space

Погоду в космосе сложно предсказать — но достаточно часа, чтобы предотвратить катастрофы на Земле

Категория: Наблюдения

Последние достижения в области астрономии позволяют нам наблюдать, что  планеты, вращающиеся вокруг других звезд, обладают погодой . Действительно, мы знали, что на других планетах в нашей солнечной системе есть погода, во многих случаях более экстремальная, чем наша.

На нашу жизнь влияют краткосрочные атмосферные колебания погоды на Земле , и мы опасаемся, что более долгосрочное изменение климата также окажет большое влияние. Недавно введенный термин « космическая погода » относится к эффектам, которые возникают в космосе, но влияют на Землю и регионы вокруг нее.

Космическая погода, более незаметная, чем метеорологическая погода, обычно воздействует на технологические системы и имеет потенциальные воздействия, которые варьируются от нарушения связи до отказов электросети.

Способность предсказывать космическую погоду является важным инструментом в предоставлении предупреждений, чтобы можно было попытаться смягчить ее и, надеюсь, в крайних случаях предотвратить катастрофу.

 

История прогнозирования погоды

Сейчас мы привыкли к крупномасштабным метеорологическим прогнозам, которые довольно точны примерно на двухнедельную шкалу времени.

Научное прогнозирование погоды зародилось около века назад, а термин  «фронт» ассоциировался с Первой мировой войной . Метеорологические прогнозы основаны на хорошем знании основной теории, систематизированной в массивных компьютерных программах, работающих на самых современных компьютерах, с огромными объемами входных данных.

Важные параметры погоды, такие как влажность, можно измерять с помощью спутников, которые осуществляют постоянный мониторинг. Другие измерения также легко выполняются, например, с помощью почти 2000 метеорологических шаров, запускаемых каждый день.

Изучение ограничений в прогнозировании погоды привело к возникновению теории хаоса, которую иногда называют «эффектом бабочки». Накопление ошибок приводит к практическому пределу в две недели.

Напротив, предсказание космической погоды по-настоящему надежно только примерно за час!

Солнечные эффекты

Большая часть космической погоды  происходит от солнца . Его внешняя атмосфера уносится в космос со сверхзвуковой скоростью, хотя и с такой низкой плотностью, что межпланетное пространство более разрежено, чем то, что в наших лабораториях считается вакуумом. В отличие от земных ветров, этот солнечный ветер переносит магнитное поле.

Это намного меньше, чем собственное поле Земли, которое мы можем обнаружить с помощью компаса на поверхности, и намного меньше, чем поле рядом с магнитом на холодильник, но оно может взаимодействовать с Землей, играя важную роль в космической погоде.

Очень тонкий солнечный ветер с очень слабым магнитным полем, тем не менее, может частично повлиять на Землю, потому что он взаимодействует с большим магнитным пузырем вокруг Земли, называемым магнитосферой , на очень большой площади, по крайней мере в сто раз больше, чем поверхность. нашей планеты.

Подобно тому, как ветер, который едва может двигать нитью, может двигать огромный парусный корабль, когда его ловят на больших парусах, эффект солнечного ветра через его прямое давление (например, на парус) или через его магнитное поле, взаимодействующее с земным, может быть громадный.

В качестве исходной точки само Солнце представляет собой бурлящую массу горячего газа и магнитных полей, и их взаимодействие является сложным, иногда даже взрывным.

Магнитные поля концентрируются около солнечных пятен и  вызывают электромагнитные явления, такие как солнечные вспышки (название говорит само за себя) и выбросы корональной массы . Как и в случае с торнадо на Земле, мы обычно знаем, когда условия благоприятны для этих локализованных взрывов, но точное прогнозирование затруднено.

Даже после того, как событие обнаружено, если большая масса быстрого, горячего и плотного газа выстреливает в нашем направлении (а такое «облако», в свою очередь, трудно обнаружить, поскольку оно летит на нас против яркого солнечного света), существует еще один фактор, усложняющий прогноз его опасности.

Обнаружение магнитных полей

В отличие от обнаруживаемого, иногда даже видимого, содержания воды в атмосфере, которое так важно для метеорологии, магнитное поле газа, выбрасываемого солнцем , в том числе в горячих и более плотных облаках в результате взрывов, практически невозможно обнаружить издалека.

Эффект межпланетного облака значительно усиливается, если направление его магнитного поля противоположно собственному полю Земли, где оно сталкивается с барьером магнитосферы Земли.

В этом случае процесс, известный как «воссоединение», позволяет передать большую часть энергии облака в область около Земли и накапливать ее в основном на ночной стороне, несмотря на то, что облако ударяется о сторону, обращенную к Солнцу.

Посредством вторичных процессов, обычно связанных с дальнейшим повторным подключением, эта энергия вызывает эффекты космической погоды. Радиационные пояса Земли  могут быть сильно заряжены, подвергая опасности космонавтов и даже спутники.

Эти процессы также могут вызывать яркие полярные сияния, красота которых скрывает опасность, поскольку они, в свою очередь, создают магнитные поля. Эффект генератора возникает, когда танцующие полярные сияния изменяют магнитные поля, но в отличие от генераторов, которые производят большую часть нашего электричества, электрические поля полярных сияний неконтролируемы.

Электрические поля от полярных сияний малы и не поддаются обнаружению человеческими чувствами. Однако в очень большой области они могут накапливаться, чтобы приложить значительное напряжение.

Именно этот эффект представляет опасность для нашей крупнейшей инфраструктуры, такой как электрические сети. Чтобы предсказать, когда это может произойти, нам нужно издалека измерить размер и направление магнитного поля в приближающемся космическом облаке. Однако это невидимое поле незаметно, и его трудно обнаружить, пока оно не приблизится к нам.

Спутниковые мониторы

По законам тяготения орбит спутник, непрерывно отслеживающий магнитные поля путем прямых измерений, должен находиться примерно в 1 миллионе миль (1,6 миллиона километров) от Земли, между нами и Солнцем в сто раз дальше. Магнитное облако, вызывающее незначительные эффекты космической погоды, обычно занимает около трех дней, чтобы добраться от Солнца до Земли.

По-настоящему опасное облако от более крупного солнечного взрыва может занять всего сутки. Поскольку наши спутники наблюдения относительно близки к Земле, мы знаем о важнейшем направлении магнитного поля не более чем за час до столкновения. Сейчас не так уж много времени, чтобы подготовить уязвимую инфраструктуру, такую ​​как сети электроснабжения, связи и спутники, к лучшему выживанию.

Поскольку флот спутников, необходимых для лучшего предупреждения, даже не на чертежах, мы должны полагаться на удачу перед лицом космической погоды. Может быть небольшим утешением то, что приближающийся солнечный максимум — когда поверхность Солнца наиболее активна во время цикла и, как ожидается, достигнет пика в 2025 году —  по прогнозам будет умеренным .

Возможно, Марк Твен сказал, что «трудно делать прогнозы, особенно в отношении будущего», но это, безусловно, верно в случае космической погоды.

Поделиться с друзьями: