Koronala öglor sträcker sig från solens yta längs komplicerade magnetiska linjer. NASA Goddard Space Flight Center I mars 2011, forskare från Storbritannien, Finland, Frankrike, Belgien och Spanien tillkännagav bildandet av ett projekt som heter SPACECAST. Projektets syfte är att upptäcka, studera och förutse rymdväder. Men dessa forskare är inte interstellära meteorologer.
Rymdväder är inte detsamma som vårt väder här på jorden. Du kommer inte att få en rymdprognos för delvis mulet med risk för skurar. Istället, din väderrapport kan låta som något ur en science-fictionfilm. Istället för nederbörd, du skulle titta på gammastrålning och magnetiska fluktuationer.
Varför investera i ett sådant här projekt i första hand? För vädret i rymden påverkar oss. I allmänhet, rymdväder avser energin och partiklarna som vår sol avger. Utan vår sol, livet på vår planet skulle inte existera som vi känner det. Men inte allt från solen är till nytta för livet.
Vår planets atmosfär skyddar oss från några av de mest skadliga strålningarna från solen. Det inkluderar röntgenstrålar och gammastrålning, båda är högenergi former av strålning som kan avlägsna elektroner från atomer, joniserar dem. Vi är relativt säkra från denna strålning på marken. Men vad händer om vi är på ett plan? Eller hur är det med astronauter, vem kan vara i låg bana eller ännu längre ut från planetens yta?
Förutom risken för människoliv, rymdväder kan skada elektroniken. Energi från solen kan göra allt från satelliter i omloppsbana till elnät här på marken. Låt oss ta en titt på hur solen kan få världen att bli mörk.
Innehåll
Kommunikationssatelliter som denna är sårbara för rymdväder. NASA Glenn Research Center Det finns cirka 900 aktiva satelliter i omloppsbana runt jorden [källa:Union of Concerned Scientists]. Att skjuta upp en satellit är ingen liten sak. Det kan kosta miljoner dollar att utveckla en satellit, konstruera det, och placera den i en bana. Satelliter behöver enstaka boosts för att förbli i omloppsbana. Det betyder att ingenjörer måste ta hänsyn till bränslets vikt ovanpå själva satelliten.
Rymdväder kan minska satelliternas livslängd på många sätt. Om solen avger ett koronalt massutstötning (CME), strålningen och partiklarna kan störa satellitoperationer. Joniserande strålning kan försvaga en satellit. Energin kan också värma upp atmosfären, får det att expandera. En satellit i låg omloppsbana kan uppleva atmosfäriskt drag och riskera att falla utan ett uppsving. Eftersom det finns en begränsad mängd bränsle ombord på en satellit, varje oplanerat boost minskar dess livslängd.
Den magnetiska chockvågan som följer med solaktivitet är också ett problem. Om inte en satellit är avskärmad ordentligt, magnetfluktuationerna kan orsaka elektricitet i själva satelliten. Satelliten kanske inte svarar på kommandon ordentligt eller så kan den ge felaktiga avläsningar till markkontrollen. Bland partiklarna som reser från solen under en CME finns elektroner. Även en enda elektron kan orsaka problem om den tränger igenom en satellits avskärmning.
Många militära satelliter har tjock skärmning - varför inte tillämpa det på alla satelliter? Svaret på denna fråga är risk mot belöning. Skärmning tillför vikt till en satellit. Det betyder att satelliten blir dyrare att starta och, beroende på satellitens bana, det kan behöva boosts mer regelbundet än lättare satelliter. Om kostnaden för att sätta satelliten i omloppsbana är större än fördelen med att ha den där i första hand, det är inte vettigt att starta.
Vad SPACECAST -projektet hoppas göra är att studera effekterna av solaktivitet på satelliter med målet att utforma framtida satelliter för att vara resistenta mot dessa effekter utan att eskalera kostnader. En del av SPACECASTs uppdrag är att skapa system för tidig varning som kan tillåta satellitoperatörer att justera en satellits bana eller stänga av icke -väsentliga system för att minimera effekterna som en solstorm annars kan ha på enheten. Med tillräckligt varsel, operatörer kan också omdirigera satellitkommunikation till andra satelliter som inte är på väg till en solstorm.
Vi har redan sett vad som kan hända med en satellit som ett resultat av solaktivitet. Den 20 januari, 1994, två kommunikationssatelliter kallade ANIK E1 och ANIK E2 drabbades av interna fel på grund av djup dielektrisk laddning. Elektroner som rörde sig med intensiv energi trängde in i avskärmningen på satelliterna och orsakade funktionsstörningar. Det tog åtta timmar att återfå kontrollen över E1 och sju månader för att återföra E2 till tjänst [källa:Horne].
Farorna slutar inte där. Ska vi ha astronauter i omloppsbana under en solstorm, även de skulle vara sårbara för solaktivitet. SPACECAST hjälper till att avgöra vilken typ av säkerhetsåtgärder vi måste överväga för att hålla astronauter säkra under solevenemang. Det kan innefatta att skapa säkerhetsrum inuti rymdfarkoster och rymdstationer med tjock avskärmning samt procedurer som är avsedda att stänga av icke -väsentliga system under en solstorm.
Solens aktivitet kan också påverka elektroniken här på jorden. Nästa, vi ska titta på hur en solstorm kan stänga av ett elnät.
Det finns ett grundläggande samband mellan magnetism och elektricitet. Om du någonsin har byggt en elektromagnet, du har sett detta i aktion. En enkel elektromagnet består av en spole av koppartråd som lindas runt en kärna - järnspikar fungerar bra. Fäst ändarna på koppartråden till ett batteri. Elektroner kommer att flöda genom koppartråden och generera ett magnetfält. Du kan använda den kopparlindade spiken som en magnet.
Även om elektricitet kan skapa ett magnetfält, det omvända är också sant. Ett magnetfält kan skapa - eller framkalla - elektricitet. Om du introducerar ett magnetfält till en elektrisk ledare, du får elektroner att flöda genom ledaren som om den vore ansluten till en strömkälla. Använd ett tillräckligt starkt magnetfält och elflödet blir betydande.
Solen kan producera otroliga magnetfält. Under en solstorm, den magnetiska kraft som utvisas av solen är tillräckligt stark för att ändra formen på jordens magnetosfär. Vi kallar detta för a geomagnetisk storm och det kan orsaka kaos på stora elektriska system. Mindre system, som din smartphone eller dator, tenderar att vara säkra. I vanliga fall, solstormar påverkar bara stora ledare. Men de stora ledarna kan störa driften av mindre system.
En ökning av el på ett elnät är dåliga nyheter. Det kan skada transformatorer och till och med knäppa kraftledningar eftersom mer elektricitet stiger genom systemet än det var avsett att hantera. 1989, en geomagnetisk storm orsakade fel i Quebecs elnät. Det var en total strömavbrott för cirka sex miljoner invånare i nio timmar. Den totala kostnaden för HydroQuebec -systemet var 6 miljarder dollar [källa:Horne].
SPACECAST kommer att hjälpa europeiska nationer att förutsäga när en geomagnetisk storm kommer att inträffa. I teorin, det kommer att ge nationerna värdefull tid att justera kraftnätets belastningar för att förbereda sig för mötande magnetiska fluktuationer. I framtiden, smarta nätmetoder kan ge ingenjörer chansen att fördela kraftbelastningar på ett sådant sätt att det inte stör kunderna.
Radio Goo GooMagnetiska fluktuationer i jonosfären kan störa högfrekventa radiosändningar. Det kan inkludera signaler som skickas av GPS -satelliter, vilket kan påverka oss på jorden - ditt pålitliga GPS -navigationssystem kanske inte kan bestämma din faktiska plats som ett resultat.
En bild av solen fångad den 2 april, 2001, av Extreme ultraviolet Imaging Telescope (EIT) under den största solstrålning som någonsin registrerats. NASA Goddard Space Flight Center Förutom att skydda tillgångar på och över jorden, SPACECAST kommer att driva vetenskaplig forskning. Det finns mycket vi inte vet om rymdväder. Klyftorna i vår kunskap gör det svårt att förbereda sig för solevenemang.
Ta koronala massutstötningar (CME). Dessa händelser inträffar när solen skjuter ut enorma mängder massa. De sammanfaller ofta med särskilt stora solstrålar men vi förstår inte till fullo förhållandet mellan de två. En CME kan skjuta elektroner, protoner och tunga kärnor från solen i hastigheter som närmar sig ljusets hastighet. Elektroner, förstärkt av energi på grund av solens intensiva värme, färdas längs magnetfältlinjer. Om CME vetter mot jorden, dessa elektroner kan slå oss i en chockvåg långt innan slingan som genereras av CME träffar oss.
Forskare vill lära sig mer om CME och varför de uppstår. Vi behöver ytterligare studier för att avgöra exakt var och hur de bildas på solen. Det är också viktigt att lära sig varför partiklar från olika typer av CME -händelser reser i olika hastigheter. Endast genom att känna till dessa detaljer kan vi skapa ett effektivt varningssystem.
Inte varje CME resulterar i en geomagnetisk storm här på jorden. Det betyder att vi måste lära oss vilka faktorer som påverkar de typer som påverkar oss så att vi kan skilja mellan en ofarlig händelse och en som kan orsaka huvudvärk här hemma.
Ett annat vetenskapligt område är beteendet hos jordens magnetosfär. Det är svårt att skapa experiment som ger oss meningsfulla data - det mesta av vår kunskap kommer från direkt observation. Som ett resultat, det finns mycket vi inte förstår om jordens magnetfält, särskilt när det påverkas av rymdväder.
Det är bara toppen av isberget så långt vetenskapliga studier går. Men forskarna som arbetar med SPACECAST hoppas kunna undersöka dessa mysterier och designsystem som kan ge oss användbar information vid potentiellt farligt rymdväder. Utan denna kunskap, allt vi kan förvänta oss är halvutbildade gissningar.
Ett rymdvarningssystem är avgörande för att skydda astronauter i omloppsbana. Detta är astronauten Ed Gibson på Skylab-4. NASA Marshall Space Flight Center För att SPACECAST ska fungera, Europa måste investera i sensorer både i rymden och på marken. Det finns flera oberoende sensorsystem i länder över hela Europa. Men dessa system är beroende av separata finansieringskällor för att förbli aktiva. Skulle systemet i ett land gå offline på grund av brist på medel, Europa skulle förlora en betydande del av det som kan vara ett omfattande varningssystem.
Av den anledningen, forskare som Richard Horne har rekommenderat ett projekt som SPACECAST för att förena dessa ansträngningar. Inte bara kommer ett enhetligt tillvägagångssätt att innebära bättre kommunikation och datainsamling, men också säkerhet inför ekonomiska nedskärningar. Mycket av SPACECASTs överklagande beror på dess potentiella ekonomiska inverkan. För att göra SPACECAST livskraftigt, forskare var tvungna att övertyga politikerna om att Europas eget varningssystem kan spara länder miljarder dollar i förluster.
Förr, Europa förlitade sig på program som NASA för att varna för solstormar och geomagnetisk aktivitet. Men dessa system ägnar inte fokus åt Europa. Forskarna som är ansvariga för SPACECAST hävdade att ett europeiskt projekt kommer att ge bättre skydd än ett allmänt program. På samma gång, SPACECAST -forskare kommer att arbeta med NASA för att dela information och bygga kunskap.
Det finns flera branscher som kan dra nytta av ett varningssystem förutom kraftföretag och organisationer som driver satelliter. Företag som borrar efter gas och olja använder magnetiska avläsningar för att styra instrument. En geomagnetisk storm kan införa instrumentfel, vilket kan leda till misstag som kostar miljarder dollar. Och flygindustrin kan planera om flyg baserat på solaktivitet - vid högre höjder, jordens atmosfär ger mindre skydd mot skadlig solstrålning.
SPACECAST kommer att vara ett evolutionärt projekt. Innan forskare kan implementera ett fullständigt varningssystem, de kommer att behöva studera effekterna av strålningsbälten och solaktiviteter på satelliter. De måste bygga vidare på vår förståelse av solens aktivitet och när vi kan förvänta oss att känna effekterna av en solstorm. Men det är ett steg mot att säkerställa att solaktivitet inte påverkar européernas liv negativt.
Lär dig mer om solevenemang och rymden genom att följa länkarna på nästa sida.
