2 september 1859: Telegrafen fungerar med elektrisk luft i en galen magnetstorm
1859: En magnetisk explosion på solen orsakar ljusa norrsken på jorden och stör det nya telegrafnätet.
Den 2 september 1859, kl. 9.30 på telegrafkontoret på 31 State Street i Boston, Operatörernas ledningar var överfyllda av ström, så de kopplade ur batterierna till sina maskiner och fortsatte att arbeta med hjälp av den elektricitet som flödade genom luften.
Under småtimmarna den natten hade de mest lysande norrsken som någonsin uppmätts brutit ut över jordens himmel. Människor i Havanna och Florida rapporterade att de hade sett dem. New York Times skrev ett reportage på 3 000 ord om den färgglada händelsen på lila prosa.
”Med detta blandade sig till slut en vacker nyans av rosa. Molnen av denna färg var mest rikligt förekommande nordost och nordväst om zenit”, skrev Times. ”Där sköt de över varandra, blandades och fördjupades tills himlen var smärtsamt lurig. Det fanns ingen figur som fantasin inte kunde hitta avbildad av dessa ögonblickliga blixtar.”
Som om det inte vore nog med vad som hände på himlen, så började kommunikationsinfrastrukturen som just börjat byggas ut längs östkusten att gå sönder på grund av all elektromagnetism.
”Vi observerade inflytandet på linjerna vid den tidpunkt då verksamheten inleddes – klockan 8 – och det fortsatte så starkt fram till 9 1/2 att det förhindrade all verksamhet, utom genom att slänga av batterierna i varje ände av linjen och arbeta helt och hållet med den atmosfäriska strömmen!” skrev de förvånade telegrafisterna i Boston i ett uttalande som publicerades i New York Times senare samma vecka.
Boston-operatören berättade för sin kollega i Portland, Maine: ”Min är också bortkopplad, och vi arbetar med auroralströmmen. Hur tar du emot min skrift?” Portland svarade: ”Bättre än med våra batterier på”, innan han slutligen avslutade med yankee-lydnaden: ”Mycket bra. Ska jag fortsätta med affärerna?”
Med avseende på förhållandet mellan jorden och dess stjärna är det förmodligen det märkligaste dygnet som någonsin har registrerats. Folk hade svårt att förklara vad som hade hänt.
NASA:s David Hathaway, som är solastronom, sade att folk i solcellsgemenskapen började förstå att det fanns ett samband mellan händelser på solen och magnetism på jorden. Men den kunskapen fick inte stor spridning.
En annan teori hävdade att norrsken i själva verket var atmosfäriska fenomen, det vill säga väder av en viss typ. Bevis av olika slag erbjöds. Aurororor hade tydligen ett ljud, ”ljudet av krepitation”, eller knastrande, som markerade att de var jordbundna fenomen. Ännu konstigare förklaringar dök upp, som meteorologen Ebenezer Miriams lustigt kvacksaliga citat i New York Times.
”Auroran (elektricitet som avges från vulkaners kratrar) löses antingen upp i atmosfären och sprids på så sätt genom rymden eller koncentreras till en gelatinös substans som bildar meteorer, så kallade stjärnskott”, skrev Miriam. ”Dessa meteorer löses snabbt upp i atmosfärisk luft, men når ibland jorden innan de löses upp och liknar tunn stärkelse.”
Men vissa forskare var på rätt spår. Arton timmar innan stormen slog till hade Richard Carrington, en ung men respekterad brittisk astronom, gjort sina dagliga solfläcksobservationer när han såg två lysande ljuspunkter. Vi vet nu att det han såg var en uppvärmning av solens yta utöver dess standardtemperatur på cirka 5 500 grader Celsius. Energin för detta kom från en magnetisk explosion när en utspänd del av solens magnetfält knäcktes och återknöts.
”De avger energimängder som motsvarar ungefär 10 miljoner atombomber inom loppet av en timme eller två”, sade Hathaway. ” En var speciell, och den uppmärksammades, eftersom det var en vit ljusutbrottslåga. Den värmde faktiskt upp solens yta tillräckligt bra för att lysa upp solen.”
Och även om Carrington på den tiden inte visste vad han tittade på, hade fem års stirrande på solen lärt honom att det han såg var utan motstycke. När himlen över hela världen under de småtimmarna nästa natt började skifta i lysande färger visste Carrington att han hade hittat något.
”Jag tror att det representerar en vändpunkt inom astronomin eftersom astronomer för första gången hade konkreta bevis för att en annan kraft än gravitationen kunde kommunicera sig själv över 93 miljoner miles av rymden”, säger Stuart Clark, författare till boken The Sun Kings: The Unexpected Tragedy of Richard Carrington and the Tale of How Modern Astronomy Began.
Det skulle ändå dröja flera decennier innan den vetenskapliga teorin kom ikapp observationerna. Brittiska tungviktare som Lord Kelvin menade att solen aldrig skulle kunna leverera den energinivå som hade observerats på jorden. Att förstå vad som hände utan att förstå hur solen fungerade eller partiklarnas natur var inte direkt lätt.
”Det är ett utmärkt exempel på när teori och observation inte stämmer överens”, sa Clark. ”Det vetenskapliga etablissemanget tenderar att tro på teorin, men det är oftast tvärtom och observationerna är korrekta. Man måste bygga upp en kritisk massa av observationer för att ändra den vetenskapliga teorin.”
Med tiden ändrade fler och fler observationer teorin, och solen hölls korrekt ansvarig för geomagnetiska stormar. Den tekniska lärdomen om att elektrisk utrustning kunde störas var dock i stort sett bortglömd.
När en geomagnetisk storm drabbar jorden skakar den om jordens magnetosfär. När den magnetiserade plasman trycker runt jordens magnetfältlinjer flödar strömmar. Dessa strömmar har sina egna magnetfält och snart, nere vid marken, är starka elektromagnetiska krafter i spel. Med andra ord kan din telegraf köras på ”auroralström”.”
Geomagnetiska stormar kan dock ha mindre godartade effekter. Den 4 augusti 1972 slogs en linje från Bell Telephone som gick från Chicago till San Francisco ut. Forskarna vid Bell Labs ville ta reda på varför, och deras upptäckter ledde dem tillbaka till 1859 och auroralströmmen.
Louis Lanzerotti, som nu är professor i teknik vid New Jersey Institute of Technology, grävde i Bell Labs bibliotek efter liknande händelser och förklaringar. Tillsammans med fältforskning blev historien kärnan i en ny metod för att bygga mer robusta elektriska system.
”Vi gjorde alla dessa analyser och skrev den här artikeln 74 för Bell Systems Technical Journal”, säger Lanzerotti. ”Och det gjorde verkligen en jäkla stor skillnad inom Bell Systems. De gjorde om sina kraftsystem.”
Kampen för att skydda jordens tekniska system från geomagnetiska anomalier fortsätter. I slutet av 2008 publicerade National Academies of Science en rapport om allvarliga rymdväderhändelser. Om en storm som ens närmar sig nivåerna från 1859 skulle inträffa igen, konstaterade de att skadorna skulle kunna uppgå till över en biljon dollar, främst på grund av störningar i elnätet.
Data om hur ofta enorma stormar inträffar är knapphändiga. Isborrkärnor är det viktigaste beviset vi har utanför mänskliga historiska dokument. Laddade partiklar kan interagera med kväve i atmosfären och skapa nitrider. Den ökade koncentrationen av dessa molekyler kan upptäckas genom att titta på iskärnor, som fungerar som en loggbok över atmosfären vid en viss tidpunkt. Under de senaste 500 åren av dessa data var händelsen 1859 dubbelt så stor som något annat.
Till och med det förblir solen lite av ett mysterium, särskilt dessa enormt energirika händelser. Forskare som Hathaway kan beskriva varför en geomagnetisk storm kan vara större än en annan utifrån detaljerna om hur den uppstod, men de har svårt att förutsäga när eller varför en exceptionellt stor storm kan uppstå.
Den vetenskapliga förståelsen av hur solen påverkar jorden och dess tekniktunga människor är inte fullständig, men vi vet i alla fall när det började: tidigt i september. 2, 1859.
”Det är vid den tidpunkten som vi inser att dessa himmelsobjekt påverkade vår teknik och hur vi ville leva våra liv”, säger Stuart.
Och det visar sig att vår brinnande heta stjärna fortfarande gör det.
Bild: Den här artikeln publicerades först i Wired Science den 2 september 2009.
Alexis Madrigal är numera chefredaktör på The Atlantic. Han är författare till Powering the Dream: The History and Promise of Green Technology.
Se även:- 27 april 1791: Samuel F.B. Morse, ”American Leonardo”, född
- Den geomagnetiska apokalypsen – och hur man stoppar den
- Astronauten tar en fantastisk bild av norrskenet från rymden
- Ny webbkamera för norrskenet tar spektakulära videor, Images
- Scientists Discover What Makes Northern Lights Dance
- Northern Lights’ Source Found in Giant ’Magnetic Ropes’
- Mysterious, Glowing Clouds Appear Across America’s Night Skies
- April 25, 1859: Big Dig Starts for Suez Canal
- May 15, 1859: Pierre Curie, Radium’s Co-Discoverer, Is Born
- May 22, 1859: It’s Elementary, My Dear Reader
- Aug 17, 1859: U.S. Airmail Carried by Balloon
- Aug. 27, 1859: America Enters the Oil Bidness
- Nov. 1, 1859: A Welcome Sight for Those in Peril Upon the Sea
- Sept. 2, 1969: First U.S. ATM Starts Doling Out Dollars
- Sept. 2, 1993: U.S., Russia Ink Space Pact
- Sept. 2, 1985: Hey, Everyone, We Found the Titanic