Gli anelli coronali si estendono dalla superficie del sole lungo complicate linee magnetiche. NASA Goddard Space Flight Center Nel marzo 2011, scienziati del Regno Unito, Finlandia, Francia, Belgio e Spagna hanno annunciato la formazione di un progetto chiamato SPACECAST. Scopo del progetto è rilevare, studiare e prevedere il tempo spaziale. Ma questi scienziati non sono meteorologi interstellari.
Il tempo spaziale non è lo stesso del nostro tempo qui sulla Terra. Non si otterrà una previsione dello spazio di poco nuvoloso con possibilità di rovesci. Anziché, il tuo bollettino meteorologico potrebbe sembrare uscito da un film di fantascienza. Piuttosto che precipitazioni, staresti guardando le radiazioni gamma e le fluttuazioni magnetiche.
Perché investire in un progetto come questo in primo luogo? Perché il tempo nello spazio ci influenza. Generalmente, tempo spaziale si riferisce all'energia e alle particelle che il nostro sole emette. Senza il nostro sole, la vita sul nostro pianeta non esisterebbe come la conosciamo. Ma non tutto dal sole è benefico per la vita.
L'atmosfera del nostro pianeta ci protegge da alcune delle radiazioni solari più dannose. Ciò include i raggi X e le radiazioni gamma, entrambe sono forme di radiazione ad alta energia che possono strappare gli elettroni dagli atomi, ionizzandoli. Siamo relativamente al sicuro da queste radiazioni a terra. Ma cosa succede se siamo su un aereo? O che dire degli astronauti, chi può essere in orbita bassa o anche più lontano dalla superficie del pianeta?
Oltre al rischio per la vita umana, il tempo spaziale può causare danni all'elettronica. L'energia del sole può rovinare tutto, dai satelliti in orbita alle reti elettriche qui a terra. Diamo un'occhiata a come il sole può oscurare il mondo.
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I satelliti per le comunicazioni come questo sono vulnerabili alle condizioni meteorologiche spaziali. NASA Glenn Research Center Ci sono circa 900 satelliti attivi in orbita attorno alla Terra [fonte:Union of Concerned Scientists]. Il lancio di un satellite non è cosa da poco. Sviluppare un satellite può costare milioni di dollari, costruiscilo, e metterlo in orbita. I satelliti hanno bisogno di boost occasionali per rimanere in orbita. Ciò significa che gli ingegneri devono tenere conto del peso del carburante sopra il satellite stesso.
La meteorologia spaziale può ridurre la durata della vita dei satelliti in molti modi. Se il sole emette un'espulsione di massa coronale (CME), le radiazioni e le particelle possono interferire con le operazioni satellitari. Le radiazioni ionizzanti possono indebolire un satellite. L'energia può anche riscaldare l'atmosfera, facendolo espandere. Un satellite in orbita bassa potrebbe subire una resistenza atmosferica ed essere in pericolo di cadere senza una spinta. Dato che c'è una quantità finita di carburante a bordo di un satellite, ogni potenziamento non pianificato riduce la sua vita utile.
Anche l'onda d'urto magnetica che accompagna l'attività solare è un problema. A meno che un satellite non sia adeguatamente schermato, le fluttuazioni magnetiche potrebbero indurre elettricità all'interno del satellite stesso. Il satellite potrebbe non rispondere correttamente ai comandi o potrebbe fornire letture errate al controllo a terra. Tra le particelle che viaggiano dal sole durante una CME ci sono gli elettroni. Anche un singolo elettrone può causare problemi se penetra nella schermatura di un satellite.
Molti satelliti militari hanno una schermatura spessa:perché non applicarla a tutti i satelliti? La risposta a questa domanda si riduce al rischio contro la ricompensa. La schermatura aggiunge peso a un satellite. Ciò significa che il satellite sarà più costoso da lanciare e, a seconda dell'orbita del satellite, potrebbe aver bisogno di boost più regolarmente rispetto ai satelliti più leggeri. Se la spesa per mettere il satellite in orbita è maggiore del vantaggio di averlo lì in primo luogo, non ha senso lanciare.
Ciò che il progetto SPACECAST spera di fare è studiare gli effetti dell'attività solare sui satelliti con l'obiettivo di progettare satelliti futuri in modo che siano resistenti a tali effetti senza aumentare i costi. Parte della missione di SPACECAST è creare sistemi di rilevamento tempestivo che potrebbero consentire agli operatori satellitari di regolare l'orbita di un satellite o spegnere i sistemi non essenziali per ridurre al minimo gli effetti che una tempesta solare potrebbe altrimenti avere sul dispositivo. Con sufficiente preavviso, gli operatori potrebbero anche reindirizzare le comunicazioni satellitari ad altri satelliti che non si trovano sul percorso di una tempesta solare.
Abbiamo già visto cosa può accadere a un satellite a causa dell'attività solare. Il 20 gennaio 1994, due satelliti per comunicazioni chiamati ANIK E1 e ANIK E2 hanno subito guasti interni a causa della carica dielettrica profonda. Gli elettroni che si muovono con un'energia intensa sono penetrati nella schermatura dei satelliti e hanno causato malfunzionamenti. Ci sono volute otto ore per riprendere il controllo di E1 e sette mesi per riportare E2 in servizio [fonte:Horne].
I pericoli non finiscono qui. Se dovessimo avere astronauti in orbita durante una tempesta solare, anch'essi sarebbero vulnerabili all'attività solare. SPACECAST aiuterà a determinare il tipo di misure di sicurezza che dobbiamo prendere in considerazione per mantenere gli astronauti al sicuro durante gli eventi solari. Ciò potrebbe includere la creazione di stanze di sicurezza all'interno di veicoli spaziali e stazioni spaziali con schermature spesse, nonché procedure progettate per spegnere i sistemi non essenziali durante una tempesta solare.
L'attività del sole può anche influenzare l'elettronica qui sulla Terra. Prossimo, vedremo come una tempesta solare può spegnere una rete elettrica.
C'è una relazione fondamentale tra magnetismo ed elettricità. Se hai mai costruito un elettromagnete, l'hai visto in azione. Un semplice elettromagnete è costituito da una bobina di filo di rame avvolto attorno a un nucleo:i chiodi di ferro funzionano bene. Collegare le estremità del filo di rame a una batteria. Gli elettroni scorreranno attraverso il filo di rame e genereranno un campo magnetico. Puoi usare l'unghia avvolta in rame come calamita.
Mentre l'elettricità può creare un campo magnetico, è vero anche il contrario. Un campo magnetico può creare o indurre elettricità. Se si introduce un campo magnetico in un conduttore elettrico, farai scorrere gli elettroni attraverso il conduttore come se fosse collegato a una fonte di alimentazione. Usa un campo magnetico abbastanza forte e il flusso di elettricità sarà significativo.
Il sole può produrre incredibili campi magnetici. Durante una tempesta solare, la forza magnetica espulsa dal sole è abbastanza forte da cambiare la forma della magnetosfera terrestre. Lo chiamiamo a tempesta geomagnetica e può devastare i grandi sistemi elettrici. Sistemi più piccoli, come il tuo smartphone o computer, tendono ad essere al sicuro. Normalmente, le tempeste solari colpiscono solo i grandi conduttori. Ma quei grandi conduttori possono interferire con il funzionamento di sistemi più piccoli.
Un'ondata di elettricità su una rete elettrica è una cattiva notizia. Può danneggiare i trasformatori e persino spezzare le linee elettriche poiché più elettricità attraversa il sistema di quanto sia stato progettato per gestire. Nel 1989, una tempesta geomagnetica ha causato malfunzionamenti nella rete elettrica del Quebec. C'è stato un blackout completo per circa sei milioni di residenti per nove ore. Il costo totale per il sistema HydroQuebec è stato di $ 6 miliardi [fonte:Horne].
SPACECAST aiuterà le nazioni europee a prevedere quando si verificherà una tempesta geomagnetica. In teoria, darà alle nazioni tempo prezioso per regolare i carichi della rete elettrica per prepararsi alle imminenti fluttuazioni magnetiche. Nel futuro, gli approcci alla rete intelligente possono consentire agli ingegneri la possibilità di distribuire i carichi di energia in modo tale da non disturbare i clienti.
Radio Goo GooLe fluttuazioni magnetiche nella ionosfera possono interferire con le trasmissioni radio ad alta frequenza. Ciò può includere segnali inviati dai satelliti GPS, che potrebbe interessarci sulla Terra:di conseguenza il tuo fidato sistema di navigazione GPS potrebbe non essere in grado di determinare la tua posizione effettiva.
Un'immagine del sole catturata il 2 aprile 2001, dall'Extreme ultraviolet Imaging Telescope (EIT) durante il più grande brillamento solare mai registrato. NASA Goddard Space Flight Center Oltre a proteggere le risorse sulla Terra e al di sopra, SPACECAST promuoverà la ricerca scientifica. C'è molto che non sappiamo sul tempo spaziale. Le lacune nelle nostre conoscenze rendono difficile prepararsi per gli eventi solari.
Prendi le espulsioni di massa coronale (CME). Questi eventi si verificano quando il sole emette enormi quantità di massa. Spesso coincidono con brillamenti solari particolarmente grandi ma non comprendiamo appieno la relazione tra i due. Una CME può spingere elettroni, protoni e nuclei pesanti dal sole a velocità prossime a quella della luce. elettroni, potenziato dall'energia grazie all'intenso calore del sole, viaggiare lungo le linee del campo magnetico. Se il CME affronta la Terra, quegli elettroni possono colpirci in un'onda d'urto ben prima che il ciclo generato dal CME ci colpisca.
Gli scienziati vogliono saperne di più sulle CME e sul perché si verificano. Abbiamo bisogno di ulteriori studi per determinare esattamente dove e come si formano sul sole. È anche importante sapere perché le particelle di diversi tipi di eventi CME viaggiano a velocità diverse. Solo conoscendo questi dettagli possiamo creare un efficace sistema di allerta.
Non tutti i CME provocano una tempesta geomagnetica qui sulla Terra. Ciò significa che dobbiamo imparare quali fattori alimentano i tipi che ci influenzano in modo da poter distinguere tra un evento innocuo e uno che potrebbe causare mal di testa qui a casa.
Un'altra area di studio scientifico è il comportamento della magnetosfera terrestre. È difficile creare esperimenti che ci forniscano dati significativi:la maggior parte della nostra conoscenza deriva dall'osservazione diretta. Di conseguenza, c'è molto che non capiamo sul campo magnetico terrestre, in particolare quando è influenzato dal tempo spaziale.
Questa è solo la punta dell'iceberg per quanto riguarda gli studi scientifici. Ma gli scienziati che lavorano su SPACECAST sperano di indagare su questi misteri e di progettare sistemi in grado di fornirci informazioni utili in caso di condizioni meteorologiche spaziali potenzialmente pericolose. Senza questa conoscenza, tutto ciò che possiamo aspettarci sono supposizioni semi-istruite.
Un sistema di allerta spaziale è fondamentale per proteggere gli astronauti in orbita. Questo è l'astronauta Ed Gibson su Skylab-4. NASA Marshall Space Flight Center Affinché SPACECAST funzioni, L'Europa deve investire in sensori sia nello spazio che a terra. Esistono diversi sistemi di sensori indipendenti situati nei paesi di tutta Europa. Ma questi sistemi dipendono da fonti di finanziamento separate per rimanere attivi. Se il sistema in un paese dovesse andare offline per mancanza di fondi, L'Europa perderebbe una parte significativa di quello che potrebbe essere un sistema di allerta globale.
Per tale motivo, scienziati come Richard Horne hanno raccomandato un progetto come SPACECAST per unire questi sforzi. Non solo un approccio unificato significherà una migliore comunicazione e raccolta dei dati, ma anche sicurezza di fronte ai tagli finanziari. Gran parte del fascino di SPACECAST è dovuto al suo potenziale impatto finanziario. Per rendere possibile SPACECAST, gli scienziati hanno dovuto convincere i politici che il sistema di allarme europeo potrebbe far risparmiare miliardi di dollari ai paesi in perdite.
Nel passato, L'Europa ha fatto affidamento su programmi come la NASA per avvertire delle tempeste solari e dell'attività geomagnetica. Ma quei sistemi non si concentrano sull'Europa. Gli scienziati responsabili di SPACECAST hanno affermato che un progetto europeo fornirà una protezione migliore rispetto a un programma generale. Allo stesso tempo, Gli scienziati di SPACECAST lavoreranno con la NASA per condividere informazioni e sviluppare conoscenze.
Ci sono diversi settori che potrebbero trarre vantaggio da un sistema di allarme oltre alle aziende elettriche e alle organizzazioni che gestiscono i satelliti. Le aziende che perforano per gas e petrolio utilizzano letture magnetiche per guidare gli strumenti. Una tempesta geomagnetica potrebbe introdurre errori di strumentazione, che potrebbe portare a errori che costano miliardi di dollari. E l'industria aerea potrebbe riprogrammare i voli in base all'attività solare, ad altitudini più elevate, l'atmosfera terrestre fornisce meno protezione contro le radiazioni solari dannose.
SPACECAST sarà un progetto evolutivo. Prima che gli scienziati possano implementare un sistema di allerta completo, dovranno studiare gli effetti delle fasce di radiazione e delle attività solari sui satelliti. Dovranno basarsi sulla nostra comprensione dell'attività del sole e su quando potremmo aspettarci di sentire gli effetti di una tempesta solare. Ma è un passo avanti per garantire che l'attività solare non influisca negativamente sulla vita degli europei.
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