Äärimmäisen voimakas aurinkomyrsky voi tehdä Maata kiertävistä piensatelliiteista avaruusromua. Suomen Akatemian rahoittaman tuoreen tutkimuksen mukaan voimakkaan purkauksen aiheuttama säteily sotkisi satelliittien sähkölaitteet ja vanhentaisi niiden järjestelmiä vuosilla.
Hanketta johtanut Helsingin yliopiston laskennallisen avaruusfysiikan professori Minna Palmroth kertoo, että voimakkaan aurinkomyrskyn vaikutuksia satelliitteihin on vaikeaa arvioida haastavan toimintaympäristön ja kirjavan satelliittiteknologian vuoksi.
Selvää kuitenkin on, että niin sanotun Carringtonin tapahtuman kaltainen myrsky aiheuttaisi vakavia ongelmia Maata kiertäville satelliiteille.
Vuonna 1859 tapahtunut auringonpurkaus on voimakkain ihmisen mittaama geomagneettinen myrsky. Myrsky nimettiin sen havainneen brittitähtitieteilijän Richard Carringtonin mukaan.
Palmroth huomauttaa, että modernin avaruusajan aikana ei olla koettu vastaavanlaista erittäin voimakasta aurinkomyrskyä. Tilastollisesti Carringtonin kaltainen myrsky osuus Maahan kerran sadassa vuodessa. Edellinen lähes yhtä voimakas myrsky tapahtui vuonna 1921.
– Toisin sanoen voidaan olla aika onnellisia siitä, että tämä teollistumisen aikakausi on tapahtunut ilmaan yhtään tällaista todella suurta avaruusmyrskyä, Palmroth sanoo.
Piensatelliitit vanhenisivat sadalla vuodella
Eilen esitelty Carrington-hanke on ensimmäinen tutkimus, jossa Carringtonin kaltaisen myrskyn vaikutuksia sähköverkkoon ja satelliitteihin on mallinnettu tällä tarkkuudella.
Tulosten perusteella poikkeuksellisen voimakas aurinkomyrsky on myrkkyä etenkin piensatelliiteille, jotka kiertävät Maata melko matalalla kiertoradalla, alle 570 kilometrin korkeudessa. Tällaisia satelliitteja ovat muun muassa suomalaisen satelliittiyhtiö Iceyen satelliitit sekä miljardööri Elon Muskin Starlinkin yhtiön satelliitit.
Matalalla kiertoradalla kulkevien satelliittien rakentamisessa ei ole otettu huomioon maapalloa ympäröivien säteilyvöiden vaikutuksia, koska nämä korkeaenergisten hiukkasten muodostamat säteilyvyöt eivät ulotu satelliittien korkeudelle. Paitsi Carringtonin tapauksessa, jolloin säteilyvyöt leviävät myös matalammille altitudeille.
– Tämä voi olla kaupallisten satelliittien kannalta huono juttu, Palmroth toteaa.
Voimakkaan aurinkomyrskyn aikana maapallon omilla säteilyvöillä kiitävät elektronit aiheuttavat piensatelliiteille jopa sadan vuoden edestä ylimääräistä säteilyä.
– Piensatelliittien elinikä on yleensä viidestä kymmeneen vuoteen, ehkä viisitoista vuotta, niin voidaan ajatella, että niiden riski joutua epäkuntoon on erittäin suuri, Palmroth toteaa.
Aurinkomyrskyt ovat jo nyt tuhonneet piensatelliitteja. Viime vuonna Starlink ilmoitti menettäneensä 40 satelliittia geomagneettisen myrskyn seurauksena. Hiukkaspurkaus lämmitti maapallon ilmakehää, mikä lisäsi kitkaa. Satelliitit paloivat ilmakehässä.
Carrington katkaisisi GPS-signaalin ja satelliittiyhteydet
Ylemmällä kiertoradalla eli noin 23 000 kilometristä ylöspäin kiertävät suuremmat satelliitit eivät saa suhteessa aivan yhtä suurta säteilyannosta. Tällä korkeudella operoivat esimerkiksi GPS-, tv- ja sääsatelliitit.
Carrington hankkeen mallinnusten mukaan ne vanhenisivat viidestä kahteenkymmeneen vuoteen.
Voimakkaan aurinkomyrskyn seuraukset eivät rajoitu vain elektronien aiheuttamaan ikääntymiseen. Auringon linkoamat protonit aiheuttavat häiriöitä satelliittien tietojärjestelmiin.
Näitä häiriöitä kutsutaan bit flipeiksi. Kyseessä on virhe, jossa järjestelmän muistissa olevan bitin arvo muuttuu 0:sta 1:ksi tai päinvastoin.
Hankkeen mukaan voimakkaan aurinkomyrskyssä bittivirheitä tapahtuisi yksi joka sekunti per gigatavu. Maallikolle luku ei sano mitään, mutta tutkijat pitävät määrää ”järkyttävän suurena”.
– Isot satelliitit menevät automaattisesti suojatilaan, mutta kaikki data tuolta ajalta todennäköisesti menetetään. Tämä tarkoittaa esimerkiksi sitä, että GPS ei välttämättä toimi myrskyn aikana. Myrskyn jälkeen dataa voidaan taas saada, jos satelliitit kestivät myrskyn, Palmroth sanoo.
Suomen sähköverkko kestää
Voimakas aurinkomyrsky on kaatanut ihmiskunnan historiassa muutaman kerran sähköverkon. Keväällä 1989 melko voimakas geomagneettinen myrsky aiheutti 9 tuntia kestäneen sähkökatkon Kanadassa. Syksyllä 2003 tällainen myrsky kaatoi Malmön sähköverkon.
Carrington-hankkeessa mukana ollut Ilmatieteen laitoksen erikoistutkija Ari Viljanen sanoo, että Suomen sähköverkko kestäisi Carringtonin kaltaisen voimakkaan myrskyn. Tähän on kaksi syytä.
Ensinnäkin mallinnuksen perusteella voimakkaan aurinkomyrskyn aiheuttamat seuraukset kohdistuisivat Suomen eteläpuolelle. Toisekseen Suomen kantaverkon rakenne suojaa sitä geomagneettisten myrskyjen virroilta.
– Siinä on sitten tehty sellaisia teknisiä ratkaisuja, joiden sivutuotteena on tullut kestävyys avaruusmyrskyjä vastaan, Viljanen sanoo.
Yksi merkittävä ratkaisu on Suomessa käytössä oleva muuntajateknologia. Myös pitkät siirtomatkat ovat pakottaneet tiettyihin ratkaisuihin kantaverkon rakentamisessa, mikä suojaa myös aurinkomyrskyjä vastaan.
Muualla maailmassa sähkäkatkoja kuitenkin on odotettavissa.
– Tällainen Carrington-myrsky luultavasti aiheuttaisi siellä täällä sähkökatkoksia. Hyvin vaikea sanoa, kuinka laaja-alaisia, mutta siinä on mahdollisuus jopa mantereen laajuisiin katkoksiin, toteaa Viljanen.
Kuuntele Tiedeykkösen jakso, jossa käydään läpi satelliittiyhtiö Iceyen tarina ja katsotaan eurooppalaisen avaruustoiminnan tulevaisuuteen.
