Nowe badanie sugeruje, że flota statków kosmicznych wartowniczych, w tym jeden z ogromnym żaglem słonecznym, mogłaby wystrzegać się podstępnych „tornad kosmicznych” stanowiących zagrożenie dla Ziemi podczas burz słonecznych.
We wniosku stwierdzono, że cztery sondy kosmiczne, zwane łącznie Space Weather Investigation Frontier (SWIFT), mogłyby przyspieszyć ostrzeżenia o „pogodzie kosmicznej” o 40%. Podczas gdy trzy statki kosmiczne byłyby napędzane paliwem konwencjonalnym, czwarty miałby żagiel słoneczny mniej więcej jedna trzecia wielkości boiska do piłki nożnej.
Ten gigantyczny żagiel jest potrzebny do ustabilizowania czwartego statku kosmicznego na niezwykle trudnej orbicie, która zapewnia mu bliższe miejsce i możliwość obserwacji aktywności Słońca. Naukowcy podkreślają jednak, że praca będzie tego warta: Szybsze ostrzeganie o potężnych strukturach plazmowych przypominających tornado wyłaniających się z słoneczny z kolei pomoże chronić satelitylinie energetyczne i inną infrastrukturę krytyczną przed erupcjami słonecznymi.
Te statki kosmiczne nie są finansowane ani nie zostały formalnie zaprojektowane, dlatego nie ma dokładnych szacunków dotyczących tego, jak szybko zostaną wystrzelone i ile będą kosztować. Jednak propozycja przedstawiona w badaniu opublikowanym w czasopiśmie „ recenzowanym czasopiśmie Astrophysical Journal w poniedziałek (6 października) daje wyobrażenie o tym, jak miałyby one działać. (NASA a National Science Foundation sfinansowała badanie.)
Dla pewności agencje kosmiczne, w tym NASA, mają już kilka statków kosmicznych obserwujących Słońce, których zadaniem jest obserwowanie aktywności Słońca. Słońce znajduje się obecnie w bardzo aktywnym okresie swojego 11-letniego cyklu, zwiększając częstotliwość rozbłyski słoneczne I koronalne wyrzuty masy.
CME przenoszące elektrony (naładowane cząstki) w kierunku Ziemi mogą przenosić więcej energii wiatru słonecznego do magnetosfery (część naszego atmosfera) pod pewne warunki– stwierdza Narodowa Administracja Oceaniczna i Atmosferyczna (NOAA).
Jeśli przepływ cząstek słonecznych jest silny, a pole magnetyczne niesione przez wiatr słoneczny płynie na południe i przeciwnie do ziemskiego pola magnetycznego, „następuje transfer większej ilości energii wiatru słonecznego do magnetosfery” – napisali urzędnicy.
Energia wiatru słonecznego może spowodować szkody, jeśli wejdzie w interakcję z satelitami lub liniami energetycznymi – tak jak to miało miejsce w… prowincji Quebec w marcu 1989 rpodczas burzy słonecznej, która zimą pogrążyła tysiące ludzi w ciemnościach.
Poprawa przewidywań wymaga obserwacji, dlatego NASA i Europejska Agencja Kosmiczna mieć statek kosmiczny stacjonujący w Punkt Lagrange’a 1 lub L1 — stabilna grawitacyjnie orbita między Ziemią a Słońcem, która zużywa minimalną ilość paliwa.
Ale jak pisze Uniwersytet Michigan, te statki kosmiczne nie są w stanie zobaczyć wszystkiego: „Erupcja słoneczna skierowana w stronę od Ziemi lub z polami magnetycznymi skierowanymi na północ może nadal wyrzucać wiry z polami magnetycznymi skierowanymi na południe w stronę Ziemi. Te tornada pozostałyby niezauważone, gdyby minęły sondy stacjonujące w L1”.
Tornada są właściwie nazywane „linami strumieniowymi” i opisują obiekty o długości tak małej jak 3000 mil (4828 km) i tak ogromnej, jak 6 milionów mil (9,5 miliona km) szerokości. (Dla porównania odległość między Ziemią a Słońcem wynosi około 93 milionów mil lub 150 milionów km). Tornada są trudne nawet do symulacji: są zbyt małe do badań CME, ale zbyt duże dla sond pól magnetycznych i cząstek plazmy.
Nowe badanie, które naukowcy w swojej rozdzielczości określili jako „bezprecedensowe”, obejmuje symulacje pokazujące, w jaki sposób mogą powstawać tornada. Słońce zawsze wysyła „wiatr słoneczny” naładowanych cząstek w całym Układzie Słonecznym, ale wyrzut CME jest szybszy.
Jak wynika z badań, gdy szybki CME przedostaje się w stronę wolniejszego wiatru słonecznego, fala szybciej poruszających się cząstek może odepchnąć na bok „wirujące masy plazmy, niczym pług śnieżny rzucający śnieg”. Niektóre z tych mas szybko się rozpadają, ale inne utrzymują się jako „tornada”.
Z badania wynika, że proponowana konstelacja czterech statków kosmicznych może wykryć te tornada w locie. Naukowcy z Uniwersytetu Michigan przewodzą propozycji, która zakładałaby umieszczenie czterech maszyn w latającej formacji w kształcie piramidy. Każdy bok „piramidy” miałby długość około 322 000 km, co stanowi prawie średnią odległość między Ziemią a Księżycem.
Badanie sugeruje umieszczenie po jednym statku kosmicznym w każdym z trzech rogów podstawy piramidy, co byłoby ułożone na płaszczyźnie (wirtualnej, płaskiej powierzchni) wokół L1. Czwarty statek kosmiczny to przypadek szczególny. Miałby służyć jako „centrum” i znajdowałby się za L1 i zwrócony w stronę słońca.
To położenie za L1 jest zbyt niestabilne, aby czwarta sonda kosmiczna mogła wykorzystać paliwo do ustabilizowania się, ale przydałaby się do tego ogromny, aluminiowy żagiel słoneczny o wielkości około jednej trzeciej boiska do piłki nożnej. Ale to zakłada sukces poprzedniego projektu tej koncepcji żagla, zwanego Solar Cruiser. NOAA i NASA mają nadzieję, że uda im się wystrzelić ten statek kosmiczny w ramach wspólnego przejazdu w 2029 roku.
Teoretycznie taki rozmiar żagla wystarczy, aby „złapać wystarczającą liczbę fotonów, aby utrzymać pozycję statku kosmicznego bez spalania paliwa” – napisał uniwersytet. „Ta konfiguracja” – dodali urzędnicy – „pozwoliłaby SWIFTowi zobaczyć, jak zmienia się wiatr słoneczny w drodze na Ziemię, a jego piasta bliżej Słońca mogłaby sprawić, że ostrzeżenia o pogodzie kosmicznej będą o 40% szybsze”.
Zespół podkreślił znaczenie tych statków kosmicznych w wykrywaniu tornad: „Nasza symulacja pokazuje, że pole magnetyczne w tych wirach może być wystarczająco silne, aby wywołać burzę geomagnetyczną i spowodować poważne problemy” – dodał główny autor Chip Manchester, profesor nauk o klimacie i przestrzeni kosmicznej oraz inżynierii na uniwersytecie.
