Sådan fungerer SPACECAST

I marts 2011, forskere fra Det Forenede Kongerige, Finland, Frankrig, Belgien og Spanien annoncerede dannelsen af ​​et projekt kaldet SPACECAST. Projektets formål er at opdage, studere og forudsige rumvejr. Men disse forskere er ikke interstellare meteorologer.

Rumvejr er ikke det samme som vores vejr her på Jorden. Du får ikke en rumprognose for delvis overskyet med mulighed for byger. I stedet, din vejrmelding kan lyde som noget ud af en science-fiction film. Frem for nedbør, du ville se på gammastråling og magnetiske udsving.

Hvorfor investere i et projekt som dette i første omgang? Fordi vejret i rummet påvirker os. Generelt, rumvejr refererer til den energi og partikler, som vores sol udsender. Uden vores sol, liv på vores planet ville ikke eksistere, som vi kender det. Men ikke alt fra solen er til gavn for livet.

Vores planets atmosfære beskytter os mod nogle af de mest skadelige stråler fra solen. Det inkluderer røntgenstråler og gammastråling, som begge er højenergi former for stråling, der kan fjerne elektroner fra atomer, ioniserer dem. Vi er relativt sikre fra denne stråling på jorden. Men hvad sker der, hvis vi er på et fly? Eller hvad med astronauter, hvem kan være i lav bane eller endnu længere ude fra planetens overflade?

Ud over risikoen for menneskeliv, rumvejr kan forårsage skade på elektronik. Energi fra solen kan smutte alt fra satellitter i kredsløb til strømnet her på jorden. Lad os se på, hvordan solen kan få verden til at blive mørk.

1. Satellit Smackdown
2. Magtkampe
3. Rumvejrets mysterier
4. Advarselssystemer

Satellit Smackdown

Der er cirka 900 aktive satellitter i kredsløb omkring Jorden [kilde:Union of Concerned Scientists]. At opsende en satellit er ikke en lille sag. Det kan koste millioner af dollars at udvikle en satellit, konstruere det, og placer den i kredsløb. Satellitter har brug for lejlighedsvise boosts for at forblive i kredsløb. Det betyder, at ingeniører skal indregne vægten af ​​brændstof oven på selve satellitten.

Rumvejr kan reducere levetiden for satellitter på mange måder. Hvis solen udsender en koronal masseudstødning (CME), strålingen og partiklerne kan forstyrre satellitoperationer. Ioniserende stråling kan svække en satellit. Energien kan også opvarme atmosfæren, får det til at udvide. En satellit i lav bane kan opleve atmosfærisk træk og være i fare for at falde uden et boost. Da der er en begrænset mængde brændstof ombord på en satellit, hvert uplanlagt boost reducerer dets levetid.

Den magnetiske chokbølge, der ledsager solaktivitet, er også et problem. Medmindre en satellit er afskærmet korrekt, de magnetiske udsving kunne forårsage elektricitet i selve satellitten. Satellitten reagerer muligvis ikke korrekt på kommandoer, eller den giver muligvis fejlagtige aflæsninger til jordkontrol. Blandt partiklerne, der rejser fra solen under en CME, er elektroner. Selv en enkelt elektron kan forårsage problemer, hvis den trænger ind i en satellits afskærmning.

Mange militære satellitter har tyk afskærmning - hvorfor ikke anvende det på alle satellitter? Svaret på dette spørgsmål er risiko mod belønning. Afskærmning tilføjer vægt til en satellit. Det betyder, at satellitten bliver dyrere at starte og, afhængigt af satellitens bane, det kan have brug for boost mere regelmæssigt end lettere satellitter. Hvis udgiften til at sætte satellitten i kredsløb er større end fordelen ved at have den der i første omgang, det giver ikke mening at starte.

Hvad SPACECAST -projektet håber at gøre er at studere virkningerne af solaktivitet på satellitter med det formål at designe fremtidige satellitter til at være modstandsdygtige over for disse effekter uden at eskalere omkostninger. En del af SPACECASTs mission er at skabe tidlige varslingsdetektionssystemer, der kan tillade satellitoperatører at justere en satellits kredsløb eller slukke ikke -væsentlige systemer for at minimere de virkninger, en solstorm ellers kan have på enheden. Med nok varsel, operatører kunne også omdirigere satellitkommunikation til andre satellitter, der ikke er på vej til en solstorm.

Vi har allerede set, hvad der kan ske med en satellit som følge af solaktivitet. Den 20. januar, 1994, to kommunikationssatellitter kaldet ANIK E1 og ANIK E2 led interne fejl på grund af dyb dielektrisk opladning. Elektroner, der bevægede sig med intens energi, trængte ind i afskærmningen på satellitterne og forårsagede funktionsfejl. Det tog otte timer at genvinde kontrollen med E1 og syv måneder for at bringe E2 tilbage til service [kilde:Horne].

Farerne ender ikke der. Skal vi have astronauter i kredsløb under en solstorm, også de ville være sårbare over for solaktivitet. SPACECAST hjælper med at bestemme, hvilken type sikkerhedsforanstaltninger vi skal overveje for at holde astronauter sikre under solarrangementer. Det kan omfatte oprettelse af sikkerhedsrum inde i rumfartøjer og rumstationer, der har tyk afskærmning samt procedurer designet til at lukke ikke -væsentlige systemer ned under en solstorm.

Solens aktivitet kan også påvirke elektronik her på Jorden. Næste, vi ser på, hvordan en solstorm kan lukke et elnet ned.

Magtkampe

Der er et grundlæggende forhold mellem magnetisme og elektricitet. Hvis du nogensinde har bygget en elektromagnet, du har set dette i aktion. En simpel elektromagnet består af en spole af kobbertråd viklet omkring en kerne - jernsøm fungerer godt. Slut enderne af kobbertråden til et batteri. Elektroner flyder gennem kobbertråden og genererer et magnetfelt. Du kan bruge den kobberindpakkede søm som en magnet.

Selvom elektricitet kan skabe et magnetfelt, det omvendte er også sandt. Et magnetfelt kan skabe - eller fremkalde - elektricitet. Hvis du introducerer et magnetfelt til en elektrisk leder, du får elektroner til at strømme gennem lederen, som om den var forbundet til en strømkilde. Brug et stærkt nok magnetfelt, og elektricitetsstrømmen vil være betydelig.

Solen kan producere utrolige magnetfelter. Under en solstorm, den magnetiske kraft, der udvises af solen, er stærk nok til at ændre formen på Jordens magnetosfære. Vi kalder dette a geomagnetisk storm og det kan ødelægge store elektriske systemer. Mindre systemer, som din smartphone eller computer, har en tendens til at være sikker. Normalt, solstorme påvirker kun store ledere. Men de store ledere kan forstyrre driften af ​​mindre systemer.

En stigning i elektricitet på et elnet er dårlige nyheder. Det kan beskadige transformatorer og endda snappe elledninger, da mere strøm strømmer gennem systemet, end det var designet til at håndtere. I 1989, en geomagnetisk storm forårsagede funktionsfejl i Quebecs elnet. Der var en fuldstændig blackout for omkring seks millioner indbyggere i ni timer. De samlede omkostninger for HydroQuebec -systemet var $ 6 milliarder [kilde:Horne].

SPACECAST vil hjælpe de europæiske nationer med at forudsige, hvornår en geomagnetisk storm vil opstå. I teorien, det vil give nationer værdifuld tid til at justere strømnets belastninger for at forberede modgående magnetiske udsving. I fremtiden, smart grid -tilgange kan give ingeniører mulighed for at fordele strømbelastninger på en sådan måde, at det ikke forstyrrer kunderne.

Magnetiske udsving i ionosfæren kan forstyrre højfrekvente radiotransmissioner. Det kan omfatte signaler sendt af GPS -satellitter, som kan påvirke os på Jorden - dit pålidelige GPS -navigationssystem kan muligvis ikke bestemme din faktiske placering som følge heraf.

Rumvejrets mysterier

Udover at beskytte aktiver på og over Jorden, SPACECAST vil skubbe til videnskabelig forskning. Der er meget, vi ikke ved om rumvejr. Hullerne i vores viden gør det svært at forberede sig på solarrangementer.

Tag koronale masseudstødninger (CME'er). Disse begivenheder opstår, når solen skyder enorme mængder masse ud. De falder ofte sammen med særligt store solblusser, men vi forstår ikke helt forholdet mellem de to. En CME kan skubbe elektroner, protoner og tunge kerner fra solen med hastigheder, der nærmer sig lysets hastighed. Elektroner, forstærket af energi på grund af solens intense varme, rejse langs magnetfeltlinjer. Hvis CME vender ud mod Jorden, disse elektroner kan ramme os i en chokbølge, inden sløjfen genereret af CME rammer os.

Forskere vil lære mere om CME'er, og hvorfor de opstår. Vi har brug for yderligere undersøgelser for at bestemme præcis, hvor og hvordan de dannes på solen. Det er også vigtigt at lære, hvorfor partikler fra forskellige typer CME -begivenheder rejser med forskellige hastigheder. Kun ved at kende disse detaljer kan vi oprette et effektivt advarselssystem.

Ikke alle CME resulterer i en geomagnetisk storm her på Jorden. Det betyder, at vi skal lære, hvilke faktorer der føder ind i de typer, der påvirker os, så vi kan skelne mellem en ufarlig begivenhed og en, der kan forårsage hovedpine herhjemme.

Et andet videnskabeligt studie er opførslen af ​​Jordens magnetosfære. Det er svært at lave eksperimenter, der giver os meningsfulde data - det meste af vores viden kommer fra direkte observation. Som resultat, der er meget, vi ikke forstår om Jordens magnetfelt, især når det er påvirket af rumvejr.

Det er bare toppen af ​​isbjerget, så vidt videnskabelige undersøgelser rækker. Men forskerne, der arbejder på SPACECAST, håber at undersøge disse mysterier og designsystemer, der er i stand til at give os nyttig information i tilfælde af potentielt farligt rumvejr. Uden denne viden, alt vi kan forvente er semi-uddannede gæt.

Advarselssystemer

For at SPACECAST skal fungere, Europa skal investere i sensorer både i rummet og på jorden. Der er flere uafhængige sensorsystemer placeret i lande i hele Europa. Men disse systemer er afhængige af separate finansieringskilder for at forblive aktive. Skulle systemet i et land gå offline på grund af mangel på midler, Europa ville miste en betydelig del af det, der kunne være et omfattende advarselssystem.

Af den grund, forskere som Richard Horne har anbefalet et projekt som SPACECAST for at forene disse bestræbelser. Ikke alene vil en samlet tilgang betyde bedre kommunikation og dataindsamling, men også sikkerhed i lyset af økonomiske nedskæringer. Meget af SPACECASTs appel skyldes dens potentielle økonomiske indvirkning. For at gøre SPACECAST levedygtig, forskere måtte overbevise politikerne om, at Europas eget advarselssystem kunne spare lande for milliarder af dollars i tab.

I fortiden, Europa stolede på programmer som NASA for at advare om solstorme og geomagnetisk aktivitet. Men disse systemer dedikerer ikke fokus til Europa. Forskerne med ansvar for SPACECAST hævdede, at et europæisk projekt vil give bedre beskyttelse end et generelt program. På samme tid, SPACECAST -forskere vil samarbejde med NASA om at dele information og opbygge viden.

Der er flere industrier, der kan drage fordel af et advarselssystem udover energiselskaber og organisationer, der driver satellitter. Virksomheder, der borer efter gas og olie, bruger magnetiske aflæsninger til at styre instrumenter. En geomagnetisk storm kan indføre instrumenteringsfejl, hvilket kan føre til fejl, der koster milliarder af dollars. Og flyindustrien kan omlægge flyvninger baseret på solaktivitet - i højere højder, Jordens atmosfære giver mindre beskyttelse mod skadelig solstråling.

SPACECAST vil være et evolutionært projekt. Inden forskere kan implementere et fuldt advarselssystem, de bliver nødt til at undersøge virkningerne af strålingsbælter og solaktiviteter på satellitter. De bliver nødt til at bygge videre på vores forståelse af solens aktivitet, og hvornår vi kan forvente at mærke virkningerne af en solstorm. Men det er et skridt i retning af at sikre, at solaktivitet ikke påvirker europæernes liv negativt.

Lær mere om solbegivenheder og rum ved at følge linkene på den næste side.

Masser mere information

relaterede artikler

• Kunne en ekstremt kraftig solblus ødelægge al elektronik på jorden?
• Sådan fungerer solen
• Sådan fungerer solformørkelser
• Sådan fungerer Auroras
• Sådan fungerer solpletter
• Sådan fungerer magneter
• Sådan fungerer elektromagneter
• 10 bemærkelsesværdige eksoplaneter
• Hvorfor kan forskere ikke præcist forudsige vejret?

Flere store links

• British Antarctic Survey

Kilder

• 7 Samarbejde. "SPACECAST." (19. april kl. 2011) http://fp7-spacecast.eu/
• British Antarctic Survey. "Pressemeddelelse - Ny rumforskning afregner mange års videnskabelig debat." 20. oktober kl. 2010. (21. april, kl. 2011) http://www.antarctica.ac.uk/press/press_releases/press_release.php?id=1312
• British Antarctic Survey. "SPACECAST." 2007. (19. april, 2011) http://www.antarctica.ac.uk/bas_research/eu_framework/spacecast/index.php
• Canfield, Richard, et al. "Coronal Mass Ejection Prediction Page." Montana State University. 25. maj kl. 2007. (20. april, 2011) http://solar.physics.montana.edu/press/faq.html
• Donati, A. et al. "Rumvejr og missionskontrol:en køreplan til et operativt system til beslutningsstøtte til flere operationer." AIAA. 2004. (20. april, 2011) http://www.aiaa.org/spaceops2004archive/downloads/papers/SPACE2004sp-template00140F.pdf
• Hapgood, Mike. "Projektimplementeringsplan og slutrapport." CLRC. Udgave 1.0. 23. november kl. 2001. (19. april, 2011) http://www.esa-spaceweather.net/spweather/esa_initiatives/spweatherstudies/RAL/wp600_report_v1.pdf
• Horne, Richard B. "Fordele ved et rumvejrsprogram." ESA Space Weather Program Study, Alcatel konsortium. Februar 2001 (19. april, 2011) http://www.esa-spaceweather.net/spweather/esa_initiatives/spweatherstudies/ALC/wp1100_Benefits_v3.1.pdf
• National Earth Science Teachers Association. "Blackout - Massive Power Grid Failure." Windows til universet. 2010. (21. april, kl. 2011) http://www.windows2universe.org/spaceweather/blackout.html
• NOAA. "NOAA Rumvejrskalaer." 1. marts 2005. (20. april, 2011) http://www.swpc.noaa.gov/NOAAscales/
• Side, Lewis. "Europa for at få advarselsservice om rumstråling-storm." Registret. 29. marts 2011. (18. april, 2011) http://www.theregister.co.uk/2011/03/29/spacecast_sun_storm_warning/print.html
• Rodgers, David J. et al. "Fordele ved et europæisk rumvejrprogram." DERA. Udgave 2.1. 19. december kl. 2000, (20. april kl. 2011) http://www.esa-spaceweather.net/spweather/esa_initiatives/spweatherstudies/RAL/TR110v2_1.pdf-a.pdf
• Forening af bekymrede forskere. "UCS -satellitdatabase." 31. jan. 2011. (21. april, 2011) http://www.ucsusa.org/nuclear_weapons_and_global_security/space_weapons/technical_issues/ucs-satellite-database.html
• Von Rosenvinge, Tycho. "Koronale masseudstødninger." Kosmikopi. 18. april kl. 2011. (20. april, 2011) http://helios.gsfc.nasa.gov/cme.html