Voimakas aurinkomyrsky voi kaataa sähköverkot ja pilkkoa internetin – Suomessa tutkitaan, miten odotettuun myrskyyn pitäisi varautua

Poikkeuksellisen voimakas aurinkomyrsky osuu Maahan 100 - 150 vuoden välein. Edellinen voimakas geomagneettinen myrsky koettiin 162 vuotta sitten. Suomen Akatemian rahoittama hanke selvittää, miten nykyinfrastruktuuri kestäisi tapahtuman.

Aurinkoa tutkiva avaruusobservatorio SOHO kuvasi auringonpurkauksen syyskuussa 2001. Purkaus suuntautui melkein suoraan kohti Maata. Purkauksen synnyttämä aurinkomyrsky synnytti voimakkaita revontulia Etelä-Suomessa asti. Kuva: NASA

Syyskuussa 1859 poikkeuksellisen voimakas aurinkomyrsky pyyhkäisi Maan yli. Geomagneettinen myrsky kaatoi lennätinverkon ja synnytti kirkkaita revontulia lähellä päiväntasaajaa.

Myrsky sai alkunsa Auringon koronan massapurkauksesta, joita tapahtuu tähdessämme keskimäärin päivittäin. Vuoden 1859 purkaus oli kuitenkin tavallista rajumpi ja se suuntautui suoraan kohti Maata.

Purkauksen havaitsi ensimmäisten joukossa brittitähtitieteilijä Richard Carrington, jonka mukaan myrsky myöhemmin nimettiin.

Carringtonin tapaus on voimakkain geomagneettinen myrsky, jonka ihmiskunta on pystynyt suoraan mittaamaan. Aikalaiskertomusten ansiosta kuitenkin tiedämme, että vastaavanlaisia poikkeuksellisen voimakkaita aurinkomyrskyjä on osunut Maahan aikaisemminkin.

Syksyllä 1770 geomagneettinen myrsky muutti taivaan punaiseksi Aasian yllä lähes kahden viikon ajaksi (siirryt toiseen palveluun).

Keväällä 1582 revontulia nähtiin usean päivän ajan Lissabonin ja Kioton leveysasteilla asti.

Nämä aurinkomyrskyt tarjosivat upeita näytöksiä, mutta ne eivät aiheuttaneet sen suurempia ongelmia ihmisille. Kun vastaavanlainen myrsky pyyhkäisee Maan yli seuraavan kerran, tilanne saattaa olla täysin toinen.

Sääennuste seuraavan Carringtonin varalle

Keskivoimakkaita aurinkomyrskyjä osuu Maahan silloin tällöin. Niiden vaikutukset kohdistuvat maapallon navoille.

Syksyllä 2003 tällainen myrsky kaatoi Malmön sähköverkon. Keväällä 1989 melko voimakas geomagneettinen myrsky aiheutti 9 tuntia kestäneen sähkökatkon Kanadassa. Modernin ajan voimakkain aurinkomyrsky aiheutti vuonna 1921 sähköpaloja ympäri maailman.

Aurinkomyrskyjen tiedetään vahingoittaneen myös satelliitteja ja häirinneen tutkasignaaleja.

Nämä ovat kuitenkin olleet keskisuuria puhureita. Carringtonin kaltaisen voimakkaan myrskyn seurauksista nykyinfrastruktuurille meillä on vain valistuneita arvauksia.

Tiedämme, että megamyrskyissä revontulivyöhyke laajenee Lapista lähes päiväntasaajalle. Lisäksi tiedämme, että Carringtonin aikana Mumbaissa mitattiin magnetometrillä samanlaisia lukuja kuin Malmössä vuoden 2003 myrskyn aikana.

Nyt näiden tietojen pohjalta suomalainen tutkimusryhmä pyrkii mallintamaan, miten todella raju aurinkomyrsky riepottelisi lähiavaruutta. Tarkoituksena on luoda sääennuste seuraavan Carringtonin varalle.

Voimakkaiden aurinkomyrskyjen aikana revontulivyöhyke on laajentunut kattamaan lähes koko maapallon. Kuva: Mika Hirvonen

Simulaatiot eivät kestäneet megamyrskyä

Avaruussäätä simuloivat mallit ovat vasta viime vuosina kehittyneet siihen pisteeseen, että niitä voidaan käyttää tällaisessa projektissa. Kevyempien myrskyjen perusteella luodut mallit eivät ole pystyneet simuloimaan rajuja puhureita.

– Monet mallit vain kaatuvat, kun niillä yrittää ajaa näitä supermyrskyjä, sanoo hanketta johtava Helsingin yliopiston laskennallisen avaruusfysiikan professori Minna Palmroth.

Nyt osa malleista on saatu pysymään pystyssä, joten niiden avulla on mahdollista simuloida myös voimakkaan geomagneettisen myrskyn vaikutuksia Maan magneettikehään.

Näiden simulaatioiden tuloksia vertailemalla Palmrothin ryhmä pyrkii luomaan tarkemman arvion siitä, minkälaiset olosuhteet vallitsivat Carringtonin myrskyn aikana.

Kun kuva myrskystä tarkentuu, tutkijat esittelevät tuloksensa tahoille, joiden toiminnalle voimakkaat geomagneettiset ilmiöt aiheuttavat riskejä. Näitä ovat esimerkiksi sähköverkkoyhtiöt ja viestiliikennettä hallinnoivat yritykset.

– Me kuvaamme ympäristön; tämänlaisia hiukkasia on näin ja näin paljon, ja niillä on tällainen energia. Kestävätkö muuntajat? Palmroth sanoo.

Suomen sähköverkko ei ole kaatunut aurinkomyrskyssä

Tähän asti Suomen sähköverkko on kestänyt häiriöttä kaikki isommat aurinkomyrskyt. Tähän on kolme syytä, sanoo verkkoyhtiö Fingridin suunnittelupäällikkö Antti Harjula.

Ensinnäkin Suomen kantaverkko käyttää kolmivaiheisia täysmuuntajia, jotka sietävät paremmin aurinkomyrskyjen synnyttämiä geomagneettisesti indusoituneita virtoja kuin monien muiden maiden käyttämät yksivaiheiset säästömuuntajat.

Lisäksi nämä muuntajat on maadoitettu tavalla, joka luo resistanssia näitä virtoja vastaan.

Ja kolmanneksi Suomen kantaverkon pisimmät johdot ovat sarjakompensoituja, mikä estää aurinkomyrskyn synnyttämät virrat kompensoiduilla johdoilla.

Harjula huomauttaa, että näitä ratkaisuja ei ole tehty aurinkomyrskyjen vuoksi.

– Meillä on verkon suunnittelussa tehty eri syistä valintoja, joista sattuu olemaan hyötyä myös geomagneettisesti indusoituneiden virtoja kannalta, hän toteaa.

Esimerkiksi tähtipistekuristimien käyttö maadoituksessa johtuu Suomen maaperästä, joka johtaa sähköä huonosti. Kuristimien avulla rajoitetaan vikavirran kulkua maahan, jotta lähialueelle ei muodostu vikatilanteessa vaarallisia jännitteitä. Samalla kuristimet rajoittavat aurinkomyrskyjen purskahdusten vaikutuksia verkkoon.

Kantaverkon sarjakompensointi on taas tehty suurempien tehojen siirtämiseksi pitkillä siirtoyhteyksillä.

Harjula ei usko, että edes Carringtonin kaltainen megamyrsky voisi kaataa Suomen sähköverkkoa.

– Meidän tekemien mallinnusten perusteella verkon pitäisi kestää tämän luokan geomagneettiset myrskyt, Harjula sanoo.

– Mutta tietenkin se, mitä muissa Pohjoismaissa tapahtuu, heijastuu myös meille.

Suomi sijaitsee aurinkotuulien kannalta riskialueella. Suomen kantaverkossa on havaittu suuria geomagneettisesti indusoituneita virtoja, mutta ne eivät ole aiheuttaneet vaaraa verkon toiminnalle. Kuva: Karoliina Simoinen / Yle

Yhdysvallat on valmistautunut lainsäädännöllä

Vuonna 2008 Yhdysvaltain kansallinen tiedesäätiö julkaisi raportin (siirryt toiseen palveluun), joka maalasi synkän kuvan Carringtonin kaltaisen voimakkaan aurinkomyrskyn jälkeisestä maailmasta.

Raportissa todettiin, että myrskyn jäljiltä Yhdysvalloissa yli 130 miljoonaa ihmistä olisi ilman sähköä. Pahimmillaan sähköt saataisiin palautettua vasta kymmenen vuoden kuluttua. Pelkästään ensimmäisen vuoden aikana vahingot nousisivat kahteen biljoonaan eli tuhanteen miljardiin dollariin.

Myöhemmin raportin tulosten on todettu olleen liioiteltuja. Se kuitenkin herätti Yhdysvaltain hallinnon kiinnittämään asiaan huomiota.

Sittemmin Yhdysvalloissa on tullut voimaan laki, joka edellyttää sähköverkkoyhtiöitä varautumaan poikkeuksellisiin avaruussääilmiöihin. Yhdysvallat on ainoa maa, jossa on tämänkaltainen lainsäädäntö.

Harjula kertoo, että myös Fingrid on tehnyt yhdysvaltalaisen standardin mukaisen riskitarkastelun kantaverkolle.

– Suomen kantaverkko täyttää hyvin ne kriteerit, hän sanoo.

Aurinkomyrsky voi kaataa myös internetin

Aurinkomyrskyjen vaikutuksista sähköverkkoihin on kertynyt kokemuksia. Tietoverkkojen kohdalla näin ei ole. Kaikki edelliset myrskyt ovat tapahtuneet ennen nykyistä internet-aikaa.

Kalifornian yliopiston tutkijat ovat tänä vuonna selvittäneet, miten aurinkomyrsky vaikuttaisi internetiin (siirryt toiseen palveluun).

Tutkimuksen mukaan paikalliset verkot pysyisivät todennäköisesti pystyssä, koska valokaapelit kestävät hyvin geomagneettisia hiukkasia. Lyhyet valokaapelit on usein myös maadoitettu tasaisin välein.

Sen sijaan merten pohjissa kulkevat suuret kaapelit ovat vaarassa.

Mantereiden välisen nettiliikenteen mahdollistavat kaapelit tarvitsevat matkan varrelle useita toistimia, jotka vahvistavat signaalia. Juuri nämä noin 100 kilometrin välein sijoitetut toistimet ovat vaarassa vaurioitua geomagneettisen myrskyn seurauksena.

Kun tarpeeksi moni toistin hajoaa, signaali katoaa.

Kalifornian yliopiston tutkimuksen mukaan etenkin Atlantilla ja Tyynellä valtamerellä olevat kaapelit ovat suurimmassa vaarassa pitkien välimatkojen takia. Meren pohjassa kulkevia tietoliikennekaapeleita ei ole maadoitettu tiheästi, mikä lisää signaalia vahvistavien toistimien riskiä rikkoutua. Kuvassa merikaapelia lasketaan Arrietaran rannalla Espanjassa kesällä 2017. Kuva: Ander Gillenea / AFP

Vaikka internet on rakentunut verkostoksi, jossa signaalille löytyy aina vaihtoehtoisia reittejä, suurten kaapelivaltimoiden katkeaminen ruuhkauttaisi nopeasti liikenteen. Ongelmat alkaisivat kasautua, kun nimipalvelimia ja muita tärkeitä järjestelmiä katoaisi verkosta.

Meriyhteydet katkaissut aurinkomyrsky tuhoaisi todennäköisesti myös satelliitteja, jolloin maailmanlaajuiset tietoliikenneyhteydet palaisivat jonnekin 1950-luvun tasolle.

Megamyrsky saavuttaa Maan alle vuorokaudessa

Palmrothin johtaman tutkimuksen tarkoituksena on löytää keinot, joilla seuraavaan megamyrskyyn voitaisiin varautua. Rahoituksensa hanke saa Suomen Akatemialta, joka koronapandemian myötä on kiinnostunut myös muista nyky-yhteiskuntaan kohdistuvista riskeistä.

– Megamyrskyllä on suurin piirtein sama todennäköisyys kuin pandemialla, Palmroth huomauttaa.

Carringtonin kaltaisia voimakkaita geomagneettisia myrskyjä osuus Maahan 100 - 150 vuoden välein. Nyt edellisestä on kulunut 162 vuotta.

Seuraava Carrington voi tapahtua milloin tahansa.

Euroopan avaruusjärjestö ESA laukausi vuonna 2015 LISA Pathfinder -testisatelliitin Auringon ja Maan väliselle alueelle, jossa molempien kappaleiden vetovoimat kumoavat toisensa. Aurinkomyrksyjen parametrit saadaan selville vasta, kun sen tuulet ovat ohittaneet L1-nimisellä alueella olevat satelliitit. Normaalilta aurinkomyrskyltä kestää L1:stä alle tunti Maahan. Voimakkaan aurinkomyrskyn tuulet tulisivat tätäkin lyhyemmässä ajassa. Kuva: 2015 Euopean Space Agency via Getty Images

Viimeisen 40 vuoden suurimmat aurinkomyrskyt ovat tapahtuneet auringonpilkkumaksimin ja -minimin välillä. Nykyisen aurinkosyklin pilkkuminimi oli viime vuonna ja maksimi on vuoden 2026 tienoilla.

Tämän perusteella hihasta voisi ravistaa arvion, että jos selviämme vuoteen 2026 ilman megamyrskyä, voimme hetken hengähtää.

Täysin puskista aurinkomyrskyt eivät tule. Avaruussääpalvelut seuraavat koko ajan Auringon pinnan tapahtumia. Esimerkiksi Ilmatieteen laitoksella seurataan vuorokauden ympäri Auringon tapahtumia.

On melko todennäköistä, että voimakas purkaus tulee isosta auringonpilkusta. Niiden liikkeistä tutkijat ovat tietoisia.

Jos pilkussa tapahtuu räjähdys silloin, kun se on maapallon kannalta vaarallisella sektorilla, tieto siitä saadaan minuuteissa.

Keskisuuren aurinkomyrskyn matka Maahan kestää noin kolme päivää. Carringtonin myrskyllä tiedetään kestäneen 17 tuntia.

– Vaikka pystyisimme ennustamaan, että huomenna lähtee tällainen myrsky, niin siinä vaiheessa on myöhäistä alkaa päättämään, että mitä tehdään, Palmroth sanoo.

Katso myös: