Verstoring van elektrische systemenEdit

Er is gesuggereerd dat een geomagnetische storm van de omvang van de zonnestorm van 1859 miljarden of zelfs triljoenen dollars schade zou toebrengen aan satellieten, elektriciteitsnetten en radiocommunicatie, en zou kunnen leiden tot stroomstoringen op massale schaal die misschien pas na weken, maanden of zelfs jaren kunnen worden hersteld. Dergelijke plotselinge stroomstoringen kunnen de voedselproductie bedreigen.

Het elektriciteitsnet

Wanneer magnetische velden zich verplaatsen in de nabijheid van een geleider, zoals een draad, wordt in de geleider een geomagnetisch geïnduceerde stroom geproduceerd. Dit gebeurt op grote schaal tijdens geomagnetische stormen (hetzelfde mechanisme beïnvloedde ook telefoon- en telegraaflijnen vóór de glasvezel, zie boven) op alle lange transmissielijnen. Lange transmissielijnen (vele kilometers lang) zijn dus onderhevig aan schade door dit effect. Dit geldt met name voor exploitanten in China, Noord-Amerika en Australië, vooral bij moderne hoogspanningslijnen met een lage weerstand. Het Europese net bestaat voornamelijk uit kortere transmissiecircuits, die minder kwetsbaar zijn voor schade.

De (bijna directe) stromen die door geomagnetische stormen in deze lijnen worden geïnduceerd, zijn schadelijk voor elektrische transmissieapparatuur, met name transformatoren: ze veroorzaken verzadiging van de kern, waardoor hun prestaties worden beperkt (en diverse veiligheidsvoorzieningen in werking treden), en spoelen en kernen warm worden. In extreme gevallen kan deze hitte de transformatoren onklaar maken of zelfs vernietigen en een kettingreactie veroorzaken die de transformatoren kan overbelasten. De meeste generatoren zijn op het net aangesloten via transformatoren, waardoor zij geïsoleerd zijn van de geïnduceerde stromen op het net en veel minder gevoelig zijn voor schade als gevolg van geomagnetisch geïnduceerde stromen. Een transformator die hieraan wordt blootgesteld, zal echter fungeren als een onevenwichtige belasting van de generator, waardoor negatieve volgstroom in de stator ontstaat en bijgevolg de rotor opwarmt.

Volgens een studie van de Metatech corporation zou een storm met een kracht vergelijkbaar met die van 1921 meer dan 300 transformatoren vernielen en meer dan 130 miljoen mensen in de Verenigde Staten zonder stroom zetten, met een kostenpost van enkele biljoenen dollars. Over de omvang van de ontwrichting wordt gediscussieerd, waarbij sommige getuigenissen van het Congres wijzen op een mogelijk onbeperkte stroomuitval totdat de transformatoren kunnen worden vervangen of gerepareerd. Deze voorspellingen worden tegengesproken door een rapport van de North American Electric Reliability Corporation, waarin wordt geconcludeerd dat een geomagnetische storm tijdelijke instabiliteit van het net zou veroorzaken, maar geen wijdverbreide vernietiging van hoogspanningstransformatoren. Het rapport wijst erop dat de veel geciteerde instorting van het elektriciteitsnet in Quebec niet werd veroorzaakt door oververhitte transformatoren, maar door de bijna gelijktijdige uitschakeling van zeven relais.

Naast het feit dat transformatoren kwetsbaar zijn voor de effecten van een geomagnetische storm, kunnen elektriciteitsbedrijven ook indirect worden getroffen door de geomagnetische storm. Zo kunnen internetproviders tijdens geomagnetische stormen uitvallen (en/of nog lang daarna niet operationeel zijn). Elektriciteitsbedrijven kunnen apparatuur hebben die een werkende internetverbinding nodig heeft om te kunnen functioneren, dus in de periode dat de internetprovider uitvalt, kan ook de elektriciteit niet worden gedistribueerd.

Door geomagnetische stormwaarschuwingen en -waarschuwingen te ontvangen (bijvoorbeeld door het Space Weather Prediction Center; via ruimteweersatellieten als SOHO of ACE), kunnen elektriciteitsbedrijven de schade aan elektriciteitstransmissieapparatuur tot een minimum beperken, door transformatoren tijdelijk los te koppelen of door tijdelijke black-outs te induceren. Er bestaan ook preventieve maatregelen, zoals het voorkomen van de instroom van GIC’s in het net via de neutraal-aardeverbinding.

CommunicatieEdit

Hoogfrequente (3-30 MHz) communicatiesystemen maken gebruik van de ionosfeer om radiosignalen over lange afstanden te weerkaatsen. Stormen in de ionosfeer kunnen de radiocommunicatie op alle breedtegraden beïnvloeden. Sommige frequenties worden geabsorbeerd en andere gereflecteerd, wat leidt tot snel fluctuerende signalen en onverwachte propagatiepaden. TV- en commerciële radiostations ondervinden weinig invloed van zonneactiviteit, maar grond-lucht-, schip-kust-, kortegolf-omroep- en amateurradio (meestal de banden onder 30 MHz) worden vaak verstoord. Radio-operators die HF-banden gebruiken, zijn afhankelijk van zonne- en geomagnetische waarschuwingen om hun communicatiecircuits draaiende te houden.

Militaire opsporings- of waarschuwingssystemen die in het hoge frequentiebereik opereren, ondervinden ook de invloed van zonneactiviteit. De over-the-horizon-radar kaatst signalen terug van de ionosfeer om de lancering van vliegtuigen en raketten op grote afstand te controleren. Tijdens geomagnetische stormen kan dit systeem ernstig worden gehinderd door radio clutter. Ook sommige opsporingssystemen voor onderzeeërs gebruiken de magnetische signaturen van onderzeeërs als één van de inputs voor hun lokaliseringssystemen. Geomagnetische stormen kunnen deze signalen maskeren en vervormen.

De Federal Aviation Administration ontvangt routinematig waarschuwingen over zonne-radio-uitbarstingen, zodat zij communicatieproblemen kan herkennen en onnodig onderhoud kan voorkomen. Wanneer een vliegtuig en een grondstation op één lijn staan met de zon, kunnen hoge ruisniveaus optreden op radiofrequenties van de luchtverkeersleiding. Dit kan ook gebeuren op UHF- en SHF-satellietcommunicatie, wanneer een grondstation, een satelliet en de zon op één lijn staan. Om onnodig onderhoud aan satellietcommunicatiesystemen aan boord van vliegtuigen te voorkomen, biedt AirSatOne een live feed voor geofysische gebeurtenissen van NOAA’s Space Weather Prediction Center. De live feed van AirSatOne stelt gebruikers in staat waargenomen en voorspelde ruimtestormen te bekijken. Geofysische waarschuwingen zijn belangrijk voor vliegtuigbemanningen en onderhoudspersoneel om te bepalen of een aankomende activiteit of geschiedenis een effect heeft of zal hebben op satellietcommunicatie, GPS-navigatie en HF-communicatie.

Telegraaflijnen werden in het verleden beïnvloed door geomagnetische stormen. Telegrafen gebruikten een enkele lange draad voor de datalijn, die zich vele kilometers uitstrekte, de grond als retourdraad gebruikten en gevoed werden met gelijkstroom uit een batterij; hierdoor waren zij (samen met de hieronder genoemde elektriciteitsleidingen) vatbaar voor beïnvloeding door de fluctuaties die door de ringstroom werden veroorzaakt. De door de geomagnetische storm geïnduceerde spanning/stroom kon het signaal verminderen, wanneer het van de batterijpolariteit werd afgetrokken, of tot overdreven sterke en valse signalen leiden, wanneer het eraan werd toegevoegd; sommige operatoren leerden de batterij los te koppelen en op de geïnduceerde stroom als hun krachtbron te vertrouwen. In extreme gevallen was de geïnduceerde stroom zo hoog dat de spoelen aan de ontvangstzijde in vlammen uitbarstten, of dat de operatoren elektrische schokken kregen. Geomagnetische stormen hebben ook invloed op langeafstandstelefoonlijnen, waaronder onderzeese kabels, tenzij die van glasvezel zijn.

Schade aan communicatiesatellieten kan niet-terrestrische telefoon-, televisie-, radio- en internetverbindingen verstoren. De National Academy of Sciences rapporteerde in 2008 over mogelijke scenario’s van wijdverbreide verstoring tijdens de zonnepiek van 2012-2013.

NavigatiesystemenEdit

Het wereldwijde satellietnavigatiesysteem (GNSS) en andere navigatiesystemen zoals LORAN en het nu ter ziele gegane OMEGA ondervinden nadelige gevolgen wanneer zonneactiviteit hun signaalverspreiding verstoort. Het OMEGA-systeem bestond uit acht zenders die over de hele wereld waren verspreid. Vliegtuigen en schepen gebruikten de zeer laagfrequente signalen van deze zenders om hun positie te bepalen. Tijdens zonnegebeurtenissen en geomagnetische stormen gaf het systeem de navigatoren informatie die tot enkele mijlen onnauwkeurig was. Als navigators waren gewaarschuwd dat er een protongebeurtenis of een geomagnetische storm aan de gang was, hadden zij op een reservesysteem kunnen overschakelen.

GNSS-signalen worden beïnvloed wanneer zonneactiviteit plotselinge variaties in de dichtheid van de ionosfeer veroorzaakt, waardoor de satellietsignalen gaan scintilleren (als een fonkelende ster). De scintillatie van satellietsignalen tijdens verstoringen van de ionosfeer is bestudeerd bij HAARP tijdens experimenten met wijziging van de ionosfeer. Het is ook bestudeerd in het Jicamarca Radio Observatorium.

Een technologie die wordt gebruikt om GPS-ontvangers te laten blijven werken in aanwezigheid van een aantal verwarrende signalen is Receiver Autonomous Integrity Monitoring (RAIM). RAIM gaat er echter van uit dat het grootste deel van de GPS-constellatie naar behoren functioneert, en is dus veel minder bruikbaar wanneer de hele constellatie wordt verstoord door wereldwijde invloeden zoals geomagnetische stormen. Zelfs als RAIM in deze gevallen een verlies van integriteit detecteert, kan het geen bruikbaar, betrouwbaar signaal leveren.

SatelliethardwareschadeEdit

Geomagnetische stormen en verhoogde ultraviolette emissie van de zon verhitten de bovenste atmosfeer van de aarde, waardoor deze uitzet. De opgewarmde lucht stijgt, en de dichtheid bij de omloopbaan van satellieten tot ongeveer 1.000 km neemt aanzienlijk toe. Dit leidt tot een grotere luchtweerstand, waardoor satellieten langzamer gaan draaien en lichtjes van baan veranderen. Low Earth Orbit satellieten die niet herhaaldelijk naar hogere banen worden gebracht, vallen langzaam en verbranden uiteindelijk.

De vernietiging van Skylab in 1979 is een voorbeeld van een ruimtevaartuig dat voortijdig de atmosfeer van de aarde weer binnendrong als gevolg van hoger dan verwachte zonneactiviteit. Tijdens de grote geomagnetische storm van maart 1989 moesten vier navigatiesatellieten van de marine tot een week lang uit de vaart worden genomen, moest het U.S. Space Command voor meer dan 1000 getroffen objecten nieuwe baanelementen plaatsen en viel de satelliet van de Solar Maximum Mission in december van datzelfde jaar uit zijn baan.

De kwetsbaarheid van de satellieten hangt ook af van hun positie. De Zuid-Atlantische Anomalie is een gevaarlijke plaats voor een satelliet om doorheen te gaan.

Naarmate de technologie ruimtevaartuigonderdelen kleiner heeft gemaakt, zijn hun geminiaturiseerde systemen steeds kwetsbaarder geworden voor de energetischere zonnedeeltjes. Deze deeltjes kunnen microchips fysiek beschadigen en kunnen softwarecommando’s in satellietcomputers veranderen.

Een ander probleem voor satellietoperators is differentiële oplading. Tijdens geomagnetische stormen nemen het aantal en de energie van elektronen en ionen toe. Wanneer een satelliet door deze energetische omgeving reist, laden de geladen deeltjes die het ruimteschip raken, delen van het ruimteschip verschillend op. Ontladingen kunnen over componenten van het ruimteschip heen vonken en deze beschadigen en mogelijk onbruikbaar maken.

Bulk oplading (ook wel diepe oplading genoemd) vindt plaats wanneer energetische deeltjes, voornamelijk elektronen, de buitenste bekleding van een satelliet binnendringen en hun lading in de interne onderdelen afzetten. Als zich voldoende lading in een component ophoopt, kan deze proberen te neutraliseren door naar andere componenten te ontladen. Deze ontlading is potentieel gevaarlijk voor de elektronische systemen van de satelliet.

GeofysicaEdit

Het magnetisch veld van de aarde wordt door geofysici gebruikt om onderaardse rotsstructuren te bepalen. Meestal zoeken deze geodetici naar olie-, gas- of mineraalafzettingen. Zij kunnen dit alleen doen wanneer het veld van de aarde stil is, zodat echte magnetische signaturen kunnen worden gedetecteerd. Andere geofysici werken liever tijdens geomagnetische stormen, wanneer sterke variaties in de normale elektrische stromen van de aarde onder de grond hen in staat stellen olie- of mineraalstructuren onder de grond waar te nemen. Deze techniek wordt magnetotellurics genoemd. Om deze redenen gebruiken veel landmeters geomagnetische waarschuwingen en voorspellingen om hun karteringsactiviteiten te plannen.

PijpleidingenEdit

Snel fluctuerende geomagnetische velden kunnen geomagnetisch geïnduceerde stromingen in pijpleidingen veroorzaken. Dit kan leiden tot meerdere problemen voor pijpleiding ingenieurs. Debietmeters in pijpleidingen kunnen foutieve informatie over het debiet doorgeven en de corrosiesnelheid van de pijpleiding kan dramatisch worden verhoogd.

Stralingsgevaren voor mensenEdit

Aardes atmosfeer en magnetosfeer bieden voldoende bescherming op grondniveau, maar astronauten zijn onderhevig aan potentieel dodelijke stralingsvergiftiging. Het binnendringen van hoogenergetische deeltjes in levende cellen kan chromosoomschade, kanker en andere gezondheidsproblemen veroorzaken. Grote doses kunnen onmiddellijk dodelijk zijn. Zonneprotonen met energieën van meer dan 30 MeV zijn bijzonder gevaarlijk.

Zoneprotonen kunnen ook verhoogde straling veroorzaken aan boord van vliegtuigen die op grote hoogte vliegen. Hoewel deze risico’s klein zijn, kunnen vliegtuigbemanningen herhaaldelijk worden blootgesteld, en monitoring van zonneprotonen door satellietinstrumenten maakt het mogelijk de blootstelling te volgen en te evalueren, en uiteindelijk vliegroutes en hoogtes aan te passen om de geabsorbeerde dosis te verlagen.

Effect op dierenEdit

Wetenschappers bestuderen nog steeds of dieren er al dan niet door worden beïnvloed, waarbij sommigen suggereren dat zonnestormen walvissen ertoe aanzetten zich op het strand te nestelen. Sommigen hebben gespeculeerd dat migrerende dieren die magnetoreceptie gebruiken om te navigeren, zoals vogels en honingbijen, er ook last van zouden kunnen hebben.