Nowy australijski satelita zbada pogodę kosmiczną

Australijski satelita meteorologiczny CUAVA-1 został umieszczony na orbicie 6 października. Głównym celem naukowym tego CubeSata o wielkości pudełka po butach jest zbadanie wpływu promieniowania słonecznego na ziemską atmosferę oraz komunikację i elektronikę.

Pogoda kosmiczna manifestująca się między innymi rozbłyskami słonecznymi i zmianami w natężeniu wiatru słonecznego może silnie wpływać na jonosferę Ziemi – warstwę naładowanych cząstek położoną w górnej atmosferze. To z kolei ma wpływ na naszą komunikację radiową i pracę satelitów, a także generuje od czasu do czasu fluktuacje pola elektromagnetycznego, które mogą siać spustoszenie w elektronice coraz bardziej wszecobecnej w kosmosie i na Ziemi.

Nowy satelita jest pierwszym zaprojektowanym i zbudowanym przez Centrum Szkoleniowe Australijskiej Rady ds. Badań Naukowych dla Cubesatów i ich zastosowań (w skrócie CUAVA). Jednym z głównych celów misji CUAVA-1 jest poprawienie prognozowania pogody kosmicznej. Prognozy w tym zakresie są obecnie wciąż bardzo ograniczone. Oprócz swej misji naukowej CUAVA-1 stanowi również ważny krok do spełnienia celu Australijskiej Agencji Kosmicznej, jakim jest zwiększenie lokalnego przemysłu kosmicznego o 20 000 miejsc pracy do 2030 roku.

Satelita CUAVA-1 opuszcza pokład ISS. Źródło: JAXA

Na zdjęciu: Satelita CUAVA-1 opuszcza pokład ISS. Źródło: JAXA

Australijska Agencja Kosmiczna powstała dopiero w 2018 roku, ale Australia ma długą historię badań satelitarnych. Na przykład w 2002 roku australijski FedSat stał się jednym z pierwszych satelitów na świecie, który miał na pokładzie odbiornik GPS. Takie kosmiczne GPS-y umożliwiają ciągłe obserwacje atmosfery na całym świecie celem lepszego monitorowania i prognozowania pogody (w tym przypadku także tej ziemskiej). Współczesne agencje i instytuty pogodowe w swoich prognozach opierają się w dużej mierze na danych GPS z kosmosu.

Kosmiczne odbiorniki GPS umożliwiają również monitorowanie jonosfery. Na wysokości od około 80 do 1000 kilometrów ta warstwa atmosfery przechodzi z gazu złożonego z nienaładowanych (elektrycznie obojętnych) atomów i cząsteczek w plazmę naładowanych cząstek – elektronów i jonów. To właśnie w jonosferze tworzą się piękne wstęgi zorzy polarnej, powszechne na dużych szerokościach geograficznych już podczas umiarkowanych burz geomagnetycznych.

Lepsze zrozumienie jonosfery jest ważną częścią operacyjnego prognozowania pogody kosmicznej. Wiemy, że jonosfera staje się bardzo zaburzona podczas burz geomagnetycznych. Zakłóca wówczas sygnały radiowe, które przez nią przechodzą, co może generować przepięciami prądu elektrycznego w sieciach energetycznych. Podczas silnych burz geomagnetycznych duże ilości energii są przekazywane do górnej warstwy ziemskiej atmosfery w pobliżu biegunów geomagnetycznych, zmieniając prądy i przepływy w jonosferze ponad równikiem. Energia ta rozprasza się szybko, powodując zmiany w górnych warstwach atmosfery i zaburzając układ wiatrów na dużych wysokościach nad równikiem już po kilku godzinach.

Promieniowanie rentgenowskie i ultrafioletowe pochodzące z rozbłysków słonecznych bezpośrednio ogrzewa atmosferę położoną powyżej warstwy ozonowej nad równikiem i jego okolicą. Zmiany te wpływają na wielkość oporu odczuwanego na niskiej orbicie okołoziemskiej, co utrudnia przewidywanie tras satelitów i śmieci kosmicznych. A to nie wszystko. Nawet gdy nie ma burz geomagnetycznych, mogą wystąpić tak zwane zakłócenia „czasu ciszy”, które również nie są bez wpływu na GPS i inne systemy elektroniczne.

Technologia i infrastruktura, na jakie znacząco wpływa pogoda kosmiczna. Źródło:NASA

Na ilustracji: Technologia i infrastruktura, na jakie znacząco wpływa pogoda kosmiczna. Źródło:NASA

Obecnie nie możemy dokładnie prognozować wystąpień groźnej dla nas pogody kosmicznej na więcej niż trzy dni naprzód. Wpływ tej „złej” pogody kosmicznej na górną warstwę atmosfery Ziemi, włączając w to zakłócenia komunikacji oraz zmiany w ruchu satelitów, są jeszcze trudniejsze do przewidzenia z dużym wyprzedzeniem. W rezultacie większość agencji prognozujących pogodę kosmiczną ogranicza się do jej tak zwanego nowcastingu: obserwowania aktualnego stanu pogody i jej prognozowania na następne kilka godzin.

Potrzeba wciąż dużo więcej wiedzy, aby zrozumieć wszystkie złożone związki między Słońcem a Ziemią, i to, jak energia słoneczna rozprasza się w pobliżu Ziemi. Oraz sposób, w jaki zmiany te wpływają na naszą technologię, na której coraz bardziej polegamy w codziennym życiu. Oznacza to jeszcze więcej badań i satelitów. CUAVA-1 to zapewne tylko początek w budowaniu konstelacji australijskich satelitów pogody kosmicznej, które odegrają kluczową rolę w jej prognozach.