Bir uzay hava durumu uzmanı bilimi açıklıyor

4 Şubat 2022’de SpaceX, Elon Musk’ın Starlink internet projesinin bir parçası olarak 49 uyduyu fırlattı, çoğu günler sonra atmosferde yandı. Bunun nedeni fazla 50 milyon ABD Doları başarısızlık, güneşin neden olduğu jeomanyetik bir fırtınaydı.

Jeomanyetik fırtınalar, uzay havası çarptığında ve Dünya ile etkileşime girdiğinde meydana gelir. Uzay havası, elektronları, protonları ve diğer parçacıkları uzaya fırlatan güneşteki dalgalanmalardan kaynaklanır. Uzay havasının uzaya dayalı varlıklar için oluşturduğu tehlikeleri inceliyorum ve bilim adamlarının bu tehlikelere karşı korunmak için uzay havasının modellerini ve tahminlerini nasıl geliştirebilecekleri.

Uzay havası Dünya’ya ulaştığında, yörüngedeki herhangi bir şey için çok fazla soruna neden olabilecek birçok karmaşık süreci tetikler. Ve benim gibi mühendisler bu riskleri daha iyi anlamak ve uyduları bunlara karşı savunmak için çalışıyorlar.

Uzay havasına ne sebep olur?

Güneş her zaman uzaya sabit miktarda yüklü parçacık bırakır. Buna güneş rüzgarı denir. Güneş rüzgarı aynı zamanda güneş manyetik alanını da taşır. Bazen, güneş üzerindeki yerel dalgalanmalar belirli bir yönde alışılmadık derecede güçlü parçacık patlamaları fırlatmak. Dünya, bu olaylardan biri tarafından üretilen gelişmiş güneş rüzgarının yolunda olursa ve çarpılırsa, jeomanyetik bir fırtına alırsınız.

Jeomanyetik fırtınaların en yaygın iki nedeni: koronal kütle atımları—güneşin yüzeyinden plazma patlamaları—ve koronal deliklerden kaçan güneş rüzgarı—Güneşin dış atmosferinde düşük yoğunluklu noktalar.

Fırlatılan plazmanın veya güneş rüzgarının Dünya’ya ulaşma hızı önemli bir faktördür – hız ne kadar hızlı olursa, jeomanyetik fırtına o kadar güçlü olur. Normalde, güneş rüzgarı yaklaşık 900.000 mil hızla hareket eder (1,4 milyon km/sa). Ancak güçlü güneş olayları, rüzgarları beş kat daha hızlı serbest bırakabilir.

Kayıtlardaki en güçlü jeomanyetik fırtınaya bir Eylül 1859’da koronal kütle atımı. Parçacık kütlesi Dünya’ya çarptığında, telgraf hatlarında operatörleri şok eden ve bazı aşırı durumlarda elektrik dalgalanmalarına neden oldular. aslında telgraf aletlerini ateşe verdi. Araştırmalar, bu büyüklükte bir jeomanyetik fırtınanın bugün Dünya’ya çarpması durumunda, kabaca 2 trilyon dolarlık hasar.

Manyetik bir kalkan

Güneş rüzgarı da dahil olmak üzere güneşten gelen emisyonlar, onlara doğrudan maruz kalacak kadar şanssız herhangi bir yaşam formu için inanılmaz derecede tehlikeli olacaktır. Neyse ki, Dünya’nın manyetik alanı insanlığı korumak için çok şey yapıyor.

Güneş rüzgarının Dünya’ya yaklaşırken çarptığı ilk şey manyetosferdir. Dünya atmosferini çevreleyen bu bölge, elektron ve iyonlardan oluşan plazma ile doludur. Gezegenin güçlü manyetik alanı hakimdir. Güneş rüzgarı manyetosfere çarptığında kütle, enerji ve momentumu bu katmana aktarır.

Manyetosfer, enerjinin çoğunu günlük güneş rüzgarı seviyesinden emebilir. Ancak güçlü fırtınalar sırasında aşırı yüklenebilir ve fazla enerjiyi Dünya atmosferinin kutuplara yakın üst katmanlarına aktarabilir. Enerjinin kutuplara doğru yönlendirilmesi, fantastik aurora olaylarıyla sonuçlanırancak aynı zamanda üst atmosferde uzay varlıklarına zarar verebilecek değişikliklere de neden olur.

Yörüngedekiler için tehlikeler

Jeomanyetik fırtınaların, her gün yerdeki insanlara hizmet eden yörüngedeki uyduları tehdit etmesinin birkaç farklı yolu vardır.

Atmosfer manyetik fırtınalardan enerji emdiğinde ısınır ve yukarı doğru genişler. Bu genişleme termosferin yoğunluğunu önemli ölçüde artırır, Dünya yüzeyinden yaklaşık 50 mil (80 kilometre) ila yaklaşık 600 mil (1.000 km) arasında uzanan atmosfer tabakası. Daha yüksek yoğunluk uydular için bir sorun olabilecek daha fazla sürükle.

Bu durum, SpaceX Starlink uydularının Şubat ayında ölümüne yol açan şeydi. Starlink uyduları Falcon 9 roketleri tarafından alçak irtifa yörüngesine bırakıldı, tipik olarak Dünya yüzeyinden 60 ila 120 mil (100 ila 200 km) arasında bir yerde. Uydular daha sonra, sürükleme kuvvetini yavaşça yenmek ve kendilerini yaklaşık olarak son irtifalarına yükseltmek için yerleşik motorları kullanırlar. 350 mil (550 km).

En son Starlink uyduları grubu, hala çok düşük Dünya yörüngesindeyken bir jeomanyetik fırtınayla karşılaştı. Motorları üstesinden gelemedi önemli ölçüde artan sürtünmeve uydular yavaş yavaş Dünya’ya doğru düşmeye başladı ve sonunda atmosferde yandı.

Sürükleme, uzay havasının uzaya dayalı varlıklar için oluşturduğu tehlikelerden yalnızca biridir. Güçlü jeomanyetik fırtınalar sırasında manyetosfer içindeki yüksek enerjili elektronlardaki önemli artış, daha fazla elektronun bir uzay aracının koruyucusuna nüfuz edeceği ve elektroniği içinde birikeceği anlamına gelir. Bu elektron birikimi temelde küçük bir yıldırım çarpması olan deşarj ve elektroniklere zarar verir.

Manyetosferdeki nüfuz eden radyasyon veya yüklü parçacıklar – hafif jeomanyetik fırtınalar sırasında bile – aynı zamanda elektronik cihazlardan çıkış sinyalini değiştirmek. Bu fenomen, bir uzay aracının elektronik sisteminin herhangi bir bölümünde hatalara neden olabilir ve hata kritik bir şeyde meydana gelirse, tüm uydu başarısız olabilir. Küçük hatalar yaygındır ve genellikle düzeltilebilir, ancak toplam başarısızlıklar, nadir de olsa, olur.

Son olarak, jeomanyetik fırtınalar, uyduların radyo dalgalarını kullanarak Dünya ile iletişim kurma yeteneğini bozabilir. Örneğin GPS gibi birçok iletişim teknolojisi, radyo dalgalarına güvenmek. atmosfer her zaman radyo dalgalarını bir miktar bozar , bu nedenle mühendisler, iletişim sistemleri oluştururken bu bozulmayı düzeltir. Ancak jeomanyetik fırtınalar sırasında, iyonosferdeki (kabaca aynı yükseklik aralığını kapsayan termosferin yüklü eşdeğeri) değişiklikler, radyo dalgalarının içinden nasıl geçtiğini değiştirecektir. Sakin bir atmosfer için yapılan kalibrasyonlar, jeomanyetik fırtınalar sırasında yanlış olur.

Bu, örneğin, GPS sinyallerine kilitlenmeyi zorlaştırır ve konumlandırmayı birkaç metre öteleyin. Havacılık, denizcilik, robotik, ulaşım, çiftçilik, askeriye ve diğerleri gibi birçok endüstri için, birkaç metrelik GPS konumlandırma hataları basitçe savunulamaz. Otonom sürüş sistemleri de doğru konumlandırma gerektirecektir.

Uzay havasından nasıl korunuruz

Uydular, modern dünyanın çoğunun çalışması için kritik öneme sahiptir ve uzay varlıklarını uzay havasından korumak, önemli araştırma alanı.

Bazı riskler aşağıdaki yöntemlerle en aza indirilebilir: elektroniği radyasyondan korumak veya geliştirme malzemeleri radyasyona daha dayanıklı olanlardır. Ancak bir tehdit karşısında yapılabilecek ancak bu kadar koruma vardır. güçlü jeomanyetik fırtına.

Fırtınaları doğru bir şekilde tahmin etme yeteneği, hassas elektronikleri kapatarak veya uyduları daha iyi korunacak şekilde yeniden yönlendirerek uyduları ve diğer varlıkları belirli bir ölçüde önceden korumayı mümkün kılacaktır. Ancak jeomanyetik fırtınaların modellenmesi ve tahmin edilmesi son birkaç yılda önemli ölçüde iyileşmiş olsa da, tahminler genellikle yanlıştır. Ulusal Okyanus ve Atmosfer İdaresi, bir koronal kütle atımının ardından, bir jeomanyetik fırtınanın meydana gelmesi “muhtemelen” idi Şubat Starlink lansmanından önceki gün veya gün. Görev yine de devam etti.

Güneş, sık sık sinir krizi geçiren bir çocuk gibidir. Hayatın devam etmesi esastır, ancak sürekli değişen yapısı işleri zorlaştırır.

Bu makale şuradan yeniden yayınlandı: Konuşma Creative Commons lisansı altında. Okumak orijinal makale.