Что за погода космосе

Какая температура в космосе?

Температура окружающей среды в любой точке открытого космоса зависит от множества факторов. Проще отследить изменения температуры по мере удаления от земной поверхности. Происходит это при смене этапов газовой оболочки Земли.

Строение атмосферы Земли и изменение температурного режима

Говоря о температуре на орбите земли, отметим, что ее окружает атмосфера, состоящая из нескольких отличных по составу слоев:

Нижний слой – тропосфера (примерно до 10 км над Землей), в которой t постепенно снижается — примерно на 0,65º каждые 100 м.
Следующий слой – промежуточный, в котором t остается примерно на одном уровне, перестает снижаться.
Стратосфера располагается на расстоянии 11-50 км от земной поверхности. На расстоянии 11-25 от Земли км воздух остывает до –56,5ºС, а затем, за пределами 25 км, начинает нагреваться, и достигает примерно 0ºС. В слое от 40 до 55 км температурный режим не меняется – этакий промежуточный слой.
В мезосфере, простирающейся от 50 до 80-90 км от Земли, t начинает понижаться – на 0,25-0,5º на 100 м.
Примерно на линии 100 км от Земли находится Линия Кармана, условно ее принято считать переходом от атмосферы к космосу. Температура – примерно –90ºС.
Термосфера простирается до 800 км над Землей. До высоты в 200-300 км температура в открытом космосе по Цельсию растет и достигает 1230º.
Далее простирается экзосфера, характеризующаяся сильной разреженностью газа – так называемая сфера рассеяния.

Какая температура в открытом космосе

А какая температура в космосе (по Цельсию) за границами атмосферы Земли? Там, где космический вакуум?

Чтобы понять суть происходящих процессов – повышения или понижения температуры в отдельных точках космоса, следует обратиться к вопросу о строении. Любая материя – это скопление элементарных частиц (электронов, фотонов протонов, прочих), которые в определенных комбинациях образуют атомы и молекулы. Все микрочастицы находятся в постоянном движении. И, если сказать просто, тепло – это энергия, выделяемая при движении. Чем интенсивнее движение микрочастиц, тем выше температура тела, состоящего из них.

А космический вакуум – это, конечно, пустое пространство, но все-таки кое-какие частицы там все же передвигаются (к примеру, фотоны, несущие свет). Безусловно, плотность микрочастиц в вакууме неизмеримо ниже, чем на Земле, но движение все-таки есть. Кроме того, что космические тела испускают фотоны, несущие тепло, в космосе присутствует реликтовое излучение (образованное на ранних этапах существования Вселенной). На то, какая температура в открытом космосе, влияют планеты и их спутники, метеориты и кометы, астероиды и туманности, космическая пыль и мусор. Все эти факторы вносят свои коррективы в общую обстановку.

Вследствие чего, температура в космосе по факту не равна абсолютному нулю – предельно низкой температуре (–273º по Цельсию, 0º по Кельвину), а в среднем на 2,7º выше. Поэтому на вопрос – сколько градусов в космосе – ответ таков: по Цельсию – минус 270,425º, по Кельвину – плюс 2,725º, по Фаренгейту – минус 454,8º.

Самая низкая температура в космосе зафиксирована учеными в туманности, названной «Бумеранг». Ее обнаружил в 1998 телескоп Хаббл. Наблюдать эту туманность удается в созвездии Центавра. Туманность образовалась в результате уникального явления – звездного ветра. Это значит, что поток материи таким ветром был очень быстро вынесен с центральной звезды во Вселенную, где под влиянием резкого расширения охладился. Ученые смогли просчитать – сколько градусов в космосе по Цельсию в районе туманности Бумеранг, оказалось – минус 272º. Это зафиксированный факт – самое холодное место в космосе.

Так как Вселенная не отличается однородностью, то температурные показатели в разных ее точках несколько отличаются. В большей части пространства температура космоса по Цельсию колеблется в пределах минус 270,45º, а в облаках пыли и газа – на 10-20 градусов выше – из-за повышенной концентрации материи. А вот вблизи звезд и планет тепла намного больше.

Температура в космосе на орбите Земли

А какая температура в космосе за бортом МКС? Ведь и сама станция, и космонавты, выходящие в открытый космос, находятся на околоземной орбите и подвергаются или жуткому холоду, стремящемуся к нулю, или попадают под прямые солнечные лучи. Первый человек, вышедший в космос – советский космонавт Алексей Леонов, имел возможность первым убедиться в этом на собственном опыте. Поверхность скафандра, попадающая под солнечные лучи, разогревалась до плюс 150ºС, а на теневой стороне остывала до минус 140ºС. Такая вот температура в космосе около МКС.

Высота орбиты МКС – порядка 400 км. На корпусе космического аппарата располагаются разные устройства и приборы, приспособленные к работе в условиях открытого космоса. Кроме температуры извне на них действуют и другие источники тепла — например, поток лучей от солнечных батарей, от корпуса самой станции. Кроме того, сам аппарат выделяет при работе тепловую энергию разного назначения и класса. Даже космонавт, находящийся на борту, излучает тепловую энергию. А так как космическое пространство одновременно может проявлять и холод, и жару, то специалисты, отвечающие за терморегуляцию МКС, вынуждены учитывать огромное количество влияющих факторов, причем с противоположными задачами – оградить станцию от перегрева от солнечных лучей и переохлаждения от космического холода.

Защита от холода и жары в космосе

Защищая космические аппараты от жутких перепадов температур, ученые и конструкторы используют различные способы. Чаще всего «укутывают» объект, как в одеяло, в многослойную экранно-вакуумную изоляцию ЭВТИ, которую называют «золотой фольгой». А по факту это – специальная высококачественная полимерная пленка.

Некоторые части поверхностей космических аппаратов специально оставляют открытыми – чтобы они могли поглощать солнечные лучи, или наоборот – выводили в пространство тепло, вырабатываемое изнутри. Тогда эти части покрывают или черной эмалью (для поглощения лучей), или белой эмалью (для отражения лучей).

В некоторых случаях требуется, чтобы солнечные лучи не могли прогревать какую-то поверхность совсем (обсерватории), тогда эти участки скрывают радиационным экраном.

В космических аппаратах, учитывая все нюансы, предотвращающие перегрев и переохлаждение, создают специальную полномасштабную систему СОТР. Она содержит нагреватели и холодильники. Обязательно включает тепловоды и радиаторы. Также тут присутствуют специальные датчики и множество другой аппаратуры. Ведь тепловой режим может оказаться одним из самых важных факторов системы выживания. Так, недостаточно защищенный «Луноход-2» в свое время был безвозвратно испорчен оказавшейся на его крыше горстью черного реголита, из-за которого переставшая отражать солнечные лучи теплоизоляция привела аппарат к перегреву и, как итог – к выходу из строя.

Температура на планетах Солнечной системы

Температура в космосе на орбите возле планет Солнечной системы в большей степени зависит от удаления от Солнца и наличия (или отсутствия) атмосферы. Ясно, что чем ближе светило, тем температурная отметка выше. А если имеется атмосфера – она в состоянии удержать часть поступающего тепла – подобно парнику. Так на Венере, больше удаленной от Солнца, чем Меркурий, климат все-таки жарче – благодаря имеющейся атмосфере температура на ее поверхности в среднем — 477ºС, в то время, как на Меркурии — 349,9 °C днем и минус 170,2 °C ночью. На Марсе температурный режим варьируется от 35ºС до минус 143 ºС. На Юпитере еще холоднее – до минус 153 °C. Но на Уране, имеющем атмосферный слой, это не имеет большого значения – уж очень большое расстояние до согревающей звезды, и на поверхности – всего минус 224°C. А на Плутоне всего на 23 градуса выше, чем абсолютный нуль – минус 240°C.

Источник

Какая температура в космосе?

Всем нам с самого детства известно, что в африканских странах обычно царит жаркая погода, а в Антарктиде — всегда холодно. Но задумывались ли вы когда-нибудь о том, насколько тепло или холодно в открытом космосе? Температура является результатом движения молекул, из которых состоят все материальные объекты — чем быстрее движутся эти крошечные частицы, тем объект горячее. Так как в космосе нет никаких частиц и он считается вакуумным пространством, понятие «температура» к нему совершенно не применимо. Однако, чтобы ответ на интересующий многих людей все-таки существовал, ученые уверяют, что температура космоса — это «абсолютный ноль». Но значит ли это, что космические корабли не нагреваются в космосе до высоких температур и там всегда относительно хорошая погода? Что-то не верится, поэтому давайте разбираться.

В открытом космосе не помогут ни шорты, ни шуба — нужен специальный костюм

Вакуум — это пространство, в котором нет никаких веществ, даже воздуха. С переводе с латинского, слово «vacuus» переводится как как «пустой».

Погода в космосе

Если говорить коротко, то «абсолютный ноль» — это самая низкая температура, которая возможна во Вселенной, холоднее уже некуда. В Цельсиях этот показатель равен -273,15 градусам. При такой температуре атомы, которые являются мельчайшими частицами всех химических элементов, полностью перестают двигаться. В открытом космосе молекулы есть, но их очень мало, так что они практически не взаимодействуют друг с другом. Движения нет, а это явный признак «абсолютного нуля», подробнее о котором написано в этом материале.

Интересный факт: самая холодная температура воздуха на нашей планете была зафиксирована в 1983 году, на территории Антарктиды. Тогда столбики термометров опустились до -89,15 градусов Цельсия

Экстремальные условия космоса

Итак, по словам ученых, в открытом космосе температура равна -273,15 градусам Цельсия. Но это совершенно не значит, что все попадающие в космос объекты мгновенно обретают ту же температуру. Как и на поверхности нашей планеты, космические корабли, спутники и другие объекты могут нагреваться и охлаждаться, причем до экстремальных уровней. Но передача тепла в космосе возможна только одним способом.

Вообще, существует три способа передачи тепла:

проводимость, которую можно наблюдать при нагревании металлического стержня — если нагреть один конец, со временем горячей станет и противоположная часть;
конвекция, которую можно наблюдать, когда теплый воздух перемещается из одной комнаты в другую;
излучение, когда испускаемые космическими объектами элементарные частицы вроде фотонов (частиц света), электронов и протонов объединяются, образуя движущиеся частицы.

Как вы уже догадались, в космосе объекты нагреваются под воздействием активности элементарных частиц — ведь мы уже выяснили, что температура является результатом движений молекул? Фотоны и другие элементарные частицы могут излучаться Солнцем и другими космическими объектами.

Насколько сильно и быстро будут нагреваться или охлаждаться попавшие в космос объекты, напрямую зависит от их местоположения относительно звезд и планет, размеров, формы и так далее. Например, летящий в космосе космический корабль будет буквально раскален со стороны Солнца, а его теневая сторона будет очень холодной. Чем дальше корабль находится от небесного светила — тем сильнее будет разница в степени нагрева.

При строительстве космических кораблей важно учитывать экстремальные изменения температур

Международная космическая станция постоянно находится под воздействием солнечного света. Сторона, которая обращена к Солнцу, нагревается до 260 градусов Цельсия. Теневая сторона, в свою очередь, охлаждена до 100 градусов Цельсия. Экипажу космической станции иногда приходится выходить на поверхность конструкции и подвергаться резким сменам температур. Поэтому их костюмы оснащены системой нагрева и охлаждения, благодаря которой исследователи космоса чувствуют себя относительно комфортно.

О том, какие бывают скафандры, недавно писал мой коллега Артем Сутягин. Оказывается, они бывают не только космическими.

Чем дальше от Солнца расположены космические объекты, тем они холоднее. Например, температура на Плутоне, которая расположена очень далеко, равняется -240 градусам Цельсия. А самое холодное место во Вселенной расположено в туманности Бумеранг — температурный режим в этом регионе равен -272 градусам Цельсия.

Если вам интересны новости науки и технологий, подпишитесь на наш канал в Яндекс.Дзен. Там вы найдете материалы, которые не были опубликованы на сайте!

В общем если вы когда-нибудь фантастическим образом окажетесь в открытом космосе, вам понадобится костюм, внутри которого температура будет регулироваться автоматически. Но резкие изменения температуры — не единственная проблема, которая будет вас поджидать. В космическом пространстве человеческое тело терпит много изменений, о которых можно почитать в этом материале.

Источник

Космическая погода — Space weather

Космическая погода — это раздел космической физики и аэрономии или гелиофизики , связанный с изменяющимися во времени условиями в Солнечной системе, включая солнечный ветер , с акцентом на пространство, окружающее Землю, включая условия в магнитосфере , ионосфере , термосфере и экзосфере . Космическая погода отличается от но концептуально связаны с земной погодой в атмосфере Земли ( тропосфере и стратосфере ). Термин космическая погода впервые был использован в 1950-х годах и вошел в обиход в 1990-х годах.

СОДЕРЖАНИЕ

История

На протяжении многих веков влияние космической погоды было замечено, но не изучено. Проявления полярного сияния давно наблюдаются в высоких широтах.

Бытие

В 1724 году Джордж Грэм сообщил, что стрелка магнитного компаса регулярно отклонялась от магнитного севера в течение каждого дня. Этот эффект в конечном итоге был приписан Бальфуром Стюартом в 1882 году воздушным током, протекающим в ионосфере и магнитосфере , и подтвержден Артуром Шустером в 1889 году на основе анализа данных магнитной обсерватории.

В 1852 году астроном и британский генерал-майор Эдвард Сабин показал, что вероятность возникновения магнитных бурь на Земле коррелирует с количеством солнечных пятен , продемонстрировав новое солнечно-земное взаимодействие. В 1859 году сильная магнитная буря вызвала блестящие полярные сияния и нарушила работу глобального телеграфа . Ричард Кристофер Кэррингтон правильно связал шторм с солнечной вспышкой, которую он наблюдал накануне в районе большой группы солнечных пятен, продемонстрировав, что определенные солнечные события могут повлиять на Землю.

Кристиан Биркеланд объяснил физику полярного сияния, создав искусственное сияние в своей лаборатории, и предсказал солнечный ветер.

Внедрение радио выявило периоды сильного статического электричества или шума. Серьезные радиолокационные помехи во время крупного солнечного явления в 1942 году привели к открытию солнечных радиовсплесков (радиоволн, которые покрывают широкий диапазон частот, создаваемых солнечной вспышкой), еще одного аспекта космической погоды.

Двадцатое столетие

В 20 веке интерес к космической погоде расширился, поскольку военные и коммерческие системы стали зависеть от систем, на которые влияет космическая погода. Спутники связи — жизненно важная часть глобальной торговли. Метеорологические спутниковые системы предоставляют информацию о земной погоде. Сигналы спутников глобальной системы позиционирования (GPS) используются в самых разных приложениях. Явления космической погоды могут создавать помехи или повредить эти спутники или мешать радиосигналам, с которыми они работают. Явления космической погоды могут вызывать разрушительные скачки напряжения на линиях передачи на большие расстояния и подвергать пассажиров и экипаж самолетов, путешествующих по радио , особенно на полярных маршрутах.

Международный геофизический год (МГГ) активизация научных исследований в области космической погоды. Наземные данные, полученные во время МГГ, показали, что северное сияние происходило в авроральном овале , постоянной области свечения от 15 до 25 градусов по широте от магнитных полюсов и от 5 до 20 градусов в ширину. В 1958 году спутник Explorer I обнаружил пояса Ван Аллена , области радиационных частиц, захваченных магнитным полем Земли. В январе 1959 года советский спутник Луна-1 впервые непосредственно наблюдал солнечный ветер и измерил его силу. Меньший по размеру Международный гелиофизический год (МГГ) пришелся на 2007–2008 гг.

В 1969 году спутник INJUN-5 (также известный как Explorer 40) провел первое прямое наблюдение электрического поля, создаваемого солнечным ветром на ионосфере высоких широт Земли. В начале 1970-х годов данные Триады показали, что постоянные электрические токи протекают между авроральным овалом и магнитосферой.

Термин космическая погода стал использоваться в конце 1950-х годов, когда началась космическая эра, и спутники начали измерять космическую среду . Термин вновь приобрел популярность в 1990-х годах вместе с убеждением, что влияние космоса на человеческие системы требует более скоординированных исследований и применения.

Национальная программа космической погоды США

Цель Национальной программы космической погоды США состоит в том, чтобы сосредоточить исследования на потребностях затронутых коммерческих и военных сообществ, объединить сообщества исследователей и пользователей, наладить координацию между оперативными центрами обработки данных и лучше определить потребности сообщества пользователей.

Эта концепция была преобразована в план действий в 2000 году, план реализации в 2002 году, оценку в 2006 году и пересмотренный стратегический план в 2010 году. Пересмотренный план действий планировалось выпустить в 2011 году, а в 2012 году — пересмотренный план реализации.

Одна из частей Национальной программы по космической погоде — показать пользователям, что космическая погода влияет на их бизнес. Частные компании теперь признают, что космическая погода «представляет реальный риск для современного бизнеса».

Явления

В пределах Солнечной системы на космическую погоду влияют солнечный ветер и межпланетное магнитное поле (ММП), переносимое плазмой солнечного ветра . С космической погодой связаны различные физические явления, в том числе геомагнитные бури и суббури , возбуждение радиационных поясов Ван Аллена , ионосферные возмущения и мерцание радиосигналов спутник-земля и радиолокационных сигналов дальнего действия, полярных сияний и геомагнитно-индуцированных токов. на поверхности Земли. Корональные выбросы массы (CME), связанные с ними ударные волны и корональные облака также являются важными факторами космической погоды, поскольку они могут сжимать магнитосферу и вызывать геомагнитные бури. Частицы солнечной энергии (SEP), ускоренные выбросами корональной массы или солнечными вспышками, могут запускать события солнечных частиц (SPE), критически важный фактор воздействия космической погоды на человека, поскольку они могут повредить электронику на борту космического корабля (например, сбой Galaxy 15 ) и угрожать жизни людей. космонавтов, а также увеличивают радиационную опасность для высотной и высокоширотной авиации.

Эффекты

Электроника космического корабля

Некоторые отказы космических аппаратов можно напрямую отнести к космической погоде; считается, что многие другие имеют компонент космической погоды. Например, 46 из 70 отказов, зарегистрированных в 2003 г., произошли во время геомагнитной бури в октябре 2003 г. Два наиболее распространенных неблагоприятных воздействия космической погоды на космические аппараты — это радиационное повреждение и зарядка космических аппаратов .

Излучение (частицы высокой энергии) проходит через обшивку космического корабля и попадает в электронные компоненты. В большинстве случаев излучение вызывает ошибочный сигнал или изменяет один бит в памяти электроники космического корабля ( сбои при единичном событии ). В некоторых случаях излучение разрушает часть электроники ( однократное срабатывание ).

Зарядка космического корабля — это накопление электростатического заряда на непроводящем материале на поверхности космического корабля частицами низкой энергии. При накоплении достаточного заряда возникает разряд (искра). Это может привести к тому, что компьютер космического корабля обнаружит ошибочный сигнал и отреагирует на него. Недавнее исследование показывает, что зарядка космических аппаратов является преобладающим влиянием космической погоды на космические аппараты на геостационарной орбите .

Изменения орбиты космического корабля

Орбиты космических аппаратов на низкой околоземной орбите (НОО) переходят на все меньшие и меньшие высоты из-за сопротивления трения между поверхностью космического корабля ( т. Е. Сопротивления ) и внешним слоем атмосферы Земли (также известным как термосфера и экзосфера). В конце концов, космический корабль на НОО падает с орбиты и направляется к поверхности Земли. Многие космические корабли, запущенные за последние пару десятилетий, могут запускать небольшую ракету для управления своей орбитой. Ракета может увеличивать высоту, чтобы продлить срок службы, направить вход в конкретный (морской) объект или направить спутник, чтобы избежать столкновения с другим космическим кораблем. Такие маневры требуют точной информации об орбите. Геомагнитная буря может вызвать изменение орбиты за пару дней, которое в противном случае произошло бы в течение года или более. Геомагнитная буря увеличивает тепло в термосфере, заставляя термосферу расширяться и подниматься, увеличивая сопротивление космического корабля. 2009 спутниковое столкновение между Iridium 33 и Космосом 2251 продемонстрировало важность наличия точного знания всех объектов на орбите. Иридиум 33 имел возможность маневрировать с траектории Космоса 2251 и мог бы избежать крушения, если бы был доступен достоверный прогноз столкновения.

Люди в космосе

Воздействие ионизирующего излучения на человеческий организм имеет одинаковые вредные последствия, независимо от того, является ли источником излучения медицинский рентгеновский аппарат , атомная электростанция или радиация в космосе. Степень вредного воздействия зависит от продолжительности воздействия и плотности энергии излучения . Вездесущие радиационные пояса простираются до высоты космических аппаратов с экипажем, таких как Международная космическая станция (МКС) и космический шаттл , но степень воздействия находится в пределах допустимого предела воздействия в течение срока службы при нормальных условиях. Во время крупного явления космической погоды, которое включает в себя всплеск SEP, поток может возрасти на порядки. Зоны внутри МКС обеспечивают защиту, которая может удерживать общую дозу в безопасных пределах. Для космического шаттла такое событие потребовало бы немедленного завершения миссии.

Наземные системы

Сигналы космических аппаратов

Ионосфера изгибает радиоволны так же, как вода в бассейне изгибает видимый свет. Когда среда, через которую распространяются такие волны, нарушается, световое изображение или радиоинформация искажается и может стать неузнаваемой. Степень искажения (мерцания) радиоволны ионосферой зависит от частоты сигнала. Радиосигналы в диапазоне VHF (от 30 до 300 МГц) могут быть искажены до неузнаваемости из-за возмущенной ионосферы. Радиосигналы в диапазоне УВЧ (от 300 МГц до 3 ГГц) проходят через ионосферу с возмущениями, но приемник может не поддерживать синхронизацию с несущей частотой. GPS использует сигналы на частотах 1575,42 МГц (L1) и 1227,6 МГц (L2), которые могут искажаться возмущенной ионосферой. Явления космической погоды, искажающие сигналы GPS, могут существенно повлиять на общество. Например, система расширения зоны действия (WAAS), управляемая Федеральным авиационным управлением США (FAA), используется в качестве средства навигации для коммерческой авиации Северной Америки. Он отключается при каждом крупном событии космической погоды. Сбои могут составлять от нескольких минут до нескольких дней. Крупные явления космической погоды могут подтолкнуть возмущенную полярную ионосферу на 10–30 ° широты к экватору и могут вызвать большие ионосферные градиенты (изменения плотности на расстоянии в сотни км) на средних и низких широтах. Оба эти фактора могут искажать сигналы GPS.

Радиосигналы на большие расстояния

Радиоволны в диапазоне HF (от 3 до 30 МГц) (также известном как коротковолновый диапазон) отражаются ионосферой. Поскольку земля также отражает высокочастотные волны, сигнал может передаваться по кривизне Земли за пределами прямой видимости. В течение 20-го века ВЧ-связь была единственным способом связи на корабле или самолете, удаленном от земли или базовой станции. Появление таких систем, как Иридиум, привело к появлению других методов связи, но ВЧ остается критически важным для судов, на которых нет нового оборудования, и в качестве критически важной резервной системы для других. Явления космической погоды могут создавать в ионосфере нерегулярности, которые рассеивают ВЧ-сигналы, а не отражают их, препятствуя ВЧ-связи. На авроральных и полярных широтах небольшие явления космической погоды, которые часто происходят, нарушают ВЧ связь. В средних широтах ВЧ-связь нарушается из-за солнечных радиовсплесков, рентгеновских лучей от солнечных вспышек (которые усиливают и возмущают D-слой ионосферы), а также из-за увеличения ПЭС и неоднородностей во время крупных геомагнитных бурь.

Транс маршруты полярной авиакомпании особенно чувствительны к космической погоде, отчасти потому , что федеральные авиационные правила требуют надежной связи по всему полету. Перенаправление такого рейса оценивается примерно в 100 000 долларов.

Люди в коммерческой авиации

Магнитосфера направляет космические лучи и частицы солнечной энергии к полярным широтам, в то время как заряженные частицы высокой энергии попадают в мезосферу, стратосферу и тропосферу. Эти энергичные частицы в верхней части атмосферы разрушают атмосферные атомы и молекулы, создавая вредные частицы с более низкой энергией, которые проникают глубоко в атмосферу и создают измеримое излучение. Воздействию этих частиц подвергаются все самолеты, летящие на высоте более 8 км (26 200 футов). Доза облучения больше в полярных регионах, чем в средних широтах и экваториальных регионах. Многие коммерческие самолеты летают над полярным регионом. Когда в результате космической погоды воздействие радиации превышает безопасный уровень, установленный авиационными властями, траектория полета самолета изменяется.

Хотя к наиболее значительным, но весьма маловероятным последствиям для здоровья воздействия атмосферной радиации относятся смерть от рака в результате длительного воздействия, также могут возникать многие формы рака, ухудшающие образ жизни и влияющие на карьеру. Диагноз рака может иметь существенное влияние на карьеру коммерческого пилота. Диагноз рака может временно или навсегда заземлить пилота. Международные руководящие принципы Международной комиссии по радиологической защите (МКРЗ) были разработаны для снижения этого статистического риска. МКРЗ рекомендует эффективные пределы дозы в среднем за 5 лет — 20 мЗв в год с не более 50 мЗв в год для небеременных лиц, подвергшихся профессиональному облучению, и 1 мЗв в год для населения. Пределы дозы излучения не являются инженерными пределами. В США они рассматриваются как верхний предел приемлемости, а не нормативный предел.

Измерения радиационной обстановки на высотах коммерческих самолетов выше 8 км (26 000 футов) исторически выполнялись приборами, которые записывают данные на борту, а затем данные обрабатываются на земле. Однако система измерения радиации в реальном времени на борту самолета была разработана в рамках программы НАСА «Автоматизированные радиационные измерения для аэрокосмической безопасности» (ARMAS). С 2013 года компания «АРМАС » совершила сотни полетов, в основном на исследовательских самолетах, и отправила данные на землю по спутниковым каналам связи Iridium. Конечная цель этих типов измерений состоит в том, чтобы ассимилировать данные в основанные на физике глобальные модели излучения, например, прогноз NASA по системе атмосферной ионизирующей радиации ( NAIRAS ), чтобы обеспечить погоду радиационной среды, а не климатологию.

Электрические поля, индуцированные землей

Активность магнитных бурь может вызывать геоэлектрические поля в проводящей литосфере Земли . Соответствующие перепады напряжения могут попасть в электрические сети через заземление , вызывая неконтролируемые электрические токи, которые мешают работе сети, повреждают трансформаторы, срабатывают защитные реле и иногда вызывают отключение электроэнергии. Эта сложная цепочка причин и следствий была продемонстрирована во время магнитной бури в марте 1989 года , которая привела к полному обрушению энергосистемы Hydro-Québec в Канаде, в результате чего девять миллионов человек остались без электричества. Возможное возникновение еще более сильного шторма привело к принятию операционных стандартов, направленных на снижение рисков индукционной опасности, в то время как перестраховочные компании заказали пересмотренную оценку рисков .

Геофизические исследования

На воздушные и морские магнитные исследования могут влиять быстрые изменения магнитного поля во время геомагнитных бурь. Такие штормы вызывают проблемы с интерпретацией данных, поскольку изменения магнитного поля, связанные с космической погодой, аналогичны по величине изменениям магнитного поля подповерхностной коры в районе исследования. Точные предупреждения о геомагнитных штормах, включая оценку силы и продолжительности шторма, позволяют экономно использовать геодезическое оборудование.

Геофизика и добыча углеводородов

По экономическим и другим причинам добыча нефти и газа часто связана с горизонтальным бурением траекторий скважин за много километров от одного устья. Требования к точности жесткие из-за размера цели (резервуары могут быть всего от нескольких десятков до сотен метров в поперечнике) и безопасности из-за близости других скважин. Самый точный гироскопический метод стоит дорого, так как он может останавливать бурение на несколько часов. Альтернативой является использование магнитной разведки, которая позволяет проводить измерения во время бурения (MWD) . Магнитные данные, близкие к реальному времени, могут использоваться для корректировки направления бурения. Магнитные данные и прогнозы космической погоды могут помочь выяснить неизвестные источники ошибок бурения.

Земная погода

Количество энергии, поступающей в тропосферу и стратосферу из-за явлений космической погоды, ничтожно по сравнению с солнечной инсоляцией в видимой и инфракрасной частях солнечного электромагнитного спектра. Хотя утверждается некоторая связь между 11-летним циклом солнечных пятен и климатом Земли , это никогда не было подтверждено. Например, минимум Маундера , 70-летний период, почти лишенный солнечных пятен, часто предполагалось коррелировать с более прохладным климатом, но эти корреляции исчезли после более глубоких исследований. Предлагаемая связь с изменениями потока космических лучей вызывает изменения в количестве образования облаков. не выдержали научных испытаний. Другое предположение, что вариации потока EUV незначительно влияют на существующие факторы климата и нарушают баланс между явлениями Эль-Ниньо / Ла-Нинья . рухнул, когда новое исследование показало, что это невозможно. Как таковая связь между космической погодой и климатом не была продемонстрирована.

Наблюдение

Наблюдения за космической погодой выполняются как для научных исследований, так и для прикладных целей. Научное наблюдение развивалось вместе с уровнем знаний, в то время как наблюдение, связанное с приложениями, расширилось благодаря способности использовать такие данные.

Наземный

Космическая погода отслеживается на уровне земли путем наблюдения изменений магнитного поля Земли в течение периодов от нескольких секунд до нескольких дней, наблюдения за поверхностью Солнца и наблюдения за радиошумом, создаваемым в атмосфере Солнца.

Число солнечных пятен (SSN) — это количество солнечных пятен на фотосфере Солнца в видимом свете со стороны Солнца, видимой наблюдателю Земли. Количество и общая площадь солнечных пятен связаны с яркостью Солнца в крайнем ультрафиолетовом (EUV) и рентгеновском диапазонах солнечного спектра, а также с солнечной активностью, такой как солнечные вспышки и корональные выбросы массы (CME).

Радиопоток 10,7 см (F10.7) представляет собой измерение радиочастотного излучения Солнца и приблизительно коррелирует с солнечным EUV-потоком. Поскольку это радиочастотное излучение легко получить с земли, а поток EUV — нет, это значение измеряется и распространяется непрерывно с 1947 года. Мировые стандартные измерения выполняются Радиоастрофизической обсерваторией Доминиона в Пентиктоне, Британская Колумбия, Канада, и сообщаются один раз в день. в местный полдень в единицах солнечного потока (10 −22 Вт · м −2 · Гц −1 ). F10.7 находится в архиве Национального центра геофизических данных.

Основные данные мониторинга космической погоды предоставляются наземными магнитометрами и магнитными обсерваториями. Магнитные бури были впервые обнаружены с помощью наземных измерений случайных магнитных возмущений. Данные наземного магнитометра обеспечивают ситуационную осведомленность в реальном времени для анализа после события. Магнитные обсерватории непрерывно работают на протяжении десятилетий или столетий, предоставляя данные для изучения долгосрочных изменений в космической климатологии.

Индекс Dst — это оценка изменения магнитного поля на магнитном экваторе Земли из-за кольца электрического тока на геостационарной орбите и прямо от нее . Индекс основан на данных четырех наземных магнитных обсерваторий между 21 ° и 33 ° магнитной широты в течение одного часа. Станции ближе к магнитному экватору не используются из-за ионосферных эффектов. Индекс Dst составляется и архивируется Мировым центром данных по геомагнетизму, Киото.

Индекс Kp / ap : ‘a’ — это индекс, созданный на основе геомагнитного возмущения на одной геомагнитной обсерватории средней широты (от 40 ° до 50 °) в течение 3-часового периода. «К» — квазилогарифмический аналог индекса «а». Kp и ap — это среднее значение K и более 13 геомагнитных обсерваторий для представления общепланетных геомагнитных возмущений. Индекс Kp / ap указывает как на геомагнитные бури, так и на суббури (авроральные возмущения). КП / ап выпускается с 1932 года.

Индекс AE рассчитывается по геомагнитным возмущениям в 12 геомагнитных обсерваториях в зонах полярных сияний и вблизи них и регистрируется с 1-минутными интервалами. Публичный индекс AE доступен с задержкой в два-три дня, что ограничивает его полезность для приложений космической погоды. Индекс AE указывает на интенсивность геомагнитных суббурь, за исключением периода большой геомагнитной бури, когда зоны полярных сияний расширяются к экватору от обсерваторий.

Сеть радиошумов сообщает ВВС США и NOAA. Радиовсплески связаны с плазмой солнечных вспышек, которая взаимодействует с окружающей атмосферой Солнца.

Фотосфера Солнца постоянно наблюдается на предмет активности, которая может быть предвестником солнечных вспышек и CME. Проект Global Oscillation Network Group (GONG) осуществляет мониторинг как поверхности, так и внутренней части Солнца с помощью гелиосейсмологии , изучения звуковых волн, распространяющихся через Солнце и наблюдаемых в виде ряби на поверхности Солнца. GONG может обнаруживать группы солнечных пятен на обратной стороне Солнца. Эта способность была недавно подтверждена визуальными наблюдениями с космического корабля STEREO .

Нейтронные мониторы на земле косвенно отслеживают космические лучи от Солнца и галактических источников. Когда космические лучи взаимодействуют с атмосферой, происходят атомные взаимодействия, в результате которых поток частиц с более низкой энергией опускается в атмосферу и на уровень земли. Присутствие космических лучей в околоземной космической среде может быть обнаружено путем мониторинга нейтронов высоких энергий на уровне земли. Небольшие потоки космических лучей присутствуют постоянно. Солнце создает большие потоки во время событий, связанных с мощными солнечными вспышками.

Общее электронное содержание (TEC) — это мера ионосферы в данном месте. ПЭС — это количество электронов в столбце на квадратный метр от основания ионосферы (высота около 90 км) до верха ионосферы (высота около 1000 км). Многие измерения TEC выполняются путем мониторинга двух частот, передаваемых космическими аппаратами GPS . В настоящее время GPS TEC контролируется и распространяется в режиме реального времени с более чем 360 станций, обслуживаемых агентствами во многих странах.

Геоэффективность — это мера того, насколько сильно магнитные поля космической погоды, такие как выбросы корональной массы, связаны с магнитным полем Земли. Это определяется направлением магнитного поля внутри плазмы, исходящей от Солнца. Новые методы измерения вращения Фарадея в радиоволнах разрабатываются для измерения направления поля.

Спутниковый

Множество исследовательских космических аппаратов исследовали космическую погоду. Серия орбитальных геофизических обсерваторий была одним из первых космических аппаратов, предназначенных для анализа космической среды. Среди последних космических аппаратов — пара космических аппаратов NASA-ESA Solar-Terrestrial Relations Observatory (STEREO), запущенных в 2006 году на солнечную орбиту, и зонды Ван Аллена , запущенные в 2012 году на высокоэллиптическую околоземную орбиту. Два космических аппарата STEREO удаляются от Земли примерно на 22 ° в год, один впереди, а другой за Землей на ее орбите. Вместе они собирают информацию о солнечной поверхности и атмосфере в трех измерениях. Зонды Ван Аллена фиксируют подробную информацию о радиационных поясах, геомагнитных бурях и взаимосвязи между ними.

Некоторые космические корабли с другими основными задачами несли вспомогательные инструменты для наблюдения за Солнцем. Среди первых таких космических аппаратов были спутники серии Applications Technology Satellite (ATS) на GEO, которые были предшественниками современного метеорологического спутника Geostationary Operational Environmental Satellite (GOES) и многих спутников связи. Космический корабль ATS имел датчики частиц окружающей среды в качестве вспомогательной полезной нагрузки, а их навигационный датчик магнитного поля использовался для измерения окружающей среды.

Многие из первых инструментов были исследовательскими космическими аппаратами, которые были переоборудованы для использования в космической погоде. Одним из первых из них была IMP-8 (платформа межпланетного мониторинга). Он вращался вокруг Земли на радиусе 35 земных радиусов и наблюдал солнечный ветер на двух третях своих 12-дневных орбит с 1973 по 2006 год. Поскольку солнечный ветер несет возмущения, влияющие на магнитосферу и ионосферу, IMP-8 продемонстрировал полезность непрерывного солнечного излучения. мониторинг ветра. За IMP-8 последовал ISEE-3 , который был размещен рядом с точкой лагранжиана L ₁ Солнце — Земля, на высоте 235 радиусов Земли над поверхностью (около 1,5 миллиона км, или 924 000 миль), и непрерывно отслеживал солнечный ветер с 1978 по 1982 год. Следующим космическим аппаратом для наблюдения за солнечным ветром в точке L ₁ был WIND с 1994 по 1998 год. После апреля 1998 года орбита космического корабля WIND была изменена, чтобы вращаться вокруг Земли и иногда проходить через точку L ₁ . НАСА Advanced Composition Explorer (ACE) отслеживал солнечный ветер в точке L ₁ с 1997 года по настоящее время.

Помимо мониторинга солнечного ветра, мониторинг Солнца важен для космической погоды. Поскольку солнечный EUV не может контролироваться с земли, совместная NASA — ESA Солнечная и Гелиосферная обсерватория (SOHO) космический аппарат был запущен и обеспечил солнечные изображения EUV , начиная с 1995 SOHO является основным источником , близком к реальному времени солнечных данных для обоих исследований и предсказания космической погоды и вдохновил на миссию STEREO . Космический аппарат Yohkoh на НОО наблюдал Солнце с 1991 по 2001 год в рентгеновской части солнечного спектра и был полезен как для исследований, так и для прогнозирования космической погоды. Данные Йохко вдохновили на создание солнечного рентгеновского тепловизора на GOES.

Космические аппараты с приборами, основной целью которых является предоставление данных для прогнозов космической погоды и приложений, включают серию космических аппаратов геостационарного оперативного спутника окружающей среды (GOES), серию POES, серию DMSP и серию Meteosat . Космический аппарат GOES оснащен датчиком рентгеновского излучения (XRS), который измеряет поток от всего солнечного диска в двух диапазонах — от 0,05 до 0,4 нм и от 0,1 до 0,8 нм — с 1974 года, рентгеновский формирователь изображения (SXI) с 2004 года, магнитометр, который измеряет искажения магнитного поля Земли из-за космической погоды, датчик EUV для всего диска с 2004 года и датчики частиц (EPS / HEPAD), которые измеряют ионы и электроны в диапазоне энергий от 50 кэВ до 500 МэВ. Начиная где-то после 2015 года, поколение космических аппаратов GOES GOES-R заменит SXI солнечным EUV-изображением (SUVI), аналогичным изображению на SOHO и STEREO, а датчик частиц будет дополнен компонентом для расширения диапазона энергий до 30 эВ.

Deep Space Климатическая обсерватория (DSCOVR) спутник является NOAA наблюдения и космической погоды спутник Земли , который запущен в феврале 2015 года Среди его особенностей является заблаговременное предупреждение о корональных выбросов массы.

Модели

Модели космической погоды представляют собой моделирование условий космической погоды. В моделях используются наборы математических уравнений для описания физических процессов.

Эти модели используют ограниченный набор данных и пытаются описать всю или часть среды космической погоды или предсказать, как погода меняется с течением времени. Ранние модели были эвристическими; то есть ., они напрямую не используют физику. Эти модели требуют меньше ресурсов, чем их более сложные потомки.

Более поздние модели используют физику для объяснения как можно большего числа явлений. Ни одна модель пока не может надежно предсказать окружающую среду от поверхности Солнца до нижней части ионосферы Земли. Модели космической погоды отличаются от метеорологических моделей тем, что объем вводимых данных значительно меньше.

Значительная часть исследований и разработок моделей космической погоды за последние два десятилетия была выполнена в рамках программы « Геокосмическая модель окружающей среды» (GEM) Национального научного фонда . Двумя основными центрами моделирования являются Центр моделирования космической среды (CSEM) и Центр комплексного моделирования космической погоды (CISM). Центр координированного моделирования сообщества (CCMC) в Центре космических полетов имени Годдарда НАСА — это центр для координации разработки и тестирования исследовательских моделей, для улучшения и подготовки моделей для использования в прогнозировании и применении космической погоды.

Методы моделирования включают в себя (а) магнитогидродинамику , в которой окружающая среда рассматривается как жидкость, (б) частица в ячейке, в которой не-жидкостные взаимодействия обрабатываются внутри ячейки, а затем ячейки соединяются для описания окружающей среды, (в) сначала принципы, в которых физические процессы находятся в равновесии (или равновесии) друг с другом, (d) полустатическое моделирование, в котором описываются статистические или эмпирические отношения, или комбинация нескольких методов.

Развитие коммерческой космической погоды

В течение первого десятилетия 21-го века возник коммерческий сектор, который занимался космической погодой, обслуживая агентства, научные круги, коммерческий и потребительский секторы. Поставщики космической погоды, как правило, представляют собой небольшие компании или небольшие подразделения в более крупной компании, которые предоставляют данные о космической погоде, модели, производные продукты и распространение услуг.

Коммерческий сектор включает научных и инженерных исследователей, а также пользователей. Деятельность в первую очередь направлена на изучение воздействия космической погоды на технологии. К ним относятся, например:

Атмосферное сопротивление на спутниках НОО, вызванное поступлением энергии в термосферу от солнечного УФ, FUV, Lyman-альфа , EUV , XUV , рентгеновских и гамма- квантов, а также из-за осаждения заряженных частиц и джоулева нагрева на высоких широтах;
Поверхностная и внутренняя зарядка из-за повышенных потоков энергичных частиц, приводящая к таким эффектам, как разряды, сбои в единичных событиях и фиксация на спутниках LEO — GEO;
Прерывание сигналов GPS, вызванное ионосферным мерцанием, что приводит к повышенной неопределенности в навигационных системах, таких как авиационная система расширения зоны действия (WAAS);
Потеря радиосвязи в диапазонах HF, UHF и L из-за мерцаний в ионосфере, солнечных вспышек и геомагнитных бурь;
Повышенное излучение человеческих тканей и авионики от галактических космических лучей SEP, особенно во время крупных солнечных вспышек, и, возможно, тормозное гамма-излучение, производимое высыпанием энергичных электронов радиационного пояса на высотах более 8 км;
Повышенная неточность съемки и разведки нефти / газа, в которых используется главное магнитное поле Земли, когда оно нарушается геомагнитными бурями;
Потеря передачи электроэнергии из-за скачков напряжения в электросети и отключений трансформаторов во время сильных геомагнитных бурь.

Многие из этих нарушений приводят к социальным последствиям, на которые приходится значительная часть национального ВВП.

Концепция стимулирования коммерческой космической погоды была впервые предложена идеей экономической инновационной зоны космической погоды, обсужденной Американской ассоциацией коммерческой космической погоды (ACSWA) в 2015 году. Создание этой экономической инновационной зоны будет способствовать расширению экономической деятельности, разрабатывающей приложения для управления рискует космической погодой и будет стимулировать более широкую исследовательскую деятельность университетов, связанную с космической погодой. Это могло бы стимулировать инвестиции американского бизнеса в услуги и продукты космической погоды. Он способствовал поддержке бизнес-инноваций США в сфере услуг и продуктов, связанных с космической погодой, требуя от правительства США закупок коммерческого оборудования, программного обеспечения и связанных с ними продуктов и услуг, созданных в США, там, где ранее не существовало подходящих государственных возможностей. Он также продвигал коммерческое оборудование, программное обеспечение и сопутствующие продукты и услуги американского производства международным партнерам. обозначить коммерческое оборудование, услуги и продукты, производимые в США, как «зону экономических инноваций в области космической погоды»; Наконец, он рекомендовал, чтобы коммерческое оборудование, услуги и продукты, производимые в США, отслеживались как вклад в экономическую инновационную зону космической погоды в отчетах агентства. В 2015 году законопроект HR1561 Конгресса США заложил основу, в которой социальные и экологические последствия от зоны экономических инноваций в области космической погоды могут быть далеко идущими. В 2016 году был принят Закон о исследованиях и прогнозировании космической погоды (S. 2817), чтобы развить это наследие. Позже, в 2017-2018 годах, законопроект HR3086 взял эти концепции, включил широкий спектр материалов из параллельных исследований агентств в рамках спонсируемой OSTP Программы действий по космической погоде (SWAP), и при двухпалатной и двухпартийной поддержке 116-й Конгресс (2019) рассмотрение принятия Закона о координации космической погоды (S141, 115-й Конгресс).

Американская ассоциация коммерческой космической погоды

29 апреля 2010 года сообщество по коммерческой космической погоде создало Американскую ассоциацию коммерческой космической погоды ( ACSWA ), отраслевую ассоциацию. ACSWA способствует снижению рисков космической погоды для национальной инфраструктуры, экономической мощи и национальной безопасности. Он стремится:

предоставлять качественные данные и услуги по космической погоде, чтобы помочь снизить риски для технологий;
предоставлять консультационные услуги государственным органам;
предоставить рекомендации по лучшему разделению задач между коммерческими поставщиками и государственными учреждениями;
представлять интересы коммерческих провайдеров;
представлять коммерческие возможности на национальной и международной арене;
разрабатывать лучшие практики.

Источник