Impact zonnestorm eindelijk voorspelbaar

We leven in een wereld waarin we continu afhankelijk zijn van technologie. Maar wat als die plots wegvalt? Niet door een tsunami, een aardbeving of orkaan, maar door een dreiging uit de ruimte: een zonnestorm. Begin 2022 negeerde Space X een zonnestormwaarschuwing waardoor 40 van de 49 net gelanceerde Starlink-satellieten al na één dag verloren gingen. Ook eerder ging het al ferm de mist in. Zo lag in 1989 het elektriciteitsnet van Quebec meer dan 12 uur lang plat en in 1859 vlogen de batterijen van telegrafen spontaan in vuur en vlam.

De economische kost van een extreme zonnestorm wordt in onze huidige maatschappij boven de drie biljoen euro geschat (een 1 met 12 nullen!). Daarom is een extreme zonnestorm een natuurramp, ook voor het nationale crisiscentrum van België.

Ruimteweerbericht

Net zoals op aarde, wordt ook de ruimte gekenmerkt door complexe weerfenomenen. De zon belaagt de aarde en haar magneetveld met een continue stroom aan geladen deeltjes, die zich langs het magneetveld van de zon voortbewegen. Op regelmatige basis vinden er aan het oppervlakte van de zon explosieve uitbarstingen plaats. Deze zonnestormen razen door de ruimte aan hoge snelheden tot wel 3000 km/s en hebben een ingewikkeld en sterk magneetveld. De interactie tussen het magneetveld van de zonnestorm en dat van de aarde zorgt ervoor dat deze snelle deeltjes onze atmosfeer kunnen binnendringen met als resultaat een geomagnetische storm. Hoe vaak dit gebeurt hangt af van de zonnecyclus. En omdat we op een maximum afstevenen, worden de komende jaren spannend.

Zonnestormen voorspellen is moeilijk. Het is dan wel meer dan 150 jaar geleden dat we ontdekten dat zonnestormen onze aarde beïnvloeden, toch staat het ruimteweerbericht nog niet helemaal op punt. In tegenstelling tot de brede waaier aan data en metingen voor het gewone weer op aarde, hebben ruimteweervrouwen en -mannen maar een erg gelimiteerd aantal observaties ter beschikking. Tot voor kort konden ze alleen voorspellen dàt er een zonnestorm aankomt. Hoe sterk het zal stormen? Geen idee.

Zonnestormalarm

Tijdens mijn doctoraat ging ik aan de slag om dit toch wel pittige mankement weg te werken. Met veel vallen en opstaan slaagde ik erin om het bestaande zonnestormmodel van het zogenaamde EUHFORIA model uit te breiden. Dit deed ik door het bestaande systeem uit te breiden met een magneetveld. Want dat ontbrak. En laat het magneetveld nu net die parameter zijn die de ernst van de storm op aarde bepaalt.

Ons model gedraagt zich nu dus als Buienalarm, maar dan voor het ruimteweer. Zoals wolken zich over de map van België verplaatsen en aangeven waar het zal regenen, zo kunnen we de zonnestormen volgen over een map van ons zonnestelsel en daarbij “regen” voorspellen. En nu blijft het niet enkel daarbij, want we kunnen ook voor een specifieke locatie, zoals aarde, een voorspelling maken met zowel het tijdstip van de storm, als de intensiteit.

Om het ruimteweerbericht aan de Koninklijke Sterrenwacht van België te versterken, kunnen zij sinds kort ook mijn model gebruiken. Als één van de 22 regionale waarnemingscentra die verspreid zijn over de hele wereld, sturen zij elke dag opnieuw een ruimteweerbericht uit voor de ruimtevaart, satellietbeheerders, luchtvaart en iedereen die geïnteresseerd is*.

Perfectie?

Specifieke invoer is vereist om mijn model te kunnen draaien en een voorspelling te maken. Aan de hand devevan observaties van de zon kan de sterrenwacht berekenen in welke richting de zonnestorm zich voortbeweegt en aan welke snelheid. Deze zorgen voor de belangrijkste invoer voor mijn model. Foutenmarges in deze invoer kunnen de nauwkeurigheid van de voorspelling beïnvloeden. Deze worden veroorzaakt door een gebrek aan observaties, de beperkingen van het zonnestormmodel zelf, en zelfs de subjectiviteit van de voorspeller speelt een rol.

Ik wilde meer leren over de verschillende foutenmarges en daarom richtte ik als jongste onderzoeker ooit een internationaal team van 14 zonnestorm-expert onderzoekers op bij het Internationaal Instituut voor ruimtewetenschap.

Voor het eerst in de geschiedenis van de ruimteweervoorspellingen zijn we erin geslaagd om meer dan 10 verschillende waarnemers exact dezelfde data te laten bestuderen. Daarbij bepaalden deze zonnestorm-experten de locatie en de snelheid van de zonnestormen aan de hand van specifieke observaties. En wat blijkt? De waarnemers hebben een brede waaier aan interpretaties van de data en zijn het eigenlijk niet met elkaar eens. Iedereen duidde een verschillend deel van de observatie aan als zonnestorm! Nog veel ruimte voor verbetering dus.

Geen paniek

Maar er is geen reden tot paniek. Ruimteweer staat reeds enkele jaren op de politieke agenda. Ook NASA en ESA beseffen dat we ons moeten inzetten om meer over de zon en het ruimteweer te begrijpen. Daarom lanceerden de grote Amerikaanse en Europese ruimtevaartorganisaties recent twee satellieten. De Parker Solar Probe en Solar Orbiter satellieten zorgen voor nooit eerder geziene observaties vanuit nieuwe hoeken én afstanden dichter bij de zon.

In 2024 staat er ook de SunRISE missie gepland, die ons meer zal leren over hoe zonnestormen ontstaan. Modellen zoals EUHFORIA dragen enorm bij aan ons begrip van zonnefenomenen: we kunnen de observaties vergelijken met onze modellen en zo identificeren waar zij tekortschieten.

Op die manier kunnen we het huidige zonnestormmodel verbeteren om zo op termijn ons ruimteweerbericht net zo goed te maken als het huidige weerbericht.

Ruimteweerbericht, ook voor jou

*Wil jij ook het dagelijkse ruimteweerbericht krijgen, een overzicht van de voorbije week, of het zonnestormalarm. Dat kan door je hier in te schrijven (https://www.sidc.be/registration/registration_step1.php). Kies voor “SIDC ursigram”, “STCE Newsletter” of “Presto”, respectievelijk.

Christine Verbeke dingt mee naar de Vlaamse PhD Cup 2023. Ontdek meer over dit onderzoek op www.phdcup.be.