De aarde is mogelijk veel kwetsbaarder voor extreme zonnestormen dan tot nu toe werd aangenomen. Dat blijkt uit een nieuwe studie in het wetenschappelijke tijdschrift Nature, uitgevoerd door dr. Nithin Sivadas en collega’s van NASA’s Goddard Space Flight Center. De onderzoekers stellen dat de veronderstelde “verzadiging” van de magnetosfeer bij sterke stormen — het idee dat de aardse respons op een bepaald niveau blijft steken — geen fysisch verschijnsel is, maar een vertekening die ontstaat door hoe we de kracht van zonnestormen meten. Als dat klopt, kan een zeer zware zonnestorm veel meer schade aanrichten dan gedacht.
- Een studie in Nature stelt dat de verzadiging van de magnetosfeer een statistische illusie is.
- De oorzaak is een meetfout genaamd ‘regressie naar het gemiddelde’, ontstaan door metingen op 1,5 miljoen km van de aarde.
- Na correctie blijft het verband tussen stormkracht en aardse respons lineair, zonder plafond.
De magnetosfeer als reusachtige dynamo
De wisselwerking tussen de zonnewind en het magnetisch veld van de aarde werkt als een gigantische dynamo. Die combinatie stuwt plasma op hoge snelheid en elektrische stromen de bovenste atmosfeer in, vooral rond de poolkappen — vandaar het poollicht. Wetenschappers volgen dit effect doorgaans met de zogeheten Polar Cap Index (PCI).
Al decennialang is duidelijk dat er bij gematigde zonneactiviteit een helder lineair verband bestaat tussen het elektrische veld van de zonnewind en de elektrische respons die op aarde wordt gemeten. Bij zwaardere stormen leek dat verband echter af te vlakken: de aardse respons leek te “verzadigen”, ofwel af te toppen op een niveau lager dan verwacht. Waarom dat gebeurde, was nooit echt begrepen.
Metingen op anderhalf miljoen kilometer afstand
Volgens de auteurs zit het probleem in de plek waar we meten. De meeste metingen van de zonnewind komen van satellieten zoals WIND, ACE en DSCOVR. Die bevinden zich allemaal op het zogeheten L1-lagrangepunt tussen de zon en de aarde — zo’n 1,5 miljoen kilometer (930.000 mijl) dichter bij de zon dan de aarde zelf.
Die afstand introduceert grote onzekerheid. De zonnewind heeft tijd nodig om die afstand te overbruggen, en die reistijd varieert, waardoor precieze timing lastig is. Bovendien kan de wind onderweg veranderen en kunnen schokfronten willekeurige fouten veroorzaken die juist bij extreme gebeurtenissen groter worden.
Waarom het gemiddelde zich voordoet als een grens
Die meetonzekerheid brengt een fundamentele statistische regel in het spel: regressie naar het gemiddelde. Onderzoekers koppelden extreme metingen bij de L1-satellieten aan de kleinere, meer gemiddelde geomagnetische reacties die ze op aarde teweegbrachten. De “echte” zonnewind die de magnetosfeer bereikt, ligt namelijk waarschijnlijk dichter bij het gemiddelde dan de extreme waarde die verder stroomopwaarts werd gemeten.
Die wanverhouding — een extreme meting bij L1 en een gematigder effect bij de aarde — buigt de datacurve kunstmatig af en wekt de indruk dat de aardse respons “verzadigd” raakt.
Om hun punt te bewijzen pasten de auteurs een correctietechniek toe die een deel van de vertekening wegneemt. Daarna bleef het lineaire verband tussen de kracht van een zonnestorm en de magnetische respons van de aarde overeind, zonder duidelijk verzadigingseffect.
Eenvoudig gezegd: een zonnestorm die eens in de duizend jaar voorkomt, zou volgens deze bevindingen veel waarschijnlijker enorme verwoesting aanrichten dan eerder werd aangenomen.
Een valkuil die verder reikt dan ruimteweer
De bevinding is niet alleen relevant voor ruimteweer. De auteurs wijzen erop dat van seismologie tot medische studies allerlei vakgebieden ten prooi kunnen vallen aan hetzelfde effect, waarbij het gemiddelde zich voordoet als een drempelwaarde. Machinaal leren kan het probleem verergeren: modellen die getraind zijn op onzekere invoer nemen de statistische illusie simpelweg over en beschouwen die als fysische werkelijkheid.
Voor de praktijk is de boodschap helder. Beheerders van elektriciteitsnetten en satellietconstellaties zouden er rekening mee moeten houden dat een zware zonnestorm een veel grotere elektrische piek kan veroorzaken dan gedacht. De natuurlijke bescherming waarvan we dachten dat de magnetosfeer die bood, blijkt volgens dit onderzoek helaas vooral een statistische illusie.
Moeten netbeheerders en overheden zich beter wapenen tegen een zware zonnestorm? Deel uw kijk op deze bevindingen in de reacties.
