Sola - vår livgivende stjerne. Hvordan påvirker den vårt samfunn og klima?

Transkript

1 Sola - vår livgivende stjerne. Hvordan påvirker den vårt samfunn og klima? Pål Brekke Norwegian Space Centre Pål Brekke 1

2 2

3 Galileo Galilei ( ) 3

4 Galileo speider mot Pleiadene Store avstander gjør det upraktisk å bruke kilometer. Derfor bruket en lysår Lyset beveger seg ca km per sekund. Hvor mange kilometer blir da ett lysår? Ett lysår = x 60s x 60m x 24t x 365d =

5 The Sun 5

6 Monstermaster 6

7 Solflekker Mørke områder på Solas overflate Skyldes kraftige magnetfelt som presser seg opp fra dypere lag Magnetfeltet reduserer energistrømmen fra dypere lag 7

8 Historical sunspot records I 1610 pekte Galileo og Thomas Harriot teleskopet mot Solen for første gang. Galileo skadet synet p.g.a. disse observasjonene. 8

9 Elektromagnetisk stråling 9

10 Sola sett med UV briller 10

11 Spactral Imaging Different spectral images of a biker Different spectral images of the Sun 11

12 Hva er solvinden? En konstant strøm av partikler fra Solas korona, med en temperatur på ca. 1 million grader og med en typisk hastighet på 1.5 millioner km/t (400 km/s). Solvinden når helt ut forbi banen til Pluto (5900 millioner km) og påvirker alle planeter i solsystemet. Dytter og på Jordens magnetosfære. 12

13 SOHO og Hinode Mange av dagens mest spektakulære bilder av Sola kommer fra romobservatoriet SOHO (Solar and Heliospheric Observatory). SOHO ble skutt opp 2 desember 1995 og er plassert 1.5 millioner km vekk fra jorda (4 ganger lengere vekk enn månen) mellom oss og Sola. Her kan den studere Sola i detalj både dag og natt. Fra rommet kan vi se lag av atmosfæren som vi ikke kan se fra jordoverflaten. Dette skyldes at det meste av strålingen fra kromosfæren og koronaen blokkeres av Jordas atmosfære. HINODE er et japansk solobservatorium som ble skutt opp i Satellitten har færre instrumenter enn SOHO, men har nyere teknologi og kan se mye mindre detaljer på Sola enn SOHO. Norske forskere deltar på begge prosjektene og alel data fra HINODE overføres til verdesn forskere via den norske satellittstasjonen på Svalbard. 31 Pål Brekke Sola Vår livgivende stjerne

14 Solar Dynamics Observatory

15 Solar Dynamics Observatory

16 Kristian Birkeland ( ) Første realistiske teori som forklarte nordlyset. Støttet sin teori med sitt terrella-eksperiment i

17 Vitenskap på en pengeseddel Nordlyset sett nedenfra som stiger opp mot Polarstjernen. Store Bjørn og Lille Bjørn Snøkrystall - kald årstid Terrella-eksperiment Kart over Arktis og den magnetiske pol Dagnordlyset over Svalbard Birkelandstrømmer USYNLIG KOMET 17

18 The glowing comet

19 Aurora Borealis 19

20 Nordlys over Oslo 12 april 2010 Morten Ross 20

21 Aurora forecaster in Norway

22 Aurora forecaster in Norway 22

23 Romvær Ved siden av det flotte nordlyset er det en rekke mindre hyggelige effekter fra slike solstormer. Under kraftige utbrudd på Sola slynges store mengder stråling, partikler og gass ut i verdensrommet og noen ganger rett mot Jorda. Da kan solstormer påvirke vårt teknologibaserte samfunn og slå ut viktig infrastruktur. Solas effekter på Jorda kalles romvær. Visste du at det lages værvarsling for rommet? Dette kalles romværvarsling. 43 Pål Brekke Sola Vår livgivende stjerne

24 Tidlige effekter av romvær Romværseffekter på installasjoner på jorden er ikke noe nytt fenomen. 17 november 1848: Telegraflinjen mellom Piz og Firenze slått ut September 1851: Telegrafnettet i New England slått ut. Gnister og branntilløp beskrevet p.g.a. krafig indusert strøm. I Bosten (1859) kjørte de telegraflinjen uten batterier/strøm 24

25 Navigasjonssystemer - LORAN C Feil i posisjonering fra 1-12 km 25

26 Navigasjonssystemer (GPS) Når ionosfæren blir turbulent det oppstå scintallasjoner i signalet som dermed kan bli vanskelig å motta. Den totale mengen elektroner (TEC) langs signalbanen kan introduserer feil (opp til 100 m) Feil i GPS signalet kan bli et stort problem for fremtidige systemer som skal basere seg på GPS. 26

27 Noen bryr seg lite om nøyaktig GPS 27

28 For andre er det kritisk... Feil i GPS signalet kan bli et stort problem for fremtidige systemer som skal basere seg på GPS. 28

29 Nøyeaktig posisjonering - problematisk Kongsberg Seatex - markedsledende innen dynamisk posisjonering. Opplever GSP signalbrudd utenfor Brasil som fører til stans i operaasjonen. 29

30 Utfordringer i Arktis GPS/Galileo satellitter står lavt på himmelen i Arktis - signalene går gjennom mer atmosfære EGNOS korreksjon i arktiske strøk er dårligere - men Norge har bidratt med stasjoner på Jan Mayen og Svalbard. 30

31 Solstorm tok knekken på GPS Lørdag 24 september kom det en radioburst fra Sola som påvirket hele GPS netverket på dagsiden av Jorda. 31

32 Extent of GPS Dependencies K. VanDyke, DOT

33 Radiokommunikasjon - problematisk i nordområdene 33

34 Effekter på militære systemer HF satellittkommunikasjon slås ut i flere timer etter kraftige flares og protonskurer. Kan påvirke styringssystemer på missiler (bruker GPS). Påvirker moderne kommunikasjon, navigasjon og overvåkningssystemer Skade militære rombaserte systemer/satellitter Search en rescue Early Warning systems 34

35 Effekter på satellitter Eksempler på effekter: Overflateladning Single Evente Upset (fra høyenergetiske partikler Økt friskjon (Drag) Interferens og scintillasjon av signalet Romsøppel Orienteringsproblemer Støy på stjernetrackere/navigasjonssystemer Degradring av materialer/solpaneler Treff fra mikrometeoritter 35

36 Skader på satellitter Eksempler på skader: Telestar 401 (Jan ) Galaxy IV (1998) kostet 250 millioner USD 80% av alle personsøkere i USA falt ut PC-Direct (internet) CBS s radio and TV feeds CNN s Airport Network En rekke satellitter tapt p.g.a. romvær Årlige tap kan overskride $500 millioner. 36

37 Geomagnetisk industerte strømmer Slike strømmer vil lekke inn i alle lange ledere: Kraftledninger Olje og gassrørledninger (økt korrosjon) Signalsystem for tog kan også påvirkes (to dokumenterte tilfeller i Sverige) 37

38 Kraftnett kollapser p.g.a. solstorm ElectroJet under stormen i 1989 Dette er en Hall-effekt strøm som kan øke til over en million ampere. Kollapsen var nær på å spre seg inn i USA Her ville det ført til et estimert tap på $3-6 milliarder 38

39 Skader etter 1989 stormen Skader på en trafo i Delaware, New Jersey i mars Kostnad: 10 millioner USD Reparasjon kan ta et år. I dette tilfelle var de heldige og fikk tak i en brukt trafo og tok bare 6 uker. Sverige: mistet kraften i seks 130 kv distribusjonslinjer Chicago: Fem trafoer i Chicago skadet i april 94 p.g.a. geomagnetisk aktivitet 39

40 Statnett - overvåker effekter av romvær 40

41 Retningsstyrt boring Retningsstyrt boring Oljeindustrien utnytter geomagnetiske kart for å styre drillhodet og overvåke brønnretningen. 41

42 Effekter på dyr Brevduer får problemer med navigering under geomagnetiske stormer Brevduer og en del andre migrerende dyr (f. eks delfiner og hval) har interne biologiske kompass som består av mineralsk magnetitt som er omslynget av nerveceller. 42

43 Bidrar Sola til klimaendringer? The result of this review of the foregoing five periods is, that, from the price of wheat, it seems probable that some temporary scarcity or defect of vegetation has generally taken place, when the sun has been without those appearances which we surmise to be symptoms of a copious emission of light and heat. Sir William Herschel, Phil. Trans. Roy. Soc. London, 91, 265 (1801) 43

44 Klimaendringer - drivhuseffekten Normalperioden mot normalt Menneskeskapte klimaendinger Utslipp av drivhusgasser Utslipp av støv/sot (aerosoler) Arealforandring (avskoging, jordbruksendringer, urbanisering) Naturlige klimaendringer Endringer i solaktivitet Vulkaner Klimasytemets interne dynamikk (ElNino, LaNina, havstrømmer, vanndamp, skyer) (Baneforandringer til Jorden -klimaendringer på lengere tidsskalaer) 44

45 Klima i et lengre perspektiv

46 CO2 og temperatur Temperaturendringer i følge GISP2 boreprojektet i Grønland (Alley 2004) og samtidige endringer i mengden av atmosfærisk CO2. Hva forårsaket disse temperaturendringene? Temperatur

47 Historiske målinger av solflekker I 1610 pekte Galileo og Thomas Harriot teleskopet mot Solen for første gang. Galileo skadet synet p.g.a. disse observasjonene. 47

48 Solaktivitet og klimaendringer på 1970-tallet "Winter Scene with Frozen Canal" by Aert van der Neer Eddy, 1976, Science, 192,

49 Klimatrussel på 1970-tallet 49

50 Klimatrussel på 1970-tallet Newsweek, 28 april

51 Solaktivitet og klimaendringer "Winter Scene with Frozen Canal" by Aert van der Neer Eddy, 1976, Science, 192, 1189 Temperature Solar activity CO2 51 Friis-Christensen & Lassen, 1991, Science, 245, 698

52 Ulike mekanismer som kan drive klimaendringer Variasjoner i den totale utstrålingen fra Sola Variasjoner i mengden UV stråling fra Sola: Forandrer kjemi (ozon), temperatur og dynamikk I atmosfæren Variasjoner i solvinden og solens magnetfelt. 52

53 Solar effects on the Earths climate 53

54 Solens EUV stråling - fra solmin til solmax 54

55 Kosmisk stråling og klimaendringer Mengden skyer er meget viktig for energibalansen og klima. Effekten av skyer er en av de største usikkerheter i dagens klimamodeller Hva om Sola kan påvirke skydannelse? 55

56 Kosmisk stråling Kosmisk stråling er ikke lys, men høyenergetiske partikler fra eksploderende stjerner. Jorden bombarderes av slike og hver dag passerer tusenvis av slike partikler gjennom kroppen vår. Enkelte forskere mener slike partikler kan skape skyer 56

57 Visualisering av kosmisk stråling tåkekammeret Fra dokumentaren Klimakonflikten (L. Mortensen) 57

58 Heliosfæren Solens magnetfelt styrer mengden kosmisk stråling 58

59 Kosmisk stråling og klima Variasjoner i solas magnetfelt vil styre mengden kosmisk stråling som trenger inn i solsystemet og dermed jordas atmosfære. Calibration/drift? Relativ god korrelasjon mellom kosmisk stråling og lave skyer er funnet. 59

60 Dersom GCR påvirker skyer: Mer aktiv sol - sterkere magnetfelt Mindre kosmisk stråling Færre lave skyer Varmere klima? 60

61 Hva skjer med sola? Solens utstråling på sitt laveste (on record) siden målinger startet i Ned 0.04% Solens UV stråling er 6% lavere enn de foregående to minima Solvind og magnetfelt på sitt laveste på 50 år! (NASA Press release 23 sept. 2008) Bidrar til mer kosmisk stråling - og dermed muligens mindre lave skyer.

62 Status of the Earth s temperature HadCrut3 global temperature anomaly No temperature increase after 2000 CO2 emission increased with 25%

63 Dim Sun causes cold winters in Europa? Shindell et al. Science, v294, 2149, 2001

64 Cold winters - natural variability The average of recent winters (2008/9, 2009/10 and 2010/11) shows cold conditions over northern Europe and the United States and mild conditions over Canada and the Mediterranean associated with anomalously low and even record low values of the NAO. On decadal timescales the increase in the NAO from the 1960s to 1990s may also be partly explained by the upwards trend in solar activity evident in the open solar-flux record.

65 Blir solflekkene svakere? The temperature in sunspots is increasing Magnetic field is weakening Sunspots may vanish by William Livingston and Matthew Penn, National Solar Observatory at Kitt Peak Eos, Vol. 90, No. 30, 28 July 2009

66 Hva vil Sola gjøre i fremtiden? E.g. H. Abdussamatov (2009), Lockwood et al. (2010)

67 Natural climate cycles /j.jastp , An harmonic model of the global temperature made of four major decadal and multidecadal cycles (period 9.1, 10.4, 20 and 60 years), which are approximately consistent with four major solar/lunar/ astronomical cycles, plus a corrected anthropogenic net warming contribution.

68 Oppsummering Verken naturlige eller antropogene effekter kan alene forklare temperaturvariasjonene de siste 150 år De mekanismene som forårsaket tidligere klimaendringer kan muligens også virke i dag og vil helt sikkert bidra i fremtiden. SELV OM menneskeskapte effekter har dominert klimaendringer de siste 30 år utelukker ikke dette at naturlige variasjoner kan bli vesentlige i fremtiden. Det eneste som vi vet med sikkerhet er at Solen og de andre naturlige syklusene IKKE vil holde seg konstant de neste 100 år. 68

69 Ta vare på kloden vår! Uansett hva som forårsaker de observerte klimaendringer så finnes det mange gode grunner å redusere energiforbruk, utslipp av forurensende gasser og finne renere energikilder. 69

70 Svenske har funnet årsaken til oppvarmingen Forklarer sommertid global oppvarming?

71 ASTROROCK

72 Astro-rock! En kosmisk reise gjennom rockens historie Eumir Deodato - Also Sprach Zarathustra

73 Ny astronomibok

74 Ny bok om Sola CD - inkludert Engelsk utgave kommer i desember

75 111 Terje Sørgjerd

76 Solstorm 23 Januar 2012

77 Partikkelstorm «blendet» ACE

78 Flyvninger ble rutet om Delte Airlines og United rutet om en rekke flyvninger over nordpolen for å unngå brudd på radio-sambadn og økt stråledoser for sitt crew. Sydpolen var uten communikasjon i to dager - der satellittkommunikasjon ikke er tilgjengelig This graphic shows the energetic particles entering the D-region of the ionosphere. SWPC forecasters use this product to show where the energetic particles are entering and to give a visual to what is currently happening here at Earth. The red that can be seen at the poles is where the energetic particles enter and where airliners and spacecraft, should try to avoid.

79 Romvær: Hvorfor bry oss? Samfunnet mer avhengig av følsom teknologi nå enn før. Den raskest voksende sektor innen kommunikasjon er satellittbasert: Broadcast TV/Radio, Langdistanse telefoni, mobiltelefoni, personsøkere Internet, finans-transaksjoner 250 million ++ brukere av GPS Forandring i teknologi mer følsom payload komponenter med høy prestasjonsevne lette og lavkost komponenter Mennesker i rommet Flere og lengere ferder Romværvarsling vil bli viktig for vårt samfunn i fremtiden Skader: Estimeres til ca 1 milliard NOK per år (satellitter, kraftnett, communikasjon) En NASA-støttet workshop arrangert av amerikanske National Academy of Sciences, evaluerte hvor sårbare vi er hvis samfunnskritiske installasjoner blir slått ut av en ekstrem elektromagnetisk storm. Kostnadene kan komme opp i flere billioner (1000 milliarder) USD Kan ta 4-10 år å reparere skadene 79

80 Ny bok om Sola CD - inkludert Engelsk utgave kommer i desember