science >> Wetenschap >  >> Astronomie

Kan een extreem krachtige zonnevlam alle elektronica op aarde vernietigen?

Deze foto van NASA legt een zonne-uitbarsting in actie vast. Zie meer foto's van zonnevlekken. NASA Glenn Research Center (NASA-GRC)

Een lied geschreven door Hy Zaret en Lou Singer, later gepopulariseerd door de band They Might Be Giants, beweert dat "de zon een massa gloeiend gas is, een gigantische kernoven." Bij nader onderzoek, het lijkt erop dat deze initiële classificatie van de zon iets te smal is. Het blijkt dat de zon een complex lichaam is dat we nog steeds niet helemaal begrijpen.

Maar dit is wat we wel weten:de zon is een enorm object dat bestaat uit intens hete, geïoniseerde gassen. We noemen dit soort gas plasma en het is de meest voorkomende toestand van materie in het universum. De atomen waaruit de gassen in de zon bestaan, zijn zo heet dat ze hun elektronen niet kunnen vasthouden. De gassen stromen in stromen door de zon, elektronen met zich meedragen.

Als je bekend bent met elektromagneten, je weet dat een elektrische stroom een ​​magnetisch veld kan creëren. Dat is het geval met de zon. De zon heeft een enorm magnetisch veld om zich heen. De rotatie van de zon bestendigt dit magnetische veld.

Om de zaken ingewikkelder te maken, hete voorwerpen hebben de neiging om uit te zetten. De zon is een extreem heet object. Maar de zon is ook groot en dicht, wat betekent dat het een sterke zwaartekracht heeft. De zwaartekracht van de zon compenseert haar neiging om uit te zetten.

De combinatie van deze krachten kan ervoor zorgen dat het oppervlak van de zon op dramatische en soms gewelddadige manieren verandert. De stromen van gas zorgen ervoor dat magnetische veldlijnen verdraaien. Dat kan voorkomen dat hetere gassen uit de kern van de zon naar de oppervlakte stijgen, creëren zonnevlekken . Zonnevlekken lijken donkerder dan de rest van het oppervlak van de zon. Ze zijn ook koeler dan de helderdere gebieden die hen omringen.

Het hete gas dat zich onder zonnevlekken bevindt, oefent druk uit op de magnetische veldlijnen die voorkomen dat het gas het oppervlak bereikt. Dit wikkelt de magnetische veldlijnen in strakkere spoelen. Soms, nog meer veldlijnen raken verstrengeld. Soms, de magnetische veldlijnen zullen zich zonder veel incidenten ontrollen en de zonnevlek vervaagt als de hete gassen naar de oppervlakte stijgen. Maar soms blijft de druk toenemen totdat de magnetische veldlijnen plotseling uitbreken, een zonnevlam veroorzaken.

Zonnevlammen en coronale massa-ejecties

Skylab nam deze foto van een zonnevlam die in 1973 uit de zon losbarstte. NASA Johnson Space Center (NASA-JSC)

Een zonnevlam is niet alleen een explosie van hete gassen. Het duwt golven van licht over het hele spectrum. Dat omvat licht dat we niet kunnen zien - inclusief straling in de vorm van röntgenstralen en gammastralen. Deze stralen kunnen gevaarlijk zijn voor de mens. Gelukkig, de atmosfeer van de aarde absorbeert de meeste van deze energierijke stralen.

Dat wil niet zeggen dat iedereen veilig is na een zonnevlam. Mensen in de ruimte of op grote hoogte -- aan boord van een vliegtuig, bijvoorbeeld - kan blootstelling aan intense straling riskeren. Kortdurende schade kan huidirritatie omvatten. Gevolgen op lange termijn kunnen een verhoogd risico op het ontwikkelen van huidkanker zijn. Maar het is waarschijnlijk dat elke getroffen mens uiteindelijk zal herstellen van de blootstelling.

Ook elektronica is kwetsbaar voor deze stralen. Als hoogenergetische stralen een satelliet zouden raken, ze kunnen elektronen van de metalen componenten strippen, ze ioniseren. Als elektronen vrijkomen, ze zouden de elektronica in een satelliet kunnen kortsluiten. Ze kunnen ook een magnetisch veld creëren dat de systemen van de satelliet zou beschadigen. Sommige satellieten hebben een afscherming om ze tegen deze stralen te beschermen, maar velen zijn nog steeds kwetsbaar.

Omdat onze atmosfeer de meeste van deze gevaarlijke stralen absorbeert, terrestrische systemen zijn redelijk veilig tegen zonnevlammen. Maar een ander zonne-evenement genaamd a coronale massa-ejectie (CME) kan ernstige problemen veroorzaken voor elektrische systemen hier op aarde. Tijdens een CME, de schommelingen van de magnetische velden van de zon zorgen ervoor dat een groot deel van het oppervlak van de zon snel uitzet, miljarden tonnen deeltjes de ruimte in werpen. Soms vergezellen CME's zonnevlammen - maar niet alle zonnevlammen produceren CME's en niet alle CME's vergezellen zonnevlammen.

In tegenstelling tot een zonnevlam, een CME produceert geen intens licht. Maar het produceert wel een magnetische schokgolf die miljarden kilometers de ruimte in reikt. Als de aarde in het pad van die schokgolf zit, het magnetische veld van onze planeet zal reageren op de gebeurtenis. Het is vergelijkbaar met wat er gebeurt als je een zwakke magneet naast een sterke plaatst. Het veld van de zwakke magneet zal zich uitlijnen met het veld van de sterke magneet. Een magnetische schokgolf van de zon zou ervoor kunnen zorgen dat de uitlijning van het aardmagnetisch veld onvoorspelbaar verschuift.

Mooie lichten zijn niet het enige gevolg van een CME. Door de magnetische schommelingen kunnen kompassen uitvallen. En aangezien magnetische velden elektriciteit kunnen opwekken, elke geleider kan een inductor worden. Een krachtige CME kan elektriciteit opwekken in grote, krachtige geleiders. Dat kan elektrische systemen overbelasten en enorme schade veroorzaken.

Volgende, we zullen precies kijken hoe slecht we af zouden kunnen zijn na een enorm CME-evenement.

Licht show

Het noorder- en zuiderlicht zijn waarneembare voorbeelden van hoe een CME de aarde kan beïnvloeden. De kleurrijke lichten zijn het resultaat van subatomaire deeltjes die met ongelooflijke snelheid bewegen, waardoor gassen zoals zuurstof en stikstof ioniseren. Terwijl de atomen in de gassen recombineren met elektronen, zenden ze licht uit. Dit gebeurt voornamelijk waar de magnetische veldlijnen van de aarde samenkomen bij de magnetische polen van de planeet.

Elektronica bakken met de zon

Een krachtige zonnestorm kan ertoe leiden dat hoogspanningslijnen over een heel continent breken. © iStockphoto.com/prluka

Hoewel een zonnevlam alleen misschien niet genoeg is om problemen op het aardoppervlak te veroorzaken, een krachtige CME is een ander verhaal. In feite, enorme CME's hebben de aarde in het verleden beïnvloed. Maar we waren niet zo geavanceerd in elektronica, ook waren we niet zo sterk afhankelijk van hen de laatste keer dat een CME ons echt in het rond sloeg.

in 1859, een enorme CME veroorzaakte enorme magnetische fluctuaties in de aarde magnetosfeer -- het magnetische veld rond de planeet. Mensen die zo ver zuidelijk als Cuba woonden, waren getuige van het fenomeen van het noorderlicht. Kompassen en telegraafsystemen faalden. Wetenschappers en academici debatteerden over de oorzaak van alle commotie. We weten nu dat het te wijten was aan een CME. De CME was zo enorm dat het veroorzaakte wat we een zonne-superstorm noemen.

Vandaag, we zijn veel sterker afhankelijk van elektronica en elektriciteit dan in 1859. Als een soortgelijke zonne-superstorm ons nu zou treffen, we zouden in de problemen komen. De magnetische krachten zouden in elke grote geleider elektriciteit opwekken. Dat omvat stroomtransformatoren en het elektriciteitsnet zelf.

Dat is niet het einde van het slechte nieuws. Het elektriciteitsnet in Noord-Amerika werkt op bijna capaciteit. Het zou de verhoogde elektrische belasting van een zonne-superstorm niet aankunnen. Als gevolg daarvan kunnen hoogspanningsleidingen doorhangen en zelfs breken. Massale stroomstoringen kunnen een groot deel van het continent treffen. De magnetische fluctuaties zouden interfereren met radiosignalen, en communicatie- en satellietsystemen zouden ook instorten.

Het kan weken of maanden duren om de schade te herstellen. Gedurende die tijd, mensen zouden niet weten wat er aan de hand was. Hulpdiensten zouden voor grote uitdagingen komen te staan. Hoewel de magnetische velden waarschijnlijk geen kortsluiting zouden veroorzaken in individuele elektronische apparaten zoals mobiele telefoons of computers, communicatiesystemen kunnen regionaal falen. Met andere woorden, kleine apparaten zouden nog steeds werken, maar zouden de services missen die ze nodig hebben om nuttig te zijn.

Het is mogelijk dat een CME zelfs uw computer kan aantasten en storingen kan veroorzaken. In de meeste gevallen, een eenvoudige herstart zou het probleem oplossen. Maar met het verlies van het elektriciteitsnet, je zou worden beperkt door de lading van je batterij. Toen dat eenmaal op was, je zou vast zitten.

Er is geen manier om een ​​zonne-superstorm te voorkomen, maar er zijn stappen die we kunnen nemen om de impact van een CME te beperken. Een daarvan is het reviseren van het elektriciteitsnet. We hebben een smart grid nodig dat niet zo dicht bij de capaciteit werkt als ons huidige netwerk. We moeten ook afschermingen ontwikkelen om onze elektrische infrastructuur zoveel mogelijk te beschermen tegen magnetische schommelingen.

Zelfs in deze worstcasescenario's de superstormen vernietigen niet alle elektrische systemen over de hele planeet. Sommige regio's zouden relatief onaangetast blijven. Er zou een zonne-evenement van ongekende omvang nodig zijn om de elektrische systemen over de hele planeet weg te vagen. Maar zelfs een bescheiden CME zou kunnen aantonen hoe kwetsbaar we zijn voor de magnetische driftbuien van de zon.

Leer meer over de zon, magneten en elektronica door de links op de volgende pagina te volgen.

Veel meer informatie

Gerelateerde HowStuffWorks-artikelen

  • Hoe de zon werkt
  • Hoe zonsverduisteringen werken
  • Hoe Aurora's werken
  • Hoe zonnevlekken werken
  • Hoe magneten werken
  • Hoe elektromagneten werken
  • Hoe atomen werken
  • Hoe e-bommen werken
  • Hoe radio werkt

Meer geweldige links

  • Slechte astronomie
  • Ruimte:Discovery Channel
  • Nieuwsgierigheid:verken het zonnestelsel

bronnen

  • Beasley, Sandra. "Kijk naar de zon." Amerikaanse geleerde. Zomer 2008. Vol. 77, nummer 3, P. 17.
  • Encyclopedie Britannica. "Geomagnetisch veld." 2009. (2 nov., 2009) http://www.library.eb.com/eb/article-9368
  • Encyclopedie Britannica. "Zonnevlam." 2009. (2 nov., 2009) http://www.library.eb.com/eb/article-9068560
  • Encyclopedie Britannica. "Zonnewind." 2009. (2 nov., 2009) http://www.library.eb.com/eb/article-9068567
  • Encyclopedie Britannica. "Zon." Encyclopedie 2009. (2 november, 2009) http://www.library.eb.com/eb/article-54151
  • Odenwald, Sten F. "Zet zich schrap voor een zonne-superstorm." Wetenschappelijke Amerikaan. Augustus 2008. Vol. 299, Probleem 2, blz. 80-87.
  • Vlecht, Filip, doctoraat "Dood uit de lucht!" New York:Viking. 2008. blz. 33-66.
  • Turner, Jacobus. "Zonnestormen vooruit:is de aarde voorbereid?" De christelijke wetenschapsmonitor. 6 mei, 2009. blz. 25.

Meer >

Meer >

Hoofdlijnen

  1. Fysische en chemische eigenschappen van lipiden
  2. Welke soorten moleculen kunnen door het plasmamembraan worden gevoerd door eenvoudige diffusie?
  3. Verschillen tussen codering en sjabloonstrengen
  4. Wat maakt de mens menselijk?
  5. Hoe verschilt Cytokinese bij planten en dieren?
  6. Deze pijnbomen leunen bijna altijd naar de evenaar
  7. Hoe Charles Darwin werkte
  8. Woordproblemen schrijven voor Math
  9. Te veel charisma kan de effectiviteit van een leider schaden

Wetenschap