Opracowanie nowego systemu ostrzegania przed pogodą kosmiczną
W kosmosie też jest pogoda – i może mieć ogromny wpływ zarówno na warunki na Ziemi, jak i na sprzęt oraz personel znajdujący się na orbicie. Przykładem są burze geomagnetyczne, powodowane przez cząstki i promieniowanie elektromagnetyczne emitowane przez Słońce i docierające do naszej planety. Zakłócają one ziemską magnetosferę i mogą powodować gromadzenie się ładunków elektrycznych w komponentach satelitów, powodując mini wyładowania, które mogą zniszczyć układy elektroniczne. Cząstki energetyczne mogą być również szkodliwe dla astronautów, zakłócać komunikację radiową i indukować prądy zdolne do uszkodzenia sieci energetycznych. W ramach finansowanego przez Unię Europejską projektu PAGER zespół wiodących ekspertów akademickich i branżowych stworzył nowy system zdolny do prognozowania burz magnetycznych z wyprzedzeniem od jednego do dwóch dni. System pozwoli europejskim operatorom satelitarnym ocenić potencjalne zagrożenia i podjąć odpowiednie działania. „Wiarygodne prognozy mogą pomóc operatorom w podejmowaniu decyzji o przełączeniu sprzętu w tryb bezpieczeństwa, unikaniu wynoszenia satelitów na orbitę podczas zakłóceń, eliminowaniu konieczności konserwacji lub modernizacji i wydawaniu ostrzeżeń, a także mogą pomóc lepiej zrozumieć przyczyny anomalii kosmicznych”, wyjaśnia Yuri Shprits, profesor fizyki kosmicznej i pogody kosmicznej na Uniwersytecie w Poczdamie i pracownik ośrodka badawczego GFZ-Potsdam, jak również koordynator projektu PAGER.
Środowiska prądu pierścieniowego i pasa radiacyjnego
Nowy system umożliwia między innymi przewidywanie stanu środowisk prądu pierścieniowego i pasa radiacyjnego wokół Ziemi, stanowiących dwie populacje cząstek energetycznych uwięzionych przez ziemskie pole magnetyczne. Gdy burza geomagnetyczna uderza w Ziemię, cząstki prądu pierścieniowego i pasa radiacyjnego są naładowane, w związku z czym mogą uszkodzić nawet dobrze zabezpieczone satelity. „Dokładne przewidywanie stanu środowisk prądu pierścieniowego i pasa radiacyjnego pozwala nam oszacować ryzyko związane z tymi trudnymi warunkami”, mówi Shprits.
Prognozowanie ryzyka związanego z naładowaniem powierzchni satelitów
Zainteresowane strony, takie jak agencje rządowe czy podmioty branżowe, potrzebują prognoz z wystarczającym wyprzedzeniem, dającym im czas na reakcję. W odpowiedzi na to zapotrzebowanie zespół projektu opracował system PAGER, który tworzy modele środowiska kosmicznego, począwszy od obrazów Słońca, aby umożliwić przewidywanie z wyprzedzeniem od jednego do dwóch dni wiatru słonecznego – strumienia naładowanych cząstek pochodzących ze Słońca. Prognozy te są następnie łączone z innymi danymi, znanymi jako „kody”, dotyczącymi środowiska kosmicznego i naładowania satelitów, uwzględniając dane dotyczące prądu pierścieniowego i pasa radiacyjnego. „Dużym wysiłkiem było zebranie tych kodów i połączenie ich w taki sposób, by mogły ze sobą współpracować”, dodaje Shprits. Ostatecznie udało się zapewnić aż cztery dni wyprzedzenia w przypadku prognoz dotyczących pasa radiacyjnego i do dwóch dni w przypadku naładowania powierzchni satelity. Aby zapewnić wysoki poziom pewności i wiarygodności prognoz, zespół dostosował kody, tak by umożliwić tworzenie oddzielnych prognoz z różnymi poziomami zaufania: łącząc wariant najbardziej prawdopodobny z najgorszym możliwym scenariuszem. Prosty system sygnalizacji świetlnej pozwala użytkownikom jasno zrozumieć ryzyko związane z naładowaniem satelity. System zapewnia również prognozy dotyczące wiatru słonecznego, wykorzystując generowane w czasie rzeczywistym ostrzeżenia o koronalnych wyrzutach masy – innej formie pogody kosmicznej, która może mieć szeroki wpływ na systemy elektryczne na Ziemi.
Wspólne działania
Shprits twierdzi, że kluczowe było utworzenie zespołu złożonego z wiodących ekspertów akademickich i branżowych, co pozwoliło na modelowanie zjawisk z różnych dziedzin badań, w tym takich zagadnień jak generowanie i propagacja wiatru słonecznego, jego wpływ na prąd pierścieniowy i pasy radiacyjne oraz naładowanie powierzchni satelitów. „Obecnie kod pasa radiacyjnego i prognozy dotyczące plazmosfery są przez nas dostarczane do ośrodka Community Coordinated Modeling Center działającego przy NASA. W przyszłości chcemy przystosować nasze oprogramowanie do potrzeb ESA”, podkreśla Shprits. Dostęp do systemu można uzyskać za pośrednictwem strony internetowej projektu PAGER.
Słowa kluczowe
PAGER, kosmos, pogoda, burze geomagnetyczne, satelita, naładowanie, pasy radiacyjne, elektromagnetyczne, infrastruktura