On September 1st, 1859, miners following the Colorado gold rush woke up to another sunny day. Or so they thought. To their surprise, they soon discovered it was actually 1 am; and the sky wasn’t lit by the Sun, but rather by brilliant drapes of light. The blazing glow could be seen as far as the Caribbean, leading people in many regions to believe that nearby cities had caught fire. But the true cause of what would come to be known as the Carrington Event was a solar storm— the largest in recorded history.
Le 1 Septembre 1859, dans le Colorado, des mineurs attirés par la ruée vers l’or se réveillaient lors d’une nouvelle journée ensoleillée. Enfin, c’est ce qu’ils croyaient. Ils furent surpris de découvrir qu’il était 1 heure du matin et que la lumière ne venait pas du Soleil mais de rideaux lumineux étincelants. Cet éclat flamboyant était visible jusqu’aux Caraïbes, laissant croire aux habitants de nombreuses régions que les villes voisines brulaient. En vérité, la cause de ce qu’on appellera “Evénement de Carrington” était une éruption solaire, la plus forte jamais enregistrée.
Solar storms are one of many astrophysical phenomena caused by magnetic fields. These fields are generated by movements of electrically charged particles like protons and electrons. For example, Earth’s magnetic field is generated by charged molten metals circulating in the planet's outer core. Similarly, the Sun’s magnetic field is generated by large convective movements in the plasma that composes the star. As this plasma slowly swirls, it creates areas of intense magnetic activity called sunspots. The magnetic fields that form near these regions often become twisted and strained. And when they’re stretched too far, they snap into simpler configurations, releasing energy that launches plasma from the Sun’s surface. These explosions are known as coronal mass ejections.
Les éruptions solaires sont des phénomènes astrophysiques causés par les champs magnétiques. Ces champs sont générés par les mouvements de particules chargées électriquement comme les protons et les électrons. Par exemple, le champ magnétique terrestre est généré par des métaux en fusion chargés électriquement et circulant dans le noyau externe de la planète. De même, le champ magnétique du soleil est généré par de larges mouvements convectifs du plasma qui compose cette étoile. Comme ce plasma tourbillonne lentement, il crée des zones d’intense activité magnétique, appelées taches solaires. Les champs magnétiques qui apparaissent aux abords de ces zones sont souvent déformés et mis à rude épreuve. Lorsqu’ils ont été trop contraints, leur configuration se modifie et se simplifie en libérant de l’énergie qui projette du plasma de la surface du soleil. These explosions are known as coronal mass ejections.
The plasma— mostly made of protons and electrons— accelerates rapidly, quickly reaching thousands of kilometers per second. A typical coronal mass ejection covers the distance between the Sun and the Earth in just a couple of days, flowing along the magnetic field that permeates the solar system. And those that cross the Earth’s path are drawn to its magnetic field lines, falling into the atmosphere around the planet’s magnetic poles. This tidal wave of high-energy particles excites atmospheric atoms such as oxygen and nitrogen, causing them to rapidly shed photons at various energy levels. The result is a magnificent light show we know as the auroras. And while this phenomenon is usually only visible near the Earth’s poles, strong solar storms can bring in enough high energy particles to light up large stretches of the sky.
Le plasma, principalement constitué de protons et d’électrons, accélère pour atteindre rapidement des milliers de kilomètres par seconde. L’éjection de masse coronale typique couvre la distance Terre-Soleil en quelques jours seulement, s’écoulant le long du champ magnétique qui imprègne le système solaire. Ceux qui croisent le chemin de la Terre sont attirés par son champ magnétique, et tombent dans l’atmosphère autour des pôles magnétiques de la planète. Ce tsunami de particules à haute énergie stimule les atomes atmosphériques tel que l’oxygène et le nitrogène, leur faisant relâcher des photons à divers niveaux d’énergie. Il en résulte un magnifique spectacle lumineux qu’on appelle aurore. Bien que ce phénomène soit visible uniquement près des pôles, des éruptions solaires peuvent être assez puissantes pour éclairer de larges portions de ciel.
The magnetic fields in our solar system are nothing compared to those found in deep space. Some neutron stars generate fields 100 billion times stronger than those found in sunspots. And the magnetic fields around supermassive black holes expel jets of gas that extend for thousands of light years. However, on Earth, even weak solar storms can be surprisingly dangerous. While the storms that reach us are generally harmless to humans, the high-energy particles falling into the atmosphere create secondary magnetic fields, which in turn generate rogue currents that short-circuit electrical equipment. During the Carrington Event, the only widespread electrical technology was the telegraph. But since then, we've only become more dependent on electrical systems. In 1921, another powerful solar storm caused telephones and telegraph equipment around the globe to combust. In New York, the entire railway system was shut down and fires broke out in the central control building. Comparatively weak storms in 1989 and 2003 turned off regions of the Canadian power grid and damaged multiple satellites. If we were hit by a storm as strong as the Carrington Event today, it could devastate our interconnected, electrified planet.
Les champs magnétiques de notre système solaire ne sont rien comparés à ceux observés dans l’espace lointain. Certaines étoiles à neutrons génèrent des champs 100 milliards de fois plus forts que ceux qu’on trouve dans les taches solaires. Les champs magnétiques qui entourent les trous noirs géants expulsent des jets de gaz qui s’étendent sur des milliers d’années-lumière. Mais, sur Terre, même de faibles éruptions solaires peuvent être dangereuses. Les éruptions qui nous impactent sont en général inoffensives pour les humains. Les particules à haute énergie tombant dans l’atmosphère créent des champs magnétiques secondaires, qui à leur tout génèrent des courants parasites qui font court-circuiter les équipements électriques. Lors de l’événement de Carrigton, l’unique technologie électrique répandue était le télégraphe. Depuis, nous sommes devenus de plus en plus dépendants de notre réseau électrique. En 1921, une autre éruption solaire puissante a provoqué la combustion des téléphones et télégraphes dans le monde entier. À New York, tout le réseau ferroviaire a été fermé et des incendies ont éclaté dans le bâtiment central de contrôle. En comparaison, les faibles éruptions de 1989 et 2003 ont coupé le réseau électrique de certaines régions du Canada et ont endommagé plusieurs satellites. Si nous étions frappés par une éruption aussi forte que l’événement de Carrigton, de nos jours, cela dévasterait notre planète connectée et électrifiée.
Fortunately, we're not defenseless. After centuries of observing sunspots, researchers have learned the Sun’s usual magnetic activity follows an 11-year cycle, giving us a window into when solar storms are most likely to occur. And as our ability to forecast space weather has improved, so have our mitigation measures. Power grids can be shut off in advance of a solar storm, while capacitors can be installed to absorb the sudden influx of energy. Many modern satellites and spacecraft are equipped with special shielding to absorb the impact of a solar storm. But even with these safeguards, it’s hard to say how our technology will fare during the next major event. It’s possible we’ll be left with only the aurora overhead to light the path forward.
Heureusement, nous ne sommes pas sans défenses. Après des siècles à observer ces taches solaires, les chercheurs ont découvert que l’activité magnétique du Soleil suivait un cycle de 11 années, ce qui nous permet d’identifier à quel moment ces éruptions pourraient survenir. Nous pouvons faire aussi de meilleures prévisions de météo spatiale, et donc nos mesures d’atténuations en sont améliorées. On peut couper le réseau électrique avant une éruption solaire, et installer des condensateurs pour absorber le surplus d’énergie. Beaucoup de satellites et engins spatiaux modernes ont des protections spéciales pour absorber l’impact d’une éruption solaire. Mais même avec ces protections, il est difficile de prévoir comment nos technologies s’en sortiront. Il est possible qu’il ne nous reste qu’une aurore au-dessus de nos têtes pour éclairer notre chemin.