata kiertävistä satelliiteista on täysin suojattomia. Ne jäisivät hiukkaspuhurin kasaan painaman Maan magnetosfäärin ulkopuolelle. Maanpinnan suhteen paikallaan pysyvät geostationääriset satelliitit ovat tärkeitä, sillä suuri osa niistä välittää tietoliikennettä. Voimakkaan myrskyn seurauksena yhteydet voitaisiin menettää hetkellisesti, osin jopa pysyvästi.

Tietoliikenneyhteyksien lisäksi myös navigointi perustuu gps-järjestelmän satelliitteihin, jotka kiertävät Maata.

Magneettikentän niin sanotun napakalotin alueella aurinkotuulen hiukkaset pääsevät suoraan Maahan. Normaalisti pohjoisen kalotin reuna on Huippuvuorten kohdalla, mutta voimakkaan geomagneettisen myrskyn seurauksena kalotti laajenisi etelään niin, että sen reuna ulottuisi pohjoisen Afrikan tasalle.

”Suuri osa maapallon pinnasta joutuisi alttiiksi Auringosta tulevien energisten hiukkasten pommitukselle. Se aiheuttaisi ionosfäärissä häiriöitä, jotka vaikuttaisivat radioyhteyksiin. Etenkin lentoliikenne menisi maailmanlaajuisesti sekaisin”, toteaa Palmroth.

Eivätkä syynä olisi pelkät oikukkaat radioyhteydet. Aurinkotuulen hiukkasista kertyisi lentohenkilökunnalle ja matkustajille niin suuri säteilyannos, että koneet pidettäisiin todennäköisesti maassa.

Maanpinnalla geomagneettinen myrsky synnyttää sähkökentän, joka saa sähköverkoissa aikaan valtavan virtapiikin. Muuntajat eivät kestä ylikuormitusta, joten niitä kärähtäisi ympäri maailmaa.

Vuoden 1989 sähkökatkos Pohjois-Amerikassa johtui yhden ainoan keskeisen muuntajan rikkoutumisesta. Muuntaja oli melko lähellä magneettista pohjoisnapaa, mutta Carrington-luokan myrsky aiheuttaisi ongelmia kaikkialla. Yksi muuntaja on vaihdettavissa melko nopeasti, mutta maailmanlaajuisen ”epidemian” jälkien korjaaminen veisi pahimmassa tapauksessa vuosia.

Yhteiskunta lamaantuisi täysin, mikäli Carringtonin myrskyä vastaava myräkkä tapahtuisi nyt. Keväällä 1989 sähköt olivat poikki vain joitakin tunteja ja melko rajallisella alueella, mutta jos sähköverkko vaurioituisi pahasti, laaja katkos voisi kestää päiviä, viikkoja, jopa kuukausia.

Ja vaikka sähköt saataisiinkin takaisin, suuri osa arkielämän kannalta keskeisistä laitteista pysyisi mykkänä. Nykypäivänä tietotekniikkaa on kaikkialla: kodinkoneissa, lämmitysjärjestelmissä, autoissa, gps-laitteissa, kännyköissä, tableteissa. Olisi helpompi luetella laitteita, joissa sitä ei ole.

Voimakas geomagneettinen myrsky voisi pahimmassa tapauksessa vaurioittaa pysyvästi suurta osaa elektroniikasta, joka pitää yhteiskunnan pyörät pyörimässä. Siksi uhka on syytä ottaa vakavasti.

 

Yhtenä keskeisenä ongelmana on Auringon arvaamattomuus. Sitä tarkkaillaan nykyisin niin maanpäällisin havaintolaittein kuin avaruudessa olevilla satelliiteilla ja luotaimilla. Tietoa Auringon ilmiöistä saadaan reaaliaikaisesti vuorokauden ympäri vuoden jokaisena päivänä. Eikö voimakkaaseen myrskyyn voitaisi varautua?

”Käytännössä ei. Yleensä massapurkauksen matka Maan etäisyydelle saakka kestää kolmisen vuorokautta. Carringtonin flaren havaitsemisesta meni alle 18 tuntia, kun mylläys alkoi. Ja vaikka ehdittäisiin antaa globaali varoitus, kuinka kauan esimerkiksi sähköverkkojen alasajo veisi”, Palmroth pohtii.

Lyhyen aikavälin avaruussääennusteiden ongelmana on, että voimakas Auringossa tapahtunut purkaus ei välttämättä aiheuta voimakasta geomagneettista myrskyä. Ensin pitää tietää, mikä on purkaukseen liittyvän magneettikentän suunta.

Jos se osoittaa pohjoiseen, suurta myrskyä ei tule. Ainoastaan kentän suunnan ollessa kohti etelää aurinkotuuli pääsee puhaltamaan suuret määrät energiaa Maan magneettikenttään.

Silti ennusteita voidaan laatia. Auringosta tehtyjen havaintojen perusteella tiedetään, kuinka isosta purkauksesta on kyse, vaikka yksityiskohtia, kuten magneettikentän suuntaa, ei heti tunnettaisikaan.

Auringon suunnassa noin miljoonan kilometrin etäisyydellä Maasta niin sanotussa Lagrangen pisteessä on satelliitti, joka tekee mittauksia aurinkotuulen ominaisuuksista. Kun tiedot syötetään reaaliaikaiseen simulaatiomalliin, saadaan ennuste geomagneettisen myrskyn voimakkuudesta jo ennen sen puhkeamista.

”Ilmatieteen laitoksella on ainoana Euroopassa tällainen simulaatiomalli, ja sitä pystyttäisiin periaatteessa käyttämään koko maanosan hyväksi, mutta koodin jatkokehitys vaatisi taloudellista lisäpanostusta”, Palmroth harmittelee.

Pitkän aikavälin ennusteet ovat vielä hankalampia, käytännössä liki mahdottomia. Auringon 11-vuotisen aktiivisuusjakson aikana auringonpilkkujen ja muiden magneettisten ilmiöiden määrä vaihtelee hyvin vähäisestä lähes jatkuvaan myllerrykseen.

Jakson pituus tunnetaan kuitenkin vain keskimäärin. Aktiivisuusmaksimien tarkka ajankohta ja suuruus voidaan määritellä vasta jälkikäteen.

Viime vuosikymmeninä Auringon toiminta on maksimista toiseen hieman rauhoittunut, mutta syytä siihen ei tiedetä. Siksi ei voida sanoa, jatkuuko suuntaus vai onko seuraava maksimi taas aiempia suurempi. Eikä sekään auttaisi myrskyjen ennustamisessa, sillä niitä esiintyy Auringon hiljaisinakin aikoina, mutta vain harvemmin.

Auringon aktiivisuudessa on myös pidempiaikaista vaihtelua. Esimerkiksi 1600-luvulla oli vuosikymmeniä kestänyt ajanjakso, jolloin Auringossa ei ollut juuri lainkaan pilkkuja. Tämän Maunderin minimiksi kutsutun pitkän hiljaisuuden syistä ei ole tietoa. Arvaamaton Aurinko voi olla tappavan vaarallinen.

Alkuvuodesta valmistui puolustusministeriön turvallisuuskomitean johdolla ja eri ministeriöiden yhteistyönä kansallinen riskiarvio. Kaikkiaan 21 mahdollisesta tapahtumaskenaariosta kuuden arvioidaan olevan ”laajasti yhteiskuntaan vaikuttavia”. Ensimmäisenä listalla ovat energiansaannin vakavat häiriöt ja viimeisenä aurinkomyrskyn sadan vuoden riskit.

Arvion mukaan riskeihin tulee varautua, mutta se edellyttäisi paljon lisää tietoa toimenpiteiden tueksi.