Nemzetközi kutatók továbbfejlesztették a geomágneses viharok előrejelzésére szolgáló eddigi rendszert. Most tesztelik, hogy az algoritmusok mennyire tudnak felkészíteni minket a közelgő űrviharokra, amelyek nemcsak a műholdakat iktatják ki az űrben, hanem az elektromos hálózatokat is a Földön.
Az űrkutatás témája az amerikai választások okán mostanság ismét jobban előtérbe kerül, de nemcsak az USA-ban, hanem kontinensünkön is. Mi több, van olyan hazai cég is, amely már műholdak és más űripari rendszerek gyártására készül.
Régóta tudjuk, hogy modern életmódunk nagy részét a Nap szeszélyei fenyegetik. Aktívabb időszakába lépve geomágneses viharokat okozhat, amelyek kiütik a műholdakat vagy áramszüneteket okoznak a Földön – olvasható a Horizon Magazine cikkében.
De vajon meg tudjuk-e jósolni, hogy mikor érkeznek ezek a viharok, hogyan hatnak majd a Föld környezetére és infrastruktúrájára, és fel tudunk-e készülni?
Ezen dolgozik Jurij Shprits, a potsdami Német Földtudományi Kutatóközpont űrkutatója, kezdve az Európai Unió által finanszírozott PAGER nevű projekttel, amely 2020-tól 2023-ig tartott.
Így épül ki az űrmeteorológia
A kutatók célja egy olyan algoritmus kifejlesztése volt, amely a Napot megfigyelő teleszkópok és műholdak adatait össze tudja vonni a Föld körül keringő műholdak adataival.
Ennek alapján meg tudják jósolni, hogy mikor tart felénk egy veszélyes geomágneses vihar, és milyen következményekkel járna az űrbeli és földi infrastruktúrára nézve. Ehhez a kutatók összekapcsolták a napkörnyezet és a földközeli űr különböző számítógépes modelljeit.
„A legjobb esetben egy-két óra alatt kiszámíthatnánk, hogy mi közelít a Földhöz, és milyen hatása lesz a földközeli környezetben, de valójában két napba is telik, amíg ez a zavar megérkezik” – mondta a cikk szerzőjének a kutató.
Mivel a műholdakra káros sugárzás felhalmozódása még további néhány napot vehet igénybe, ez némi időt adhat a földi felkészülésre. A PAGER-csoport által kidolgozott algoritmust most tesztelik, hogy kiderüljön, mennyire lehet hasznos.
„Több évtizedes alapkutatás után, amely azzal kezdődött, hogy 1958-ban az első amerikai műhold felfedezte a káros űrsugárzást, végre elérkeztünk ahhoz a ponthoz, ahol már képesek vagyunk előrejelzésre” – tette hozzá Jurij Shprits.
Ez áll a jelenség mögött
Ahogy a napszél a Napból a Föld felé halad, olyan töltött részecskéket szállíthat, amelyek kölcsönhatásba lépnek a Földet védő mágneses mezővel. Ezek tovább melegednek a magnetoszférában, és nagy energiájú részecskéket hoznak létre, amelyek károsak lehetnek a műholdakra.
Ezeknek a részecskéknek a Föld légkörében lévő részecskékkel való ütközése hozhatja létre a csodálnivaló sarki fényt. Veszélyt is jelentenek ugyanakkor, mivel megzavarhatják a műholdak elektronikus rendszereit. Ilyen geomágneses viharok sújtották nemrégiben az űrberendezéseinket.
Az Elon Musk nevével fémjelzett amerikai SpaceX 2022. februárjában 38 Starlink internet-műholdját veszítette el, amikor a felbocsátás után egy erős geomágneses vihar visszahúzta őket a Föld légkörébe.
Az ugyancsak amerikai Intelsat cég 2010. áprilisában egy geomágneses vihar miatt veszítette el Galaxy 15 műholdjának az irányítását.
„Elkezdett sodródni, és a frekvenciainterferencia miatt más űreszközöket is veszélyeztetett. Az ilyen helyzetek nagyon sokba kerülhetnek, mert egy űreszköz ára meghaladhatja az egymilliárd eurót” – emlékeztetett a kutató.
A napviharok komoly problémákat okozhatnak a Földön is
A geomágneses viharok a Földön is gondot okoznak. Az általuk keltett elektromos áramok túlterhelhetik az erőműveket, és átmeneti áramkimaradásokat okozhatnak. Ez történt 1989-ben a kanadai Quebecben, amikor egy geomágneses vihar kilencórás, széles kiterjedtségű áramkimaradást okozott.
Nagyon erős viharok okozták a műholdas szolgáltatások megszakadását 2003. októberében és novemberében is, amikor a világ számos területén műholdas anomáliákat, a kommunikáció, az elektromos hálózatok és a GPS-navigáció zavarát jelentették.
A legtöbb földközeli műhold a Föld sugárzási övében is működik, amely a világűrnek egy olyan, bolygónk fölött közel 58 ezer kilométeres magasságig terjedő régiója, ahol sok töltött részecske esik csapdába a Föld mágneses mezeje miatt. Ezek az övek viharok idején drámaian felerősödhetnek.
A GPS műholdak ezen övek szívében működnek, ahol a sugárzás a legveszélyesebb. Bár ezek az űreszközök jól védettek, a legnagyobb energiájú részecskék áthatolhatnak az árnyékolásukon, és így is károsíthatják őket.
A naptevékenységek elleni védelem érdekében az európai és az amerikai országok rendelkeznek űrmeteorológiai központokkal, amelyek meg tudják jósolni, mikor érkeznek veszélyes viharok a Földre.
A közelmúltig azonban ezek az előrejelzések nem kapcsolódtak olyan modellekhez, amelyek képesek megjósolni az űrben lévő sugárzást, azt, hogy ez a sugárzás hogyan hatolna át az űrhajókon, illetve a Földre gyakorolt lehetséges hatásokat.
Elkészült az űrközlekedési jelzőlámpa-rendszer
A PAGER projektben európai és amerikai tudósok a Napra és a napkörnyezetre vonatkozó modelleket kombinálták a földi környezetre vonatkozó modellekkel, hogy még átfogóbb előjelző rendszert dolgozzanak ki.
A kutatócsapat célja ezért az volt, hogy egy egyszerű, előrejelzéseken alapuló úgymond „közlekedésilámpa-rendszert” hozzon létre. Ez megmondja a műholdak üzemeltetőjének, hogy az űrben uralkodó körülmények biztonságosak lesznek-e vagy sem.
HA a PAGER piros jelzést küld, az üzemeltető azonnal tudni fogja, fontolóra kell vennie, hogy a műholdakat ideiglenesen védő üzemmódba kapcsolja, vagy az elektromos hálózat üzemeltetőknek pedig megelőző intézkedéseket kell tenniük. A sárga azt jelenti, hogy óvakodniuk kell a lehetséges hatásoktól, míg a zöld azt jelzi, hogy minden rendben van.
A számítások elvégzéséhez a PAGER folyamatosan fut a Német Földtudományi Kutatóközpont egyik számítógépes központjában található nagy teljesítményű gépeken.
„A legnehezebb előrejelzéseket általában az éjszaka közepén végezzük, hogy ne terheljük túl a számítógépeket” – jegyezte meg Jurij Shprits.
Hozzáteszi: csapata áttért a valószínűségek előrejelzésére, mivel gyakorlatilag lehetetlen nagyon pontos, hosszú távú előrejelzéseket készíteni a vihar hatásairól.
„Ha azt mondjuk, hogy 80 százalékos bizonyossággal nagyon zord körülmények lesznek az űrben, az ugyanaz, mint a földi időjárás esetében, amikor azt halljuk, hogy 80%-os eséllyel fog esni, vagyis vigyünk magunkkal esernyőt. Ugyanez a helyzet a műholdakkal is” – mutatott rá a kutató.
Finomítást igényelnek a jelenlegi modellek
Az űrtudós jelenleg egy új projektről tárgyal az Európai Űrügynökséggel (ESA), amely lehetővé tenné az ESA számára, hogy a PAGER egyes modelljeit átvegye saját működése során. A cél az előjelzési szolgáltatások további javítása és a beérkező űridőjárási események egyre jobb elemzése.
„Megpróbáljuk a gépi tanulást minél több helyen használni, és beolvasztani a meglévős infrastruktúrába. Emellett megpróbáljuk felhasználni az összes rendelkezésre álló valós idejű adatot, és összekapcsolni azokat az előrejelzéseinkkel, hogy a mérésekkel finomítani tudjuk a modelljeinket” – húzta alá a szakember.
Ami még segíthetne, az a minél több műholdas adat. A kutató ennek kapcsán elmondta, hogy egy közelgő ESA-projekt a földközeli sugárzási környezet megfigyelésére valós idejű méréseket fog végezni a magnetoszférában lévő kemény sugárzásról, ami nagyon hasznos lenne számunkra.
Vannak olyan javaslatok is, amelyek szerint minden kereskedelmi űrhajóra sugárzásérzékelőket kellene felszerelni. Ez segítene abban, hogy sokkal jobb és átfogóbb képet kapjunk arról, hogy mi történik az űrben.
A kutató szerint mostanra már olyan eszközöket fejlesztettek ki, amelyekkel felhasználhatják ezeket az adatokat, és javíthatják az előrejelzéseiket.
