Космическая погода

редактировать
Раздел космической физики и аэрономии Aurora australis присутствует с космического челнока Дискавери, май 1991 г.

Космическая погода - это раздел космической физики и аэрономии или гелиофизики, связанный с изменением во времени. условия в Солнечной системе, включая солнечный ветер, с акцентом на пространстве, окружающее Землю, включая в магнитосфере, ионосфере, термосфере и экзосфера. Космическая погода отличается, но концептуально связана с земной погодой в атмосфере Земли (тропосфера и стратосфера ). Термин космическая погода первый был использован в 1950-х годах и широко стал представителем в 1990-х.

Содержание

  • 1 История
    • 1.1 Бытие
    • 1.2 Двадцатый век
  • 2 Национальная программа США по космической погоде
  • 3 Явления
  • 4 Эффекты
    • 4.1 Электроника космического корабля
    • 4.2 Изменение орбиты космического корабля
    • 4.3 Люди в космосе
    • 4.4 Наземные системы
      • 4.4.1 Сигналы космического корабля
    • 4.5 Радиосвязь на больших расстояниях сигналов
    • 4.6 Люди в коммерческой авиации
    • 4.7 Наземные электрические поля
    • 4.8 Геофизические исследования
    • 4.9 Геофизика и добыча углеводородов
    • 4.10 Земная погода
  • 5 Наблюдения
    • 5.1 Наземные
    • 5.2 Спутниковые
  • 6 Модели
  • 7 Развитие коммерческой космической погоды
    • 7.1 Американская ассоциация коммерческой космической погоды
  • 8 Важные события
  • 9 См. Также
  • 10 Примечания
  • 11 Библиография
  • 12 Дополнительная литература
  • 13.1 Прогноз космической погоды в реальном времени
  • 13.2 Другие ссылки

История

На многих веков влияние спа Погода была замечена, но не понята. Проявление аврорального света давно наблюдается на высоких широтах.

Бытие

В 1724 году Джордж Грэм сообщил, что стрелка магнитного компаса регулярно отклонялась от магнитного севера в каждом дня. Этот результат в конечном итоге был приписан Бальфуром Стюартом в 1882 году верхним электрическим током, текущим 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 помощью солнечные пятен, демонстрируя 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, который он наблюдал накануне в окрестностях большой группы солнечных пятен, демонстрируя, что солнечные события могут повлиять на Землю.

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

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

Двадцатый век

В XX веке в космической погоде расширился, как военные и коммерческие системы стали зависеть от систем, которые влияют на космическую погоду. Спутники связи - жизненно важная часть глобальной торговли. Метеорологические спутниковые системы предоставить информацию о земной погоде. Сигналы спутникового позиционирования глобальной системы позиционирования (GPS) используются в самых разных приложениях. Явления космической погоды могут создать помехи или повредить эти спутники или мешать радиосигналам, они работают. Явления космической погоды могут вызвать разрушительные скачки напряжения на дальних линиях передачи и подвергнуть пассажиров и экипаж самолетов, путешествующих радиацией, особенно на полярных маршрутах.

Международный геофизический год (МГГ) увеличил объем исследований космической погоды. Наземные данные, полученные во время МГГ, показали, что северное сияние происходило в авроральном овале, области свечения на 15-25 градусах постоянной широты от магнитных полюсов и 5-20 градусах шириной. 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 наблюдал солнечный ветер и измерил его силу. Меньший Международный гелиофизический год (МГГ) пришелся на 2007–2008 гг.

В 1969 году INJUN-5 (он же Explorer 40) произвел первое прямое наблюдение электрического поля, оказываемого солнечным ветром на ионосфер высокой широт Земли. В начале 1970-х годов данные Триадыали, что между авроральным овалом и магнитосферой протекают постоянные электрические токи.

Термин космическая погода стал первым в конце 1950-х годов, когда началась космическая эра, и спутники начали измерять космическая среда. Термин вновь приобрел популярность в 1990-х годах вместе с усилением, что воздействие космоса на человеческие системы требует более скоординированных исследований и прикладных рамок.

Национальная программа США по космической погоде

Цель Национальной космической программы США Программа «Погода» направлена ​​на то, чтобы сфокусировать исследования на потребителях коммерческих и сообществ, объединить исследовательские сообщества и сообщества пользователей, обеспечить координацию между оперативными центрами обработки данных и лучше определить потребности сообщества.

Эта концепция г. была преобразована в план действий в 2000 г., план реализации в 2002 г., оценка в 2006 г. и пересмотренный стратегический план в 2010 г. Пересмотренный план действий было выпустить в 2011 г., а затем - в пересмотренный план реализации на 2012 год.

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

Явления

В Солнечной системе на космическую погоду, действующую на солнечный ветер и межпланетное магнитное поле (IMF), переносимое солнечным ветром плазмой. С космической погодой связаны различные физические явления, включая геомагнитные бури и суббури, возбуждение радиационных поясов Ванлена, ионосферные возмущения и сцинтилляции. радиосигналов спутник-земля и сигналов радаров дальнего действия, полярного сияния и геомагнитно-индуцированных токов на поверхности Земли. Выбросы корональной 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. Солнечные энергетические частицы (SEP), ускоренные корональными выбросами массы или солнечными вспышками, могут вызвать события с солнечными частями (SPE), критически важный фактор воздействия человека на космическую погоду, поскольку они могут повредить электрон на борту космического корабля (например, отказ Galaxy 15 ) и угрожают жизням астронавтов, а также увеличивают радиационную опасность для авиации на большой высоте и в высоких широтах.

Эффекты

Электроника космического корабля

GOES-11 и GOES-12 контролировали условия космической погоды во время солнечной активности в октябре 2003 г.

Некоторые отказы космических аппаратов можно напрямую отнести к космической погоде; Считается, что многие другие имеют компонент космической погоды. Например, 46 из 70 аварий, зарегистрировано в 2003 г., произошли во время геомагнитной бури в октя 2003 г. Два наиболее распространенных вредных воздействия на космический корабль - это радиационное повреждение и зарядка космического корабля.

Излучение (частицы высокой энергии) проходит через обшивку космического корабля и попадает в электронные компоненты. В большинстве случаев обнаружения ошибочный сигнал или изменяет один бит в памяти электроники космического корабля (сбой 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 с низкой энергией. При накоплении достаточного заряда разряд (искра). Это может привести к обнаружению ошибочного сигнала и его обработка компьютером космического корабля. Недавнее исследование показывает, что преобладающими текущими космическими аппаратами космической погоды на геосинхронной орбите.

изменения орбиты космических аппаратов

Орбиты космических аппаратов на низкой околоземной орбной (НОО) распадаться на все более низкие высоты из-за сопротивления между поверхностью космического корабля (т. е. сопротивление) 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 запустить небольшую ракету для управления своей орбитой. Ракета может увеличивать высоту для продления срока службы, направлять вход в конкретный (морской) объект или направлять спутник, чтобы избежать столкновения с другим космическим кораблем. Такие маневры требуют точной информации об орбите. Геомагнитная буря может вызвать изменение орбиты за пару дней, что в противном случае произошло бы в течение года или более. Геомагнитная буря увеличивает сопротивление в термосфере, заставляя термосферу расширяться и увеличивать сопротивление космического корабля. Столкновение спутника между Иридиум 33 и Космос 2251 в 2009 году установило важность точного знания всех объектов на орбите. Иридиум 33 имел возможность маневрировать с траектории Космоса 2251 и мог бы избежать крушения, если был доступен доступный прогноз столкновения.

Люди в космосе

Воздействие на человеческое тело ионизирующего излучения оказывает такое же вредное воздействие вне зависимости от того, является ли излучением 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 пилотируемых космических аппаратов, таких как Международная космическая станция (МКС) и космический шаттл, но количество воздействия находится в пределах допустимого предела воздействия на протяжении жизни при нормальных условиях. Во время крупного явления космической погоды, которое включает в себя всплеск SEP, поток может возрасти на порядки. Области внутри МКС обеспечивают защиту, которая может удерживать общую дозу в безопасных пределах. Для Space Shuttle такое событие бытового прекращения потребения миссии.

Наземные системы

Сигналы космических аппаратов

Ионосфера изгибает радиоволны так же, как вода в бассейне изгибает видимый свет. Когда среда, в которой распространяются такие волны, нарушается, световое изображение или радиоинформация изменяется. 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 UHF (от 300 МГц до 3 ГГц) проходят через ионосферу с возмущениями, но приемник может не поддерживать синхронизацию с несущей настройкой. GPS использует сигналы на частотах 1575,42 МГц (L1) и 1227,6 МГц (L2), которые могут быть искажены возмущенной ионосферой. Явления космической погоды, искажающие сигналы GPS. Например, Wide Area Augmentation System (WAAS), эксплуатируемая Федеральным авиационным управлением (FAA) США, используется как средство навигации для коммерческой авиации Северной Америки. Он отключается при каждом крупном событии космической погоды. Сбои в работе могут длиться от нескольких минут до нескольких дней. Крупные явления космической погоды могут подтолкнуть возмущенную полярную ионосферу от 10 ° до 30 ° широты к экватору и вызвать большие ионосферные градиенты (изменения плотности на расстоянии сотен км) на средних и низких широтах. Оба эти искажать сигналы GPS.

Дальние радиосигналы

Радиоволны в диапазоне HF (от 3 до 30 МГц) (также известный как коротковолновый диапазон ) являются отражается ионосферой. Так как 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 существующей станции. Появление таких систем, как Иридиум, используется новое оборудование, используемое в качестве критически важных систем для других. Явления космической погоды могут создавать нарушения, которые рассеивают ВЧ-сигналы, а не отражают их, что препятствует 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 ионосферный D-слой), также из-за усиления и неоднородностей TEC во время больших геомагнитных бурь.

Trans полярные авиалинии особенно чувствительны к космическому погоде, отчасти, что Федеральные авиационные правила требуют надежной связи на протяжении всего полета. Переадресация такого рейса оценивается примерно в 100 000 долларов.

Пассажиры коммерческих самолетов, летящих на высоте более 26 000 футов (7900 м), обычно будут подвергаться некоторому воздействию радиационной среды.

Люди в коммерческой авиации

Магнитосфера направляет космические лучи и частицы солнечной энергии в полярные широты, а заряженные частицы высокой энергии входят в мезосферу, стратосферу и тропосферу. Эти энергичные частицы в верхней части атмосферы разрушают атмосферные атомы и молекулы, создаваемые атмосферные частицы с более низкой энергией, которые проникают в атмосферу. Воздействию этих частей подвергаются все самолеты, летящие на высоте более 8 км (26 200 футов). Дозовое воздействие 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 безопасный уровень, установленный авиационными властями, траектория полета самолета изменяет.

Хотя наиболее значительными, но весьма маловероятными последствиями для воздействия атмосферного воздействия являются неблагоприятные последствия неблагоприятного воздействия 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 разработаны для снижения этого статистического риска. МКРЗ рекомендует эффективные пределы в среднем за 5 лет 20 мЗв в год и не более 50 мЗв за один год для небеременных лиц, подвергшихся профессиональному облучению, и 1 мЗв в год для общего общественность. Пределы излучения не являются инженерными пределами. В США рассматриваются как верхний предел приемлемости, а не нормативный предел.

Измерения радиационной обстановки на высотах коммерческих самолетов выше 8 км (26000 футов) исторически выполнялись с помощью приборов, регистрирующих данные на борту, где данные обрабатываются на земле. Однако система измерения радиации в режиме реального времени на борту самолета была установлена ​​в рамках программы NASA Automated Radiation Measurements for Aerospace Safety (ARMAS). АРМАС с 2013 года совершила сотни полетов, в основном на исследовательских самолетах., и отправил данные на землю по спутниковым каналам связи Иридиум. Конечная цель этих типов измерений состоит в том, чтобы ассимилировать данные в основанные на физике модели глобального излучения, например, прогноз NASA о системе атмосферной ионизирующей радиации (NAIRAS ), чтобы получить информацию о погоде в радиационной среде. а не климатология.

Наземные электрические поля

Магнитная буря может индуцировать геоэлектрические поля в проводящей литосфере Земли. Соответствующие перепады напряжения могут проникать 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 г., которая вызвала полный крах энергосистемы Hydro-Québec в Канаде, временно оставив девять миллионов люди 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 пересмотренные оценки рисков.

Геофизические исследования

Воздух- и судовые магнитные исследования могут зависеть от быстрых изменений магнитного поля во время геомагнитных бурь. Такие штормы вызывают проблемы с интерпретацией данных, поскольку изменения магнитного поля, связанные с космической погодой, по величине аналогичны 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 включает горизонтальное бурение путей скважин за много километров от одного устья скважины. Требования к точности жесткие из-за размера цели (резервуары могут быть 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 съемки, которая позволяет выполнять 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, попадающее в тропосферу и стратосферу из-за явлений космической погоды, незначительно по сравнению с солнечной инсоляцией в видимой и инфракрасной частях света. солнечный электромагнитный спектр. Хотя утверждалась 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 предлагали коррелировать с более прохладным климатом, но эти корреляции исчезли после более глубоких исследований. Предлагаемая связь с изменениями потока космических лучей вызываетизменения в количестве образования облаков. не выдержали научных испытаний. Другое предположение, что вариации потока EUV незначительно влияет на 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 установлена.

Наблюдение

Наблюдение за космической погодой проводится 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.

Наземная

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 создаваемым радиошумом. в атмосфере Солнца.

Число солнечных пятен (SSN) - это количество солнечных пятен на фотосфере Солнца в видимом свете со стороны Солнца, видимой для наблюдателя Земли. Количество и общая площадь солнечной пятен связаны с яркостью Солнца в крайнем ультрафиолетовом (EUV) и рентгеновском участках солнечном уровне, а также с солнечной активностью, например солнечной. вспышки и корональные выбросы массы (CME).

Радиопоток 10,7 см (F10.7) представляет собой измерение радиочастотного излучения Солнца и представляет собой коррелирует с солнечным EUV-потоком. Это значение радиочастотного излучения легко получить с земли, а поток EUV - нет, это значение постоянно измеряется и распространяется с 1947 года. Мировые стандарты безопасности Радио катастрофизирующая обсерваторией Доминиона в Пентиктоне, Британская Колумбия, Канада и сообщается один раз в день в местный полдень в единицах солнечного потока (10 Вт · м · Гц). F10.7 хранится в Национальном центре геофизических данных.

Основные данные мониторинга космической погоды наземными магнитометрами и магнитными обсерваториями. Магнитные бури были впервые обнаружены наземными измерениями 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 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.

Kp / ap Индекс: 'a' - индекс, созданный на основе геомагнитного возмущения на одной средней широте (от 40 ° до 50 ° широты) геомагнитной обсерватории в течение 3-х часового периода. «К» - квазилогарифмический аналог «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 на основе геомагнитных возмущений в 12 геомагнитных обсерваториях в полярных сияний и вблизи них регистрируется с интервалом в 1 минуту. Публичный индекс AE доступна с задержкой в ​​два-три дня, что ограничивает его полезность для приложений космической погоды. Индекс AE указывает на интенсивность геомагнитных суббурь, за исключением периода сильной геомагнитной бури, когда зоны полярных сияний расширяются к экватору от обсерваторий.

Сеть радиошумов сообщает о всплесках радиошума в ВВС США и в NOAA. Радиовсплески связаны с плазмой солнечных вспышек, которая взаимодействует с атмосферой Солнца.

Фотосфера Солнца наблюдается постоянно на предмет активности, которая может быть предвестником солнечного вспышек и CME. Проект Global Oscillation Network Group (GONG) отслеживает как поверхность, так и внутреннюю часть Солнца, используя гелиосейсмологию, изучение звуковых волн, распространяющихся через Солнце и наблюдаемых в виде ряби на поверхности Солнца. GONG может обнаруживать группы солнечной 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 атмосферным воздухом. Присутствие космических лучей в околоземной космической среде может быть обнаружено путем мониторинга высоких энергий на уровне земли. Небольшие потоки космических лучей присутствуют постоянно. Солнце большие потоки во время событий, связанных с мощными солнечными вспышками.

Общее электронное содержание (TEC) - это мера ионосферы в заданном месте. TEC - 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 космическим аппаратом 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, насколько сильно магнитные поля космической погоды, 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.

Спутниковые

Множество исследовательских космических аппаратов исследовали космическую погоду. Орбитальные геофизические обсерватории серии были одними из первых космических аппаратов, предназначенных для анализа космической среды. Среди недавних космических аппаратов - пара космических аппаратов Обсерватория солнечно-земных связей NASA-ESA (STEREO), запущенная в 2006 году на солнечную орбиту, и Van Allen Probes, запущенный в 2012 году на высоко эллиптическую Землю. -орбита. Два космических аппарата STEREO удаляются от Земли примерно на 22 ° в год, один впереди, другой за Землей по 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 запуском задачи несли вспомогательные инструменты для наблюдения за Солнцем. Среди первых таких космических аппаратов были спутники серии Применения Технологии Спутник (ATS) на GEO, которые были предшественниками современного метеорологического спутника Геостационарный оперативный спутник окружающей среды (GOES) и многих спутников связи. На космическом корабле ATS были установлены 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 кораблями, которые были повторно использованы в космической погоде. Одним из первых из них была IMP-8 (платформа межпланетного мониторинга). Он вращался вокруг Земли на расстоянии 35 радиусов Земли и наблюдал солнечный ветер на двух третях своих 12-дневных орбитов с 1973 по 2006 год. Солнечный ветер передает возмущения, влияющие на магнитосферу и ионосферу, IMP-8 использует полезность непрерывного солнечного излучения. мониторинг ветра. За IMP-8 последовал ISEE-3, который был размещен около L1 Солнца -Земли точки Лагранжа, на 235 радиусов Земли выше на поверхности (около 1,5 миллионов км, или 924 000 миль) и непрерывно отслеживал солнечный ветер с 1978 по 1982 год. Следующим космическим аппаратом для мониторинга солнечного ветра в точке L1 был ВЕТЕР с 1994 по 1998 год. После апреля 1998 года орбита космического корабля WIND была изменена, чтобы вращаться вокруг Земли и иногда проходить точку L1. НАСА Advanced Composition Explorer (ACE) отслеживал солнечный ветер в точке L1 с 1997 года по настоящее время.

Помимо мониторинга солнечного ветра, мониторинг Солнца важен для космической погоды. Так как солнечный EUV не может быть отслежен с земли, совместный космический аппарат NASA -ESA Солнечная и гелиосферная обсерватория (SOHO) был запущен и предоставил солнечные EUV изображения. начиная с 1995 года. SOHO является источником данных о Солнце в режиме, близком к реальному времени, как для исследований, так и для прогнозирования космической погоды, и вдохновил на миссию STEREO. Космический аппарат Йохко на НОО наблюдал Солнце с 1991 по 2001 год в рентгеновской части солнечного излучения и был полезен как для исследований, так и для прогнозирования космической погоды. Данные Йохко вдохновили на создание солнечного рентгеновского тепловизора на ГОЭС.

GOES-7 отслеживает условия космической погоды в 1989 году, которая приводит к Запрещенному снижению, повышению уровня земли и множеству спутниковых аномалий.

Космический корабль с приборами, основной целью которых является предоставление данных для прогнозов космической погоды и приложений 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 всего диска EUV с 2004 года и датчики частиц (EPS / HEPAD), которые измеряют ионы и электроны в диапазоне энергий. 50 кэВ до 500 МэВ. Начиная где-то после 2015 года, поколение космических аппаратов GOES GOES-R заменило SXI изображение солнечного ультрафиолетового излучения (SUVI), аналогичным изображению на SOHO и STEREO, датчик частиц будет может быть дополнен компонент расширенного диапазона до 30 эВ.

Спутник Deep Space Climate Observatory (DSCOVR) - это спутник NOAA наблюдения Земли и космической погоды, запущенный в феврале 2015 года. Среди его членов - заблаговременное предупреждение о корональных ударах. выбросы массы.

Модели

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

Эти модели используют ограниченный набор данных и пытаются описать всю среду космической погоды или предсказать, как погода меняется с течением времени. Ранние модели были эвристическими; т.е. они не использовали физику напрямую. 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 среду от Солнца до нижней части ионосферы Земли. Модели космической отличаются от метеорологических моделей тем, что объем вводимых данных значительно меньше.

Значительная часть исследований и разработок моделей космической погоды за последние два десятилетия была проведена в рамках программы Геокосмической модели 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) при НАСА Центр космических полетов Годдарда - это центр для координации разработки и тестирования исследовательских моделей, для улучшения и подготовки моделей для использования в космической погоде. прогнозирование и применение.

Методы моделирования включают (a) магнитогидродинамику, в которой окружающая среда рассматривается как жидкость, (b) частица в ячейке, в которой не-жидкостные взаимодействия обрабатываются внутри ячейка, а затем ячейки соединяются для описания окружающей среды, (c) первые принципы, в которых физические процессы находятся в равновесии (или равновесии) друг с другом, (d) полустатическое моделирование, в котором описываются статистические или эмпирические отношения, или сочетание 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 обычно представляют собой небольшие компании или небольшие подразделения в рамках более крупной компании, которые предоставляют данные о космической погоде, модели, производные продукты и распространение услуг.

В коммерческий сектор входят научные и инженерные исследователи, а также пользователи. Деятельность в первую очередь направлена ​​на изучение воздействия космической погоды на технологии. К ним относятся, например:

  • сопротивление атмосферы на спутниках LEO, вызванное поступлением энергии в термосферу из-за солнечного УФ, FUV, Lyman-alpha, EUV, XUV, рентгеновские и гамма-кванты, а также за счет осаждения заряженных частиц и джоулева нагрева на высоких широтах;
  • Поверхностная и внутренняя зарядка от повышенной энергии потоки частиц, приводящие к таким эффектам, как разряды, сбои единичных событий и фиксация на спутниках LEO - GEO;
  • Прерывание сигналов GPS, вызванное ионосферными мерцания, приводящими к повышенной неопределенности в навигационных системах, таких как авиационная Широкозонная система расширения (WAAS);
  • Потеря радиосвязи в диапазонах HF, UHF и L из-за сцинтилляций ионосферы, солнечных вспышек и т. д. геомагнитные бури;
  • Повышенное излучение человеческих тканей и авионики от галактических космических лучей SEP, особенно во время крупных солнечных вспышек, и, возможно, тормозное гамма-излучение, производимое энергичными электронами прецизионного радиационного пояса на высоте выше 8 км;
  • Повышенная неточность при геодезических исследованиях и разведке месторождений нефти / газа с использованием главного магнитного поля Земли, когда оно возмущено геомагнитными бурями;
  • Потеря передачи энергии из-за скачков напряжения GIC в электрическом отключении электросети и трансформаторов во время сильных геомагнитных бурь.

Многие из этих нарушений приводят к социальным последствиям, которые составляют значительную часть национального ВВП.

Концепция стимулирования коммерческой космической погоды она впервые была предложена идеей экономической инновационной зоны космической погоды, обсужденной Американской ассоциацией коммерческой космической погоды (ACSWA) в 2015 году. Создание этой экономической инновационной зоны будет расширению экономической деятельности по разработке приложений для управления рисками космической погоды и будет использовать более широкую исследовательскую деятельность университетов, связанную с космической погодой. Это могло стимулировать инвестиции американского бизнеса в услуги и продукты, связанные с космической погодой. В США в тех случаях, когда ранее не существовало соответствующее государственное, в США, в тех случаях, когда не существовало соответствующих государственных возможности. Он также продвигал коммерческое оборудование, программное обеспечение и сопутствующие товары и услуги, произведенные в США, международным партнерм. обозначить коммерческое программное обеспечение, услуги и продукты производства США в рамках деятельности «Экономическая инновационная зона 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 Конгресс США заложил основу для социальных инноваций в области космической погоды. В 2016 году был принят Закон о исследованиях и прогнозировании космической погоды (S. 2817), чтобы развить это наследие. Позже, в 2017-2018 гг., 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 двухпарной поддержке 116-й Конгресстий (2019 г.) рассматривает Закон о национальной космической погоде (S141, 115-й Конгресс).

Американская ассоциация коммерческой космической погоды

29 апреля 2010 года создало Американскую ассоциацию коммерческой космической погоды (ACSWA ) отраслевая ассоциация. ACSWA способствует снижению рисков космической погоды для национальной инфраструктуры, мощи и национальной безопасности. Онлен на:

  • предоставление рисков качественных данных и услуг о погоде, чтобы снизить для технологий;
  • предоставление консультационных услуг государственным органам;
  • предоставление рекомендаций по лучшему разделению задач между коммерческими поставщиками и правительственными учреждениями;
  • Интересные интересы коммерческих поставщиков;
  • Дополнительные коммерческие возможности на национальной и международной арене;
  • Рассмотрите передовой опыт.

Краткое изложение широкие технические возможности в области космической погоды, которая использует ассоциация, можно найти на их веб-сайте http://www.acswa.us.

Известные события

  • 21 декабря 1806 г. Александр фон Гумбольдт заметил, что его компас стал нестабильным во время яркого полярного сияния.
  • Солнечная буря 1859 года вызвала повсеместное нарушение работы телеграфа.
  • 309>Аврора от 17 ноября 1882 г. нарушила телеграфную связь.
  • Геомагнитная буря в мае 1921 г., одна из главных • Геомагнитные бури нарушили телеграфную связь и повредили электрическое оборудование по всему миру.
  • Солнечная буря в августе 1972 года, крупное событие SEP. Если бы астронавты находились в то время в космосе, доза могла быть опасной для жизни.
  • Геомагнитная буря в марте 1989 г. включала в себя несколько эффектов космической погоды: SEP, CME, Forbush-уменьшение, наземное повышение уровня, геомагнитная буря и т. д.
  • 2000 День взятия Бастилии совпал с исключительно ярким полярным сиянием.
  • 21 апреля 2002 года, Нозоми На «Марс-зонд» произошло крупное событие SEP, которое произошло к крупномасштабной аварии. Миссия, которая отставала от графика примерно на 3 года, была прекращена в декабре 2003 года.

См. Также

  • значок Портал погоды
  • Портал космических полетов

Примечания

Библиография

  • Райнер Швенн, Космическая погода, Living Reviews in Solar Physics 3, (2006)), 2, онлайн-статья.
  • Жан Лиленстен и Жан Борнарел, Космическая погода, окружающая среда и общество, Springer, ISBN 978-1-4020-4331-4.
  • Марк Молдвин: Введение в космическую погоду. Cambridge Univ. Press, Cambridge 2008, ISBN 978-0-521-86149-6.
  • Иоаннис А. Даглис: Влияние космической погоды на технологическую инфраструктуру. Springer, Dordrecht 2005, ISBN 1-4020-2748-6.

Дополнительная литература

  • Ruffenach, A., 2018, «Обеспечение устойчивости энергетической инфраструктуры Великобритании: характеристики ресурсов опасностей. Технические тома и тематические исследования, Том 10 - Космическая погода »; IMechE, IChemE.
  • Кларк, Т. Д. Г. и Э. Кларк, 2001. Службы космической погоды для индустрии морского бурения. Практикум по космической погоде: взгляд на будущую европейскую программу космической погоды. ESTEC, ESA WPP-194.
  • Карлович, MJ, и RE Lopez, 2002, Storms from the Sun, Joseph Henry Press, Вашингтон, округ Колумбия, ISBN 0-309-07642-0.
  • Ри, С.Дж., У. Аллен, О. Бэйли, Дж. Боу, Э. Кларк, В. Лесур, С. Макмиллан, 2005. Влияние космической погоды на точность бурения в Северном море. Annales Geophysicae, Vol. 23. С. 3081–3088.
  • Оденвальд, С. 2006, 23-й цикл; Учимся жить с грозовой звездой, Columbia University Press, ISBN 0 -231-12078-8.
  • Bothmer, V.; Даглис И., 2006, Космическая погода: физика и эффекты, Springer-Verlag New York, ISBN 3-642-06289-X.
  • Гомбози, Тамас И., Хоутон, Джон Т., и Десслер, Александр Дж. (Редакторы), 2006, Физика космической среды, Cambridge University Press, ISBN 978-0-521-60768-1.
  • Даглис, И.А. (редактор), 2001, Space Storms and Space Weather Hazards, Springer-Verlag New York, ISBN 1-4020-0031-6.
  • Песня, П., Сингер, Х., и Сискоу, Г., (редакторы), 2001, Space Weather (геофизическая монография), Союз, Вашингтон, округ Колумбия, ISBN 0-87590-984-1.
  • Фриман, Джон W., 2001, Storms in Space, Cambridge University Press, Cambridge, UK, ISBN 0-521-66038-6.
  • Сильный, Кит; Дж. Саба; Т. Кучера (2012). «Понимание космической погоды: Солнце как переменная звезда». Бык. Am. Meteorol. Soc. 93 (9): 1327–35. Bibcode : 2012BAMS... 93.1327S. DOI : 10.1175 / BAMS-D-11-00179.1. HDL : 2060/20120002541.
  • Стронг, Кейт; J. T. Schmelz; Дж. Л. Р. Саба; Кучера Т.А. (2017). «Понимание космической погоды: Часть II: Жестокое Солнце». Бык. Am. Meteorol. Soc. 98 (11): 2387–96. Bibcode : 2017BAMS... 98.2387S. doi : 10.1175 / BAMS-D-16-0191.1.
  • Стронг, Кит; Н. Виалл; J. Schmelz; Дж. Саба (2017). «Понимание космической погоды: область Солнца». Бык. Am. Meteorol. Soc. 98 (12): 2593. Bibcode : 2017BAMS... 98.2593S. doi : 10.1175 / BAMS-D-16-0204.1.

ние ссылки

Викискладе есть медиафайлы по теме Космическая метеорология.

Космическая погода в реальном времени прогноз

Другие ссылки

Последняя правка сделана 2021-06-09 01:20:37
Содержание доступно по лицензии CC BY-SA 3.0 (если не указано иное).
Обратная связь: support@alphapedia.ru
Соглашение
О проекте