Светлини предупреждават операторите на сателити дали слънчевите изригвания са опасни за техните съоръжения и могат да ги извадят от строя

Европейски учени създадоха “светофар” за предричане на геомагнитни бури и са започнали тестове колко добре алгоритмите биха могли да ни подготвят за идващите от Космоса излъчвания, които могат да извадят от строя сателитите и да нанесат огромни щети на електрическата мрежа на Земята.

Юри Шприц, учен в германския Център за геонауки в Потсдам, е тръгнал на мисия за спасяването на планетата. Отдавна знаем, че голяма част от съвременния ни начин на живот е застрашена от капризите на Слънцето. Ако нашата звезда внезапно навлезе в по-активен период, това може да предизвика геомагнитни бури, които да извадят от строя сателитите или да причинят прекъсване на тока на земните жители. 

Но можем ли да предвидим кога ще пристигнат тези бури, как ще повлияят на околната среда и инфраструктурата на Земята и да гарантираме, че сме подготвени? Върху това работи Шприц, започвайки с финансиран от ЕС проект, наречен PAGER, който е продължил от 2020 до 2023 г..

Целта на учените била да разработят алгоритъм, който може да изтегли данни от телескопи и сателити за наблюдение на Слънцето заедно с данни от сателити в околоземна орбита. Въз основа на това те биха могли да предскажат кога опасна геомагнитна буря се насочва към нас и какви биха били последствията за инфраструктурата в Космоса и на Земята. За тази цел изследователите свързали различни компютърни модели на слънчевата среда и околоземното пространство. 

В най-добрия сценарий, казва Шприц, може да ни отнеме час или два, за да изчислим какво ще пристигне на Земята и какви ефекти ще има в близката до нея среда, но всъщност ще отнеме два дни, за да пристигне това смущение. Тъй като може да отнеме още няколко дни, за да се натрупа радиацията, която може да бъде вредна за сателитите, това би позволило известно време за подготовка.

Алгоритъмът, разработен от екипа на PAGER, сега се проверява, за да се види колко полезен може да бъде. “След десетилетия на фундаментални космически изследвания, които започнаха с първия сателит на САЩ, открил вредно космическо лъчение през 1958 г., най-накрая сме в момент, в който сме достигнали способности за прогнозиране - обяснява Шприц. - Много сме развълнувани.”

Геомагнитна буря възниква, когато мощно изригване от Слънцето взаимодейства с магнитното поле на нашата планета. Докато слънчевият вятър пътува от нашата звезда към Земята, той може да носи заредени частици, които взаимодействат със защитното магнитно поле на Земята. Те се нагряват допълнително вътре в магнитосферата, създавайки силно енергизирани частици, които могат да бъдат вредни за сателитите. 

Сблъсъкът на тези частици с частици в земната атмосфера може да доведе до великолепните полярни сияния. Но те също представляват опасност, тъй като могат да попречат на електронните системи на спътниците. Такива геомагнитни бури удариха нашите космически инсталации наскоро.

През февруари 2022 г. американската компания SpaceX загуби 38 от своите интернет спътници Starlink, когато мощна геомагнитна буря ги върна обратно в земната атмосфера след изстрелването им. А през 2010 г. американската фирма Intelsat загуби контрол над своя спътник Galaxy 15 поради геомагнитна буря. “Започна да се носи, заплашвайки други космически кораби, поради честотна интерференция - посочва Шприц. - Това може да бъде много скъпо, защото цената на един космически кораб може да е над милиард евро.”

Геомагнитните бури създават проблеми и на Земята. Електричеството от тях може да претовари електроцентралите и да причини прекъсвания на тока. Това се случи в Квебек, Канада, през 1989 г., когато геомагнитна буря спря тока в продължение на 9 часа. Много силни бури през октомври и ноември 2003 г. причиниха прекъсване на сателитните услуги, аномалии на множество сателити и прекъсване на комуникацията, електрическите мрежи и GPS навигацията в много региони по света.

Повечето спътници, близки до Земята, работят в нейните радиационни пояси, област до почти 58 000 километра над повърхността ѝ, където много заредени частици се улавят от магнитното ѝ поле. Тези пояси могат драстично да се засилят по време на бури. “GPS сателитите работят в сърцето на тези пояси, където радиацията е най-вредна – обясняват учените. - Въпреки че тези космически кораби са добре защитени, най-енергичните частици могат да проникнат в тях и да ги повредят.” 

За да се предпазят от опасни слънчеви събития, страните в Европа и САЩ разполагат с центрове за прогнозиране на космическото време, които могат да предвидят кога лошите бури ще пристигнат на Земята. Доскоро обаче тези прогнози не бяха свързани с модели, способни да предскажат радиация в Космоса, как тя ще проникне в космическите кораби или потенциалните ефекти върху планетата. В проекта PAGER учените от Европа и САЩ комбинират моделите от Слънцето и слънчевата среда с тези за земната среда, за да разработят по-цялостна и комплексна система за прогнозиране.

PAGER създал проста светофарна система, базирана на прогнози. Тя посочва на сателитния оператор дали условията в Космоса са безопасни, или не. Използвайки тази светлинна система, операторът веднага ще разбере дали ситуацията е “червена” и трябва да обмисли временно превключване на сателитите в защитен режим и дали трябва да бъдат взети превантивни мерки за електрическата мрежа. “Жълто” означава, че трябва да внимават за потенциални ефекти, докато “зеленото” сигнализира, че всичко е наред. 

“Зеленото означава не се притеснявайте, нищо не се случва - казва Шприц. - Понякога това всъщност е най-полезно за тях, защото при бури те искат ясен знак, че могат да се върнат към нормални операции.”

За да направи тези изчисления, екипът преминал към прогнозиране на вероятностите, обяснявайки, че е практически невъзможно да се направят много точни дългосрочни прогнози за ефектите от бурята. “Ако кажем, че със сигурност от 80%, ще има много тежки условия в Космоса, това е същото като времето на Земята, когато ни се каже, че има 80% шанс за дъжд. Това ни дава представа, че е по-добре да вземем чадър. Същото е и със сателитите.”

В момента научният екип обсъжда с Европейската космическа агенция (ESA) нов проект, който би ѝ позволил да приложи моделите на PAGER. “Целта е да продължим да подобряваме услугите за прогнозиране и да направим анализа на идващите космически метеорологични събития все по-добър - надява се Шприц. - Опитваме се да използваме изкуствен интелект и да го интегрираме в тази инфраструктура. Също така се опитваме да използваме всички налични данни в реално време и да ги комбинираме с нашите прогнози, така че измерванията да могат да прецизират нашите модели.”

Друго нещо, което може да помогне, са повече сателитни данни. Предстоящият проект на ESA за наблюдение на радиационната среда в близост до Земята ще предостави измервания в реално време на тежката радиация в магнитосферата.

“Има също предложения за поставяне на радиационни детектори на всички търговски космически кораби – продължава шефът на проекта. - Това със сигурност би ни помогнало да получим много по-добра картина на това, което се случва в Космоса. Сега разработваме инструменти, за да използваме всички тези данни и да подобрим нашите прогнози.”