گم شدن ماهواره ها در صورت وقوع یک طوفان خورشیدی بزرگ
شاه بلاگ: کارشناسان می گویند خطر برخورد میان ماهواره ها بعد از وقوع یک طوفان خورشیدی بزرگ بسیار زیاد خواهد بود و ماهواره ها ممکنست گم شوند و یافتن آنها می تواند هفته ها طول بکشد.
به گزارش شاه بلاگ به نقل از ایسنا و به نقل از اسپیس، در اکتبر ۲۰۰۳، بعد از برخورد یک طوفان خورشیدی بزرگ به زمین، کنترل کننده های ماهواره ای مسیر صدها فضاپیما را برای چندین روز از دست دادند. حالا کارشناسان نگرانند که با افزایش تعداد ماهواره ها و زباله هایی که در نزدیک به این بیست سال به دور زمین می چرخند، طوفان خورشیدی بزرگ بعدی بتواند فضای نزدیک زمین را برای هفته ها به هرج و مرج بکشاند.
شبکه نظارت فضایی ایالات متحده(SSN) هم اکنون حدود ۲۰ هزار جرم بزرگتر از ۴ اینچ(۱۰ سانتی متر) را در مدار نزدیک زمین، یعنی منطقه ای از فضا در ارتفاع زیر ۶۲۰ مایل(۱۰۰۰ کیلومتر) ردیابی می کند. بعضی از این اشیاء، ماهواره های عملیاتی هستند، اما بیشتر آنها فضاپیماهای از کار افتاده، قسمت های موشک های پرتاب شده و تکه های زباله بوجود آمده در اثر برخوردها هستند.
کارشناسان SSN از اندازه گیری های راداری برای نگهداری فهرستی استفاده می نمایند که به آنها امکان می دهد مکان هایی که این اشیاء در فضا هستند را بررسی نمایند و مسیر آنها را در آینده ترسیم کنند. ازاین رو هنگامی که دو جرم بعنوان مثال یک قطعه زباله فضایی و یک ماهواره به نظر می آید که به صورت خطرناکی به یکدیگر نزدیک می شوند، اپراتور ماهواره یک اخطار دریافت می کند و در بعضی موارد، مانورهای اجتنابی را برای پیشگیری از تصادف و برخورد انجام می دهد.
اما یک مشکل وجود دارد. موقعیت این اجرام همیشه دقیق نیست و این عدم قطعیت در طول طوفان های خورشیدی افزایش می یابد و گاهی اوقات تا حدی پیش می رود که پیشبینی دقیق در مورد یک برخورد، غیر ممکن می شود.
"تام برگر" فیزیکدان خورشیدی و مدیر مرکز فناوری هوای فضایی در دانشگاه "کلرادو بولدر" می گوید: در بزرگترین طوفان های خورشیدی، خطاها در مسیرهای مداری آنقدر بزرگ می شوند که اساساً لیست اجرام مداری از درجه اعتبار ساقط می شود. این اشیاء می توانند ده ها کیلومتر از آخرین موقعیت هایی که توسط رادار شناسایی شده اند، دور باشند و اساساً گم شوند و تنها چاره این است که باردیگر آنها را با رادار پیدا نماییم.
تغییرات غیر قابل پیش بینی
این عدم قطعیت، نتیجه تغییرات چگالی ترموسفر زمین -لایه بالایی جو در ارتفاعات ۱۰۰ تا ۶۰۰ کیلومتری- است. گازهای نازک در آن ارتفاعات با ذرات ساطع شده از خورشید در پرتاب جرم تاجی(CMEs)، فوران های بزرگ پلاسمای مغناطیسی شده از جو فوقانی خورشید معروف به تاج خورشیدی برهم کنش می کنند. این فعل و انفعالات، ترموسفر را گرم و آنرا متورم می کند. گازهای متراکم تر از ارتفاعات پایین تر به سمت بالا حرکت می کنند، جایی که ماهواره ها ناگهان نیروی کشش قوی تری را تجربه می کنند که سرعت آنها را تغییر می دهد و آنها را به سمت زمین می کشد.
"برگر" که نگرانی های خویش را در مقاله ای به نام «پرواز در عدم اطمینان» شرح داد که در سال ۲۰۲۰ در مجله Space Weather انتشار یافت، تنها کسی نیست که نگران تأثیرات یک طوفان خورشیدی بزرگ است.
"بیل مورتاگ" هماهنگ کننده برنامه مرکز پیشبینی آب و هوای فضایی(SWPC) در اداره ملی اقیانوسی و جوی ایالات متحده(NOAA) می گوید: وقتی ما یک رویداد بسیار بزرگ را می بینیم و گرمای شدید جو را می بینیم، ماهواره ها در جایی که مقرر است باشند، نخواهند بود.
وی ادامه داد: کشش فوق العاده ای روی فضاپیماها وجود خواهد داشت و این کشش در یک مکان معین در ارتفاع معین یکنواخت نخواهد بود و در طول زمان با دینامیک خارق العاده طوفان خورشیدی تغییر خواهد نمود. مطمئناً این یک چالش در این رویداد بزرگ خواهد بود.
ماهواره های خارج از کنترل
خوشبختانه چنین طوفان های خورشیدی قدرتمندی اغلب اتفاق نمی افتند. از زمان طوفان های اکتبر ۲۰۰۳ که به "طوفان های هالووین" مشهور شده اند، زمین از یک دوره هوای فضایی نسبتاً معتدل برخوردار بوده است. با این وجود، در سال ۲۰۱۲، سیاره ما تنها ۹ روز با برخورد یک پرتاب جرم تاجی بزرگ فاصله داشت که می توانست طوفان خورشیدی قرن را رقم بزند.
با این وجود، نرخ نسبتاً پایین این رویدادها موجب نشده تا کارشناسان آسوده خاطر باشند، برای اینکه می ترسند اگر کنترل موقعیت مداری ماهواره ها را در محیط شلوغ فضای امروزی از دست بدهند، اتفاقات ناگواری رخ دهد.
"برگر" می گوید، زمانی که طوفان های هالووین در سال ۲۰۰۳ رخ داد، تنها حدود ۵۰۰۰ شیء ردیابی شده در مدار نزدیک زمین وجود داشت و با وجود از دست دادن کنترل بر وضعیت، هیچ برخوردی گزارش نشد. این در شرایطی است که تعداد اجرام در این منطقه ی لطمه پذیر از فضا از سال ۲۰۰۳ تابحال چهار برابر شده است و خطر سقوط مداری را به همراه دارد.
"برگر" می گوید: یک اپراتور ماهواره ای معمولی امکان دارد هم اکنون ۳۰ تا ۵۰ درصد از زمان خویش را صرف مقابله با هشدارهای برخورد کند. اپراتورهای ماهواره ای در مدار نزدیک زمین هم اکنون روزانه تقریباً یک اخطار دریافت می کنند و حدود یک اخطار در هر هفته به اندازه کافی جدی است که بتوان آنرا با جزئیات بیشتری تحلیل و بررسی کرد و تقریباً هر چند هفته یک مرتبه باید برای کاهش احتمال برخورد مانور صورت گیرد. اما در گذشته اینطور نبود.
با عدم قطعیت بسیار زیاد در مورد موقعیت ماهواره ها و زباله های فضایی بر اثر یک طوفان خورشیدی بزرگ، اپراتورهای فضاپیماها امکان دارد به آسانی تسلیم شوند و دست روی دست بگذارند و منتظر باشند تا شبکه نظارت فضایی بتواند تک تک این اجرام را دنبال کند.
اغلب ماهواره های مدرن مجهز به گیرنده های GPS هستند که اپراتورها را قادر می سازد تا حدودا از موقعیت ماهواره ها با خبر باشند، با اینکه طوفان های خورشیدی می توانند سبب خاموشی GPS و عدم دقت قابل توجه در خوانش موقعیت ها شوند. اما زباله های فضایی فاقد GPS هستند و فقط با رادار قابل شناسایی هستند.
"برگر" می گوید، حتی با افزایش سرمایه گذاری در رادارهای ردیاب جدید و ظهور بازیگران تجاری در زمینه پایش زباله های فضایی در سالهای اخیر امکان دارد هفته ها زمان ببرد تا کاتالوگ بسیار بزرگ تری از امروز به صورت کامل تشکیل گردد.
سندرم کسلر
در هفته های بعد از وقوع یک طوفان خورشیدی بزرگ، اپراتورهای فضاپیماها به احتمال زیاد خواب خوبی نخواهند داشت و این فقط راجع به خطر لطمه به هر یک از فضاپیماها نیست. حالا چندین سال است که جامعه ایمنی فضایی، زنگ خطر را در مورد میزان فزاینده زباله ها در مدار نزدیک زمین به صدا در آورده است. این زباله ها همراه با افزایش تعداد ماهواره های عملیاتی در دهه گذشته و در نتیجه ی ظهور صورت های فلکی ماهواره ای مانند ماهواره های اینترنتی "استارلینک" متعلق به شرکت "اسپیس ایکس"، پایداری عملیات مداری را تهدید می کنند.
کارشناسان فکر می کنند که مراحل اولیه به اصطلاح "سندرم کسلر"(Kessler syndrome)، یک آبشار غیرقابل توقف از برخوردها خواهد بود که می تواند محیط مداری را چنان ناامن کند که غیرقابل استفاده گردد.
سندرم کسلر که با نام اثر کسلر نیز شناخته می شود، آبشارهایی از تصادف و ریزش است که توسط "دونالد جی کسلر" دانشمند ناسا در سال ۱۹۷۸ پیشنهاد شده است. سندرم کسلر شامل سناریویی است که در آن چگالی اشیاء در مدار نزدیک زمین(LEO) به اندازه کافی بالا می رود که برخورد بین اشیاء می تواند یک آبشار ایجاد نماید که در آن هر برخورد سبب ایجاد زباله فضایی می شود که احتمال برخورد بیشتر را زیاد می کند.
یکی از نتایج این اثر این است که توزیع زباله در مدار می تواند فعالیتهای فضایی و استفاده از ماهواره ها در مدارهای خاص را برای چندین نسل غیر ممکن کند. در سال ۲۰۰۹ میلادی، "کسلر" در مقالاتی خاطرنشان ساخت که محیط زباله ها به علت ناپایداری، موجب می شود که هر تلاشی برای دست یابی به محیطی محدود و کوچک از زباله ها(حتی اگر فاقد رشد و گسترش زباله های جدید باشد) بدون از بین بردن منابع زباله های گذشته و به واسطه به وقوع پیوستن مقوله ای همچون "ویژگی دومینو" تقریباً ناممکن باشد.
ازاین رو چند برخورد در طول یک دوره هرج و مرج به دنبال یک طوفان خورشیدی قدرتمند امکان دارد به سادگی این اتفاق را رقم بزند و سپس در بدترین حالت، سناریویی شبیه به داستان فیلم "گرانش"(Gravity) محصول سال ۲۰۱۳ که برنده جایزه اسکار شد، می تواند رخ دهد که جهان با درماندگی آنرا نظاره گر خواهد بود.
"برگر" در اینباره می گوید: بدون پیشرفت های قابل توجه در مدیریت ترافیک فضایی و فناوری پیشبینی آب وهوای فضایی، این خطر واقعی وجود دارد که به سطوح فزاینده تصادمات آبشاری برسیم که می تواند دامنه مدار نزدیک زمین را برای دهه ها یا احتمالا قرن ها غیرقابل استفاده نماید.
وی ادامه داد: چنین وضعیتی عواقب مخربی برای پیشبینی آب و هوا، اطلاعات مبتنی بر فضا و تجارت فضایی خواهد داشت.
راه چاره
مساله این است که بالاخره یک طوفان خورشیدی قدرتمند ایجاد خواهد شد و همه ی این اتفاقات اگر چاره ای اندیشیده نشود، در نهایت رخ خواهند داد. "برگر" امیدوار است که اگر حداقل تا پنج سال آینده از یک مورد جان سالم به در بردیم، جامعه پیشبینی آب و هوای فضایی بتواند مدلهای خویش را از اتمسفر زمین بهبود بخشد تا تغییرات کشش ناشی از رویدادهای جوی فضا را توضیح دهد.
چنین مدل هایی به نوبه خود، اپراتورهای فضاپیماها و شبکه نظارت فضایی را قادر می سازند تا اشیاء موجود در فضا را با سطح اطمینان کافی حتی در میانه ی قوی ترین تحولات ژئومغناطیسی ناشی از طوفان های خورشیدی ردیابی کنند.
سال قبل اداره ملی جوی و اقیانوسی(NOAA) چیزی را معرفی نمود که آنرا "مدل کل جو" نامید. این مدل، مدل رایج پیشبینی آب و هوای فضا را تا ارتفاع حدود ۶۰۰ کیلومتر رساند.
"زو وی فنگ" دانشمند هواشناسی فضایی در NOAA در یک مصاحبه اعتراف کرد که تاکنون، فقدان اندازه گیری در این ارتفاعات، دقت و قابلیت اطمینان خروجی مدل را محدود می کرده است.
در عین حال، حالا که خورشید بعد از یک دوره خواب طولانی بیدار شده و لکه های خورشیدی، شراره های خورشیدی و پرتاب جرم تاجی بیشتری تولید می کنند، اپراتورهای فضاپیماها احساس فشار بیشتری نسبت به قبل می کنند.
بعنوان مثال در ماه فوریه، شرکت "اسپیس ایکس" ۴۰ ماهواره کاملاً جدید "استارلینک" را در اثر یک طوفان ژئومغناطیسی نسبتاً خفیف از دست داد. آژانس فضایی اروپا نیز در اوایل سالجاری گزارش داد که ماهواره های "سوارم"(Swarm) که میدان مغناطیسی زمین را از ارتفاع حدود ۴۳۰ کیلومتری اندازه گیری می کنند، از دسامبر ۲۰۲۱ به میزان ۱۰ برابر سریع تر از تمام سالهای از زمان پرتاب شان در سال ۲۰۱۳ مختل شده اند.
"اسپیس ایکس" بعد از از دست دادن ماهواره های خود موافقت نمود که داده هایی را در مورد کشش تجربه شده توسط ماهواره های خود به NOAA عرضه نماید تا به تنظیم دقیق مدلهای پیشبینی کمک نماید. به قول "برگر"، چنین همکاری هایی بین اپراتورهای ماهواره ای و آژانس های فضایی دولتی و خصوصی می تواند راه مفیدی برای پیشرفت باشد.
"برگر" که تیمش با NOAA در توسعه مدلها همکاری می کند، اظهار داشت: انبوه ماهواره های مجهز به GPS مانند استارلینک از این نظر می توانند یک مزیت باشند. جی پی اس داده های مداری دقیقی را به شما می دهد که میتوان از آن برای استنباط چگالی جو فوقانی زمین استفاده نمود. این نقاط داده درست مانند مدلهای آب وهوای زمین، به ما کمک می کنند تا مدل خویش را با شرایط واقعی مطابقت دهیم. اگر مطمئن شویم که مدل به صورت مداوم شرایط واقعی را دنبال می کند، امیدواریم بتوانیم پیشبینی ها را به سطح ۶ تا ۱۲ ساعت آینده با سطح دقت مناسبی برسانیم.
غیر قابل پیش بینی
با این وجود کارشناسان اخطار می دهند که یک طوفان خورشیدی قدرتمند می تواند در هر زمان و با اخطار اولیه ای که چندی پیش از وقوع آن صادر می شود، رخ دهد. "طوفان هالووین" در سال ۲۰۰۳ که طی آن ده ها ماهواره موقتاً گم شدند، در حالیکه چرخه ۱۱ ساله فعالیت خورشید درحال کاهش بود و به سمت حداقل می رفت، رخ داد.
باآنکه خورشید از شروع در فواصل منظم پرتاب های جرم های تاجی را به زمین داشته است، اما اخیراً بشر به فناوری هایی وابسته شده است که در مقابل چنین طغیان هایی لطمه پذیر هستند.
دو طوفان خورشیدی شدید که در تاریخ شناسایی شده اند، هر دو پیش از شروع دوره اکتشافات فضایی رخ داده اند. رویداد معروف به "کارینگتون"(Carrington) در سال ۱۸۵۹ شفق های قطبی را ایجاد کرد که در سرتاسر دریای کارائیب قابل مشاهده بود و شبکه های تلگراف را در سرتاسر اروپا و آمریکا از دسترس خارج کرد.
سپس در ماه مه سال ۱۹۲۱، "طوفان راه آهن نیویورک" چندین مرکز تلگراف در سرتاسر جهان همچون یک ایستگاه راه آهن در نیویورک را به آتش کشید.
هر دوی این طوفان ها تا حدی قویتر از "طوفان هالووین" بودند که در سال ۲۰۰۳ به وقوع پیوست.
"برگر" می گوید: اگر چیزی شبیه طوفان سال ۱۹۲۱ امروز رخ دهد، می تواند تاثیر بسیار جدی بر عملیات مداری، نه فقط برای چند ساعت یا چند روز، بلکه برای چندین هفته داشته باشد و از آنجاییکه می دانیم بالاخره با یک طوفان بزرگ مواجه خواهیم شد، باید تحقیقاتی را برای بهبود مدلها انجام دهیم و مطمئن شویم که آنها می توانند تغییراتی را که در این طوفان های ژئومغناطیسی اتفاق می افتد بهتر از آنچه حالا می توانند، پیشبینی کنند.
منبع: shahblog.ir
این مطلب را می پسندید؟
(1)
(0)
تازه ترین مطالب مرتبط
نظرات بینندگان در مورد این مطلب