Den første GPS-dataudgivelse nogensinde for at styrke rum-vejrvidenskaben

I dag, mere end 16 års rum-vejrdata er offentligt tilgængelige for første gang i historien. Dataene kommer fra rum-vejr-sensorer udviklet af Los Alamos National Laboratory ombord på landets Global Positioning System (GPS) satellitter. De nyligt tilgængelige data giver forskere en skattekiste af målinger, de kan bruge til bedre at forstå, hvordan rumvejr fungerer, og hvordan man bedst beskytter kritisk infrastruktur, såsom nationens satellitter, fly, kommunikationsnetværk, navigationssystemer, og el-net.

"Rumvejrovervågningsinstrumenter udviklet ved Los Alamos er blevet opstillet på GPS-satellitter i årtier, " sagde Marc Kippen, Los Alamos programleder. "I dag, 23 af landets mere end 30 on-orbit GPS-satellitter bærer disse instrumenter. Når du multiplicerer antallet af satellitter, der indsamler data med antallet af år, de har gjort det, det er i alt mere end 167 satellitår. Det er virkelig en hidtil uset mængde information."

Ekstreme rumvejrhændelser har potentialet til at true sikkerheden og ejendom på Jorden markant, i luften, og i rummet. For eksempel, faren for øget strålingseksponering fra ladede partikler frigivet under et stort soludbrud kan kræve, at flyvninger omdirigeres væk fra en polar rute. Tilsvarende pludselige udbrud af plasma- og magnetfeltstrukturer (koronale masseudstødninger, eller CME'er) fra solens atmosfære og højhastighedssolvind kunne deaktivere store dele af elnettet betydeligt. De resulterende kaskadefejl kan forstyrre flyvekontrollen, afbryde vandforsyningen, og forstyrre livreddende medicinsk udstyr.

I rummet, de ladede partikler målt af Los Alamos-GPS-sensorerne er den primære grænse for, hvor længe en satellit kan operere i rummet, før den bukker under for de skadelige virkninger af stråling. I ekstreme tilfælde kan disse partikler forårsage fejlfunktion af satellitter eller endda katastrofale fejl i hele satellitsystemer. For eksempel, i april 2010, en stor magnetisk forstyrrelse resulterede i en kommunikationsfejl, forårsager en satellit til ukontrolleret at drive i rummet og udgør en fare for nærliggende satellitter. I øjeblikket, videnskabsmænd er ikke i stand til at forudsige, hvornår disse ekstreme begivenheder vil indtræffe, hvor stærke de vil være, eller hvor alvorlige virkningerne vil være. Frigivelsen af ​​Los Alamos-GPS-data muliggør nye undersøgelser, der vil hjælpe med at besvare disse spørgsmål.

Los Alamos-GPS-sensorerne måler kontinuerligt energien og intensiteten af ​​ladede partikler, hovedsageligt elektroner og protoner, aktiveret og fanget i Jordens magnetfelt. Disse fangede partikler danner Van Allens strålingsbælter, som er meget dynamiske - varierer på tidsskalaer fra minutter til årtier. Fra GPS-kredsløb (ca. 12, 600 miles over Jorden), satellitbårne sensorer sonderer det største strålingsbælte - hovedsageligt bestående af energiske elektroner. Hver af de 23 sensorer i den aktuelle GPS-konstellation foretager detaljerede målinger af bælterne hver sjette time. Tilsammen giver sensorerne 92 komplette målinger af bælterne hver dag. De nyligt offentliggjorte målinger udgør en næsten kontinuerlig global rekord af variabiliteten i dette strålingsbælte i de sidste 16 år, herunder hvordan den reagerer på solstorme. Dataene giver en uvurderlig rekord til forståelse af strålingsbæltevariabilitet, der er nøglen til at udvikle effektive rum-vejrprognosemodeller.

Los Alamos har forudset større bevidsthed om nationens sårbarhed over for rumvejr siden 1990'erne, da det begyndte at bringe sine forskningsaktiviteter i rum-vejr på linje med sit program for kritisk infrastruktur. "Dette førte til en bevidsthed om, at vi kunne udvide anvendeligheden af ​​vores rum-vejrdata til programmer ud over de specifikke krav, de var designet til, sagde Kippen.

Den offentlige frigivelse af GPS-data om energipartikler blev udført under betingelserne i en bekendtgørelse fra Det Hvide Hus fra oktober 2016. Det kulminerer mange års arbejde mellem Kontoret for Videnskabs- og Teknologipolitik og National Security Council for at koordinere indsatsen på tværs af agenturer rettet mod forbedret forståelse, forudsigelse og beredskab til potentielt ødelæggende rum-vejr-begivenheder. Det specifikke mål med at frigive rum-vejr-data fra nationale sikkerhedsaktiver såsom GPS-satellitter er at muliggøre et bredt videnskabeligt samfunds engagement i at forbedre rum-vejr-modelvalidering og forbedringer i rum-vejrsudsigt og situationsbevidsthed.