Güneş Fırtınaları Uyduları Kolayca Yok Edebilir – Bir Uzay Hava Durumu Uzmanı Bilimi Açıklıyor

4 Şubat 2022’de,[{” attribute=””>SpaceX launched 49 satellites as part of Elon Musk’s Starlink internet project, most of which burned up in the atmosphere days later. The cause of this more than US$50 million failure was a geomagnetic storm caused by the Sun.

Geomagnetic storms occur when space weather hits and interacts with the Earth. Space weather is caused by fluctuations within the Sun that blast electrons, protons and other particles into space. I study the hazards space weather poses to space-based assets and how scientists can improve the models and prediction of space weather to protect against these hazards.

When space weather reaches Earth, it triggers many complicated processes that can cause a lot of trouble for anything in orbit. And engineers like me are working to better understand these risks and defend satellites against them.

Güneş, güneş patlamaları ve koronal kütle fırlatmaları gibi aktif olaylar sırasında zaman zaman büyük miktarlarda parçacığı uzaya fırlatır.

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 – patlamalar plazma Güneş’in yüzeyinden – ve koronal deliklerden kaçan güneş rüzgarı – Güneş’in 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.

Dünyanın manyetik alanı, çoğu güneş rüzgarını emen bir kalkan görevi görür. Kredi bilgileri: NASA

Manyetik bir kalkan

Güneş rüzgarı da dahil olmak üzere Güneş’ten 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.

Dünya atmosferinin farklı katmanlarının tümü güneş fırtınalarından farklı şekilde etkilenir.

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.

Starlink uyduları gruplar halinde serbest bırakıldı ve 40 tanesi jeomanyetik bir fırtına nedeniyle Şubat ayı başlarında yok edildi. Kredi bilgileri: SpaceX

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 değişiklikler – kabaca aynı yükseklik aralığını kapsayan termosferin yüklü eşdeğeri – 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, askeri 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 “muhtemel”di 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.

Batı Virginia Üniversitesi Makine ve Uzay Mühendisliği Yardımcı Doçenti Piyush Mehta tarafından yazıldı.

Bu makale ilk olarak Konuşma.