211service.com
De ruimtemissie om ons essentiële extra uren te geven voordat een zonnestorm toeslaat
NASA
Het Carrington-evenement is waarschijnlijk de meest bekende gebeurtenis in de geschiedenis van het ruimteweer. Een enorme zonnestorm die de aarde trof in 1859, produceerde zoveel geomagnetische activiteit dat het noorderlicht tot ver in het zuiden als Cuba werd gezien. Telegraafmedewerkers meldden dat er vonken uit hun apparatuur vlogen. Dit klinkt niet slecht, maar als het vandaag zou gebeuren, zou het de stroomvoorziening in stedelijke centra kunnen verzwakken, GPS kunnen uitschakelen en satellietcommunicatie in gevaar kunnen brengen.
Stormen als deze komen misschien maar eens in de 100 of 200 jaar voor, maar als er een komt, moeten we het weten.
Ruimteweeranalyse zoekt naar waarschuwingen voor dergelijke catastrofale gebeurtenissen (en kleinere, frequentere zonnevlammen) door de zonnewind van de zon te observeren, coronale massa-ejecties (wanneer de zon plasma uit zijn corona gooit, magnetische velden verstoren), en andere verschijnselen. De voorspellingen kunnen voorspellen wanneer aurora's aan de hemel zullen oplichten, maar wat nog belangrijker is, ze kunnen waarschuwen voor een dreigende catastrofale gebeurtenis.
Dit artikel verscheen voor het eerst in onze space tech-nieuwsbrief, The Airlock. U kunt zich hier aanmelden — het is gratis!
Op dit moment krijgen we echter maar een paar uur tot een paar dagen waarschuwing. De belangrijkste reden is dat we geen goed zicht hebben op de hele zon, en dus niet kunnen zien wanneer er zich iets gevaarlijks aan de achterkant vormt. Een geplande missie van de European Space Agency zou daar verandering in kunnen brengen door ons een kijkje te geven langs de zijkant en een essentiële hulpbron toe te voegen aan het arsenaal aan zonnevoorspellers. Wetenschappers zijn in een race tegen de klok om de Lagrange-missie gelanceerd te krijgen voordat onze andere methoden om gevaarlijk zonweer op te sporen niet langer operationeel zijn.
Diagram van Lagrange-punten tussen de aarde en de zon. NASA
Tot nu toe waren de meeste ruimteweermissies ofwel in een baan om de aarde ofwel gelokaliseerd op Lagrange-punt L1, dat zich tussen de aarde en de zon bevindt. Lagrange-punten zijn locaties in de ruimte waar een object dezelfde positie behoudt ten opzichte van twee lichamen die in een baan om elkaar heen draaien. Een object op het L1-punt lijkt bijvoorbeeld recht voor de aarde te blijven en biedt te allen tijde een ononderbroken zicht op de zon. Dit maakt het een geweldige plek voor wetenschappelijke missies - die minder energie nodig hebben om op hun plaats te blijven om gegevens op te nemen - en meer specifiek voor zonwaarnemingssatellieten.
Maar dat geeft ons slechts een beeld van één kant van de ster. De Lagrange-missie van ESA zal profiteren van Lagrange-punt 5 om ons een nieuw perspectief te geven. L5 is ongeveer één astronomische eenheid van de aarde (de afstand van de zon, of 150 miljoen kilometer), maar aan de zijkant van de planeet. Dit is het eerste ruimtevaartuig dat echt van plan is om daar in L5 te blijven en continu gegevens te leveren, zegt Stefan Kraft, ESA's L1/L5-missieonderzoeksmanager. NASA's STEREO-vaartuigen hebben de punten in 2009 kort bezocht, maar eigenlijk is er veel meer brandstof nodig om te stoppen.
Dit zijaanzicht zou ESA-onderzoekers een constante blik geven op het oppervlak van de zon voordat het naar de aarde draait (de zon draait ongeveer eens in de 27 dagen ), die eerdere en nauwkeurigere waarschuwingen geeft als er gevaarlijk ruimteweer op komst is.
Door gegevens van L1 en L5 te koppelen, worden ook de waarschuwingstijden verkort. Op dit moment kan de impact van een coronale massa-ejectie op aarde alleen worden voorspeld met een nauwkeurigheid van zes tot twaalf uur. Volgens ESA's hoofd van het ruimteweersegment, Juha-Pekka Luntama, zou de Lagrange-missie dat terugbrengen tot een paar uur. Voor het perspectief zouden de snelste uitwerpselen 15 tot 18 uur nodig hebben om de aarde te raken. Hij zegt dat het ook de waarschuwingstijden zou verbeteren voor snelle zonnewindstromen, die - hoewel niet zo gevaarlijk - elektriciteitsnetten en geostationaire satellieten kunnen verstoren.
Weergave van de Lagrange-satelliet. ESA
Voor licht ruimteweer kunnen meer tijdige waarschuwingen ervoor zorgen dat er geen ruimtewandelingen worden gepland tijdens een storm en dat hulpdiensten op aarde back-upcommunicatie klaar hebben staan voor het geval hun radio uitvalt. In het geval van een Carrington-achtige gebeurtenis, kunnen satellietexploitanten hun activiteiten stopzetten, kunnen waarschuwingen aan het grote publiek worden gegeven dat hun GPS-apparaten zullen worden uitgeschakeld en kunnen elektriciteitsnetbeheerders de kans krijgen om hun apparatuur te beschermen.
Technisch zal de missie uitdagend zijn. Op aarde, drie gelijkmatig verdeelde stations in de ESA's Estrack-netwerk zullen samenwerken om consistent signalen van het vaartuig te ontvangen terwijl de planeet draait. En het signaal naar de aarde krijgen is ook geen gemakkelijke taak. Het L5-punt bevindt zich ongeveer 100 keer zo ver van de aarde als L1, wat betekent dat de snelheid waarmee de gegevens kunnen worden teruggestuurd, wordt verlaagd.
Dan zijn er nog de zonnestormen zelf. Het vaartuig zal niet alleen gegevens over hen terugsturen, het zal ze ook moeten weerstaan. Als we ernstige ruimteweergebeurtenissen hebben, dan willen we toch graag observeren, zegt Kraft. Terwijl alle andere ruimtevaartuigen zich in principe kunnen verbergen en in de veilige modus gaan, zou ons ruimtevaartuig gereed moeten zijn. Hij zegt dat het team momenteel een robuustere afscherming ontwikkelt die de satelliet kan helpen stormen te weerstaan die sterker zijn dan het Carrington Event.
DAT
Om de zon tijdens extreem weer in beeld te blijven brengen, zal het vaartuig kunstmatige intelligentie gebruiken om, frame voor frame, geladen deeltjes te herkennen en te verwijderen die een soort sneeuw op afbeeldingen creëren.
Ons vermogen om het weer in de ruimte te monitoren gaat achteruit.
De missie staat nog in de kinderschoenen. Op dit moment ontwikkelt het team het technische plan en stelt het een voorstel op dat in november samen met andere ESA-studies zal worden gepresenteerd. Ze onderzoeken hoe robuust de systemen precies moeten zijn en balanceren financiële beperkingen met de noodzaak om het vaartuig te beschermen. Aan dat voorstel hangt verdere financiering om de missie ook daadwerkelijk uit te voeren. Als alles volgens plan verloopt, worden ze in 2025 gelanceerd.
Kraft is optimistisch dat de missie zal worden goedgekeurd. Hij zegt dat het team al relatief duidelijke aanwijzingen heeft gekregen van onder meer Duitsland en het VK dat ze het willen steunen.
De timing van die goedkeuring is cruciaal, omdat nieuwe ruimteweermissies hard nodig zijn. Binnen slechts een paar jaar zullen we enkele van de meest cruciale wetenschappelijke satellieten verliezen die al tientallen jaren actief zijn. Ons vermogen om het weer in de ruimte te monitoren gaat achteruit, zegt Luntama.
De missie waar onderzoekers zich het meest zorgen over maken, is de Solar and Heliospheric Observatory Satellite (SOHO), die zich op L1 bevindt. Het is de enige missie met een instrument dat het begin van coronale massa-ejecties naar de aarde bewaakt. En het is het belangrijkste hulpmiddel dat nog steeds wordt gebruikt om waarschuwingen en waarschuwingen te geven wanneer er iets gevaarlijks in de zon gebeurt.
Gelanceerd in 1995, is het al meer dan 20 jaar in de ruimte - meer dan vier keer de oorspronkelijke beoogde levensduur. De Amerikaanse National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA) plant ook een eigen zonne-observatorium om de SOHO-gegevens die verloren kunnen gaan op L1 te helpen vervangen. Het is de bedoeling dat het in 2024 wordt gelanceerd, wat net op tijd is: Luntama zegt dat SOHO uiterlijk tot 2024 heeft voordat het mislukt. Technische problemen kunnen dit elke dag veroorzaken.
We moeten ervoor zorgen dat we ons vermogen behouden om het ruimteweer te volgen, zegt hij. Anders zijn we over een paar jaar echt blind en kunnen we onze infrastructuur niet meer beschermen tegen ruimteweer.