Voldsomme solstormer kan i ytterste konsekvens sl? ut radiokommunikasjon, navigasjonssystemer og elektronisk utstyr i rommet. I verste fall kan kraftforsyningen v?r bryte sammen. Jo mer f?lsom teknologien v?r blir, desto mer s?rbare blir vi.
I begynnelsen av september 1859 skjedde den verste solstormen i moderne tid. Telegraflinjene i USA gl?det i m?rket og brant opp.
For elleve ?r siden, i juli 2012, kunne katastrofen ha blitt langt st?rre. En voldsom eksplosjon p? sola sendte milliarder av tonn med ladete partikler ut i solsystemet. Vi hadde flaks. Jorda ble ikke truffet. Akkurat som jorda, snurrer sola rundt sin egen akse. Hadde solstormen kommet ni dager tidligere, den dagen eksplosjonen p? sola hadde pekt mot jorda, kunne v?r moderne verden ha blitt lammet.
Heldigvis er kraftige solstormer sjelden kost. I snitt dukker de opp bare en gang hvert hundrede ?r. Men uheldigvis er det slik at selv h?yst ordin?re solstormer, og dem er det mange av, kan lage kaos for oss jordboere. Satellitter kan skades og GPS-navigasjonen – og det gjelder s?rlig i nordomr?dene – kan sl?s ut i flere timer. Det har skjedd at flyene over polaromr?dene har mistet radioforbindelsen i flere timer. Og tankskip kan slite med navigeringen. Det er uheldig. For ? unng? ulykker og oljes?l er det viktig med finnavigering.
For ? v?re f?re var pr?ver forskerne ? forst? fysikken n?r solstormer treffer jorda. M?let er presise romv?rvarsler.
Romv?rvarslingen er viktig for ? kunne forutsi n?r navigasjonssystemene og kommunikasjonen med satellittene ikke fungerer som de skal.
– Hvis satellitter blir truffet av kraftige solstormer med h?yenergipartikler, kan de bli ?delagt. Det er derfor viktig ? kunne varsle romv?ret, slik at satellittene kan settes i hvilemodus, poengterer professor emeritus Jann Holtet p? Fysisk institutt.
Solstormer kan ogs? skade astronauter. Med romv?rvarsler vil astronautene kunne f? beskjed om at de m? v?re ekstra forsiktige.
Og for alle dem som navigerer i polaromr?dene, uansett om vi snakker om b?t eller fly, er det greit ? vite n?r navigasjonen ikke fungerer som den skal.
Fysikken bak
Hva er det som egentlig skjer p? jorda n?r det skjer eksplosjoner p? sola? Sola slenger ut plasmaskyer i en voldsom hastighet. Her snakker vi om hastigheter p? flere hundre til et par tusen kilometer i sekundet. Plasmaskyene er gasser med ladde partikler, slik som elektroner, protoner og ladde heliumatomer.
Takket v?re magnetfeltet p? jorda blir plasmaskyene dratt inn mot polaromr?dene. Her kolliderer de med ionosf?ren, som er den ?verste delen av jordatmosf?ren, 80 til 500 kilometer over bakken. N?r de ladde partiklene i plasmaskyene kolliderer med de ladde partiklene i ionosf?ren, f?r vi det vakre nordlyset.
Romforskerne bruker nordlyset som et verkt?y til ? studere hva som skjer n?r gassene fra sola dundrer inn i jordatmosf?ren.
Ionosf?ren er viktig i radiokommunikasjonen fordi den reflekterer radiob?lgene tilbake til jorda. N?r solstormene herjer med ionosf?ren, g?r radiokommunikasjonen bananas.
F?r i tiden var ionosf?ren sv?rt viktig for radiokommunikasjonen. Radiob?lgene ble sendt til ionosf?ren og reflektert tilbake. P? denne m?ten var det mulig ? sende radiosignaler, fra punkt til punkt, rundt jorda.
– Den gangen forsket vi p? ionosf?riske forstyrrelser for ? kunne forutsi hvilke radiofrekvenser man skulle bruke, forteller Jann Holtet.
I dag har satellittene overtatt mesteparten av kommunikasjonen.
– B?lgelengden p? radiosignalene m?tte reduseres sv?re mye for at de skulle kunne trenge igjennom ionosf?ren, forklarer professor emeritus Alv Egeland p? Fysisk institutt.
Det n?re verdensrommet og spesielt ionosf?ren er viktig for alt som har med det elektromagnetiske feltet ? gj?re.
– Noen ganger blir magnetfeltet s? forstyrret av solstormer at kompassretningen i nordlysomr?der m? justeres med opptil femten grader. Det er mye. I nordomr?dene ligger GPS-satellittene lavt p? himmelen. Da m? signalene gjennom mye ionosf?re. Det forsterker navigasjonsproblemene.
For ? kunne varsle bedre n?r radiosamband og navigasjon st?r i fare for ? bryte sammen, trenger forskerne mer informasjon om hva som skjer n?r solstormene treffer jorda.
– I dag er ikke modellene gode nok, poengterer Alv Egeland.
Turbulens
N? kommer vi til et viktig poeng. N?r solstormen treffer ionosf?ren, dannes det turbulens. For ? kunne lage gode romv?rvarsler m? forskerne forst? fysikken bak turbulens. Det gj?r de ikke i dag. I dag er turbulens et av de siste store, ul?ste problemene i klassisk fysikk.
– V?r hellige gral er ? forst? hvordan turbulensen p?virker energitransporten fra solstormen til atmosf?ren. Vi m? forst? de grunnleggende prosessene i plasmafysikk. Ionosf?ren er det st?rste plasmalaboratoriet som finnes. Disse studiene kan ogs? brukes til ? forst? plasmaet i verdensrommet, fremhever professor Wojciech Miloch p? Fysisk institutt. Han er leder for forskningsgruppen Plasma- og romfysikk ved Universitetet i Oslo.
N?r det er nordlys, dannes det en spesiell, elektrisk str?m som blant annet bidrar til irregulariteter i plasmaet. Denne elektriske str?mmen ble i 1967 d?pt Birkelandstr?mmen, oppkalt etter den kjente nordlysforskeren professor Kristian Birkeland (1867–1917).
– Problemet er at Birkelandstr?mmen befinner seg et annet sted enn der vi forventer. Det ? kunne lokalisere disse irregularitetene vil v?re banebrytende.
Wojciech Miloch ?nsker med andre ord ? lage en fysisk beskrivelse av turbulens.
– Fysiske modeller er langt mer presise enn statistiske modeller.
Du kan sammenligne dette med oppdagelsen av Newtons andre lov. Da Isaac Newton observerte det ber?mte eplet som falt fra treet, kunne han i f?rste runde ha formulert en statistisk modell for gravitasjonskraften. Newton klarte i stedet ? definere en helt presis lov som beskrev hva som skjedde.
– Statistiske modeller inneholder usikkerhet. Med en presis beskrivelse kan vi fjerne denne usikkerheten, forklarer Miloch.
For ? forst? hva som skjer n?r solstormen treffer jorda, skal forskerne ogs? studere elektrontettheten i ionosf?ren, hvordan plasmaet beveger seg og hvor mye temperaturen stiger.
I dag har forskerne muligheten til ? gj?re dette p? tre m?ter. Ingen av metodene er gode nok. Den ene metoden, som er en sv?rt s? kostbar forn?yelse, er ? m?le det hele fra raketter. Det har fysikerne allerede gjort i en ?rrekke. Hver rakettoppskyting koster rundt ti millioner kroner. Pytt-pytt!
Den andre metoden er ? gj?re m?linger fra satellitter 300 kilometer lenger vekk fra jorda, men satellittene svever langt over de omr?dene som forskerne ?nsker ? unders?ke.
Den tredje metoden er ? bruke den vitenskapelige radarstasjonen Eiscat, som best?r av sv?re parabolantenner med en bredde p? opptil f?rti meter. Eiscat, som har v?rt i bruk i 40 ?r, har dessverre en stor svakhet. Kollisjonsomr?dene mellom solstormen og ionosf?ren endres hele tiden. Uheldigvis er det sv?rt krevende ? endre retningen p? de store parabolantennene.
– Problemet med s? store antenner er at de er sv?rt tunge ? vri p?. De kan ikke dreies like fort som nordlyset forflytter seg. Dessuten er det bare mulig ? m?le hva som skjer i ett enkelt punkt. Det er ikke nok, poengterer professor Kjellmar Oksavik p? Birkelandsenteret for romforskning ved Universitetet i Bergen.
Eiscat 3D
N? bygges det et supermoderne anlegg, Eiscat 3D, med ti tusen antenner, b?de i Skibotn i Troms, ved Kiruna i Sverige og n?r Kaaresuvanto i Nord-Finland, til den nette sum av 680 millioner kroner. 澳门葡京手机版app下载sr?det har bidratt med 218 millioner. De svenske, finske og britiske forskningsr?dene har spyttet inn resten.
– Dette er det st?rste bakkebaserte forskningsprosjektet p? nordlys i verden og den st?rste forskningsinfrastrukturen p? norsk jord noen gang. Det er dessuten tidenes st?rste bevilgning fra 澳门葡京手机版app下载sr?det, forteller Kjellmar Oksavik.
Antennene er bevisst plassert i tynt befolkete omr?der. Forklaringen er at mobilsendere, som vi moderne mennesker er blitt s? avhengige av, kan forstyrre m?lingene.
Ved ? m?le hva som skjer fra tre retninger samtidig er det mulig ? f? tredimensjonale kart av elektrontettheten og temperaturen i ionosf?ren. Dessuten vil m?lingene f? en langt bedre tidsoppl?sning enn hva som er mulig i dag. Og som om dette ikke er nok: Det er ogs? mulig ? endre retningene p? de ny antennene sv?rt fort.
– Det gir langt flere muligheter enn vi har i dag. Med de nye m?lingene kan vi se p? de sm? skalaene, temperaturendringene og hvordan energien blir avsatt. Det er kjempespennende. Vi kan dessuten, for f?rste gang, f? kontinuerlige m?linger, forteller Wojciech Miloch.
Kjellmar Oksavik kaller teknologien for banebrytende.
– Vi kan bytte retning p? antennene hundrevis av ganger i sekundet. Da kan vi dekke hele himmelen og f? et tredimensjonalt kart over bevegelsene og dynamikken i ionosf?ren. Slike kart har vi aldri hatt f?r. Det er nettopp denne tredimensjonale forst?elsen vi mangler n?r vi skal lage de modellene som kan beskrive romv?ret i atmosf?ren, alts? hvordan solstormer avsetter energi i atmosf?ren, sier Oksavik.
Det forskerne blant annet lurer p?, er hvor hurtig ting endrer seg i atmosf?ren, hvordan de elektriske str?mmene er inne i og rundt nordlysbuene og hvordan de varierer over tid.
Frem til n? har forskerne bare antatt at det er et tynt str?msjikt der nordlyset er.
– Det skjer ogs? ekstremt spennende fysikk b?de noen titalls kilometer over og under nordlyset. Ioner og elektroner f?r ulike bevegelser i forskjellige h?yder. Ulike typer gasser dominerer i ulike h?yder. Med den nye radaren vil vi f? langt st?rre muligheter til ? studere romv?ret.
Radarene vil gi s? gode m?linger at forskerne ogs? kan studere hva som skjer i plasmaet n?r meteoritter kolliderer med atmosf?ren.
Det fascinerende er at m?lingene ogs? kan bety noe for de meteorologiske v?rvarslingene.
– N?r det bl?ser kraftige vinder over fjelltopper, dannes det b?lger som kan sendes 100 kilometer til v?rs. Med de nye m?lingene vil vi kunne se hvordan disse forstyrrelsene forplanter seg, forteller Oksavik.
H?yenergiske partikler fra solstormen kan dessuten trenge ned i atmosf?ren og avsette energi i samme h?yde som ozonlaget og danne nye molekyler.
– Da kan ozonlaget bli skadet, p?peker Wojciech Miloch.
De nye m?lingene vil ogs? gj?re det mulig ? forst? hvordan solstormens oppvarming av den ?vre atmosf?ren kan p?virke resten av atmosf?ren over hele jorda. Det kan forbedre klimamodellene.
Roms?ppel
Det er kjent at radarer kan brukes til ? oppdage andre b?ter i t?kehavet. Alle har vel f?tt med seg hva som skjedde da Forsvarets prestisjeskip ?Helge Ingstad? slo av radaren og kolliderte med et tankskip en kald novembernatt i 2018. Tabben kostet fjorten milliarder kroner. Selv Forsvaret er smertelig klar over hvor enkel radarteknologien er. Skrog reflekterer radarb?lger. Det gj?r det mulig ? se skip i b?de m?rke og t?ke. S?fremt radaren er p?.
Det samme prinsippet skal n? brukes til ? spore opp roms?ppel.
– Eksempler p? s?ppel kan v?re skruer, muttere og fragmenter fra satellitter, forteller Kjellmar Oksavik.
Beklageligvis er det mye s?ppel i rommet. Det kommer stadig mer. Noe skyldes restene etter satellittoppskytninger. Roms?ppel kan ogs? kom[1]me fra kollisjoner eller eksplosjoner.
Det finnes hundretusenvis av fragmenter som er st?rre enn noen centimeter. De er godt kjent.
– Derimot er de mindre fragmentene ikke like kjent, beklager Oksavik.
Roms?ppel er ikke noe sp?ke med. Hastigheten kan v?re opptil sju kilometer i sekundet. Ja, du leste riktig. Det betyr at hastigheten p? s?ppelet kan v?re opptil 25 000 kilometer i timen. Det er ni ganger raskere enn en gev?rkule. Ikke rart at roms?ppel kan for?rsake store skader.
– Hvis det er en risiko for at en satellitt eller annet romfart?y kan kollidere med s?ppel, m? banen endres, forteller Wojciech Miloch.
Den nye radaren vil kunne m?le banene til roms?ppelet. Det er nyttig, ikke minst for den europeiske romfartsorganisasjonen ESA n?r de skal styre satellittene sine. Eller for And?ya Space ved Andenes i Nordland, som er blitt det norske, nasjonale oppskytingsfeltet for b?de satellitter og raketter.
N?r solstormene treffer atmosf?ren, varmes atmosf?ren opp. Da endres banene til roms?ppelet.
– For ? unng? kollisjoner gjelder det ? ha gode kart over banene til alt roms?ppelet. Alle disse banene er ferskvare. Det er derfor fint at vi kan bruke den nye radaren til ? f?lge med p? dette.
Teknisk krevende
De siste ti?rene har det v?rt en enorm utvikling i elektronikk og antenneteknologi.
– Vi bruker det siste nye av alt. Det finnes ikke noe lignende i verden, sier Kjellmar Oksavik.
Ettersom antennene kan peke i hundrevis av ulike retninger samtidig og ettersom de skal kunne skifte retninger flere hundre ganger i sekundet, m? forskerne ty til sv?rt avansert matematikk. Beregningene skjer p? tungregnemaskiner som er ti tusen ganger raskere enn pc-en din.
N?r ti tusen antenner skal m?le hva som skjer, m? de dessuten kommunisere sammen i sv?rt h?y hastighet.
– Hvert sekund blir det generert flere hundre gigabyte med data. Her snakker vi om mange petabyte per ?r.
Det tilsvarer lagringsplassen p? en million vanlige PC-er.
Alle dataene blir sendt til to helt nye datasentre, det ene i Sverige, det andre i Norge.
– Det er ikke mulig ? lagre alle r?dataene med dagens teknologi, forteller Oksavik.
– Vi m? derfor beregne der og da hvilke data som skal lagres for ettertiden.