|
Система светофоров для предупреждения об опасных бурях
|
|
|
|
Исследователи создали усовершенствованную систему светофоров для прогнозирования геомагнитных бурь. Сейчас они проверяют, насколько хорошо эти алгоритмы могут подготовить нас к приближающимся космическим бурям, которые могут нанести ущерб, выведя из строя спутники в космосе и электросети на Земле. Юрий Шприц, специалист по космосу из Немецкого исследовательского центра наук о земле в Потсдаме, выполняет миссию по спасению нашей планеты.
|
|
|
|
Мы давно знаем, что большая часть нашего современного образа жизни находится под угрозой из-за капризов Солнца. Если наша звезда внезапно вступит в период повышенной активности, это может вызвать геомагнитные бури, которые выведут из строя спутники или приведут к отключению электроэнергии на Земле.
|
|
|
|
Но можем ли мы предсказать, когда начнутся эти штормы, как они повлияют на окружающую среду и инфраструктуру Земли, и быть готовыми к ним? Именно над этим работал Шпритс, начиная с проекта ЕС под названием PAGER, который продолжался с 2020 по 2023 год.
|
|
Прогнозирование космической погоды
|
|
|
|
Целью исследователей была разработка алгоритма, который мог бы собирать данные с телескопов и спутников, наблюдающих за Солнцем, вместе с данными со спутников, находящихся на околоземной орбите. Основываясь на этом, они смогли предсказать, когда в нашем направлении начнется опасная геомагнитная буря и каковы будут ее последствия для инфраструктуры в космосе и на земле.
|
|
|
|
|
|
|
С этой целью исследователи объединили различные компьютерные модели солнечной среды и околоземного пространства.
|
|
|
|
По словам Шприца, в лучшем случае "нам может потребоваться час или два, чтобы рассчитать, что достигнет Земли и какие последствия это окажет на околоземное пространство, но на самом деле потребуется два дня, чтобы это возмущение достигло Земли".
|
|
|
|
Поскольку для накопления радиации, которая может нанести вред спутникам, может потребоваться еще пара дней, это может дать некоторое время на подготовку.
|
|
|
|
Алгоритм, разработанный командой PAGER, в настоящее время тестируется, чтобы понять, насколько он может быть полезен.
|
|
|
|
"После десятилетий фундаментальных космических исследований, которые начались с того, что в 1958 году первый американский спутник обнаружил вредное космическое излучение, мы, наконец, достигли точки, когда у нас появились возможности прогнозирования", - сказал Шпритс. "Мы очень рады".
|
|
Штормовой фронт
|
|
|
|
Геомагнитная буря возникает, когда мощное извержение Солнца взаимодействует с магнитным полем нашей планеты.
|
|
|
|
Когда солнечный ветер движется от Солнца к Земле, он может переносить заряженные частицы, которые взаимодействуют с защитным магнитным полем Земли. Они еще больше нагреваются внутри магнитосферы, создавая частицы с высокой энергией, которые могут быть опасны для спутников.
|
|
|
|
Столкновение этих частиц с частицами в атмосфере Земли может вызвать великолепные полярные сияния, наблюдаемые с Земли. Но они также представляют опасность, поскольку могут создавать помехи для электронных систем спутников. Такие геомагнитные бури обрушились на наши космические установки совсем недавно.
|
|
|
|
В феврале 2022 года американская компания SpaceX потеряла 38 своих интернет-спутников Starlink, когда мощная геомагнитная буря вернула их обратно в атмосферу Земли после запуска.
|
|
|
|
Американская компания Intelsat, тем временем, потеряла контроль над своим спутником Galaxy 15 в апреле 2010 года из-за геомагнитной бури. "Он начал дрейфовать, угрожая другим космическим аппаратам, из-за частотных помех", - сказал Шпритс. - Это может оказаться очень дорогостоящим, потому что стоимость космического аппарата может превышать миллиард евро".
|
|
|
|
Геомагнитные бури также вызывают проблемы на Земле. Создаваемые ими электрические токи могут перегружать электростанции и вызывать временные отключения электроэнергии. Это произошло в Квебеке, Канада, в 1989 году, когда геомагнитная буря вызвала повсеместное девятичасовое отключение электроэнергии.
|
|
|
|
Очень сильные штормы в октябре и ноябре 2003 года вызвали сбои в работе спутниковых служб, аномалии на многочисленных спутниках, а также нарушение связи, электросетей и GPS-навигации во многих регионах земного шара.
|
|
|
|
Радиационные пояса
|
|
|
|
Большинство спутников, сближающихся с Землей, также работают в радиационных поясах Земли - области пространства на высоте почти 58 000 километров над нашей планетой, где магнитное поле Земли захватывает многие заряженные частицы. Эти пояса могут значительно усиливаться во время штормов.
|
|
|
|
"Спутники GPS работают в самом центре этих поясов, где излучение наиболее разрушительно", - сказал Шпритс. Несмотря на то, что эти космические аппараты хорошо защищены, частицы с высокой энергией могут проникать сквозь их экранирование и все равно повреждать их.
|
|
|
|
Для защиты от солнечных явлений в странах Европы и США существуют центры прогнозирования космической погоды, которые могут предсказать, когда на Землю обрушатся сильные штормы. Однако до недавнего времени эти прогнозы не были связаны с моделями, способными предсказать излучение в космосе, то, как это излучение проникнет в космические аппараты, или потенциальное воздействие на Землю.
|
|
|
|
В рамках проекта PAGER ученые из Европы и США объединили модели Солнца и солнечной среды с моделями для окружающей среды Земли, чтобы разработать комплексную систему прогнозирования.
|
|
|
|
Шпритс отметил, что "некоторые прогнозы космической погоды действительно сложны и запутанны, и заинтересованные стороны иногда не имеют докторских степеней в области космической физики. Они просто хотят знать, будет ли это безопасно или нет".
|
|
Космический светофор
|
|
|
|
Поэтому целью команды PAGER было создать простую систему светофоров, основанную на прогнозах. Она сообщает оператору спутниковой связи, будут ли условия в космосе безопасными или нет.
|
|
|
|
С помощью пейджера оператор сразу узнает, если ситуация окрашена в красный цвет, и ему следует рассмотреть возможность временного перевода спутников в защитный режим или если операторам электросетей необходимо принять превентивные меры. Желтый цвет означает, что им следует опасаться возможных последствий, в то время как зеленый сигнализирует о том, что все в порядке.
|
|
|
|
"Зеленый означает "не волнуйтесь, ничего не происходит", - сказал Шпритс. "Иногда это на самом деле самое полезное для них, потому что во время штормов они хотят получить четкий сигнал, что могут вернуться к нормальной работе".
|
|
|
|
Для выполнения этих расчетов PAGER постоянно работает на мощных компьютерах в компьютерном центре Немецкого исследовательского центра наук о земле.
|
|
|
|
"Обычно самые сложные прогнозы делаются посреди ночи, чтобы не перегружать компьютеры", - сказал Шпритс.
|
|
|
|
Он сказал, что его команда перешла к прогнозированию вероятностей, объяснив это тем, что практически невозможно сделать очень точные долгосрочные прогнозы последствий шторма.
|
|
|
|
"Если мы скажем, что с вероятностью 80% в космосе будут очень суровые условия, это будет то же самое, что и в случае с погодой на земле, когда нам говорят, что вероятность дождя составляет 80%".
|
|
|
|
"Это наводит нас на мысль, что лучше взять зонтик. То же самое и со спутниками".
|
|
Уточняем модели
|
|
|
|
В настоящее время Шприц ведет переговоры с Европейским космическим агентством (ЕКА) о новом проекте, который позволит ЕКА использовать некоторые модели пейджеров в своей работе.
|
|
|
|
Цель состоит в том, чтобы продолжать совершенствовать услуги по прогнозированию и делать анализ поступающих событий космической погоды все более качественным.
|
|
|
|
"Мы пытаемся использовать машинное обучение во многих местах и интегрировать его в нашу инфраструктуру. Мы также пытаемся использовать все доступные данные в режиме реального времени и сочетать их с нашими прогнозами, чтобы результаты измерений могли уточнить наши модели".
|
|
|
|
Еще одна вещь, которая могла бы помочь, - это дополнительные спутниковые данные. Шпритс объяснил, что предстоящий проект ЕКА по мониторингу радиационной обстановки в околоземном пространстве позволит "в режиме реального времени измерять жесткую радиацию в магнитосфере, что было бы действительно полезно для нас". Для этого необходимо пролететь через радиационные пояса и провести измерения.
|
|
|
|
"Есть также предложения установить детекторы излучения на все коммерческие космические аппараты", - сказал он. "Это, безусловно, помогло бы нам получить гораздо более полную картину происходящего в космосе. Сейчас мы разработали инструменты для использования всех этих данных и улучшения наших прогнозов".
|
|
|
|
Источник
|
