4 Şubat 2022’de SpaceX, Elon Musk’ın Starlink internet projesi kapsamında 49 uyduyu fırlattı ve bunların çoğu günler sonra atmosferde yandı. 50 milyon ABD dolarını aşan bu başarısızlığın nedeni, Güneş’in neden olduğu jeomanyetik bir fırtınaydı.

Jeomanyetik fırtınalar, uzay havası çarptığında ve Dünya ile etkileşime girdiğinde meydana gelir. Uzay havası, elektronları, protonları ve diğer parçacıkları uzaya fırlatan Güneş içindeki dalgalanmalardan kaynaklanır. Uzay havasının uzaya dayalı varlıklara getirdiği tehlikeleri ve bilim adamlarının bu tehlikelere karşı korunmak için uzay havasının modellerini ve tahminlerini nasıl geliştirebileceklerini inceliyorum.

Uzay havası Dünya’ya ulaştığında, yörüngedeki herhangi bir şey için çok fazla soruna neden olabilecek birçok karmaşık süreci tetikler. Ve benim gibi mühendisler bu riskleri daha iyi anlamak ve uyduları bunlara karşı savunmak için çalışıyorlar.

Uzay havasına ne sebep olur?

Güneş her zaman uzaya sabit miktarda yüklü parçacık bırakır. Buna güneş rüzgarı denir. Güneş rüzgarı aynı zamanda güneş manyetik alanını da taşır. Bazen, Güneş üzerindeki yerel dalgalanmalar, belirli bir yönde alışılmadık derecede güçlü parçacık patlamaları fırlatır . Eğer Dünya, bu olaylardan biri tarafından üretilen gelişmiş güneş rüzgarının yolunda olursa ve çarpılırsa, jeomanyetik bir fırtına alırsınız.

Jeomanyetik fırtınaların en yaygın iki nedeni, koronal kütle püskürmeleri -Güneş’in yüzeyinden plazma patlamaları- ve koronal deliklerden kaçan güneş rüzgarıdır -Güneş’in dış atmosferindeki düşük yoğunluklu noktalar.

Fırlatılan plazmanın veya güneş rüzgarının Dünya’ya ulaşma hızı önemli bir faktördür – hız ne kadar hızlı olursa, jeomanyetik fırtına o kadar güçlü olur. Normalde, güneş rüzgarı yaklaşık 900.000 mil (1.4 milyon km / saat) hızla hareket eder. Ancak güçlü güneş olayları, rüzgarları beş kat daha hızlı serbest bırakabilir.

Kayıtlardaki en güçlü jeomanyetik fırtına, Eylül 1859’da bir koronal kütle atımından kaynaklandı . Parçacık kütlesi Dünya’ya çarptığında, telgraf hatlarında operatörleri şok eden ve bazı aşırı durumlarda telgraf aletlerini ateşe veren elektrik dalgalanmalarına neden oldular . Araştırmalar, bu büyüklükte bir jeomanyetik fırtınanın bugün Dünya’ya çarpması durumunda, kabaca 2 trilyon dolarlık hasara neden olacağını gösteriyor .

Manyetik bir kalkan

Güneş rüzgarı da dahil olmak üzere Güneş’ten gelen emisyonlar, onlara doğrudan maruz kalacak kadar şanssız herhangi bir yaşam formu için inanılmaz derecede tehlikeli olacaktır. Neyse ki, Dünya’nın manyetik alanı insanlığı korumak için çok şey yapıyor.

Güneş rüzgarının Dünya’ya yaklaşırken çarptığı ilk şey manyetosferdir. Dünya atmosferini çevreleyen bu bölge, elektron ve iyonlardan oluşan plazma ile doludur. Gezegenin güçlü manyetik alanı hakimdir. Güneş rüzgarı manyetosfere çarptığında kütle, enerji ve momentumu bu katmana aktarır.

Manyetosfer, enerjinin çoğunu günlük güneş rüzgarı seviyesinden emebilir. Ancak güçlü fırtınalar sırasında aşırı yüklenebilir ve fazla enerjiyi Dünya atmosferinin kutuplara yakın üst katmanlarına aktarabilir. Enerjinin kutuplara yeniden yönlendirilmesi, fantastik aurora olaylarına neden olur, ancak aynı zamanda üst atmosferde uzay varlıklarına zarar verebilecek değişikliklere de neden olur.

Yörüngedekiler için tehlikeler

Jeomanyetik fırtınaların, her gün yerdeki insanlara hizmet eden yörüngedeki uyduları tehdit etmesinin birkaç farklı yolu vardır.

Atmosfer manyetik fırtınalardan enerji emdiğinde ısınır ve yukarı doğru genişler. Bu genişleme , Dünya yüzeyinden yaklaşık 50 mil (80 kilometre) ila yaklaşık 600 mil (1.000 km) arasında uzanan atmosfer tabakası olan termosferin yoğunluğunu önemli ölçüde artırır. Daha yüksek yoğunluk , uydular için sorun olabilecek daha fazla sürükleme anlamına gelir .

Bu durum, Şubat ayında SpaceX Starlink uydularının ölümüne yol açan şeydi. Starlink uyduları, Falcon 9 roketleri tarafından , tipik olarak Dünya yüzeyinin 100 ila 200 km yukarısında, düşük irtifalı bir yörüngeye bırakılır . Uydular daha sonra, sürükleme kuvvetini yavaşça yenmek ve kendilerini yaklaşık 350 mil (550 km) olan son irtifalarına yükseltmek için yerleşik motorları kullanırlar .

En son Starlink uyduları grubu, hala çok düşük Dünya yörüngesindeyken bir jeomanyetik fırtınayla karşılaştı. Motorları önemli ölçüde artan sürtünmenin üstesinden gelemedi ve uydular yavaş yavaş Dünya’ya doğru düşmeye başladı ve sonunda atmosferde yandı.

Sürükleme, uzay havasının uzaya dayalı varlıklar için oluşturduğu tehlikelerden yalnızca biridir. Güçlü jeomanyetik fırtınalar sırasında manyetosfer içindeki yüksek enerjili elektronlardaki önemli artış, daha fazla elektronun bir uzay aracının korumasına nüfuz edeceği ve elektroniği içinde birikeceği anlamına gelir. Bu elektron birikimi , temelde küçük bir yıldırım çarpmasıyla deşarj olabilir ve elektronik aksamlara zarar verebilir.

Manyetosferdeki nüfuz eden radyasyon veya yüklü parçacıklar – hafif jeomanyetik fırtınalar sırasında bile – elektronik cihazlardan gelen çıkış sinyalini de değiştirebilir . Bu fenomen, bir uzay aracının elektronik sisteminin herhangi bir bölümünde hatalara neden olabilir ve hata kritik bir şeyde meydana gelirse, tüm uydu başarısız olabilir. Küçük hatalar yaygındır ve genellikle düzeltilebilir, ancak nadiren de olsa toplam arızalar meydana gelir .

Son olarak, jeomanyetik fırtınalar, uyduların radyo dalgalarını kullanarak Dünya ile iletişim kurma yeteneğini bozabilir. Örneğin GPS gibi birçok iletişim teknolojisi radyo dalgalarına dayanır . Atmosfer radyo dalgalarını her zaman bir miktar bozar , bu nedenle mühendisler iletişim sistemleri kurarken bu bozulmayı düzeltir. Ancak jeomanyetik fırtınalar sırasında iyonosferdeki değişiklikler – kabaca aynı irtifa aralığını kapsayan termosferin yüklü eşdeğeri – radyo dalgalarının içinden nasıl geçtiğini değiştirecektir. Sakin bir atmosfer için yapılan kalibrasyonlar, jeomanyetik fırtınalar sırasında yanlış olur.

Bu, örneğin, GPS sinyallerine kilitlenmeyi zorlaştırır ve konumlandırmayı birkaç metre öteleyebilir . Havacılık, denizcilik, robotik, ulaşım, çiftçilik, askeriye ve diğerleri gibi birçok endüstri için, birkaç metrelik GPS konumlandırma hataları basitçe savunulamaz. Otonom sürüş sistemleri de doğru konumlandırma gerektirecektir.

Uzay havasından nasıl korunuruz

Uydular, modern dünyanın çoğunun çalışması için kritik öneme sahiptir ve uzay varlıklarını uzay havasından korumak önemli bir araştırma alanıdır .

Elektroniği radyasyondan koruyarak veya radyasyona daha dayanıklı malzemeler geliştirerek bazı riskler en aza indirilebilir. Ancak güçlü bir jeomanyetik fırtına karşısında yapılabilecek çok fazla koruma vardır .

Fırtınaları doğru bir şekilde tahmin etme yeteneği, hassas elektronikleri kapatarak veya uyduları daha iyi korunacak şekilde yeniden yönlendirerek uyduları ve diğer varlıkları belirli bir ölçüde önceden korumayı mümkün kılacaktır. Ancak jeomanyetik fırtınaların modellenmesi ve tahmin edilmesi son birkaç yılda önemli ölçüde iyileşmiş olsa da, tahminler genellikle yanlıştır. Ulusal Okyanus ve Atmosfer İdaresi, bir koronal kütle atımının ardından, Şubat Starlink’in fırlatılmasından bir gün önce veya bir gün önce jeomanyetik bir fırtınanın “muhtemel” olduğu konusunda uyarmıştı. Görev yine de devam etti.

Güneş, sık sık sinir krizi geçiren bir çocuk gibidir. Hayatın devam etmesi esastır, ancak sürekli değişen eğilimi işleri zorlaştırır.