Jak ESA przygotowuje się na gwałtowne zjawiska pogody kosmicznej

Europejska Agencja Kosmiczna przeprowadziła specjalne ćwiczenia dla zespołu satelity obserwacyjnego Sentinel-1D, które mają przygotować członków zespołu na wypadek gwałtownych zjawisk w pogodzie kosmicznej, takich jak wyjątkowo potężne burze geomagnetyczne, wywołane aktywnością słoneczną. Taka sytuacja to poważne zagrożenie dla satelitów.

Groźna aktywność słoneczna

.W 1859 roku nastąpiła wyjątkowo potężna burza geomagnetyczna, wywołana aktywnością słoneczną. Spowodowała awarie sieci telegraficznych w Europie i Ameryce Północnej. Zorze polarną widziano na całym świecie. Zdarzenie jest nazywane burzą Carringtona, gdyż angielski astronom Richard Christopher Carrington zaobserwował rozbłysk słoneczny, który był przyczyną koronalnego wyrzutu masy, który po dotarciu do Ziemi po kilkunastu godzinach spowodował właśnie wspomnianą burzę magnetyczną.

Gdyby współcześnie zdarzyło się podobnej skali zjawisko, utracilibyśmy komunikację, nawigację satelitarną, nastąpiłyby masowe awarie elektroniki i poważane zagrożenia dla satelitów na orbicie okołoziemskiej. 

Europejska Agencja Kosmiczna (ESA) prowadzi ćwiczenia przygotowujące zespoły zajmujące się satelitami na taką ewentualność. Ćwiczenia są prowadzone przed każdym startem misji kosmicznej ESA.

Ćwiczenia dla satelity Sentinel-1D

.Jednym z najnowszych przykładów takich symulacji są ćwiczenia dla satelity Sentinel-1D, który ma zostać wystrzelony 4 listopada. Jest to satelita z radarem obrazującym, który dołączy do europejskiej konstelacji satelitów Sentinel, działającej w ramach programu obserwacji Ziemi o nazwie Copernicus, prowadzonego przez Unię Europejską.

Ćwiczenia dla Sentinel-1D są prowadzone od połowy września w Europejskim Centrum Operacji Kosmicznych (ang. European Space Operations Center, w skrócie ESOC) w Darmstadt w Niemczech.

Thomas Ormston, zastępca kierownika operacji statków kosmicznych w misji Sentinel-1D, wskazuje że gdy nastąpi tego rodzaju wydarzenie, nie ma dobrych rozwiązań. Celem jest wtedy utrzymanie satelity w bezpiecznym stanie i maksymalnie możliwe ograniczenie uszkodzeń.

W ramach przykładowego scenariusza symulacji, satelita został udanie wystrzelony i odłączył się od rakiety nośnej, po czym skontaktował się z centrum kontroli lotu. Jednak kilka minut później zaczęły się zakłócenia. Satelita, podobnie jak inne znajdujące się na orbicie, znalazł się pod wpływem efektów potężnego rozbłysku słonecznego. Intensywne promieniowanie rentgenowskie i ultrafioletowe zakłóca systemy radarowe, komunikację i śledzenie satelity. Systemy nawigacji satelitarnej, jak GPS, czy europejski Galileo, nie działają. Stacje naziemne, szczególnie w rejonach polarnych, utraciły zdolności śledzenia obiektów na orbicie.

Chwilę później do Ziemi dociera druga fala, tym razem złożona z wysokoenergetycznych cząstek, w tym protonów, elektronów, cząstek alfa. Poruszają się z prędkościami bliskimi prędkości światła i docierają do naszej planety po 10-20 minutach. Zaburzają elektronikę pokładową satelity.

Za kilkanaście godzin do Ziemi przybywa koronalny wyrzut masy, czyli gorąca plazma o prędkości 2 tysięcy kilometrów na godzinę. Wzbudza burzę geomagnetyczną, która poza pięknymi zorzami polarnymi, powoduję awarię sieci elektrycznych. Na dodatek powoduje zwiększenie tarcia atmosfery, co skutkuje tym, że satelity na niskich orbitach okołoziemskich schodzą ze swoich typowych trajektorii i pojawiają się ryzyka wielu kolizji.

Powyższe to tylko opis symulacji i przewidywań, co może się stać, w przypadku wystąpienia zjawiska o mocy burzy Carringtona.

W ramach przygotowań do lepszej reakcji na tego rodzaju zagrożenia, konieczne jest lepsze przewidywanie pogody kosmicznej. Oznacza to potrzebę większej liczby czujników do monitorowania stanu parametrów pogody kosmicznej. Co więcej, w dalszej odległości od Ziemi, będzie umieszczone obserwatorium Vigil. W ten sposób ESA chce obserwować Słońce „z boku”, co pozwoli wcześniej wykrywać niebezpieczne zdarzenia na Słońcu, zanim jeszcze staną się widoczne z Ziemi.

Z gwiazd powstaliśmy, w gwiazdy się obrócimy

.Członek Polskiego Towarzystwa Astronomicznego, Piotr KOŁACZEK-SZYMAŃSKI, na łamach „Wszystko co Najważniejsze” twierdzi, że: „Pod koniec swojego życia gwiazda wykonuje gwałtowne oscylacje. W skali setek lub tysięcy lat doznaje gwałtownych rozprężeń, staje się wyraźnie większa i chłodniejsza, a następnie się kurczy. Jej powierzchniowe obszary są przyciągane zbyt słabo i „odlatują” od niej. Rozpad następuje warstwowo. Trwa to przez tysiące lat. Jedyne, co pozostaje, to jądro, biały karzeł złożony z węgla i tlenu, otoczony przez gaz, który powstaje w procesie odpadania warstw”.

„Mniejsze gwiazdy kończą swój żywot na etapie spalania węgla i tlenu. Gwiazdy masywniejsze są tak ciężkie, że w pozostających z nich białych karłach dochodzi do takiego wzrostu temperatury, że nawet tlen i węgiel spalają się i przechodzą w kolejne pierwiastki. Gwiazda staje się czerwonym nadolbrzymem. Na samym końcu tego procesu, bezpośrednio przed eksplozją supernowej, w jej jądrze pojawia się żelazo. Od tego momentu gwiazda nie może generować więcej energii. Po raz kolejny dochodzi do stanu krytycznego w jej życiu – zaczyna się rozpadać”.

„W pewnym momencie w jądrze robi się tak gęsto, że nawet elektrony pełzające wokół atomów żelaza nie mogą już dłużej tego robić. Zaczyna się proces neutronizacji materii. Elektrony wnikają w jądro atomów i zamieniają protony w neutrony. Żelazo zostaje zniszczone – powstaje gwiazda neutronowa”.

„Jądro gwiazdy neutronowej kurczy się i jednocześnie staje się sprężyste. Odbija się od zewnętrznej materii gwiazdy jak piłka. Powoduje to powstanie dużej fali uderzeniowej. Napór materii z zewnątrz jest tak duży, że powoduje zatrzymanie fali uderzeniowej w miejscu, w wyniku czego gwiazda zaczyna się niebywale rozgrzewać. Wskutek tego wybuchowego, deflagracyjnego spalania się powstaje duża część układu okresowego pierwiastków. Materia po śmierci gwiazdy, składająca się z pierwiastków ciężkich, może zasilić nowo powstające gwiazdy i planety”.

„Pierwiastki, z których się składamy, na przykład węgiel, azot i tlen, powstają dzięki śmierci mało masywnych gwiazd, jak nasze Słońce. W wyniku eksplozji supernowej powstaje tlen. Nasze ukochane złoto i srebro są efektem procesu jeszcze rzadszego – „zlania się” dwóch gwiazd neutronowych. Każdy atom węgla, tlenu i azotu w naszym ciele – kiedyś był obecny we wnętrzu gwiazdy. Bez nich nie moglibyśmy zaistnieć. Nasze życie powstało za sprawą gwiazd” – pisze Piotr KOŁACZEK-SZYMAŃSKI w tekście „Z gwiazd powstaliśmy, w gwiazdy się obrócimy” – cały artykuł [LINK]

PAP/eg