Misiunea lui Yuri Shprits, cercetător spațial la Centrul German de Cercetare în Geoștiințe din Potsdam, este salvarea planetei noastre.
Știm de mult timp că o mare parte a modului nostru de viață modern este amenințată de capriciile Soarelui. Dacă steaua noastră intră deodată într-o perioadă mai activă, aceasta poate provoca furtuni geomagnetice care distrug sateliții sau determină perturbări generalizate ale rețelelor electrice pe Pământ.
Dar putem oare să prevedem când vor veni aceste furtuni, cum vor afecta mediul și infrastructura Pământului și să ne asigurăm că suntem pregătiți?
Tocmai la asta a lucrat Shprits, începând cu un proiect finanțat de UE denumit PAGER, care s-a derulat din 2020 până în 2023.
Prezicerea vremii în spațiu
Scopul cercetătorilor a fost să dezvolte un algoritm care să poată extrage date de la telescoapele și sateliții de observare a Soarelui, alături de date de la sateliții care orbitează în jurul Pământului.
Pe baza unui astfel de algoritm, s-ar putea prezice când o furtună geomagnetică periculoasă se îndreaptă în direcția noastră și care ar fi consecințele pentru infrastructura din spațiu și de la sol.
În acest scop, cercetătorii au conectat diferite modele computerizate ale mediului solar și ale spațiului din apropierea Pământului.
În cel mai optimist scenariu, spune Shprits, „ne-ar putea lua o oră-două să calculăm ce anume va ajunge pe Pământ și ce efecte ar avea în mediul din apropierea Pământului, dar, de fapt, ar dura două zile pentru ca o astfel de perturbare să ajungă la noi.”
Întrucât poate dura alte câteva zile pentru ca radiația care poate dăuna sateliților să se acumuleze, aceasta ne-ar lăsa ceva timp pentru pregătire.
Algoritmul conceput de echipa PAGER este acum pus la punct pentru a vedea cât de util poate fi.
„După decenii întregi de cercetări spațiale fundamentale, care au început odată cu primul satelit american care a descoperit radiațiile spațiale nocive în 1958, am ajuns, în sfârșit, într-un punct în care putem avea capacități predictive”, spune Shprits. „Suntem foarte entuziasmați.”
Frontul furtunii
O furtună geomagnetică are loc atunci când o erupție puternică a Soarelui interacționează cu câmpul magnetic al planetei noastre.
Pe măsură ce vântul solar se deplasează de la Soare către Pământ, acesta poate transporta particule încărcate care interacționează cu câmpul magnetic protector al Pământului. Acestea se încălzesc și mai mult în magnetosferă, creând particule puternic energizate care pot dăuna sateliților.
Coliziunea acestor particule cu particulele din atmosfera Pământului poate produce aurorele magnifice văzute de pe Pământ. Acestea reprezintă însă și un pericol, deoarece pot interfera cu sistemele electronice ale sateliților. Astfel de furtuni geomagnetice au afectat instalațiile noastre spațiale nu demult.
În februarie 2022, compania americană SpaceX a pierdut 38 de sateliți de internet Starlink atunci când o puternică furtună geomagnetică i-a tras înapoi în atmosfera Pământului după lansarea pe orbită.
De asemenea, compania americană Intelsat a pierdut controlul asupra satelitului său Galaxy 15 în aprilie 2010 din cauza unei furtuni geomagnetice. „A început să plutească în derivă, amenințând alte instalații spațiale, din cauza interferenței frecvențelor”, spune Shprits. „Acest lucru ar putea fi foarte costisitor, deoarece costurile unei instalații spațiale pot depăși un miliard de euro.”
Furtunile geomagnetice cauzează probleme și pe Pământ. Curenții electrici creați pot supraîncărca centralele electrice și pot provoca întreruperi generalizate temporare. Acest lucru s-a întâmplat în Quebec (Canada), în 1989, când o furtună geomagnetică a provocat o întrerupere generalizată care a durat nouă ore.
Furtunile extrem de puternice din octombrie și noiembrie 2003 au cauzat o întrerupere a serviciilor prin satelit, anomalii ale multor sateliți și perturbări ale comunicațiilor, rețelelor electrice și navigației GPS în multe regiuni de pe glob.
Centurile de radiații
Majoritatea sateliților din apropierea Pământului operează și în interiorul centurilor de radiații ale Pământului, o regiune a spațiului aflată la aproape 58.000 de kilometri deasupra planetei noastre, unde multe particule încărcate ajung să fie prinse în câmpul magnetic al Pământului. Aceste centuri se pot intensifica dramatic în timpul furtunilor.
„Sateliții GPS funcționează în centrul acestor centuri, acolo unde radiația este cea mai dăunătoare”, spune Shprits. Chiar dacă aceste instalații spațiale sunt bine protejate, particulele cele mai energizate pot pătrunde prin scutul lor și le pot deteriora.
Pentru a se proteja împotriva evenimentelor solare, SUA și țările europene au centre de predicție a vremii spațiale care pot prognoza când se așteaptă furtuni puternice pe Pământ.
Cu toate acestea, până de curând, aceste predicții nu erau conectate la modele capabile să prezică radiația în spațiu, modul în care această radiație ar putea pătrunde în instalațiile spațiale sau efectele potențiale pe Pământ.
În cadrul proiectului PAGER, oamenii de știință din Europa și SUA au combinat modelele de la Soare și mediul solar cu cele pentru mediul Pământului pentru a dezvolta un sistem predictiv cuprinzător.
Shprits subliniază că „unele dintre predicțiile meteorologice spațiale sunt cu adevărat complexe și complicate, iar părțile interesate nu au uneori un doctorat în fizica spațială. Vor doar să știe dacă va fi sigur sau nu.”
Semafor spațial
Obiectivul echipei PAGER a fost, așadar, să creeze un sistem semaforizat simplu, bazat pe predicții. Acesta îi spune unui operator de satelit dacă condițiile din spațiu s-ar putea să fie sigure sau nu.
Folosind PAGER, un operator va ști imediat dacă situația este roșie și dacă ar trebui să ia în considerare trecerea temporară a sateliților în modul de protecție sau dacă operatorii rețelelor electrice trebuie să ia măsuri preventive. Galben înseamnă că trebuie să fie atenți la potențiale efecte, în timp ce culoarea verde semnalează că totul este în regulă.
„Verde înseamnă «nu vă faceți griji, nu se întâmplă nimic»”, spune Shprits. „Uneori, aceasta este de fapt cea mai utilă pentru ei, deoarece, în cazul furtunilor, vor un semn clar că pot reveni la operațiunile normale.”
Pentru a face aceste calcule, PAGER rulează constant pe dispozitive puternice la un centru informatic din cadrul Centrului German de Cercetare în Geoștiințe.
„De obicei, cele mai dificile predicții sunt făcute în toiul nopții, astfel încât să nu supraîncărcăm computerele”, spune Shprits.
Acesta mai spune că echipa sa a trecut la prezicerea probabilităților, explicând că este practic imposibil să se facă predicții foarte precise pe termen lung cu privire la efectele furtunilor.
„Atunci când spunem, cu o certitudine de 80%, că vor fi condiții foarte severe în spațiu, este ca în cazul vremii terestre, când ni se spune că există 80 % șanse de ploaie.”
„Acest lucru ne dă ideea că ar fi mai bine să ne luăm o umbrelă. La fel este și cu sateliții.”
Rafinarea modelelor
În prezent, Shprits poartă discuții cu Agenția Spațială Europeană (ESA) pentru un nou proiect care i-ar permite ESA să adopte unele dintre modelele PAGER în operațiunile sale.
Scopul este de a continua îmbunătățirea serviciilor de predicție și de a îmbunătăți tot mai mult analiza evenimentelor meteorologice spațiale.
„Încercăm să folosim învățarea automată în multe locuri și să o îmbinăm în această infrastructură. De asemenea, încercăm să folosim toate datele disponibile în timp real și să le îmbinăm cu predicțiile noastre, astfel încât măsurătorile să ne poată rafina modelele.”
Mai multe date satelitare ar putea ajuta și ele. Shprits explică faptul că un viitor proiect ESA de monitorizare a mediului de radiații din apropierea Pământului va oferi „măsurători în timp real ale radiațiilor intense din magnetosferă, ceea ce ne-ar fi cu adevărat util”. Acest lucru se va realiza zburând prin centurile de radiații și făcând măsurători.
„Există, de asemenea, propuneri de a monta detectoare de radiații pe toate instalațiile spațiale comerciale”, spune Shprits. „Cu siguranță că acest lucru ne-ar ajuta să ne facem o imagine mult mai bună și mai amplă a ceea ce se întâmplă în spațiu. Acum am dezvoltat instrumente pentru a folosi toate aceste date și a ne îmbunătăți predicțiile.”
Articol scris de Jonathan O’Callaghan
Cercetările menționate în acest articol au fost finanțate prin programul Orizont al UE. Opiniile persoanelor intervievate nu reflectă neapărat opiniile Comisiei Europene.
Mai multe informații
Acest articol a fost publicat inițial în Horizon, revista de cercetare și inovare a UE.