Спутникам GPS угрожают больше мягкие солнечные бури, чем чудовищные солнечные вспышки

Самое интенсивное явление космической погоды за последние два десятилетия произошло на орбите спутников GPS сразу после солнечного минимума.

Новое исследование показало, что легкие солнечные бури могут вызвать более серьезные проблемы для спутников GPS, чем события, происходящие раз в столетие.

Штормы, исходящие от Солнца, создают проблемы для спутников на орбите Земли. Ученые пытаются лучше понять эти события, чтобы помочь операторам защитить свои космические корабли. А иногда они находят сюрпризы.

Новое исследование Британской антарктической службы (BAS) показало, что спутники на орбите Глобальной системы позиционирования (GPS) могут больше пострадать от более мягких солнечных бурь, чем от пугающих событий, которые наносят ущерб электросетям и телекоммуникационным сетям на Земле.

Найджел Мередит, ученый-исследователь космической погоды BAS, и его коллеги проанализировали спутниковые данные за 20 лет и обнаружили, что это самый серьезный инцидент с космическими кораблями США GPS, которые предоставляют критически важные услуги для многих секторов, включая все виды транспорта, банковское дело и бурение нефтяных скважин. — произошло в результате небольшой солнечной бури в 2010 году, во время сонного периода 11-летнего цикла активности Солнца. А самое значительное событие космической погоды в новейшей истории, шторм на Хэллоуин в 2003 году, оставило спутники GPS, вращающиеся на высоте 12 550 миль (20 200 километров) над Землей, практически невредимыми.

«Иногда люди думают, что во время супербури все произойдет сразу. Но наше исследование показывает, что это не обязательно так», — рассказал Мередит Space.com. «Мы видели самые большие потоки [энергетических частиц от Солнца] во время, как многие могли бы сказать, безобидного шторма».

Связанный: Дикая солнечная погода приводит к падению спутников с орбиты. Будет еще хуже.

Солнечные бури возникают в результате взаимодействия заряженных частиц, составляющих солнечный ветер, с магнитным полем Земли и атмосферой нашей планеты. Солнечный ветер — это поток ионизированного газа, который постоянно исходит от Солнца. Во время огромных извержений солнечного материала, известных как выбросы корональной массы (КВМ), Солнце одновременно выбрасывает в космос огромное количество солнечного ветра.

Частицы солнечного ветра намагничены, и когда эти огромные плазменные извержения поражают магнитные линии Земли противоположным магнитным полюсом, они временно отключают защитный магнитный щит планеты и проникают глубоко в атмосферу. Реакции солнечных частиц с атмосферными газами вызывают красочные полярные сияния, а также вызывают электрические токи, которые в случае самых сильных штормов могут вывести из строя электросети и нарушить работу телекоммуникационных сетей.

Есть несколько способов воздействия солнечных бурь на спутники. Например, когда частицы солнечного ветра смешиваются с молекулами воздуха, атмосфера нагревается и разбухает, вызывая увеличение плотности разреженных газов в верхних слоях атмосферы. Космические корабли на низкой околоземной орбите, включая Международную космическую станцию, внезапно испытывают большее сопротивление и начинают терять высоту.

Спутники на высоте GPS страдают от другого воздействия космической погоды. Когда мощные всплески солнечного ветра нарушают магнитное поле Земли, заряженные солнечные частицы попадают в ловушку за магнитными линиями планеты, впрыскивая дополнительную энергию во внешний радиационный пояс Земли. В этом регионе, который простирается на высоте от 8 000 миль (13 000 километров) до 28 000 миль (45 000 км), концентрации энергичных частиц всегда довольно высоки. Солнечная буря нужной силы может значительно нагреть все вокруг, что приведет к резкому увеличению числа «электронов-убийц», электронов, которые настолько энергичны, что проносятся вокруг планеты каждые 10 минут.

«[Эти электроны] обладают очень высокой энергией. Они могут проникать через поверхности спутников, внедряться в изоляторы и, по сути, оставаться там», — сказал Мередит. «Когда они оказываются в изоляторе, заряд может накапливаться с течением времени, а затем может превысить уровень, необходимый для пробоя. У вас может возникнуть электростатический разряд, который может повредить электронные компоненты».