Ben je geïnteresseerd in de wereld van wetenschap & technologie en wil je hier graag meer over lezen? Word dan lid van KIJK!
Een flinke zonnestorm kan het internet dagen lamleggen door repeaters in onderzeese datakabels door te laten slaan.
Eén flinke oprisping van de zon en het intercontinentale dataverkeer ligt plat. Die vrolijke boodschap gaf computerwetenschapster Sangeetha Abdu Jyothi van de Universiteit van Californië mee tijdens haar presentatie op de conferentie voor datacommunicatie SIGCOMM 2021.
Lees ook:
Afgesneden
Volgens Jyothi zijn vooral de 470 onderzeese glasvezels een onverwacht zwakke plek in ons internet. Die bevatten namelijk versterkers (repeaters) die plat kunnen gaan als een zonnestorm ineens extra elektrische stroom door de kabel jaagt. Elke 50 à 150 kilometer zit zo’n versterker, dus tussen de VS en Europa vind je er al snel zo’n 130 stuks.
‘Een zonnestorm kan 15 procent van de kabels onbruikbaar maken’
Sangeetha Abdu Jyothi
“Als zo’n repeater door een zonnestorm ineens geen stroom van 1 ampère maar wel 100 te verwerken krijgt, valt hij uit”, stelt Jyothi in een interview. “Zelfs als maar een op de honderd versterkers uitvalt, is daardoor bijna 15 procent van de kabels onbruikbaar.” Verschillende continenten worden dan van elkaar afgesneden, inclusief zoekmachines, beurzen en betalingsverkeer. Een dag zonder stroom kost de VS volgens Jyothi zo’n 34 miljard euro; een dag zonder internet al gauw 6 miljard. Een schip sturen om de kabel te repareren kan weken kosten.
Superstorm
Er is gelukkig ook goed nieuws. Zonnestormen die heftig genoeg zijn om het wereldwijde internet plat te leggen, komen maar eens in de honderd jaar voor. Tijdens zo’n superstorm spuugt de zon op precies het verkeerde (of juiste, het is maar hoe je het bekijkt) moment een wolk hete, geladen deeltjes met honderdduizenden kilometers per uur het zonnestelsel in: een zogenoemde coronal mass ejection (CME).
“Als zo’n CME precies op de aarde afkomt, botst hij op onze magnetosfeer en ontstaat er een geomagnetische storm met veel bewegende geladen deeltjes en veranderende magneetvelden. Daar komt het gevaar vandaan”, vertelt ruimteweer-onderzoeker Eelco Doornbos. Hij specialiseert zich bij het KNMI in het samenspel van het aardmagneetveld en onze dampkring met zonneactiviteit zoals zonnevlammen en CME’s. Een geomagnetische storm kan dagen duren en wekt flinke elektrische velden op in de atmosfeer. Die kunnen vervolgens ook sterke stromen opwekken in lange stroomkabels aan het aardoppervlak.
Carrington-event
In de wereld van hoogspanningsnetwerken zijn geomagnetische stormen een bekend probleem, zeggen Jyothi en Doornbos. Vooral lange stroomgeleiders die op maar weinig plekken geaard zijn, zijn kwetsbaar voor de spanningspieken die dan ontstaan. In 1989 liet een middelgrote CME bijvoorbeeld het hoogspanningsnet in de Canadese provincie Quebec struikelen, en tijdens het heftige Carrington-event van 1 en 2 september 1858 (voor de uitrol van grootschalige hoogspanningskabels) brandden hele telegraafkabels door.
Minder bekend is dat ook onderzeese stroomkabels gevoelig zijn voor geomagnetische stormen, al laat Jyothi’s analyse zien ze niet allemaal even kwetsbaar zijn. Vooral lange kabels op hogere breedtegraden, dichter bij de polen waar geomagnetische stormen sterker zijn, lopen een risico. Zo is de kans dat de 6200 km lange kabel tussen Brazilië en Portugal uitvalt door zijn ligging op lagere breedtegraden kleiner dan voor de 9833 km lange kabel tussen de Portugal en Florida, rekent de computerwetenschapper voor.
Hoeveel invloed een zware Carrington-achtige CME heeft op het internet, is ook na Jyothi’s werk nog onduidelijk. Doornbos: “De analyse is stevig, maar je hebt informatie uit veel verschillende bronnen nodig, waaronder info over de repeaters en hoe stroombestendig die zijn. Het maakt natuurlijk nogal verschil of het eens in de vijftig jaar of eens in de duizend jaar fout kan gaan met deze apparatuur, en ook of het dan over maar één, meerdere of vele kritische verbindingen tegelijk gaat. Dat moet eigenlijk allemaal nog onderzocht worden.”
Ook de toekomstige zonneactiviteit is volgens de ruimteweerkundige lastig te voorspellen. “Op het maximum van de elfjarige zonnecyclus zijn er meerdere geomagnetische stormen per maand. Bij lage zonneactiviteit kan er wel eens een half jaar voorbij gaan zonder ook maar een zwakke geomagnetische storm. En of het komende zonnemaximum even sterk of juist zwak is zoals het vorige, kunnen we nu nog niet met zekerheid zeggen.”
Lockdown
De zon mag onvoorspelbaar zijn, het is een kwestie van wachten op het volgende Carrington-event. In juli 2021 schoot zo’n enorme zonnestorm nog veilig langs de aarde. Was het raak geweest, dan zouden volgens een recente studie alleen al in de VS 20 tot 40 miljoen mensen zo’n twee jaar zonder stroom kunnen zitten. De economische schade zou in de biljoenen euro’s lopen. Jyothi wil uitzoeken hoe we ons daarop kunnen voorbereiden.
“Tijdens de pandemie realiseerde ik me hoe kwetsbaar onze maatschappij met al zijn verbonden systemen kan zijn”, vertelt Jyothi. Zeldzame gebeurtenissen kunnen zo een domino-effect van verstoringen opwekken. “Als computerwetenschapper dacht ik na over het Carrington-event en vroeg me af wat voor effect dat nu zou hebben: kan het internet uitvallen? Dit onderzoek is maar de eerste aanzet. De komende jaren wil ik in veel meer detail uitzoeken hoe groot het risico is, zodat we onze apparatuur en protocollen kunnen voorbereiden.”
Bronnen: SIGCOMM 2021, KNMI, Space Weather Office
Beeld: Submarine Cable Map