Even na 4 uur op een frisse, wolkenloze septemberochtend in 1859, de lucht boven wat momenteel Colorado is, barstte uit in heldere rode en groene kleuren. Voor de gek gehouden door de helderheid door te denken dat het een vroege dageraad was, goudkoortsmijnwerkers in het bergachtige gebied van wat toen het Kansas Territory heette, werden wakker en begonnen te ontbijten. Wat er in meer ontwikkelde regio's gebeurde, was nog desoriënterender, en bevat een waarschuwing voor de bedrade hightechwereld van de 21e eeuw.

Terwijl de hemel oplichtte aan de nachtelijke kant van de aarde, telegraafsystemen wereldwijd gingen uit hun dak, klakkende onzincode en grote vonken uitstoten die branden in nabijgelegen stapels papiertape deden ontbranden. Telegrafisten liepen elektrische brandwonden op. Zelfs het loskoppelen van de telegraafeenheden van hun stroombronnen stopte de razernij niet, omdat de transmissiedraden zelf enorme elektrische stromen voerden. De moderne technologie was net vernederd door een felle ruimteweerstorm die van de zon was gekomen, de grootste ooit gemeten - en meer dan twee keer zo krachtig als een storm negen jaar eerder, die zelf de grootste in de bekende geschiedenis was geweest.

Mijn zeven jaar onderzoek naar het voorspellen van zonnestormen, gecombineerd met mijn tientallen jaren gebruik van GPS-satellietsignalen onder verschillende zonnestormomstandigheden, geven aan dat de nog gevoeligere elektronica en satellieten van vandaag zouden worden verwoest als een gebeurtenis van die omvang zich opnieuw zou voordoen. In 2008, een panel van experts in opdracht van de National Academy of Sciences bracht een gedetailleerd rapport uit met een ontnuchterende conclusie:de wereld zou worden teruggeworpen naar het leven van de vroege jaren 1800, en het zou jaren – of zelfs een decennium – duren om te herstellen van zo’n groot evenement.

Een zonne-explosie

Ruimteweerstormen hebben plaatsgevonden sinds de geboorte van het zonnestelsel, en hebben de aarde vele malen geraakt, zowel voor als na die enorme gebeurtenis in 1859, die de Carrington-gebeurtenis werd genoemd naar een Britse astronoom die destijds zijn waarnemingen van de zon vastlegde. Ze worden veroorzaakt door enorme elektromagnetische explosies op het oppervlak van de zon, coronale massa-ejecties genoemd. Elke explosie stuurt miljarden protonen en elektronen, in een oververhitte bal van plasma, het zonnestelsel in.

Ongeveer 1 op de 20 coronale massa-ejecties gaat in een richting die de baan van de aarde snijdt. Ongeveer drie dagen later, onze planeet ervaart wat een ruimteweerstorm of een geomagnetische storm wordt genoemd.

Hoewel deze gebeurtenissen worden beschreven met termen als 'weer' en 'storm, " ze hebben geen invloed op of het regenachtig of zonnig is, warm of koud, of andere aspecten van hoe het buiten is op een bepaalde dag. Hun effecten zijn niet meteorologisch, maar alleen elektromagnetisch.

De aarde raken

Wanneer de coronale massa-ejectie op aarde aankomt, de geladen deeltjes botsen met luchtmoleculen in de bovenste atmosfeer, warmte en licht genereren, aurora genaamd.

Ook, zoals altijd gebeurt wanneer bewegende elektrische ladingen een magnetisch veld tegenkomen, de interactie creëert een spontane elektrische stroom in elke beschikbare geleider. Als de plasmabal groot genoeg is, de interactie met het magnetische veld van de aarde kan grote stromen veroorzaken op lange draden op de grond, zoals degene die telegraafcircuits overbelast in 1859.

Op 13 maart, 1989, een storm die slechts ongeveer een vijfde zo sterk was als de Carrington-gebeurtenis de aarde trof. Het veroorzaakte een grote stroomstoot in de lange hoogspanningslijnen van het Hydro-Quebec elektriciteitsnet, waardoor fysieke schade aan transmissieapparatuur wordt veroorzaakt en 6 miljoen mensen negen uur lang zonder stroom zitten. Een andere door een storm veroorzaakte stroomstoot vernietigde een grote transformator in een kerncentrale in New Jersey. Hoewel er een reservetransformator in de buurt was, het duurde nog zes maanden om de gesmolten eenheid te verwijderen en te vervangen. Sommige mensen maakten zich zorgen dat de heldere poollichten betekenden dat er een nucleaire oorlog was uitgebroken.

En in oktober 2003, een snelle reeks zonnestormen trof de aarde. Gezamenlijk de Halloween-zonnestorm genoemd, deze serie veroorzaakte pieken die het Noord-Amerikaanse elektriciteitsnet bedreigden. De effecten op satellieten maakten de GPS-navigatie grillig en onderbraken de communicatieverbindingen tijdens het hoogtepunt van de storm.

Grotere stormen zullen grotere gevolgen hebben, meer schade veroorzaken en meer tijd nodig hebben om te herstellen.

Brede effecten

Geomagnetische stormen vallen de levensader van moderne technologie aan:elektriciteit. Een ruimteweerstorm duurt meestal twee of drie dagen, waarbij de hele planeet wordt blootgesteld aan krachtige elektromagnetische krachten. De studie van de National Academy of Sciences concludeerde dat een bijzonder zware storm de elektriciteitsnetten en communicatienetwerken van steden over de hele wereld zou beschadigen en sluiten.

Nadat de storm voorbij was, er zou geen eenvoudige manier zijn om de macht te herstellen. Fabrieken die vervangingen bouwen voor uitgebrande lijnen of stroomtransformatoren zouden zelf geen elektriciteit hebben. Vrachtwagens die nodig zijn om grondstoffen en afgewerkte apparatuur te leveren, zouden niet kunnen tanken, ofwel:Benzinepompen werken op elektriciteit. En wat pompen waren, zouden spoedig opdrogen, omdat elektriciteit ook de machines aandrijft die olie uit de grond halen en raffineren tot bruikbare brandstof.

Met transport tot stilstand gekomen, voedsel zou niet van boerderijen naar winkels komen. Zelfs systemen die niet-technologisch lijken, zoals openbare watervoorzieningen, zou sluiten:hun pompen en zuiveringssystemen hebben elektriciteit nodig. Mensen in ontwikkelde landen zouden zonder stromend water zitten, geen riolering, geen gekoeld voedsel, en geen manier om voedsel of andere benodigdheden van ver weg te laten vervoeren. Mensen op plaatsen met meer basiseconomieën zouden ook zonder de benodigde voorraden van ver moeten zitten.

Het kan vier tot tien jaar duren om alle schade te herstellen. Ondertussen, mensen zouden hun eigen voedsel moeten verbouwen, water vinden en dragen en zuiveren, en kook maaltijden boven vuur.

Sommige systemen zouden blijven werken, natuurlijk:fietsen, paardenkoetsen en zeilschepen. Maar een ander type apparatuur dat zou blijven werken, biedt een aanwijzing om dit soort rampen te voorkomen:elektrische auto's zouden blijven werken, maar alleen op plaatsen waar zonnepanelen waren en windturbines om ze op te laden.

Voorbereiden en beschermen

Geomagnetische stormen zouden die kleinschalige installaties veel minder beïnvloeden dan systemen op rasterschaal. Het is een basisprincipe van elektriciteit en magnetisme dat hoe langer een draad die wordt blootgesteld aan een bewegend magnetisch veld, hoe groter de stroom die in die draad wordt geïnduceerd.

in 1859, the telegraph system was so profoundly affected because it had wires stretching from city to city across the U.S. Those very long wires had to handle enormous amounts of energy all at once, and failed. Vandaag, there are long runs of wires connecting power generators to consumers – such as from Niagara Falls to New York City – that would be similarly susceptible to large induced currents.

The only way to reduce vulnerability to geomagnetic storms is to substantially revamp the power grid. Nutsvoorzieningen, it is a vast web of wires that effectively spans continents. Governments, businesses and communities need to work together to split it into much smaller components, each serving a town or perhaps even a neighborhood – or an individual house. These "microgrids" can be connected to each other, but should have protections built in to allow them to be disconnected quickly when a storm approaches. That way, the length of wires affected by the storm will be shorter, reducing the potential for damage.

A family using solar panels and batteries for storage and an electric car to get around would likely find its water supply, natural gas or internet service disrupted. But their freedom to travel, and to use electric lights to work after dark, would provide a much better chance at survival.

When will the next storm hit?

People should start preparing today. It's impossible to know when a major storm will hit next:The most we'll get is a three-day warning when something happens on the surface of the sun. It's really only a matter of time before there is another one like the Carrington event.

Solar astrophysicists are also studying the sun to identify any events or conditions that might herald a coronal mass ejection. They're collecting enormous amounts of data about the sun and using computer analysis to try to connect that information to geomagnetic storms on Earth. This work is underway and will become more refined over time. The research has not yet yielded a reliable prediction of a coming solar storm before an ejection occurs, but it improves each year.

Volgens mij, the safest course of action involves developing microgrids based on renewable energy. That would not only improve people's quality of life around the planet right now, but also provide the best opportunity to maintain that lifestyle when adverse events happen.

Dit artikel is oorspronkelijk gepubliceerd op The Conversation. Lees het originele artikel.