Солнечные бури могут с легкостью уничтожать орбитальные спутники

4 февраля 2022 года SpaceX запустила 49 спутников в рамках интернет-проекта Илона Маска Starlink, большая часть которых сгорела в атмосфере через несколько дней. Причиной этого сбоя стоимостью более 50 миллионов долларов стала геомагнитная буря, вызванная Солнцем.


Космическая погода вызвана флуктуациями внутри Солнца, которые выбрасывают электроны, протоны и другие частицы в космос. Когда солнечный вихрь достигает Земли, запускаются множество сложных процессов, которые могут доставить много неприятностей всему, что находится на орбите.

Что вызывает космическую погоду?

Солнце всегда выбрасывает в космос постоянное количество заряженных частиц. Это называется солнечным ветром. Солнечный ветер также несет с собой солнечное магнитное поле. Иногда локализованные флуктуации на Солнце вызывают необычно сильные выбросы частиц в определенном направлении. Если Земля окажется на пути усиленного солнечного ветра, вызванного одним из этих событий, и будет поражена, возникает геомагнитная буря.

Двумя наиболее распространенными причинами геомагнитных бурь являются выбросы корональной массы взрывы плазмы с поверхности Солнца и солнечный ветер, выходящий через корональные дыры пятна низкой плотности во внешней атмосфере Солнца.

Скорость, с которой выброшенная плазма или солнечный ветер достигает Земли, является важным фактором: чем выше скорость, тем сильнее геомагнитная буря. Обычно солнечный ветер распространяется со скоростью примерно 1,4 миллиона километров в час. Но сильные солнечные явления могут вызывать ветры в пять раз быстрее.


Самая сильная геомагнитная буря за всю историю наблюдений была вызвана корональным выбросом массы в сентябре 1859 года. Когда масса частиц ударялась о Землю, они вызывали скачки напряжения в телеграфных линиях, которые били операторов током, а в некоторых крайних случаях даже поджигали телеграфные приборы Исследования показывают, что если геомагнитная буря такой силы обрушится на Землю сегодня, она нанесет ущерб примерно в 2 триллиона долларов.

Магнитный щит

Выбросы Солнца, включая солнечный ветер, были бы невероятно опасны для любой формы жизни, которой не посчастливилось подвергнуться их прямому воздействию. К счастью, магнитное поле Земли во многом защищает человечество.

Первое, с чем сталкивается солнечный ветер при приближении к Земле, это магнитосфера. Эта область, окружающая атмосферу Земли, заполнена плазмой, состоящей из электронов и ионов. В нем преобладает сильное магнитное поле планеты. Когда солнечный ветер сталкивается с магнитосферой, он переносит в этот слой массу, энергию и импульс.

Магнитосфера может поглощать большую часть энергии повседневного уровня солнечного ветра. Но во время сильных бурь он может перегружаться и передавать лишнюю энергию в верхние слои земной атмосферы вблизи полюсов. Это перенаправление энергии к полюсам приводит к фантастическим полярным сияниям но также вызывает изменения в верхних слоях атмосферы, которые могут нанести вред космическим объектам.

Опасности для того, что находится на орбите

Существует несколько различных способов, которыми геомагнитные бури угрожают орбитальным спутникам, которые ежедневно обслуживают людей на земле.

Когда атмосфера поглощает энергию магнитных бурь, она нагревается и расширяется вверх. Это расширение значительно увеличивает плотность термосферы слоя атмосферы, который простирается примерно от 80 километров до примерно 1000 км над поверхностью Земли. Более высокая плотность означает большее сопротивление, что может быть проблемой для спутников Как защититься от космической погоды

Спутники имеют решающее значение для функционирования большей части современного мира, и защита космических активов от космической погоды является важной областью исследований. Некоторые риски можно минимизировать, защищая электронику от излучения или разрабатывая материалы более устойчивые к излучению. Но перед лицом мощной геомагнитной бури можно сделать лишь ограниченную защиту, пишет издание The Conversation, цитируя мнение Пиюша Мехта (Piyush Mehta), доцента кафедры машиностроения и аэрокосмической техники Университета Западной Вирджинии.

Возможность точного прогнозирования штормов позволит в определенной степени упреждающе защитить спутники и другие активы, отключив чувствительную электронику или переориентировав спутники для лучшей защиты. Но хотя моделирование и прогнозирование геомагнитных бурь за последние несколько лет значительно улучшились, прогнозы часто бывают неверными. Национальное управление океанических и атмосферных исследований предупредило, что после выброса корональной массы «вероятна» геомагнитная буря за день до или в день запуска Starlink в феврале. Миссия все равно состоялась.