Ein neues Weltraumwetterwarnsystems entwickeln
Auch im Weltraum gibt es Wetter, und das kann enorme Auswirkungen haben – auf der Erde und für unsere Ausrüstung und unser Personal in der Umlaufbahn. Geomagnetische Stürme werden zum Beispiel durch Partikel und elektromagnetische Strahlung verursacht, die von der Sonne ausgesandt werden und den Planeten erreichen. Sie stören die Magnetosphäre der Erde und können dazu führen, dass sich elektrische Ladungen in Satellitenkomponenten ablagern und kleine Entladungen verursachen, die die Elektronik zerstören können. Energetische Partikel können außerdem für Weltraumreisende schädlich sein, den Funkverkehr stören und Ströme induzieren, die Stromnetze beschädigen können. Im Rahmen des EU-finanzierten Projekts PAGER hat ein Team führender Sachverständiger aus Wissenschaft und Industrie ein neues System entwickelt, das eine ein- bis zweitägige Vorhersage geomagnetischer Stürme unterstützt. Mit dem System können europäische Satellitenbetreiber potenzielle Bedrohungen erkennen und entsprechend handeln. „Zuverlässige Vorhersagen können den Betreibern helfen, die Hardware in einen sicheren Modus zu versetzen, Satellitenstarts bei gestörten Bedingungen zu vermeiden, Wartungsarbeiten oder Aufrüstungen zu verschieben und Warnungen herauszugeben, und sie können helfen, die Gründe für Anomalien im Weltraum besser zu verstehen“, erklärt Yuri Shprits, Professor für Weltraumphysik und Weltraumwetter an der Universität Potsdam und am GFZ Potsdam sowie Projektkoordinator von PAGER.
Umgebungen mit Ringstrom und Strahlungsgürtel
Unter anderem wird mit dem neuen System der Zustand der Umgebungen mit Ringstrom und Strahlungsgürtel vorausgesagt, zweier Populationen energetischer Teilchen, die vom Magnetfeld der Erde eingefangen werden. Wenn ein geomagnetischer Sturm auf die Erde trifft, werden Ringstrom und Strahlungsgürtelteilchen angeregt und können sogar gut geschützte Satelliten beschädigen. „Die genaue Vorhersage des Zustands der Ringströmung und des Strahlungsgürtels hilft uns, die mit dieser rauen Umgebung verbundenen Risiken abzuschätzen“, sagt Shprits.
Das Risiko von Satellitenladungen vorhersagen
Regierungen und industrielle Interessengruppen benötigen Vorhersagen mit ausreichender Vorlaufzeit, damit sie reagieren können. Zu diesem Zweck modelliert das PAGER-System die Weltraumumgebung, ausgehend von den Bildern der Sonne, um für eine Vorlaufzeit von ein bis zwei Tagen für die Vorhersage des Sonnenwinds zu sorgen: dem Strom geladener Teilchen, der von der Sonne kommt. Diese Vorhersagen werden dann mit anderen Daten, den sogenannten „Codes“ über die Weltraumumgebung und die Aufladung der Satelliten, einschließlich des Ringstroms und des Strahlungsgürtels, kombiniert. „Es war eine große Anstrengung, diese Codes zu erfassen und sie so zu koppeln, dass sie zusammen funktionieren“, fügt Shprits hinzu. Im Ergebnis stand eine Vorlaufzeit von bis zu vier Tagen für die Vorhersage des Strahlungsgürtels und von bis zu zwei Tagen für die Aufladung der Satellitenoberfläche. Um sicherzustellen, dass die Vorhersagen höchst zuverlässig sind, passte das Team die Codes so an, dass sie getrennte Vorhersagen mit unterschiedlichen Aussagewahrscheinlichkeiten zulassen: Sie fassen das wahrscheinlichste und das schlimmste Szenario zusammen. Ein einfaches Ampelsystem zeigt den Nutzenden klar und deutlich, wie hoch das Risiko einer Satellitenaufladung ist. Das System stellt außerdem eine Vorhersage für den Sonnenwind bereit, indem es in Echtzeit vor koronalen Massenauswürfen warnt – eine andere Form des Weltraumwetters, die weitreichende Auswirkungen auf die elektrischen Systeme auf der Erde haben kann.
Gemeinschaftliche Anstrengung
Nach Angaben von Shprits war es von entscheidender Bedeutung, über ein Team führender Sachverständiger aus Wissenschaft und Industrie zu verfügen, die Phänomene aus verschiedenen Forschungsbereichen modellieren konnten, darunter die Erzeugung und Ausbreitung von Sonnenwind, sein Einfluss auf Ringstrom und Strahlungsgürtel sowie die Aufladung von Satelliten. „Wir stellen derzeit den Strahlungsgürtel-Code und die Plasmasphären-Vorhersagen an dem NASA Community Coordinated Modeling Center zur Verfügung. In Zukunft wollen wir unsere Software auf die ESA übertragen“, kommentiert Shprits. Das System ist über die Website des Projekts PAGER zugänglich.
Schlüsselbegriffe
PAGER, Weltraum, Wetter, Weltraumwetter, geomagnetische Stürme, Satellit, Aufladung, Strahlungsgürtel, elektromagnetisch, Infrastruktur