Solstormar och. - om solforskning och om en typ av solpåverkan mätt under kort tid. Henrik Lundstedt Institutet för rymdfysik i Lund

Transkript

1 Solstormar och GIC - om solforskning och om en typ av solpåverkan mätt under kort tid Henrik Lundstedt Institutet för rymdfysik i Lund

2 Innehåll Hur observeras omvandlingen av magnetisk energi i solens korona (dvs solstormar)? Elforsk rapport 03:34 Effects of GICs on protections systems av Sture Lindahl. Vad hände på solen vid de tillfällen Lindahl beskriver, samt några till? Vilken solstorm/rymdväderservice gavs och vad kunde dåtidens forskning ytterligare kunnat ha berättat? Vilka operativa förutsägelser ges internationellt idag? Myndigheter och solstormar (FEMA, MSB, NVE/DSB...) Solstormen oktober 2011 och solforskningen idag. Sammanfattning

3 Som Solar flares Centrum-västlig longitud är mest geoeffektiv Energy: ~1018kWh (motsvarande USA energibehov under år!) Antal: X1(175/cykel),X10(8/ cykel),x20(<1/cykel),x50(1/150 år)

4 Som koronamassutkastningar (CMEs) 20 Jan Jan Halo CMEs är mest geoeffektiva Massa(plasma): 5-50 miljarder ton Chocker skapade av snabba CMEs kan accelerera protoner upp till MeV energier, vilka är framme inom ungefär en timme. Antal: 3.5/dag(max), 0.2/ dag (min) Hastighet: km/s (snabbast framme inom 14.6 timmar)

5 Elforsk rapport 03:34 Effects of GICs on protections systems av Sture Lindahl GIC händelser 1859, 1909, 1921, 1940, 1958, 1960, 1972, 1978, 1979, 1979, 1989, 2003, 2011, 1-2 september 25 september maj mars 10 februari 13 november 4-5 augusti September 4 januari 25 augusti 13 mars oktober oktober

6 Solstormar och effekt 27 augusti - 7 September, 1859 Solforskning: Heinrich Schwabe påvisar 11 års solfläckscykeln. Edward Sabine har påvisar att jordmagnetiska aktiviteten följer årliga solfläcksaktiviteten. Under medioker solfläckscykel (lik 24!) September 1-2, 1859: Dst = -1760nT ( H=1720nT, Bombay) (Superstorm <-300nT!!) ( 5000+nT/min har rapporterats)

7 Årliga solfläckstalet Solstorm och effekt 25 September, 1909 Solforskning: Markbaserade solobservationer Kalosca Observatory, Ungern (1909) Antalet dagar per år telegraftrafiken stördes Mount Wilson första solmagnetfältsmätningar Rymdvädersservice i Sverige för mer än 100 år sedan Lokala strömmätningar: I Sverige fanns redan för mer än 100 år sedan ett observationsnät, omfattande 20 telegraflinjer. Telegraftjänstemännen antecknade de tillfällen, då trafiken stördes av j (GIC). Det erhållna materialet bearbetades sedan av svenska telegrafverket. Globala mätningar: 1930 hade GICs mäts sedan1910 vid Observatorio de fisica cosmica del Ebro i Spanien, Peru, Australien och Sverige.

8 Solstorm och effekt maj, 1921 Sunspot and geomagnetic aa index for the storm Of May 15, 1921 E på 20V/km uppmättes, motsvarande >4000nT/min Solforskning: Markbaserade solobservationer Astronomiska observatoriet Kvistaberg, Uppsala (1921)

9 Solstorm och effekt mars, 1940 Solforskning: Hannes Alfvén beskriver MHD (infruset magnetfält, reconnection) (Nobelpris 1970). Bengt Edlén förklarar spektroskopiska observationer av koronan med att koronan har en temperatur på miljoner grader. Jordmagnetiska stormen orsakade omfattande elavbrott längs atlantkusten (New England, New York, eastern Pennsylvania) i USA påskdagen Även Ontario och Quebec i Kanada.

10 Solstorm och effekt 10 februari, 1958 Solforskning: Eugene Parker visar att koronan expanderar och skapar en solvind. Under den kraftiga solcykeln 19 inträffade många solstormar. Den 11 februari uppnådde aa indexet UT. CMEn var associerad med en white-light solar flare den 9 februari. En voltmeter i Stockholm och en i Södertälje uppmätte 100V vid 01.28UT motsvarande E= 3V/ km, men så höga som 20-25V/km rapporterades.

11 Solstorm och effekt 4-5 och 7 augusti, 1972 I närheten av solfläcksminimum den 29 juli syns en medelstor solfläcksgrupp komma in från östra randen. Inte specielt stort, men magnetiskt komplex med vridet magnetfält och kraftig gradient. Den 2 augusti frigjordes den upplagrade magnetiska energin i: två X-klass flares, protonhändelse, CMEs (tänkte man inte på). Tid mellan flare och chock 14.6 tim (v 2850km/s) Norrsken observerades 4-5 augusti och transfomatorer i USA påverkades. En ny X-klass senare den 4. Transatlantisk kommunikation stördes. Den största X-klassflaren ägde rum den 7 augusti (varade upp till 4 timmar). Instrumentet saturerades så uppskattning gick inte att göras. I Kanadensiska Britiska Colombia förstördes en 230kV transformator. Hade Apollo astronauterna utsatts för protonsvärmen hade de dött inom 10 timmar. Solforskning: Inga CMEs diskuterades. Första CMEs observerades 14 December 1971 med OSO-7 satelliten.

12 Solstorm och effekt mars, 1989 Solär-Terrrest Fax till driftledningen på Sydkraft i Malmö Upphettning i en transformator hos Sydkraft En white-light flare observerades den 10 mars i AR 5935 och SMM satellitens koronograf detekterade en stor halo CME. Sent den 13 mars nådde CMEn jorden. Jordmagnetiska storm index Dst uppnådde -589nT (~480nT/min). Solforskning: Jack Gosling beskriver sk Flare myten och hävdar att det är CMEs som orsakar jordmagnetiska stormar.

13

14 Solstormar och elavbrott i Malmö 2003 Solaktivitet varnades för vecka till dagar i förväg baserat på bilder av solens baksida och realtids sol/rymdvädersinfo. Elkraftsindustrin hade inte utfört åtgärder om de ej fått information om solstormarna. Stanford samarbete elavbrott i södra sverige 21:07, oktober 30, 2003 Störningen orsakade bortkoppling av ett antal ledningar. Ett stort antal kunder blev spänningslösa. Ett antal transformatorer löstes ut. Den mest utsatta anläggningen är OKG. H. Swahn E-on TV film

15 Solstorm och effekt under oktober/november 2003 Solforskning: Helioseismologi (farside) MDI CMEs (LASCO), Solar flares (EIT) (SOHO) Solvind (ACE).

16 Rymdväderseffekter under Halloween händelsen 2003 Deep-Space Missions:Mars Odyssey orbiter, ACE and SOHO, Startdust,SMART-1, Mars Express: Earth Orbiting Spacecraft:59% missions Satellite anomalies experienced effects. $640 million ADEOS-2 spacecraft was damaged. US defense couldn t carry out satellite operations GPS problems During 15 hours on October 29th and 11 hours on October 30th the GPS WAAS couldn t be used. No surveys or oil drillings were possible. TEC increased 30% on October 28th. HF communication problems Polar flights were not carried out due to communication problems. MacRay radio had during 130 hours no communication with scientists at Arctic. Radiation problems Astronautes onboard ISS had to take precautionary shelter. Polar lights GIC problems Northern Light (Aurora) was seen at Mediterranean latitude, Southern California and Southern light in Australia. Malmö, in Sweden, experienced a blackout on October 30th due to strong GICs.

17 Operativa (automatiska)rymdbaserade förutsägelser och varningar av CMEs med solobservationer Detektering av CMEs CACTUS (Computer Aided CME Tracking) RWC-Belgium Solobservationer med SOHO, STEREO, SDO gör varningar möjliga. Modeller (GSFC/NASA) följer CMEn till planeterna

18 Operativa (automatiska) rymdbaserade förutsägelser och varningar av solar flares med solobservationer Solobservationer med SOHO, STEREO, SDO gör varningar möjliga. Area Variability McIntosh klass Magnetic klass (MW) N/L konfiguration Ålder RWC-USA (SWPC/NOAA)

19 Inom ESA GIC Pilot projektet togs GIC förutsägelser fram för en station och implementerades 2004

20 Operativa (automatiska) rymdbaserade förutsägelser och varningar av jordmagnetiska stormar (Dst,Kp, db/dt) baserade på L1 mätningar av ICME Solvind observationer ACE/NASA ger förutsägelser timmar i förväg. RWC-Sweden

21 Förutsägelseprototyp av GIC för Europa

22

23 Global täckning av rymdväderseffekter Western RWCs Central RWCs Eastern RWCs US Space Weather Workshop RWCs Korea European Space Weather Week 2003 Asia Oceania Space Weather Alliance 2011 ISES Regional Warning Centres bidrager med den OPERATIONALLA sidan av rymdväder Huvudsyftet med Regional Warning Centers är att bidraga med service till vetenskaps- och användarsamfundet inom den egna regionen. Servicen betår vanligen av förutsägelser och varningar av störningar solär-terresta miljön. Användare av RWC servicen innefattar användare av (HF) för kommunikation; mineralkartläggare som använder geofysiska metoder; elkratft och gaspipeline myndigheter; satellitoperatörer, kommerciella och vetenskapsmän osv.

24 RWC-Sweden RWC-Sweden lokala service: Real-time förutsägelser: Kp, Dst, db/dt, GIC IRF real-time data: Kiruna/Lycksele magnetogram, Riometer data,all-sky camera

25 Hur skall dagens sol-rymdväder distribueras? Korea WMO Asia-Oceania Space Weather Alliance I Norden?

26 A Workshop on Managing Critical Disasters: The Case of a Geomagnetic Storm 1. Helena Lindberg, Director-General, Swedish Civil Contingencies Agency (MSB) 2. William Craig Fugate, Administrator, FEMA 3. Thomas J. Bogdan, Director, SWPC, NWS, NOAA ISES presentation av H. Lundstedt

27 Solstormar och effekter oktober, 2011 Solforskning idag: Kopplingen mellan under ytan-på ytan-koronan,lokalt, globalt, hela tiden (SDO). Nya varningar dagar i förväg och av stormintensitet. (SDO möte I Monterey, mars)

28 Sammanfattning Ambitionen är att senaste solforskningsresultat skall tillämpas för att bättre förstå och förutsäga solens inverkan. Elkraftsindustrin har erfarenhet av solens påverkan under sådär 60 år. Solen har påverkat förhållanden på Jorden i 4.6 miljarder år. Prognoser borde kunna förmedlas av RWCs inom ISES via tex MSB/SMHI för Sveriges del. SLUT Tack! 16th Jan 04UT Solen sedd med SOHO and SDO Solen sedd från Barsebäcks strand