گم شدن ماهواره ها در صورت وقوع یک طوفان خورشیدی بزرگ
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 نیو وبلاگ 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. تعدادی از این اشیاء، ماهواره های عملیاتی هستند، اما بیشتر آنها فضاپیماهای از کار افتاده، قسمت های موشک های پرتاب شده و تکه های زباله به وجود 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. بدین سبب هنگامی که دو جرم به عنوان مثال یک قطعه زباله فضایی و یک ماهواره بنظر می رسد که بطور خطرناکی به یکدیگر نزدیک می شوند، اپراتور ماهواره یک هشدار دریافت می کند و در بعضی موارد، مانورهای اجتنابی را برای جلوگیری 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 پیش بینی دقیق در مورد یک برخورد، نا 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 راهکار 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 موسوم 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 خودرا در مقاله ای به نام «پرواز در عدم اطمینان» تشریح نمود 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 پیش بینی 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 خواهدنمود. 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 حالیست که تعداد اجرام در این منطقه ی لطمه پذیر از فضا از سال ۲۰۰۳ تا حالا چهار برابر شده است و خطر سقوط مداری را به همراه دارد.
"برگر" می گوید: یک اپراتور ماهواره ای معمولی ممکنست هم اکنون ۳۰ تا ۵۰ درصد از زمان خودرا صرف مقابله با هشدارهای برخورد کند. اپراتورهای ماهواره ای در مدار نزدیک زمین هم اکنون روزانه تقریباً یک هشدار دریافت می کنند و حدود یک هشدار در هر هفته به اندازه کافی جدی است که بتوان آنرا با جزییات بیشتری تحلیل و بررسی کرد و تقریباً هر چند هفته یک دفعه 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 ممکنست بسادگی 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، بااینکه 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 حوزه پایش زباله های فضایی در سالهای اخیر ممکنست هفته ها بطول بیانجامد تا کاتالوگ بسیار بزرگ تری از امروز بطور 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 بوجود آورد که در آن هر برخورد سبب ایجاد زباله فضایی می شود که احتمال برخورد بیشتر را بیشتر می کند.
یکی از نتایج این اثر این است که توزیع زباله در مدار می تواند کارهای فضایی و استفاده از ماهواره ها در مدارهای خاص را برای چندین نسل نا ممکن کند. در سال ۲۰۰۹ میلادی، "کسلر" در مقالاتی خاطرنشان ساخت که محیط زباله ها به سبب 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 بواسطه به وقوع پیوستن مقوله ای همچون "ویژگی دومینو" تقریباً ناممکن باشد.
بدین سبب چند برخورد در طول یک دوره هرج و مرج در پی یک طوفان خورشیدی قدرتمند ممکنست به آسانی 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 این زمینه می گوید: بدون پیشرفت های قابل توجه در مدیریت ترافیک فضایی و فناوری پیش بینی 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 احیانا قرن ها غیرقابل استفاده نماید.
وی ادامه داد: چنین وضعیتی عواقب مخربی برای پیش بینی آب و هوا، اطلاعات مبتنی بر فضا و تجارت فضایی خواهد داشت.
راه چاره
مسئله 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 پیش بینی آب و هوای فضایی بتواند مدلهای خودرا 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 پیش بینی 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.
به عنوان 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 سال جاری 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 پیش بینی کمک نماید. بگفته "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 می توان 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 خودرا با شرایط واقعی مطابقت دهیم. اگر مطمئن شویم که مدل بطور مداوم شرایط واقعی را دنبال می کند، امیدواریم بتوانیم پیش بینی ها را به سطح ۶ تا ۱۲ ساعت آینده با سطح دقت مناسبی برسانیم.
غیر قابل پیش بینی
با اینحال کارشناسان هشدار می دهند که یک طوفان خورشیدی قدرتمند می تواند در هر زمان و با هشدار اولیه ای که مدتی پیش از وقوع آن صادر می شود، رخ دهد. "طوفان هالووین" در سال ۲۰۰۳ که طی آن ده ها ماهواره بطور موقت گم شدند، در صورتیکه چرخه ۱۱ ساله فعالیت خورشید درحال کاهش بود و به سمت حداقل می رفت، رخ داد.
بااینکه 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 موسوم به "کارینگتون"(Carrington) در سال ۱۸۵۹ شفق های قطبی را ایجاد کرد که در سراسر دریای کارائیب قابل مشاهده بود و شبکه های تلگراف را در سراسر اروپا و آمریکا از دسترس خارج کرد.
سپس در ماه مه سال ۱۹۲۱، "طوفان راه آهن نیویورک" چندین مرکز تلگراف در سراسر 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 تأثیر بسیار جدی بر عملیات مداری، نه فقط برای چند ساعت یا چند روز، بلکه برای چندین هفته داشته باشد و از آنجا که 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، پیش بینی کنند.
منبع: نیو وبلاگ
این مطلب را می پسندید؟
(0)
(0)
تازه ترین مطالب مرتبط
نظرات بینندگان در مورد این مطلب