Dlaczego słoneczne burze geomagnetyczne niszczą satelity takie jak SpaceX Starlink

Słońce zapadło w stan hibernacji, ale się budzi i w ciągu najbliższych kilku lat burze słoneczne mogą spowodować uszkodzenie lub zniszczenie większej liczby satelitów niż kiedykolwiek wcześniej.

SpaceX Elona Muska odczuwa w tym tygodniu szczyptę zagrożenia słonecznego: firma spodziewa się utraty prawie pełnego wystrzelenia satelitów internetowych Starlink po tym, jak burza geomagnetyczna zakłóciła ziemską atmosferę i wysłała około 40 statków kosmicznych na przedwczesną, ognistą śmierć.

Jednak takie burze nie są rzadkością, jak wyjaśnili CNBC eksperci pogody kosmicznej, i oczekuje się, że w ciągu najbliższych kilku lat będą się tylko nasilać. Słońce rozpoczęło nowy 11-letni cykl słoneczny w grudniu 2019 r. i obecnie zmierza do „słonecznego maksimum”, którego osiągnięcie ma nastąpić w 2025 r.

„Powodem, dla którego [burze słoneczne] nie były wielkim problemem, jest to, że przez ostatnie trzy do czterech lat znajdowaliśmy się w tzw. minimum słonecznym” – powiedziała CNBC Tamitha Skov, badaczka z Aerospace Corp.

Warto zauważyć, że niedawne minimum słoneczne zbiega się z ogromnym wzrostem liczby satelitów na niskiej orbicie okołoziemskiej. Jak wynika z analizy Bryce Tech, w ciągu ostatnich czterech lat na orbitę wystrzelono około 4,000 małych satelitów, z czego zdecydowana większość działała na niskich orbitach.

„Wiele z tych komercyjnych przedsięwzięć… nie rozumie, jak znacząco pogoda kosmiczna może wpływać na satelity, zwłaszcza te małe satelity” – powiedział Skov.

Burza geomagnetyczna powstaje w wyniku wiatru słonecznego generowanego przez aktywność słońca. Ziemska tarcza magnetyczna wyrzuca energię burzy słonecznej do górnych warstw atmosfery naszej planety i ją podgrzewa.

„Większość ludzi naprawdę to lubi, choć nawet nie zdaje sobie z tego sprawy – ponieważ cieszy ich zorza polarna” – powiedział Skov.

Narodowa Administracja Oceaniczna i Atmosferyczna mierzy burze geomagnetyczne w rosnącej skali dotkliwości od G1 do G5. Oczekiwano, że burza, która w zeszłym tygodniu zniszczyła satelity Starlink, będzie burzą G1, co Erika Palmerio – badaczka w Predictive Science – wyjaśniła, jest zarówno niewielka, jak i „dość powszechna” – zdarza się aż 1,700 razy w 11-letnim cyklu słonecznym .

„G5 to ekstremalna burza, a te są znacznie, znacznie rzadsze. Znajdujemy ich około czterech na cykl” – powiedział Palmerio.

Palmerio podkreślił, że burza G5 stanowi zagrożenie dla takich rzeczy, jak sieci elektryczne czy operacje statków kosmicznych, ale nie dla ludzi.

„Te burze nie stanowią żadnego zagrożenia dla ludzi na ziemi” – powiedział Palmerio.

Skutkiem ubocznym skoku gęstości atmosfery jest zwiększony opór wywierany na satelity na niskiej orbicie okołoziemskiej, co może zmniejszyć orbitę statku kosmicznego – lub, w przypadku satelitów Starlink, spowodować ich ponowne wejście i spalenie.

Zwiększone promieniowanie burz geomagnetycznych może również uszkodzić statek kosmiczny, powiedział Palmerio, spalając instrumenty lub detektory na pokładzie.

Skov podkreślił, że satelity Starlink są „bardzo małe”, ale mają duże panele słoneczne do zasilania, co zasadniczo zapewnia każdemu statkowi kosmicznemu „masywne” spadochrony.

„To był swego rodzaju przepis na katastrofę, jeśli chodzi o drag” – powiedział Skov. „Niektórzy z nas, zajmujących się pogodą kosmiczną, od lat mówią o satelitach Starlink spadających z nieba – ponieważ wiedzieliśmy, że to tylko kwestia czasu, gdy nasze słońce znów zacznie być aktywne”.

Ponadto, według Skov, „gąbczasta” atmosfera Ziemi oznacza, że ​​nie ma określonej minimalnej wysokości na orbicie, która byłaby bezpieczna. Niedawno zniszczone satelity Starlink zaraz po wystrzeleniu znajdowały się na wysokości 210 kilometrów. To znacznie poniżej wysokości 550 km, na którą wznoszą się pozostałe satelity sieci, ale Skov powiedział, że na orbicie operacyjnej Starlink nadal istnieje „potencjał oporu”.

Skov i Palmerio podkreślili, że zniszczenia spowodowane burzami geomagnetycznymi zdarzają się częściej, niż się powszechnie uważa, podając przykłady z historycznych wydarzeń słonecznych.

„W 1967 r. NORAD [Północnoamerykańskie Dowództwo Obrony Powietrznej i Kosmicznej] utraciło połączenie z połową swojego katalogu satelitów z powodu burzy słonecznej” – powiedział Skov – wydarzenie, które prawie doprowadziło do wojny nuklearnej.

Burze w 1989 r. zniszczyły sieć elektryczną w Quebecu w Kanadzie, wstrzymały handel na giełdzie w Toronto, spowodowały awarię czujnika wahadłowca kosmicznego Discovery podczas lotu i są uznawane za przyczynę wypadnięcia satelity Solar Maximum Mission z orbity.

„Ja tylko drapię powierzchnię” – powiedział Skov, dodając, że „cały czas ma to również wpływ na systemy GPS i telefony satelitarne”.

Tak zwane „Burze Halloweenowe 2003” spowodowały jedne z najpotężniejszych burz geomagnetycznych odnotowanych do tej pory, a Palmerio stwierdził, że zwiększone promieniowanie spowodowało zniszczenie instrumentów naukowych w przestrzeni kosmicznej, od orbity Ziemi po powierzchnię Marsa.

Główną różnicą w obecnym cyklu słonecznym w porównaniu z poprzednim, który osiągnął szczyt w kwietniu 2014 r., jest liczba tysięcy większej liczby satelitów na niskiej orbicie okołoziemskiej.

„To jest dziki, dziki zachód” – powiedział Skov.