Strax efter 04:00 på en crisp, molnfri septembermorgon 1859, himlen ovanför vad som för närvarande är Colorado bröt ut i klarröda och gröna färger. Luras av ljuset att tro att det var en tidig gryning, guldrushar gruvarbetare i bergsregionen i det som då kallades Kansas Territory vaknade och började laga frukost. Det som hände i mer utvecklade regioner var ännu mer desorienterande, och bär en varning för 2000-talets trådbundna högteknologiska värld.

När himlen lyste upp över jordens nattsida, telegrafsystem över hela världen gick amok, klackar nonsenskod och avger stora gnistor som antände bränder i närliggande högar av papperstejp. Telegrafoperatörer fick elektriska brännskador. Inte ens att koppla bort telegrafenheterna från sina strömkällor stoppade frenesiet, eftersom själva transmissionsledningarna förde enorma elektriska strömmar. Modern teknik hade precis ödmjukats av en häftig rymdstorm som hade anlänt från solen, den största som någonsin registrerats – och mer än dubbelt så kraftig som en storm nio år tidigare, som i sig hade varit den största i känd historia.

Mina sju år av forskning om att förutsäga solstormar, kombinerat med mina decennier med hjälp av GPS-satellitsignaler under olika solstormförhållanden, tyder på att dagens ännu känsligare elektronik och satelliter skulle förstöras om en händelse av den storleken skulle inträffa igen. 2008, en expertpanel på uppdrag av National Academy of Sciences utfärdade en detaljerad rapport med en nykter slutsats:Världen skulle kastas tillbaka till livet i början av 1800-talet, och det skulle ta år – eller till och med ett decennium – att återhämta sig från en så stor händelse.

En solexplosion

Rymdväderstormar har inträffat sedan solsystemets födelse, och har träffat jorden många gånger, både före och efter den massiva händelsen 1859, som fick namnet Carrington-händelsen efter en brittisk astronom som registrerade sina observationer av solen vid den tiden. De orsakas av enorma elektromagnetiska explosioner på solens yta, kallas koronala massutstötningar. Varje explosion skickar miljarder protoner och elektroner, i en överhettad plasmaklot, ut i solsystemet.

Ungefär 1 av 20 koronala massutkastningar leder i en riktning som skär jordens omloppsbana. Cirka tre dagar senare, vår planet upplever vad som kallas en rymdväderstorm eller en geomagnetisk storm.

Även om dessa händelser beskrivs med termer som "väder" och "storm, "de påverkar inte om det är regnigt eller soligt, varm eller kall, eller andra aspekter av hur det är utomhus en viss dag. Deras effekter är inte meteorologiska, men bara elektromagnetisk.

Att träffa jorden

När den koronala massutkastningen anländer till jorden, de laddade partiklarna kolliderar med luftmolekyler i den övre atmosfären, genererar värme och ljus som kallas norrsken.

Också, som händer varje gång rörliga elektriska laddningar stöter på ett magnetfält, interaktionen skapar en spontan elektrisk ström i vilken ledare som helst som är tillgänglig. Om plasmakulan är tillräckligt stor, dess interaktion med jordens magnetfält kan inducera stora strömmar på långa ledningar på marken, som den som överbelastade telegrafkretsar 1859.

Den 13 mars, 1989, en storm bara omkring en femtedel så stark som Carrington-händelsen drabbade jorden. Det inducerade en stor strömstyrka i de långa kraftledningarna i Hydro-Quebec kraftnät, orsakar fysisk skada på transmissionsutrustning och lämnar 6 miljoner människor utan ström i nio timmar. En annan storminducerad strömstyrka förstörde en stor transformator vid ett kärnkraftverk i New Jersey. Även om en reservtransformator fanns i närheten, det tog fortfarande sex månader att ta bort och byta ut den smälta enheten. Vissa människor var oroliga att de starka norrskensljusen betydde att kärnvapenkrig hade brutit ut.

Och i oktober 2003, en snabb serie solstormar påverkade jorden. Sammantaget kallad Halloween solstormen, denna serie orsakade överspänningar som hotade det nordamerikanska elnätet. Dess effekter på satelliter gjorde GPS-navigeringen oregelbunden och avbröt kommunikationsanslutningarna under stormens topp.

Större stormar kommer att få bredare effekter, orsaka mer skada och ta längre tid att återhämta sig från.

Vidsträckta effekter

Geomagnetiska stormar angriper livsnerven i modern teknik:elektricitet. En rymdstorm varar vanligtvis i två eller tre dagar, under vilken hela planeten utsätts för kraftfulla elektromagnetiska krafter. National Academy of Sciences studie drog slutsatsen att en särskilt massiv storm skulle skada och stänga stadens elnät och kommunikationsnät över hela världen.

Efter att stormen gått över, det skulle inte finnas något enkelt sätt att återställa strömmen. Tillverkningsanläggningar som bygger ersättningar för utbrända ledningar eller krafttransformatorer skulle själva inte ha någon el. Lastbilar som behövs för att leverera råvaror och färdig utrustning skulle inte kunna tanka upp, antingen:Bensinpumpar går på el. Och de pumpar som var igång skulle snart torka upp, eftersom el också driver maskineriet som utvinner olja ur marken och förädlar den till användbart bränsle.

Med transportstopp, mat skulle inte komma från gårdar till butiker. Även system som verkar icke-teknologiska, som allmän vattenförsörjning, skulle stängas av:Deras pumpar och reningssystem behöver elektricitet. Människor i utvecklade länder skulle finna sig själva utan rinnande vatten, inga avloppssystem, ingen kyld mat, och inget sätt att få mat eller andra förnödenheter transporterade från långt håll. Människor på platser med mer grundläggande ekonomi skulle också sakna nödvändiga förnödenheter på långt håll.

Det kan ta mellan fyra och tio år att reparera alla skador. Sålänge, människor skulle behöva odla sin egen mat, hitta och bära och rena vatten, och laga mat över eld.

Vissa system skulle fortsätta att fungera, naturligtvis:cyklar, hästdragna vagnar och segelfartyg. Men en annan typ av utrustning som skulle fortsätta att fungera ger en ledtråd för att förhindra denna typ av katastrof:elbilar skulle fortsätta att fungera, men bara på platser där det fanns solpaneler och vindkraftverk för att ladda upp dem.

Förbereder och skyddar

Geomagnetiska stormar skulle påverka dessa småskaliga installationer mycket mindre än nätskaliga system. Det är en grundläggande princip för elektricitet och magnetism att ju längre en tråd som utsätts för ett rörligt magnetfält, desto större ström som induceras i den tråden.

År 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. I dag, 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. Nu, it is a vast web of wires that effectively spans continents. regeringar, 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. På det sättet, 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.

Från min synvinkel, 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.

Denna artikel publicerades ursprungligen på The Conversation. Läs originalartikeln.