A heves napkitörések játszi könnyedséggel tönkreteszik a műholdakat. De hogyan?
Februárban a SpaceX a Starlink műholdsereg 49 műholdját állította pályára, amelyek többségét napokon belül használhatatlanná tette egy erős napkitörés, illetve az általa okozott geomágneses vihar. Ez az egyetlen űridőjárási esemény 50 millió dollárt meghaladó kárt okozott. Ennek kapcsán a Space Review portálon Piyush Mehta (Nyugat-Virginiai Egyetem), a NASA űridőjárási tanácsának tagja áttekintette, miként veszélyeztetik az űridőjárási események a műholdakat.
Geomágneses vihar akkor következik be, amikor a Napból kidobott anyag – elektronok, protonok és más elemi részecskék – eléri a Földet és kölcsönhatásba lép bolygónkkal. Bár a Napból a napszél formájában folyamatosan áramlanak ki részecskék, időnként heves kitörések következnek be, amelyek során bizonyos irányban a szokásosnál sokkal több és nagyobb energiájú részecske dobódik ki. Ha a Föld éppen az úgynevezett koronakidobódás részecskefelhője útjába kerül, bekövetkezik a geomágneses vihar. A Föld felé tartó részecskefelhők másik forrásai az úgynevezett koronalyukak, a Nap külső légkörében előforduló, a környezetüknél kisebb sűrűségű tartományok.
A Solar Dynamics Observatory felvétele a Nap aktív területeiről. (Kép: NASA/SDO / AIA, EVE, HMI science teams)
A geomágneses vihar erőssége szempontjából döntő jelentőségű a kidobott részecskék sebessége. Míg a napszél részecskéi a Föld távolságában átlagosan 1,4 millió km/h sebességgel haladnak kifelé, az erős napkitörések során kidobott anyag akár ötször nagyobb sebességgel is mozoghat. Mióta feljegyzések léteznek, a legerősebb geomágneses vihart (amelyet egy koronakidobódás okozott) 1859 szeptemberében figyelték meg. Hatására a távíróvezetékek szikráztak, néhány esetben a távíró-berendezések kigyulladtak. Egyes becslések szerint, ha ma egy hasonló erejű napkitörés részecskefelhője érné el a Földet, akkor hatására a mai, sokkal sebezhetőbb infrastruktúránkban nagyjából 2 billió dollár kár keletkezne.
A Föld felszínét jelentős mértékben védi a napkitörések hatásától a Föld mágneses tere, azonban a mágneses védőpajzson kívül keringő műholdak esetében hatásuk nem hagyható figyelmen kívül. A Napból érkező részecskeáram folyamatosan tömeget, energiát és impulzust ad át a magnetoszférának, vagyis a Földet körülvevő, elektronokból és ionokból álló plazmaburoknak. A napszél átlagos szintje esetén az érkező energia legnagyobb részét a magnetoszféra gond nélkül elnyeli. Geomágneses viharok idején azonban a jelentős energiatöbblet a mágneses erővonalak mentén, a pólusok térségében átadódik a földi légkör felső rétegeinek, látványos sarkifény-jelenséget idézve elő.
Amikor a légkör felveszi a mágneses viharok energiájának egy részét, felmelegszik, és ezért kitágul. Ennek következtében a 80 és 1000 km közötti magasságtartományban számottevően megnő a légkör sűrűsége, ezért az ezekben a magasságokban keringő műholdak a nagyobb közegellenállás miatt erősebben fékeződnek. Éppen ez a jelenség okozta februárban a Starlink műholdak vesztét. A napkitörés okozta geomágneses vihar röviddel a műholdak felbocsátása után érte el a Földet, amikor a műholdak még kezdeti, 200 km körüli magasságú pályáikon keringtek. Innen saját hajtóműveikkel kellett volna elérniük 550 km körüli üzemi keringési magasságukat. A légkör megnövekedett sűrűsége miatt azonban a hajtóművek erre nem voltak képesek, ezért a műholdak lefékeződtek és elégtek a légkörben.
A nagyobb közegellenállás csak az egyik probléma, amelyet a geomágneses viharok okoznak. A nagy energiájú elektronok számának jelentős növekedése miatt több elektron hatol át a műhold árnyékoló burkolatán, felhalmozódnak az elektronikában, ahol kisülést idézhetnek elő, ami tönkreteheti az elektronikus alkatrészeket. A magnetoszférában jelen lévő áthatoló sugárzás vagy a töltött részecskék még a mérsékelt erősségű geomágneses viharok esetén is megváltoztathatják az elektronikus eszközök kimenő jelét. A kisebb hibák kiszűrhetők és javíthatók, a szerencsére csak ritkán előforduló, súlyosabb esetekben azonban a hibás jelek az egész elektronikus rendszert tönkretehetik.
A geomágneses viharok miatt megszakadhat a műholdak és a Föld közötti kommunikációs kapcsolat. A légkör bizonyos mértékig mindig torzítja a rajta áthaladó rádiójeleket, ami már a rendszerek megépítésekor korrigálható. A légkör nyugodt állapotára vonatkozó kalibrációk azonban geomágneses viharok idején használhatatlanná válnak. Bár a geomágneses viharok modellezése és előrejelzése sokat fejlődött az elmúlt évtizedekben, azonban az előrejelzések ennek ellenére gyakran pontatlannak bizonyulnak, ami például a GPS-es helymeghatározásban átmenetileg több méteres hibát idézhet elő, ami sok érzékeny alkalmazási területen elfogadhatatlan.
A kutatás és fejlesztés fontos területe olyan módszerek kidolgozása, amelyekkel a műholdak megvédhetők az űridőjárás káros hatásaitól. A kockázatok csökkenthetők a sugárzást árnyékoló burkolattal, vagy a sugárzásnak jobban ellenálló anyagok használatával. Ha az előrejelzések pontosabbá válnának, akkor az érzékeny egységek kikapcsolásával vagy a műhold elfordításával lehet védekezni a káros hatások ellen. Egyelőre azonban a NOAA előrejelzése a februári esetben csak annyit tudott közölni, hogy a koronakidobódás nyomán a geomágneses vihar „valószínűleg” a start tervezett napján vagy az azt megelőző napon következhet be.
Kapcsolódó cikkek: Kapcsolódó linkek:
49-ből 40 selejt
Sarki fény jelzi a naptevékenységet
A SOHO negyedszázada
Napkitörések nyomában
Európai űridőjárási műszer
Mi az űridőjárás?
Hogyan tehetik könnyedén tönkre a műholdakat a napkitörések? (The Space Review)
A NASA két űrszondája megfigyelte az új naptevékenységi ciklus első jelentős űridőjárási eseményét, annak következményét pedig a NASA műholdja és az ISS egyik űrhajósa is megörökítette.
