So könnte ein ausreichend großer Sonnensturm die Welt komplett verändern

Am 1. und 2. September 1859 fielen Telegraphensysteme auf der ganzen Welt katastrophal aus. Die Bediener der Telegrafen berichteten, dass sie Stromschläge erlitten hätten, dass Telegrafenpapier Feuer fing und dass sie die Geräte bedienen konnten mit abgeklemmten Batterien .

Abends konnte man die Aurora Borealis, besser bekannt als das Nordlicht, bis nach Kolumbien beobachten. Normalerweise sind diese Lichter nur in höheren Breitengraden sichtbar, im Norden Kanadas, Skandinaviens und Sibiriens.

Was die Welt an diesem Tag erlebte, ist heute als bekannt Carrington-Ereignis , war ein gewaltiger geomagnetischer Sturm . Diese Stürme entstehen, wenn eine große Blase aus überhitztem Gas namens Plasma von der Sonnenoberfläche ausgestoßen wird und auf die Erde trifft. Diese Blase wird als koronaler Massenauswurf bezeichnet.

Das Plasma eines koronalen Massenauswurfs besteht aus einer Wolke aus Protonen und Elektronen, also elektrisch geladenen Teilchen. Wenn diese Teilchen die Erde erreichen, interagieren sie mit dem Magnetfeld, das den Planeten umgibt.

Diese Wechselwirkung führt zu einer Verzerrung und Schwächung des Magnetfelds, was wiederum zu dem seltsamen Verhalten der Aurora Borealis und anderer Naturphänomene führt. Als Elektroingenieur Wer sich auf das Stromnetz spezialisiert hat, ich studiere wie geomagnetische Stürme drohen auch Strom- und Internetausfälle und wie kann man sich davor schützen?

Geomagnetische Stürme

Das Carrington-Ereignis von 1859 ist der größte aufgezeichnete Bericht über ein geomagnetischer Sturm , aber es ist kein Einzelfall.

Geomagnetische Stürme wurden seit dem frühen 19. Jahrhundert aufgezeichnet, und wissenschaftliche Daten aus antarktischen Eiskernproben haben Hinweise auf einen noch massiveren geomagnetischen Sturm gezeigt geschah um 774 CE, jetzt bekannt als Miyake-Event. Diese Sonneneruption verursachte den größten und schnellsten Anstieg von Kohlenstoff-14, der jemals aufgezeichnet wurde. Geomagnetische Stürme lösen große Mengen an kosmischer Strahlung in der oberen Erdatmosphäre aus, die wiederum erzeugt Kohlenstoff-14 , ein radioaktives Kohlenstoffisotop.

Ein geomagnetischer Sturm, der 60 Prozent kleiner ist als das Miyake-Ereignis geschah um 993 n. Chr . Eiskernproben haben gezeigt, dass große geomagnetische Stürme mit ähnlicher Intensität wie die Miyake- und Carrington-Ereignisse durchschnittlich alle 500 Jahre auftreten.

Heutzutage verwendet die National Oceanic and Atmospheric Administration das Skala für geomagnetische Stürme um die Stärke dieser Sonneneruptionen zu messen. Die „G-Skala“ hat eine Bewertung von 1 bis 5, wobei G1 geringfügig und G5 extrem ist. Das Carrington-Event wäre mit G5 bewertet worden.

Noch gruseliger wird es, wenn man das Carrington Event mit dem Miyake Event vergleicht. Wissenschaftler konnten die Stärke des Carrington-Ereignisses abschätzen basierend auf den Schwankungen des Erdmagnetfeldes wie es damals von Observatorien aufgezeichnet wurde. Es gab keine Möglichkeit, die magnetische Fluktuation des Miyake-Ereignisses zu messen. Stattdessen haben Wissenschaftler den Anstieg von Kohlenstoff-14 in Baumringen aus diesem Zeitraum gemessen.

Das Miyake-Event brachte eine 12-prozentiger Anstieg von Kohlenstoff-14 . Im Vergleich dazu führte das Carrington-Ereignis zu einem Anstieg von Kohlenstoff-14 von weniger als 1 Prozent, sodass das Miyake-Ereignis das G5-Carrington-Ereignis wahrscheinlich in den Schatten stellte.

Macht ausschalten

Heute würde ein geomagnetischer Sturm der gleichen Intensität wie das Carrington-Ereignis weit mehr als nur Telegrafendrähte beeinträchtigen und könnte katastrophale Folgen haben. Angesichts der ständig wachsenden Abhängigkeit von Elektrizität und neuen Technologien könnte jede Störung zu finanziellen Verlusten in Billionenhöhe und zu Lebensrisiken führen, die von den Systemen abhängig sind. Der Sturm würde Auswirkungen haben ein Großteil der elektrischen Systeme die Menschen jeden Tag nutzen.

Geomagnetische Stürme erzeugen induzierte Ströme, die durch das Stromnetz fließen. Das geomagnetisch induzierte Ströme , die mehr als 100 Ampere betragen kann, fließen in die an das Netz angeschlossenen elektrischen Komponenten wie Transformatoren, Relais und Sensoren.

Einhundert Ampere entsprechen der Stromversorgung vieler Haushalte. Ströme dieser Größe können interne Schäden an den Komponenten verursachen und zu großen Stromausfällen führen.

Im März 1989 ereignete sich in Quebec, Kanada, ein geomagnetischer Sturm, der dreimal kleiner war als das Carrington-Ereignis. Der Sturm verursachte den Zusammenbruch des Stromnetzes von Hydro-Quebec .

Während des Sturms beschädigten die hohen magnetisch induzierten Ströme einen Transformator in New Jersey und lösten die Leistungsschalter des Stromnetzes aus. In diesem Fall führte der Ausfall dazu Fünf Millionen Menschen sind neun Stunden lang ohne Strom .

Verbindungen unterbrechen

Zusätzlich zu Stromausfällen würde es auch weltweit zu Kommunikationsstörungen kommen. Internetdienstanbieter könnten ausfallen, was wiederum dazu führen würde, dass verschiedene Systeme nicht mehr miteinander kommunizieren können. Hochfrequenzkommunikationssysteme wie Boden-Luft-, Kurzwellen- und Schiff-Land-Funk würden gestört.

Satelliten im Orbit um die Erde könnten durch induzierte Ströme des geomagnetischen Sturms beschädigt werden, die ihre Leiterplatten durchbrennen. Dies würde dazu führen Störungen in satellitengestütztem Telefon, Internet, Radio und Fernsehen.

Wenn geomagnetische Stürme die Erde treffen, führt die Zunahme der Sonnenaktivität außerdem dazu, dass sich die Atmosphäre nach außen ausdehnt. Diese Expansion verändert die Dichte der Atmosphäre, in der Satelliten kreisen. Atmosphäre mit höherer Dichte erzeugt Widerstand auf einem Satelliten, was ihn verlangsamt. Und wenn es nicht in eine höhere Umlaufbahn manövriert wird, kann es auf die Erde zurückfallen.

Ein weiterer Bereich, der Störungen im Alltag verursachen könnte, sind Navigationssysteme. Praktisch jedes Transportmittel, vom Auto bis zum Flugzeug, nutzt GPS zur Navigation und Ortung. Sogar tragbare Geräte wie Mobiltelefone, Smartwatches und Tracking-Tags sind auf GPS-Signale angewiesen, die von Satelliten gesendet werden.

Militärische Systeme sind zur Koordination stark auf GPS angewiesen. Andere militärische Erkennungssysteme wie Over-the-Horizon-Radar- und U-Boot-Erkennungssysteme könnten gestört werden, was die Landesverteidigung beeinträchtigen würde.

In Bezug auf das Internet könnte es zu einem geomagnetischen Sturm in der Größenordnung des Carrington-Ereignisses kommen erzeugen geomagnetisch induzierte Ströme in den See- und Landkabeln die das Rückgrat des Internets bilden, sowie die Rechenzentren, die alles von E-Mails und Textnachrichten bis hin zu wissenschaftlichen Datensätzen speichern und verarbeiten künstliche Intelligenz Werkzeuge. Dies würde möglicherweise das gesamte Netzwerk stören und die Verbindung der Server untereinander verhindern.

Nur eine Frage der Zeit

Es ist nur eine Frage der Zeit, bis die Erde von einem weiteren geomagnetischen Sturm heimgesucht wird. Ein Sturm der Carrington Event-Größe wäre das äußerst schädlich zu den Strom- und Kommunikationssystemen weltweit mit wochenlangen Ausfällen.

Wenn der Sturm die Größe des Miyake-Ereignisses hätte, wären die Folgen katastrophal für die Welt, da die Ausfälle möglicherweise Monate oder sogar länger andauern würden. Sogar mit Weltraumwetterwarnungen Laut dem Space Weather Prediction Center der NOAA hätte die Welt nur wenige Minuten bis einige Stunden Zeit, sich darüber im Klaren zu sein.

Ich halte es für entscheidend, weiterhin nach Möglichkeiten zu suchen, elektrische Systeme vor den Auswirkungen geomagnetischer Stürme zu schützen, beispielsweise durch Installation von Geräten, die gefährdete Geräte abschirmen können wie Transformatoren und durch die Entwicklung von Strategien zur Anpassung der Netzlasten Sonnenstürme sind kurz davor zu treffen. Kurz gesagt, es ist wichtig, jetzt daran zu arbeiten, die Störungen durch das nächste Carrington-Event so gering wie möglich zu halten.

David Wallace , Assistenzprofessor für Elektrotechnik, Mississippi State University .

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