Zonnestorm, het àndere millenniumprobleem

Haagsche Courant, 12-06-1999

Zonnestorm, het àndere millenniumprobleem

In de loop van volgend jaar worden problemen verwacht met elektriciteitsvoorziening en satellieten. Televisie, telefoon en GPS dreigen ontregeld te raken. De oorzaak hiervan ligt in uitbarstingen van de zon. Hoewel er hard gewerkt wordt om de schade te beperken, bestaan er geen afdoende maatregelen.

Quebec, 13 maart 1989. Het was een rustige nacht toen zich vlak na twaalven de eerste storingen
voordeden in het elektriciteitsnet. Enkele sectoren waren uitgevallen. Maar voordat de ingenieurs een kans kregen om die af te koppelen, vielen ook elders stations uit. Binnen enkele minuten voltrok zich een cascade van storingen die zes miljoen mensen negen uur lang in het donker zette. Tegelijkertijd ervoer de politie in de Verenigde Staten vreemde radiosignalen. Agenten die in San Francisco contact zochten met de centrale kregen het 3000 kilometer noordelijker gelegen Minneapolis aan de lijn. Diezelfde nacht verloor de NASA het contact met enkele van haar satellieten.
Boven het rampgebied straalde het mysterieuze schijnsel van het noorderlicht. Helderder en zuidelijker dan ooit tevoren; zelfs Cuba en Porto Rica maakten melding van het poollicht.
De Aarde was geraakt door een storm, een zonnestorm. Een wervelende wolk van zeer heet gas (plasma), afkomstig van de zon en met voldoende energie om de Middellandse zee droog te koken, was op het magnetisch veld van de Aarde gestuit.

Dat de zon zo nu en dan uitbarstingen vertoont is al bekend uit de tijd van Galileo, toen de eerste telescopen verschenen. Toen ontdekte men vlekken op het oppervlak van de zon en merkte men dat het aantal zonnevlekken varieerde, en wel met een periode van elf jaar. Iedere elf jaar is er een zogeheten zonnemaximum met een groot aantal zonnevlekken en uitbarstingen (flares). Grote hoeveelheden gas in plasmavorm (elektronen en kernen bewegen door de hoge temperatuur los van elkaar) worden daarbij de ruimte in gestoten. Wanneer zo’n plasmawolk het pad van de Aarde kruist, kan dat de taferelen opleveren van maart 1989.

Aan het begin van deze eeuw viel het enkele opmerkzame wetenschappers op dat een uitzonderlijk helder poollicht steeds voorafgegaan werd door uitbarstingen van de zon twee tot drie dagen eerder. Toen in de jaren vijftig de groep van Professor Van Allen van de universiteit van Iowa vaststelde dat het poollicht veroorzaakt werd door elektronen, bevestigde dat het verband tussen poollicht, atmosferische storingen in het radioverkeer en zonneactiviteit.
In het huidige technologische tijdperk blijven de gevolgen echter niet beperkt tot het noorderlicht. Zonnestormen teisteren namelijk satellieten.
Bij het European Space Agency (ESA) in Noordwijk weten ze daarvan mee te praten. In 1982 schakelde de maritieme communicatiesatelliet MAREX spontaan in stand-by, en ook de bekende weersatelliet METEOSAT vertoonde herhaaldelijk kuren. Bij analyse van de storingen bleken deze steeds samen te vallen met observaties van intensief poollicht.
Dr Eamonn Daly is bij ESA belast met de bescherming van satellieten tegen wat men noemt het ruimteweer. “De stralingsschade is in twee categorieën te verdelen” legt hij uit. Zonnestormen veroorzaken naast stralingsschade ook plotselinge ontladingen in de vorm van vonken binnen de satelliet.
Straling kan elektronische componenten en circuits ontregelen of vernietigen. Met name microchips zijn hier gevoelig voor. Stralingsschade kan variëren van een fout in de data (denk aan een storende punt in een plaatje) tot uitval van functies zoals het onbestuurbaar worden van de satelliet.
Ontladingen zijn een indirecte vorm van stralingsschade. Elektronen in de zonnewind bouwen een lading op aan één kant van een satelliet. Na verloop van tijd loopt de elektrische spanning zo hoog op, dat er een spontane ontlading optreedt die de boordelektronica ernstig kan ontregelen.
Het is de taak van Daly’s groep om er op toe te zien dat satellieten beschermd worden tegen straling vanuit de ruimte. Gesloten metalen dozen moeten de elektronica aan boord tegen straling beschermen, maar afscherming is een kwestie van afweging: iedere gram afscherming gaat ten koste van het instrumentarium omdat het totale lanceergewicht beperkt is.
De andere soort van stralingsschade, ontladingen, zijn goeddeels te voorkomen door alle materiaal aan de buitenkant van de satelliet van een geleidende coating te voorzien. Vandaar het glimmende uiterlijk van satellieten.

Op de grond zijn elektriciteitsleidingen gevoelig voor de zonnewind. In Amerika bleek dat aan het eind van de 19e eeuw toen lange telegraafdraden zoveel stroom oppikten dat het systeem zonder voeding werkte. Marconisten hoorden in hun koptelefoon merkwaardige zwevende en fluitende geluiden, maar hadden geen idee van de oorsprong.
Nu is dat wel bekend: wanneer een wolk geladen deeltjes van de zon door het aardmagnetisch veld kolkt, vervormt dat het magnetisch veld. Als gevolg daarvan ontstaan er inductiestromen op het aardoppervlak. Indien de bodem niet geleidt -zoals in Canada waar de ondergrond voornamelijk uit graniet bestaat- zal de inductiestroom z’n weg zoeken door elektriciteitsleidingen.
Het probleem met inductiestromen is niet de stroomsterkte (enkele tientallen ampères), maar het feit dat het een gelijkstroom is binnen een wisselstroomcircuit. Transformatoren kunnen daar erg slecht tegen, ontwikkelen buitensporig veel warmte en vallen tenslotte uit.

Gezien de mogelijke maatschappelijke impact van een zonnestorm is het niet verwonderlijk dat de zon scherp in de gaten gehouden wordt. In Amerika is daarvoor het Space Environment Center (SEC) ingericht. Directeur Dr Ernest Hildner spreekt over zonnestormen als het àndere millenniumprobleem: “We verwachten het volgende zonnemaximum in het jaar 2000. Drie tot vier jaar lang zullen er dan meer en heftiger zonnestormen woeden en het noorderlicht zal zichtbaar zijn tot in Amsterdam en Parijs.”
Eamonn Daly (ESA) voorziet ingrijpende gevolgen: “We worden steeds afhankelijker van satellieten. Twee jaar geleden waren er 200 actieve satellieten in omloop, nu zijn dat er 400 en in 2004 zullen het er 1000 zijn. En meerendeel is bestemd voor communicatie en navigatie.” Daarbij komt dat de huidige satellieten -ondanks hun afscherming- door hun toegenomen complexiteit kwetsbaarder zijn geworden voor zonnewind en andere straling.
Op het Space Environment Center wacht men intussen op de grote storm. Uit oude verhalen van de Romeinen blijkt dat in die tijd het poollicht tot in Zuid-Italië zichtbaar was. Zulke stormen zijn in de afgelopen eeuw niet meer gezien, maar ze zijn blijkbaar wel mogelijk.
Wat zo’n storm bij de huidige technologie kan aanrichten is
voor de meeste mensen -ten onrechte- geen punt van zorg. Satellieteigenaren en elektriciteitsmaatschappijen hopen maar op het beste en alleen in het Space Environment Center kijkt men er handenwrijvend naar uit.

copyright © Het Inzicht / Jos Wassink, 1999