Het noorderlicht is niet alleen prachtig: het kan gepaard gaan met stroomstoringen

Nieuwe kennis geeft ons de mogelijkheid om tijdig maatregelen te nemen om belangrijke elektrische netwerken te beschermen.

Afgelopen mei was het groot nieuws: het noorderlicht was zelfs in Nederland te zien. Hoewel velen er naar uitkeken, had het ook een keerzijde. Experts waarschuwden bijvoorbeeld voor mogelijke stroomstoringen en schade aan elektriciteitsnetten. In een nieuwe studie hebben onderzoekers onderzocht waarom het spectaculaire noorderlicht deze risico’s met zich mee kan brengen. Want als we beter begrijpen hoe dit gebeurt, kunnen we in de toekomst stappen ondernemen om de ergste gevolgen te voorkomen.

Stroomstoring
Voor de goede orde: het noorderlicht zelf veroorzaakt niet onmiddellijk een stroomstoring. Het is een puur visueel en natuurlijk fenomeen dat voortkomt uit de interacties tussen de zonnewind en het magnetische veld van de aarde. Maar dezelfde processen die het noorderlicht veroorzaken, zoals geomagnetische stormen en interplanetaire botsingen, kunnen problemen veroorzaken in het elektriciteitsnet. “De ernstigste schade aan de elektrische infrastructuur vond waarschijnlijk plaats in maart 1989, na een sterke geomagnetische storm”, zegt onderzoeker Denny Oliveira. “Het Canadese elektriciteitssysteem Hydro-Québec was bijna negen uur lang uitgeschakeld, waardoor miljoenen mensen zonder stroom kwamen te zitten.”

Nederland
Tijdens zware geomagnetische stormen kan het poollichtgebied zich dramatisch uitbreiden. Dat is wat er afgelopen mei gebeurde. “Normaal gesproken ligt de meest zuidelijke grens rond de 70 graden noorderbreedte”, legt Oliveira uit. “Maar tijdens extreme gebeurtenissen kan het dalen tot 40 graden of zelfs lager. “Dit gebeurde tijdens de storm van mei 2024, de zwaarste van de afgelopen twintig jaar.” De reden waarom het noorderlicht afgelopen mei in Nederland zichtbaar was, kan daarom worden toegeschreven aan de extreme geomagnetische activiteit tijdens deze storm.

Twee processen
Hoewel deze verschijnselen spectaculair zijn, kunnen ze ook gevaarlijk zijn en stroomstoringen veroorzaken. Om dit beter te begrijpen, moeten we eerst teruggaan naar hoe aurora’s precies ontstaan. Aurora’s komen op twee manieren voor. Ze kunnen enerzijds het gevolg zijn van deeltjes van de zon die het magnetische veld van de aarde bereiken en een geomagnetische storm veroorzaken, en anderzijds van interplanetaire botsingen die het magnetische veld van de aarde comprimeren. Deze schokken veroorzaken zogenaamde ‘geomagnetisch geïnduceerde stromen’. En deze stromen kunnen ernstige schade aan de elektrische infrastructuur, zoals hoogspanningsleidingen, veroorzaken.

interplanetaire botsingen
In de nieuwe studie bestudeerden de onderzoekers de inslaghoek van interplanetaire botsingen. Ze wilden begrijpen hoe geomagnetisch geïnduceerde stromingen worden beïnvloed door schokken die vanuit verschillende hoeken en op verschillende tijdstippen op de aarde aankomen. Om dit te doen, gebruikten ze gegevens over interplanetaire schokken en vergeleken deze met metingen van geomagnetisch geïnduceerde stromen van een gaspijpleiding in de Finse gemeente Mäntsälä. Om de eigenschappen van deze schokken te bepalen, zoals de invalshoek en snelheid, gebruikten de onderzoekers gegevens over het interplanetaire magnetische veld en de zonnewind. De schokken werden ingedeeld in drie categorieën: sterk hellende schokken, matig hellende schokken en bijna frontale schokken.

Impacthoek
De onderzoekers komen tot een interessante conclusie. Ze ontdekten dat schokken die rechtstreeks op de aarde afkomen (dat wil zeggen frontale schokken) hogere pieken in geomagnetisch geïnduceerde stromen veroorzaken, zowel onmiddellijk na de schok als tijdens de daaropvolgende substorm. Deze pieken waren vooral intens rond “magnetische middernacht”; het tijdstip waarop de magnetische noordpool van de aarde recht tegenover de zon staat, gezien vanuit Mäntsälä. In die tijd produceerden lokale substormen ook verrassend heldere aurorae. Samenvattend hebben de wetenschappers aangetoond dat de inslaghoek van interplanetaire botsingen de sterkte van de resulterende stromingen bepaalt. Schokken die de aarde rechtstreeks raken, in plaats van onder een hoek, veroorzaken krachtigere geomagnetisch geïnduceerde stromen omdat ze het magnetische veld sterker comprimeren.

Minder sterke schokken
Onderzoekers zeggen dat sterkere schokken krachtigere stromingen en intensere aurorae veroorzaken. “Maar minder sterke, maar regelmatige crashes kunnen ook schade veroorzaken”, waarschuwt Oliveira. Hoewel minder krachtige ontladingen misschien niet onmiddellijk schadelijk lijken, kunnen ze zich bij herhaling ophopen en, samen met de impacthoek, bijdragen aan de uiteindelijke schade aan de elektrische infrastructuur.

Maatregelen
Deze inzichten zijn belangrijk omdat ze mogelijkheden bieden om gevaarlijke crises te voorspellen, zodat we onze elektriciteitsnetten beter kunnen beschermen. Concreet kunnen botshoeken tot twee uur vóór de botsing worden voorspeld. Hierdoor kunnen wij tijdig maatregelen nemen. “Een eenvoudige manier om apparatuur te beschermen is door een aantal specifieke elektrische circuits te beheren wanneer er een schokwaarschuwing wordt ontvangen”, zegt Oliveira. “Dit helpt voorkomen dat geomagnetisch geïnduceerde stromen de levensduur van de apparatuur verkorten.”

In dit onderzoek zijn alleen gegevens gebruikt over stromen op één specifieke locatie, namelijk het Mäntsälä-gasleidingsysteem. De onderzoekers hopen in toekomstig onderzoek een globaler beeld te creëren. “Het zou waardevol zijn voor energiebedrijven over de hele wereld om hun gegevens beschikbaar te stellen aan wetenschappers voor onderzoek”, zegt Oliveira. Als dat zou gebeuren, zou dit kunnen leiden tot de ontwikkeling en implementatie van effectievere natuurbehoudsstrategieën. Dit kan de levensduur van de infrastructuur verlengen en de impact van ruimteweer op kritieke systemen minimaliseren.