Les boucles coronales s'étendent depuis la surface du soleil le long de lignes magnétiques complexes. Centre de vol spatial Goddard de la NASA En mars 2011, scientifiques du Royaume-Uni, Finlande, La France, La Belgique et l'Espagne ont annoncé la formation d'un projet appelé SPACECAST. Le projet a pour but de détecter, étudier et prévoir la météo spatiale. Mais ces scientifiques ne sont pas des météorologues interstellaires.
La météo spatiale n'est pas la même que notre météo ici sur Terre. Vous n'obtiendrez pas de prévisions spatiales partiellement nuageuses avec un risque d'averses. Au lieu, votre bulletin météo peut ressembler à quelque chose d'un film de science-fiction. Plutôt que des précipitations, vous examineriez le rayonnement gamma et les fluctuations magnétiques.
Pourquoi investir dans un projet comme celui-ci en premier lieu ? Parce que la météo dans l'espace nous affecte. En général, météo spatiale fait référence à l'énergie et aux particules que notre soleil émet. Sans notre soleil, la vie sur notre planète n'existerait pas telle que nous la connaissons. Mais tout du soleil n'est pas bénéfique à la vie.
L'atmosphère de notre planète nous protège de certains des rayonnements les plus nocifs du soleil. Cela inclut les rayons X et le rayonnement gamma, qui sont tous deux des formes de rayonnement à haute énergie qui peuvent enlever les électrons des atomes, en les ionisant. Nous sommes relativement à l'abri de ce rayonnement au sol. Mais que se passe-t-il si nous sommes dans un avion ? Ou qu'en est-il des astronautes, qui peut être en orbite basse ou même plus loin de la surface de la planète ?
En plus du risque pour la vie humaine, la météo spatiale peut endommager l'électronique. L'énergie du soleil peut tout gâcher, des satellites en orbite aux réseaux électriques ici au sol. Voyons comment le soleil peut assombrir le monde.
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Les satellites de communication comme celui-ci sont vulnérables à la météo spatiale. Centre de recherche Glenn de la NASA Il y a environ 900 satellites actifs en orbite autour de la Terre [source :Union of Concerned Scientists]. Lancer un satellite n'est pas une mince affaire. Développer un satellite peut coûter des millions de dollars, le construire, et placez-le en orbite. Les satellites ont besoin de boosts occasionnels pour rester en orbite. Cela signifie que les ingénieurs doivent prendre en compte le poids du carburant sur le satellite lui-même.
La météo spatiale peut réduire la durée de vie des satellites de plusieurs manières. Si le soleil émet une éjection de masse coronale (CME), le rayonnement et les particules peuvent interférer avec les opérations des satellites. Les rayonnements ionisants peuvent affaiblir un satellite. L'énergie peut également réchauffer l'atmosphère, le faire s'étendre. Un satellite en orbite basse pourrait subir une traînée atmosphérique et risquer de tomber sans impulsion. Comme il y a une quantité finie de carburant à bord d'un satellite, chaque coup de pouce imprévu diminue sa durée de vie utile.
L'onde de choc magnétique qui accompagne l'activité solaire est également un problème. À moins qu'un satellite ne soit correctement protégé, les fluctuations magnétiques pourraient induire de l'électricité à l'intérieur même du satellite. Le satellite peut ne pas répondre correctement aux commandes ou donner des lectures erronées au contrôle au sol. Parmi les particules venant du soleil au cours d'une CME se trouvent les électrons. Même un seul électron peut causer des problèmes s'il pénètre dans le blindage d'un satellite.
De nombreux satellites militaires ont un blindage épais - pourquoi ne pas l'appliquer à tous les satellites ? La réponse à cette question se résume au risque par rapport à la récompense. Le blindage ajoute du poids à un satellite. Cela signifie que le satellite coûtera plus cher à lancer et, en fonction de l'orbite du satellite, il peut avoir besoin de boosts plus régulièrement que les satellites plus légers. Si le coût de la mise en orbite du satellite est supérieur à l'avantage de l'avoir là en premier lieu, cela n'a pas de sens de se lancer.
Le projet SPACECAST espère étudier les effets de l'activité solaire sur les satellites dans le but de concevoir de futurs satellites résistants à ces effets sans escalader les coûts. Une partie de la mission de SPACECAST est de créer des systèmes de détection d'alerte précoce qui pourraient permettre aux opérateurs de satellites d'ajuster l'orbite d'un satellite ou de mettre hors tension des systèmes non essentiels pour minimiser les effets qu'une tempête solaire pourrait autrement avoir sur l'appareil. Avec suffisamment de préavis, les opérateurs pourraient également rediriger les communications par satellite vers d'autres satellites qui ne sont pas sur le chemin d'une tempête solaire.
Nous avons déjà vu ce qui peut arriver à un satellite en raison de l'activité solaire. Le 20 janvier, 1994, deux satellites de communication appelés ANIK E1 et ANIK E2 ont subi des défaillances internes en raison d'une charge diélectrique profonde. Des électrons se déplaçant avec une énergie intense ont pénétré le blindage des satellites et ont provoqué des dysfonctionnements. Il a fallu huit heures pour reprendre le contrôle de E1 et sept mois pour remettre E2 en service [source :Horne].
Les dangers ne s'arrêtent pas là. Devrions-nous avoir des astronautes en orbite pendant une tempête solaire, eux aussi seraient vulnérables à l'activité solaire. SPACECAST aidera à déterminer le type de mesures de sécurité que nous devons prendre en compte pour assurer la sécurité des astronautes pendant les événements solaires. Cela pourrait inclure la création de salles de sécurité à l'intérieur des vaisseaux spatiaux et des stations spatiales dotées d'un blindage épais ainsi que des procédures conçues pour arrêter les systèmes non essentiels pendant une tempête solaire.
L'activité du soleil peut également affecter l'électronique ici sur Terre. Prochain, nous verrons comment une tempête solaire peut couper un réseau électrique.
Il existe une relation fondamentale entre le magnétisme et l'électricité. Si vous avez déjà construit un électro-aimant, vous avez vu cela en action. Un simple électro-aimant consiste en une bobine de fil de cuivre enroulée autour d'un noyau - les clous en fer fonctionnent bien. Attachez les extrémités du fil de cuivre à une batterie. Les électrons traverseront le fil de cuivre et généreront un champ magnétique. Vous pouvez utiliser le clou gainé de cuivre comme aimant.
Alors que l'électricité peut créer un champ magnétique, L'inverse est également vrai. Un champ magnétique peut créer - ou induire - de l'électricité. Si vous introduisez un champ magnétique dans un conducteur électrique, vous ferez circuler des électrons à travers le conducteur comme s'il était connecté à une source d'alimentation. Utilisez un champ magnétique suffisamment puissant et le flux d'électricité sera important.
Le soleil peut produire des champs magnétiques incroyables. Lors d'une tempête solaire, la force magnétique expulsée par le soleil est suffisamment forte pour changer la forme de la magnétosphère terrestre. Nous appelons cela un orage géomagnétique et cela peut faire des ravages sur les grands systèmes électriques. Des systèmes plus petits, comme votre smartphone ou votre ordinateur, ont tendance à être en sécurité. Normalement, les tempêtes solaires n'affectent que les gros conducteurs. Mais ces gros conducteurs peuvent interférer avec le fonctionnement de systèmes plus petits.
Une montée subite de l'électricité sur un réseau électrique est une mauvaise nouvelle. Cela peut endommager les transformateurs et même casser les lignes électriques, car plus de surtensions électriques traversent le système qu'il n'a été conçu pour gérer. En 1989, un orage géomagnétique a causé des dysfonctionnements dans le réseau électrique du Québec. Il y a eu une panne totale d'environ six millions d'habitants pendant neuf heures. Le coût total pour le réseau d'HydroQuébec était de 6 milliards de dollars [source :Horne].
SPACECAST aidera les pays européens à prédire quand une tempête géomagnétique se produira. En théorie, cela donnera aux nations un temps précieux pour ajuster les charges du réseau électrique afin de se préparer aux fluctuations magnétiques à venir. À l'avenir, Les approches de réseau intelligent peuvent permettre aux ingénieurs de répartir les charges électriques de manière à ne pas perturber les clients.
Radio Goo GooLes fluctuations magnétiques dans l'ionosphère peuvent interférer avec les transmissions radio à haute fréquence. Cela peut inclure des signaux envoyés par des satellites GPS, ce qui pourrait nous affecter sur Terre - votre fidèle système de navigation GPS pourrait ainsi ne pas être en mesure de déterminer votre position réelle.
Une image du soleil capturée le 2 avril, 2001, par le Extreme ultraviolet Imaging Telescope (EIT) lors de la plus grande éruption solaire jamais enregistrée. Centre de vol spatial Goddard de la NASA En plus de protéger les actifs sur et au-dessus de la Terre, SPACECAST va pousser la recherche scientifique. Il y a beaucoup de choses que nous ne savons pas sur la météo spatiale. Les lacunes dans nos connaissances rendent difficile la préparation aux événements solaires.
Prenez des éjections de masse coronale (CME). Ces événements se produisent lorsque le soleil projette d'énormes quantités de masse. Ils coïncident souvent avec des éruptions solaires particulièrement importantes, mais nous ne comprenons pas pleinement la relation entre les deux. Un CME peut pousser des électrons, protons et noyaux lourds du soleil à des vitesses approchant la vitesse de la lumière. électrons, boosté par l'énergie due à la chaleur intense du soleil, voyager le long des lignes de champ magnétique. Si le CME fait face à la Terre, ces électrons peuvent nous frapper dans une onde de choc bien avant que la boucle générée par le CME ne nous frappe.
Les scientifiques veulent en savoir plus sur les CME et pourquoi elles se produisent. Nous avons besoin de plus amples études pour déterminer exactement où et comment ils se forment sur le soleil. Il est également important d'apprendre pourquoi les particules de différents types d'événements CME se déplacent à des vitesses différentes. Ce n'est qu'en connaissant ces détails que nous pouvons créer un système d'alerte efficace.
Tous les CME n'entraînent pas une tempête géomagnétique ici sur Terre. Cela signifie que nous devons apprendre quels facteurs alimentent les types qui nous affectent afin que nous puissions faire la différence entre un événement inoffensif et un événement qui pourrait causer des maux de tête ici à la maison.
Un autre domaine d'étude scientifique est le comportement de la magnétosphère terrestre. Il est difficile de créer des expériences qui nous donnent des données significatives - la plupart de nos connaissances proviennent de l'observation directe. Par conséquent, il y a beaucoup de choses que nous ne comprenons pas sur le champ magnétique de la Terre, en particulier lorsqu'il est influencé par la météo spatiale.
Ce n'est que la pointe de l'iceberg en ce qui concerne les études scientifiques. Mais les scientifiques travaillant sur SPACECAST espèrent enquêter sur ces mystères et concevoir des systèmes capables de nous fournir des informations utiles en cas de météo spatiale potentiellement dangereuse. Sans cette connaissance, tout ce à quoi nous pouvons nous attendre, ce sont des suppositions semi-éduquées.
Un système d'alerte spatiale est vital pour protéger les astronautes en orbite. Voici l'astronaute Ed Gibson sur Skylab-4. Centre de vol spatial Marshall de la NASA Pour que SPACECAST fonctionne, L'Europe doit investir dans des capteurs à la fois dans l'espace et au sol. Il existe plusieurs systèmes de capteurs indépendants situés dans des pays à travers l'Europe. Mais ces systèmes dépendent de sources de financement distinctes pour rester actifs. Si le système d'un pays est mis hors ligne en raison d'un manque de fonds, L'Europe perdrait une part importante de ce qui pourrait être un système d'alerte global.
Pour cette raison, des scientifiques comme Richard Horne ont recommandé un projet comme SPACECAST pour unir ces efforts. Non seulement une approche unifiée signifiera une meilleure communication et collecte de données, mais aussi la sécurité face aux restrictions financières. Une grande partie de l'attrait de SPACECAST est due à son impact financier potentiel. Pour rendre SPACECAST viable, les scientifiques ont dû convaincre les politiciens que le propre système d'alerte de l'Europe pouvait faire économiser aux pays des milliards de dollars de pertes.
Autrefois, L'Europe s'est appuyée sur des programmes comme la NASA pour avertir des tempêtes solaires et de l'activité géomagnétique. Mais ces systèmes ne se concentrent pas sur l'Europe. Les scientifiques responsables de SPACECAST ont fait valoir qu'un projet européen offrirait une meilleure protection qu'un programme général. À la fois, Les scientifiques de SPACECAST travailleront avec la NASA pour partager des informations et développer des connaissances.
Il existe plusieurs industries qui pourraient bénéficier d'un système d'alerte en plus des compagnies d'électricité et des organisations exploitant des satellites. Les entreprises qui forent pour le gaz et le pétrole utilisent des lectures magnétiques pour guider les instruments. Une tempête géomagnétique pourrait introduire des erreurs d'instrumentation, ce qui pourrait conduire à des erreurs coûtant des milliards de dollars. Et l'industrie du transport aérien pourrait reprogrammer les vols en fonction de l'activité solaire - à des altitudes plus élevées, l'atmosphère terrestre offre moins de protection contre les rayonnements solaires nocifs.
SPACECAST sera un projet évolutif. Avant que les scientifiques puissent mettre en place un système d'alerte complet, ils devront étudier les effets des ceintures de radiation et des activités solaires sur les satellites. Ils devront s'appuyer sur notre compréhension de l'activité du soleil et du moment où nous pourrions nous attendre à ressentir les effets d'une tempête solaire. Mais c'est un pas vers la garantie que l'activité solaire n'affectera pas négativement la vie des Européens.
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