Rumvejr er svært at forudsige - med kun en time til at forhindre katastrofer på Jorden

Den seneste udvikling på forkant med astronomi giver os mulighed for at observere, at planeter, der kredser om andre stjerner, har vejr. Ja, vi har vidst, at andre planeter i vores eget solsystem har vejr, i mange tilfælde mere ekstrem end vores egen.

Vores liv er påvirket af kortsigtede atmosfæriske variationer af vejret på Jorden, og vi frygter, at langsigtede klimaforandringer også vil have stor betydning. Det nyligt opfundede udtryk "rumvejr" refererer til effekter, der opstår i rummet, men som påvirker Jorden og områder omkring den. Mere subtilt end meteorologisk vejr, rumvejr virker normalt på teknologiske systemer, og har potentielle påvirkninger, der spænder fra kommunikationsforstyrrelser til strømsvigt.

En evne til at forudsige rumvejr er et væsentligt værktøj til at give advarsler, så afbødning kan forsøges, og forhåbentlig, i ekstreme tilfælde, forhindre en katastrofe.

Historien om vejrudsigt

Vi er nu vant til meteorologiske prognoser i stor skala, der er ret nøjagtige i omkring en to-ugers tidsskala.

Videnskabelige vejrudsigter opstod for omkring et århundrede siden, med begrebet "front" forbundet med Første Verdenskrig. Meteorologisk forudsigelse er baseret på et godt kendskab til underliggende teori, kodificeret til massive computerprogrammer, der kører på de mest avancerede computere, med enorme mængder inputdata.

Vigtige aspekter af vejret, som fugtindhold, kan måles af satellitter, der overvåger kontinuerligt. Andre målinger kan også let tages, for eksempel, med de næsten 2, 000 vejrballoner opsendt hver dag. At udforske grænserne for vejrudsigt gav anledning til kaosteori, nogle gange kaldet "sommerfugleeffekten". Opbygningen af ​​fejl medfører den praktiske grænse på to uger.

I modsætning, forudsigelsen af ​​rumvejr er kun rigtig pålidelig omkring en time i forvejen!

Soleffekter

Det meste rumvejr stammer fra solen. Dens yderste atmosfære blæser ud i rummet med supersoniske hastigheder, selvom det har så lav tæthed, at det interplanetariske rum er mere rarificeret end hvad der betragtes som et vakuum i vores laboratorier. I modsætning til vinde på jorden, denne solvind fører et magnetfelt med sig. Dette er meget mindre end Jordens eget felt, som vi kan detektere med et kompas ved overfladen, og meget mindre end nær en køleskabsmagnet, men det kan interagere med Jorden, med en vigtig rolle i rumvejr.

Den meget tynde solvind, med et meget svagt magnetfelt, kan ikke desto mindre påvirke Jorden delvist, fordi den interagerer med en stor magnetisk boble omkring Jorden, kaldet magnetosfæren, over et meget stort område, mindst hundrede gange så stor som vores planets overflade. Meget ligesom en brise, der næsten ikke kan flytte en tråd, kan flytte et stort sejlskib, når det fanges på de store sejl, effekten af ​​solvind, gennem dets direkte tryk (som på et sejl) eller gennem dets magnetiske felt, der interagerer med Jordens, kan være enorm.

Som udgangspunkt, solen i sig selv er en sydende masse af varm gas og magnetiske felter, og deres interaktion er kompleks, nogle gange endda eksplosive. Magnetiske felter er koncentreret nær solpletter, og producere elektromagnetiske fænomener som soludbrud (navnet siger det hele) og koronale masseudstødninger. Ligesom med tornadoer på Jorden, vi ved generelt, hvornår forholdene er gunstige for disse lokale eksplosioner, men præcis forudsigelse er vanskelig.

Selv når en hændelse er opdaget, hvis en stor masse hurtigt, varm og tæt gas skydes i vores retning (og sådan en "sky" er til gengæld svær at opdage, kommer mod os mod solens skær), der er en yderligere komplicerende faktor i at forudsige dens fare.

Detektering af magnetiske felter

I modsætning til det detekterbare, nogle gange endda synlige, vandindholdet i atmosfæren, der er så vigtigt i meteorologi, magnetfeltet af gas udsendt fra solen, herunder i varme og tættere skyer fra eksplosioner, er næsten umuligt at opdage langvejs fra. Effekten af ​​en interplanetarisk sky forstærkes meget, hvis retningen af ​​dens magnetfelt er modsat Jordens eget felt, hvor den rammer barrieren af ​​Jordens magnetosfære. I det tilfælde, en proces kendt som "genopkobling" tillader meget af skyens energi at blive overført til regionen nær Jorden, og akkumuleres stort set på natsiden, på trods af at skyen rammer på den side, der vender mod solen.

Ved sekundære processer, normalt involverer yderligere genforbindelse, denne energi producerer rumvejreffekter. Jordens strålingsbælter kan få stor energi, til fare for astronauter og endda satellitter. Disse processer kan også producere lyse nordlys, hvis skønhed skjuler fare, da de til gengæld producerer magnetiske felter. En generatoreffekt finder sted, når dansende nordlys får magnetiske felter til at variere, men i modsætning til de generatorer, der producerer meget af vores elektricitet, de elektriske felter fra nordlys er ukontrollerede.

De elektriske felter fra nordlys er små, og uopdagelige for menneskelige sanser. Imidlertid, over et meget stort område kan de bygge op til at påføre en betydelig spænding. Det er denne effekt, der udgør en fare for vores største infrastruktur, såsom elnet. For at forudsige, hvornår dette kan ske, vi ville være nødt til at måle på afstand størrelsen og retningen af ​​magnetfelt i en indkommende rumsky. Imidlertid, det usynlige felt er snigende og svært at opdage, indtil det næsten er over os.

Satellitmonitorer

Ved kredsløbs gravitationslove, en satellit, der kontinuerligt overvåger magnetiske felter ved direkte måling, skal sidde omkring en million miles (1,6 millioner kilometer) fra Jorden, mellem os og solen hundrede gange længere væk. En magnetisk sky, der forårsager mindre rumvejreffekter, tager normalt omkring tre dage om at komme fra solen til Jorden. En virkelig farlig sky, fra en større soleksplosion, kan tage så lidt som en dag. Da vores overvågningssatellitter er relativt tæt på Jorden, vi kender kun den afgørende magnetiske feltretning højst en time før anslaget. Dette er ikke meget tid til at forberede sårbar infrastruktur, som strøm- og kommunikationsnetværk og satellitter, bedst muligt at overleve.

Da de flåder af satellitter, der er nødvendige for at give bedre advarsel, ikke engang er på tegnebrætterne, vi må stole på held i mødet med rumvejr. Det kan være en lille trøst, at det kommende solmaksimum – når solens overflade er mest aktiv i løbet af en cyklus og forventes at toppe i 2025 – forventes at være mild.

Det kan være Mark Twain, der sagde "det er svært at komme med forudsigelser, især om fremtiden, " men det er bestemt sandt i tilfælde af rumvejr.

Denne artikel er genudgivet fra The Conversation under en Creative Commons-licens. Læs den originale artikel.