Uzay havası - Space weather

Aurora australis , Uzay Mekiği Discovery'den gözlemlendi , Mayıs 1991

Uzay havası , manyetosfer , iyonosfer , termosfer ve ekzosferdeki koşullar da dahil olmak üzere Dünya'yı çevreleyen alanı vurgulayan, güneş rüzgarı da dahil olmak üzere Güneş Sistemi içindeki zamanla değişen koşullarla ilgilenen uzay fiziği ve aeronomi veya heliofizik dalıdır . Uzay hava ayrıdır ama kavramsal olarak karasal ilgili olan hava ait Dünya'nın atmosferi ( troposfer ve stratosfer ). Uzay havası terimi ilk olarak 1950'lerde kullanılmış ve 1990'larda yaygın kullanıma girmiştir.

Tarih

Yüzyıllar boyunca uzay havasının etkileri fark edildi ancak anlaşılamadı. Görüntüler auroral ışık uzun yüksek enlemlerde gözlenmiştir.

Yaratılış

1724'te George Graham , manyetik pusulanın iğnesinin her gün boyunca manyetik kuzeyden düzenli olarak saptığını bildirdi . Bu etki nihayetinde 1882'de Balfour Stewart tarafından iyonosfer ve manyetosferde akan üstten elektrik akımlarına bağlandı ve 1889'da Arthur Schuster tarafından manyetik gözlemevi verilerinin analizinden doğrulandı .

1852'de astronom ve İngiliz Tümgeneral Edward Sabine , Dünya'da manyetik fırtınaların meydana gelme olasılığının güneş lekelerinin sayısı ile ilişkili olduğunu göstererek yeni bir güneş-kara etkileşimi gösterdi. 1859'da, büyük bir manyetik fırtına , parlak aurora görüntülerine neden oldu ve küresel telgraf operasyonlarını kesintiye uğrattı . Richard Christopher Carrington , fırtınayı, bir gün önce büyük bir güneş lekesi grubunun yakınında gözlemlediği bir güneş patlamasıyla doğru bir şekilde bağladı ve belirli güneş olaylarının Dünya'yı etkileyebileceğini gösterdi.

Kristian Birkeland , laboratuvarında yapay aurora yaratarak aurora fiziğini açıkladı ve güneş rüzgarını öngördü.

Radyonun piyasaya sürülmesi, aşırı statik veya gürültü dönemlerinin meydana geldiğini ortaya çıkardı. 1942'de büyük bir güneş olayı sırasında şiddetli radar sıkışması , uzay havasının başka bir yönü olan güneş radyo patlamalarının (güneş patlaması tarafından oluşturulan geniş bir frekans aralığını kapsayan radyo dalgaları) keşfedilmesine yol açtı.

Yirminci yüzyıl

20. yüzyılda, askeri ve ticari sistemlerin uzay havasından etkilenen sistemlere bağımlı hale gelmesiyle uzay havasına olan ilgi arttı. İletişim uyduları , küresel ticaretin hayati bir parçasıdır. Hava durumu uydu sistemleri karasal hava durumu hakkında bilgi sağlar. Global Konumlandırma Sisteminin (GPS) uydularından gelen sinyaller çok çeşitli uygulamalarda kullanılmaktadır. Uzay hava olayları, bu uydulara müdahale edebilir veya bunlara zarar verebilir veya çalıştıkları radyo sinyallerine müdahale edebilir. Uzay hava olayları, uzun mesafeli iletim hatlarında zarar verici dalgalanmalara neden olabilir ve özellikle kutup rotalarında yolcuları ve uçak mürettebatını radyasyona maruz bırakabilir .

Uluslararası Jeofizik Yılı (IGY) uzay havası içine araştırmalar artmıştır. IGY sırasında elde edilen yere dayalı veriler , aurora'nın manyetik kutuplardan 15 ila 25 derece enlemde ve 5 ila 20 derece genişliğinde kalıcı bir lüminesans bölgesi olan bir auroral ovalde meydana geldiğini gösterdi . 1958'de Explorer I uydusu , Dünya'nın manyetik alanı tarafından hapsedilen radyasyon parçacıkları bölgeleri olan Van Allen kuşaklarını keşfetti . Ocak 1959'da Sovyet uydusu Luna 1 ilk olarak güneş rüzgarını doğrudan gözlemledi ve gücünü ölçtü. Daha küçük bir Uluslararası Heliofizik Yılı (IHY) 2007-2008'de gerçekleşti.

1969'da INJUN-5 (aka Explorer 40), güneş rüzgarı tarafından Dünya'nın yüksek enlemdeki iyonosferinde etkilenen elektrik alanının ilk doğrudan gözlemini yaptı. 1970'lerin başında, Triad verileri, auroral oval ve manyetosfer arasında kalıcı elektrik akımlarının aktığını gösterdi.

Uzay havası terimi 1950'lerin sonlarında uzay çağının başlaması ve uyduların uzay ortamını ölçmeye başlamasıyla kullanılmaya başlandı . Bu terim, uzayın insan sistemleri üzerindeki etkisinin daha koordineli bir araştırma ve uygulama çerçevesi gerektirdiği inancıyla birlikte 1990'larda yeniden popülerlik kazandı.

ABD Ulusal Uzay Hava Programı

ABD Ulusal Uzay Hava Durumu Programının amacı, etkilenen ticari ve askeri toplulukların ihtiyaçlarına yönelik araştırmalara odaklanmak, araştırma ve kullanıcı topluluklarını birbirine bağlamak, operasyonel veri merkezleri arasında koordinasyon oluşturmak ve kullanıcı topluluğu ihtiyaçlarını daha iyi tanımlamaktır. NOAA, Ulusal Hava Durumu Servisi'nin Uzay Hava Tahmin Merkezi'ni işletmektedir.

Konsept 2000 yılında eylem planına, 2002 yılında uygulama planına, 2006 yılında değerlendirmeye ve 2010 yılında revize stratejik plana dönüştürülmüştür. 2011 yılında revize edilmiş bir eylem planının, ardından 2012 yılında revize edilmiş bir uygulama planının yayınlanması planlanmıştır.

olaylar

Güneş Sistemi içinde , uzay havası güneş rüzgarından ve güneş rüzgar plazması tarafından taşınan gezegenler arası manyetik alandan (IMF) etkilenir . Jeomanyetik fırtınalar ve alt fırtınalar , Van Allen radyasyon kuşaklarının enerjilenmesi , iyonosferik rahatsızlıklar ve uydudan yere radyo sinyallerinin ve uzun menzilli radar sinyallerinin parıldaması , aurora ve jeomanyetik olarak indüklenen akımlar dahil olmak üzere çeşitli fiziksel fenomenler uzay havası ile ilişkilidir. Dünya yüzeyinde. Koronal kütle atımları (CME'ler), manyetosferi sıkıştırabildikleri ve jeomanyetik fırtınaları tetikleyebildikleri için uzay havasının önemli itici güçleridir. Koronal kütle atılımları veya güneş patlamaları tarafından hızlandırılan güneş enerjili parçacıklar (SEP) , uzay aracındaki elektronik aksamlara (örneğin Galaxy 15 arızası) zarar verebildiklerinden, insan etkisi uzay havasının kritik bir sürücüsü olan güneş parçacık olaylarını (SPE'ler) tetikleyebilir ve yaşamlarını tehdit edebilir. astronotların yanı sıra yüksek irtifa, yüksek enlem havacılığına radyasyon tehlikelerini arttırır.

Etkileri

uzay aracı elektroniği

GOES-11 ve GOES-12, Ekim 2003 güneş aktivitesi sırasında uzay hava koşullarını izledi.

Bazı uzay aracı arızaları, doğrudan uzay havasına atfedilebilir; birçoğunun uzay hava durumu bileşenine sahip olduğu düşünülmektedir. Örneğin, 2003 yılında rapor edilen 70 arızanın 46'sı, Ekim 2003 jeomanyetik fırtınası sırasında meydana geldi. Uzay aracı üzerindeki en yaygın iki olumsuz uzay havası etkisi, radyasyon hasarı ve uzay aracı şarjıdır .

Radyasyon (yüksek enerjili parçacıklar) uzay aracının dış yüzeyinden ve elektronik bileşenlere geçer. Çoğu durumda radyasyon, hatalı bir sinyale neden olur veya bir uzay aracının elektroniğinin belleğinde bir bit değiştirir ( tek olay bozulmaları ). Birkaç durumda, radyasyon elektronik aksamın bir bölümünü tahrip eder ( tek olay mandallaması ).

Uzay aracı şarjı, düşük enerjili parçacıklar tarafından uzay aracının yüzeyinde iletken olmayan bir malzeme üzerinde bir elektrostatik yükün birikmesidir . Yeterli şarj oluşursa, bir deşarj (kıvılcım) oluşur. Bu, uzay aracı bilgisayarı tarafından hatalı bir sinyalin algılanmasına ve harekete geçmesine neden olabilir. Yakın tarihli bir çalışma, uzay aracı şarjının, jeosenkron yörüngede uzay aracı üzerindeki baskın uzay hava durumu etkisi olduğunu göstermektedir .

Uzay aracı yörünge değişiklikleri

Alçak Dünya yörüngesindeki (LEO) uzay aracının yörüngeleri, uzay aracının yüzeyi ( yani sürükleme) ile Dünya atmosferinin dış tabakası (diğer adıyla termosfer ve ekzosfer) arasındaki sürtünmeden kaynaklanan direnç nedeniyle daha düşük ve daha alçak irtifalara doğru bozulur . Sonunda, bir LEO uzay aracı yörüngeden ve Dünya yüzeyine doğru düşer. Geçtiğimiz birkaç on yılda fırlatılan birçok uzay aracı, yörüngelerini yönetmek için küçük bir roket fırlatma yeteneğine sahiptir. Roket, ömrünü uzatmak, yeniden girişi belirli bir (deniz) bölgeye yönlendirmek veya diğer uzay araçlarıyla çarpışmayı önlemek için uyduyu yönlendirmek için rakımı artırabilir. Bu tür manevralar yörünge hakkında kesin bilgi gerektirir. Jeomanyetik bir fırtına, aksi takdirde bir yıl veya daha fazla sürede meydana gelecek olan birkaç gün içinde bir yörünge değişikliğine neden olabilir. Jeomanyetik fırtına, termosfere ısı ekleyerek termosferin genişlemesine ve yükselmesine neden olarak uzay aracının sürüklenmesini artırır. 2009 uydu çarpışması Iridium 33 ve Cosmos 2251 arasındaki yörüngede tüm nesnelerin hassas bilgiye sahip önemini gösterdi. Iridium 33, Cosmos 2251'in yolundan çıkma kabiliyetine sahipti ve güvenilir bir çarpışma tahmini mevcut olsaydı, kazadan kaçınabilirdi.

uzayda insanlar

Bir insan vücudunun iyonlaştırıcı radyasyona maruz kalması, radyasyon kaynağının tıbbi bir X-ray makinesi , bir nükleer enerji santrali veya uzaydaki radyasyon olması fark etmeksizin aynı zararlı etkilere sahiptir . Zararlı etkinin derecesi maruz kalma süresine ve radyasyonun enerji yoğunluğuna bağlıdır . Her zaman var olan radyasyon kemerleri , Uluslararası Uzay İstasyonu (ISS) ve Uzay Mekiği gibi mürettebatlı uzay araçlarının yüksekliğine kadar uzanır , ancak maruz kalma miktarı, normal koşullar altında kabul edilebilir ömür boyu maruz kalma sınırı içindedir . Bir SEP patlaması içeren büyük bir uzay hava olayı sırasında, akı büyüklük sırasına göre artabilir. ISS içindeki alanlar, toplam dozu güvenli sınırlar içinde tutabilen koruma sağlar. İçin uzay mekiği , böyle bir olay acil görev sonlandırma gerektirirdi.

Yer sistemleri

uzay aracı sinyalleri

İyonosfer, radyo dalgalarını bir yüzme havuzundaki suyun görünür ışığı bükmesiyle aynı şekilde büker. Bu tür dalgaların geçtiği ortam bozulduğunda, ışık görüntüsü veya radyo bilgisi bozulur ve tanınmaz hale gelebilir. Bir radyo dalgasının iyonosfer tarafından bozulma (parıldama) derecesi, sinyal frekansına bağlıdır. VHF bandındaki (30 ila 300 MHz) radyo sinyalleri, bozulmuş bir iyonosfer tarafından tanınmayacak şekilde bozulabilir. UHF bandındaki (300 MHz ila 3 GHz) radyo sinyalleri bozulmuş bir iyonosferden geçer, ancak bir alıcı taşıyıcı frekansına kilitli kalamayabilir. GPS, bozulmuş iyonosfer tarafından bozulabilen 1575,42 MHz (L1) ve 1227.6 MHz (L2)'de sinyaller kullanır. GPS sinyallerini bozan uzay hava olayları toplumu önemli ölçüde etkileyebilir. Örneğin , ABD Federal Havacılık İdaresi (FAA) tarafından işletilen Geniş Alan Büyütme Sistemi (WAAS) , Kuzey Amerika ticari havacılığı için bir navigasyon aracı olarak kullanılmaktadır. Her büyük uzay hava olayı tarafından devre dışı bırakılır. Kesintiler dakikalardan günlere kadar değişebilir. Büyük uzay hava olayları, bozulmuş kutup iyonosferini ekvatora doğru 10° ila 30° enlem arasında itebilir ve orta ve düşük enlemlerde büyük iyonosferik gradyanlara (yüzlerce km mesafede yoğunluktaki değişiklikler) neden olabilir. Bu faktörlerin her ikisi de GPS sinyallerini bozabilir.

Uzun mesafe radyo sinyalleri

HF bandındaki (3 ila 30 MHz) ( kısa dalga bandı olarak da bilinir) radyo dalgası iyonosfer tarafından yansıtılır. Yer aynı zamanda HF dalgalarını da yansıttığından, Dünya'nın eğriliği etrafında görüş hattının ötesinde bir sinyal iletilebilir. 20. yüzyılda, karadan veya bir baz istasyonundan uzaktaki bir gemi veya uçağın haberleşmesi için tek yöntem HF haberleşmesiydi. Iridium gibi sistemlerin ortaya çıkışı, diğer iletişim yöntemlerini getirdi, ancak HF, daha yeni ekipmanı taşımayan gemiler için ve diğerleri için kritik bir yedekleme sistemi olarak kritik olmaya devam ediyor. Uzay hava olayları iyonosferde HF sinyallerini yansıtmak yerine saçan ve HF iletişimini engelleyen düzensizlikler yaratabilir. Auroral ve kutup enlemlerinde, sıklıkla meydana gelen küçük uzay hava olayları HF iletişimini bozar. Orta enlemlerde, HF iletişimi, güneş radyo patlamaları, güneş patlamalarından (iyonosferik D-katmanını artıran ve bozan) X-ışınları ve büyük jeomanyetik fırtınalar sırasında TEC geliştirmeleri ve düzensizlikleri tarafından kesintiye uğrar.

Trans kutup havayolu rotaları , kısmen Federal Havacılık Düzenlemeleri tüm uçuş boyunca güvenilir iletişim gerektirdiğinden , uzay havasına karşı özellikle hassastır . Böyle bir uçuşu yönlendirmenin yaklaşık 100.000 dolara mal olduğu tahmin ediliyor.

26.000 fit (7.900 m) üzerinde uçan ticari uçaklardaki tüm yolcular, bu havacılık radyasyon ortamında tipik olarak bir miktar maruziyet yaşayacaklardır.

Ticari havacılıkta insanlar

Manyetosfer, kozmik ışın ve güneş enerjili parçacıkları kutup enlemlerine yönlendirirken, yüksek enerji yüklü parçacıklar mezosfer, stratosfer ve troposfere girer. Atmosferin tepesindeki bu enerjik parçacıklar, atmosferik atomları ve molekülleri parçalayarak atmosferin derinliklerine nüfuz eden ve ölçülebilir radyasyon oluşturan zararlı düşük enerjili parçacıklar yaratır. 8 km (26.200 fit) irtifanın üzerinde uçan tüm uçaklar bu parçacıklara maruz kalır. Doza maruz kalma, kutup bölgelerinde orta enlem ve ekvator bölgelerine göre daha fazladır. Birçok ticari uçak kutup bölgesi üzerinde uçar. Bir uzay hava olayı, radyasyona maruz kalmanın havacılık yetkilileri tarafından belirlenen güvenli seviyeyi aşmasına neden olduğunda, uçağın uçuş yolu yönlendirilir.

Atmosferik radyasyona maruz kalmanın en önemli, ancak pek olası olmayan sağlık sonuçları, uzun süreli maruziyet nedeniyle kanserden ölümü içerirken, yaşam tarzını bozan ve kariyeri etkileyen birçok kanser türü de ortaya çıkabilir. Bir kanser teşhisi, ticari bir pilot için önemli kariyer etkisine sahip olabilir. Bir kanser teşhisi, bir pilotu geçici veya kalıcı olarak görevlendirebilir. Bu istatistiksel riski azaltmak için Uluslararası Radyolojik Koruma Komisyonu'nun (ICRP) uluslararası yönergeleri geliştirilmiştir. ICRP , hamile olmayan, mesleki olarak maruz kalan kişiler için bir yılda 50 mSv'den fazla olmamak üzere 5 yıllık ortalama 20 mSv ve genel halk için yılda 1 mSv'lik etkili doz limitleri önermektedir . Radyasyon dozu limitleri mühendislik limitleri değildir. ABD'de, düzenleyici bir sınır olarak değil, kabul edilebilirliğin üst sınırı olarak kabul edilirler.

8 km'nin (26.000 ft) üzerindeki ticari uçak irtifalarında radyasyon ortamının ölçümleri, tarihsel olarak, verilerin daha sonra yerde işlendiği, gemide verileri kaydeden araçlarla yapılmıştır. Bununla birlikte, NASA'nın Havacılık ve Uzay Güvenliği için Otomatik Radyasyon Ölçümleri (ARMAS) programı aracılığıyla uçakta gerçek zamanlı radyasyon ölçümleri sistemi geliştirilmiştir. ARMAS , 2013'ten bu yana, çoğunlukla araştırma uçaklarıyla yüzlerce uçuş gerçekleştirdi ve verileri Iridium uydu bağlantıları aracılığıyla yere gönderdi. Bu tür ölçümlerin nihai amacı, verileri, örneğin, NASA'nın Nowcast of Atmospheric Ionizing Radiation System ( NAIRAS )'ı gibi fizik tabanlı küresel radyasyon modellerinde özümseyerek , klimatolojiden ziyade radyasyon ortamının hava durumunu temin etmektir.

Toprak kaynaklı elektrik alanları

Manyetik fırtına aktivitesi , Dünya'nın iletken litosferinde jeoelektrik alanları indükleyebilir . Karşılık gelen voltaj farkları, toprak bağlantıları yoluyla elektrik güç şebekelerine girmenin yolunu bulabilir, şebekenin çalışmasına müdahale eden kontrolsüz elektrik akımlarını sürdürebilir , trafolara zarar verebilir, koruma rölelerini açabilir ve bazen elektrik kesintilerine neden olabilir. Bu karmaşık nedenler ve etkiler zinciri, Kanada'daki Hydro-Québec elektrik şebekesinin tamamen çökmesine neden olan ve geçici olarak dokuz milyon insanı elektriksiz bırakan Mart 1989'daki manyetik fırtına sırasında gösterildi . Muhtemel daha da şiddetli bir fırtınanın ortaya çıkması, indüksiyon-tehlike risklerini azaltmaya yönelik operasyonel standartların oluşmasına yol açarken, reasürans şirketleri revize edilmiş risk değerlendirmeleri yaptırdı .

Jeofizik keşif

Hava ve gemi kaynaklı manyetik araştırmalar , jeomanyetik fırtınalar sırasında hızlı manyetik alan değişimlerinden etkilenebilir. Bu tür fırtınalar, veri yorumlama sorunlarına neden olur, çünkü uzay-hava ile ilgili manyetik alan değişiklikleri, araştırma alanındaki yüzey altı kabuk manyetik alanınınkilere benzer büyüklüktedir. Fırtına büyüklüğü ve süresinin değerlendirilmesini içeren doğru jeomanyetik fırtına uyarıları, araştırma ekipmanının ekonomik kullanımına olanak tanır.

Jeofizik ve hidrokarbon üretimi

Ekonomik ve diğer nedenlerle, petrol ve gaz üretimi genellikle tek bir kuyu başından kilometrelerce uzaktaki kuyu yollarının yatay olarak delinmesini içerir. Hedef boyutu - rezervuarlar yalnızca birkaç on ila yüzlerce metre arasında olabilir - ve diğer sondaj kuyularının yakınlığı nedeniyle güvenlik nedeniyle doğruluk gereksinimleri katıdır. En doğru jiroskopik yöntem, delmeyi saatlerce durdurabileceğinden pahalıdır. Bir alternatif, delme sırasında (MWD) ölçüm sağlayan manyetik bir anket kullanmaktır . Delme yönünü düzeltmek için gerçek zamanlıya yakın manyetik veriler kullanılabilir. Manyetik veriler ve uzay hava durumu tahminleri, bilinmeyen sondaj hatası kaynaklarını netleştirmeye yardımcı olabilir.

karasal hava

Alan hava fenomenlerden troposfer ve stratosfer giren enerji miktarı güneş önemsiz karşılaştırılır güneş ışınlarına güneş, elektromanyetik spektrumun görünür ve kızıl ötesi bölümler halinde. 11 yıllık güneş lekesi döngüsü ile Dünya'nın iklimi arasında bir bağlantı olduğu iddia edilmiş olsa da, bu hiçbir zaman doğrulanmadı. Örneğin, neredeyse güneş lekelerinden yoksun 70 yıllık bir dönem olan Maunder minimumunun , genellikle daha soğuk bir iklimle ilişkili olduğu öne sürülmüştür, ancak bu korelasyonlar daha derin araştırmalardan sonra ortadan kalkmıştır. Kozmik ışın akışındaki değişikliklerden önerilen bağlantı, bulut oluşum miktarında değişikliklere neden olur. bilimsel testlerden sağ çıkamadı. EUV akışındaki varyasyonların iklimin mevcut etkenlerini inceden inceye etkilediği ve El Niño / La Niña olayları arasındaki dengeyi değiştirdiği bir başka öneri . Yeni araştırmalar bunun mümkün olmadığını gösterdiğinde çöktü. Bu nedenle, uzay havası ve iklim arasında bir bağlantı gösterilememiştir.

Gözlem

Uzay havasının gözlemlenmesi hem bilimsel araştırmalar hem de uygulamalar için yapılır. Bilimsel gözlem, bilgi durumuyla birlikte gelişirken, uygulamayla ilgili gözlem, bu tür verilerden yararlanma yeteneği ile genişledi.

Yere dayalı

Uzay havası, Dünya'nın manyetik alanındaki saniyeler ila günler arasındaki değişiklikleri gözlemleyerek, Güneş'in yüzeyini gözlemleyerek ve Güneş'in atmosferinde yaratılan radyo gürültüsünü gözlemleyerek yer seviyesinde izlenir.

Güneş lekesi sayısı (SSN) sayısıdır güneş lekelerinin bir Dünya gözlemci tarafından görülebilir Güneşin tarafında görünür ışıkta Sun'ın fotosfer üzerinde. Güneş lekelerinin sayısı ve toplam alanı , güneş spektrumunun aşırı ultraviyole (EUV) ve X-ışını bölümlerindeki Güneş'in parlaklığı ve güneş patlamaları ve koronal kütle püskürmeleri (CME'ler) gibi güneş aktivitesi ile ilgilidir.

10,7 cm radyo akısı (F10.7) Güneş'ten gelen RF emisyonlarının bir ölçümüdür ve yaklaşık olarak güneş EUV akısı ile ilişkilidir. Bu RF emisyonu yerden kolayca elde edildiğinden ve EUV akısı olmadığından bu değer 1947'den beri sürekli olarak ölçülmekte ve yayılmaktadır. Dünya standartlarındaki ölçümler Penticton, BC, Kanada'daki Dominion Radio Astrophysical Observatory tarafından yapılmakta ve günde bir kez rapor edilmektedir. yerel öğle saatlerinde güneş akısı birimlerinde (10 −22 W·m −2 ·Hz -1 ). F10.7, Ulusal Jeofizik Veri Merkezi tarafından arşivlenir.

Temel uzay hava durumu izleme verileri, yer tabanlı manyetometreler ve manyetik gözlemevleri tarafından sağlanır. Manyetik fırtınalar ilk olarak, ara sıra manyetik bozulmanın zemine dayalı ölçümüyle keşfedildi. Yer manyetometre verileri, olay sonrası analiz için gerçek zamanlı durumsal farkındalık sağlar. Manyetik gözlemevleri, uzay klimatolojisindeki uzun vadeli değişikliklerle ilgili çalışmaları bilgilendirmek için veriler sağlayarak, onlarca yıldan yüzyıllara kadar sürekli operasyonlarda olmuştur.

Dst indeksi , jeosenkron yörüngede ve hemen dünyaya doğru olan bir elektrik akımı halkası nedeniyle Dünya'nın manyetik ekvatorundaki manyetik alan değişiminin bir tahminidir . Endeks, bir saatlik bir süre boyunca 21° ve 33° manyetik enlem arasındaki dört yer tabanlı manyetik gözlemevinden alınan verilere dayanmaktadır . Manyetik ekvatora yakın istasyonlar iyonosferik etkilerden dolayı kullanılmaz. Dst indeksi, Dünya Jeomanyetizma Veri Merkezi, Kyoto tarafından derlenmekte ve arşivlenmektedir.

Kp/ap İndeksi: 'a', 3 saatlik bir süre boyunca bir orta enlemdeki (40° ila 50° enlem) jeomanyetik gözlemevindeki jeomanyetik bozulmadan oluşturulan bir indekstir. 'K', 'a' indeksinin yarı logaritmik karşılığıdır. Kp ve ap, K'nin ortalamasıdır ve gezegen çapındaki jeomanyetik bozuklukları temsil eden 13'ün üzerinde jeomanyetik gözlemevidir. Kp/ap indeksi hem jeomanyetik fırtınaları hem de alt fırtınaları (auroral bozulma) gösterir. Kp/ap, 1932'den itibaren mevcuttur.

AE indeksi, auroral bölgelerin içindeki ve yakınındaki 12 jeomanyetik gözlemevindeki jeomanyetik bozulmalardan derlenir ve 1 dakikalık aralıklarla kaydedilir. Genel AE endeksi, uzay hava durumu uygulamaları için faydasını sınırlayan iki ila üç günlük bir gecikmeyle mevcuttur. AE indeksi, auroral bölgelerin gözlemevlerinden ekvatora doğru genişlediği büyük bir jeomanyetik fırtına dışında, jeomanyetik alt fırtınaların yoğunluğunu gösterir.

Radyo gürültü patlamaları, Radyo Güneş Teleskop Ağı tarafından ABD Hava Kuvvetleri'ne ve NOAA'ya bildiriliyor. Radyo patlamaları, ortamdaki güneş atmosferiyle etkileşime giren güneş patlaması plazması ile ilişkilidir.

Güneş'in fotosferi, güneş patlamalarının ve CME'lerin habercisi olabilecek aktivite için sürekli olarak gözlemlenir. Küresel Salınım Ağı Grubu (GONG) projesi, Güneş'te yayılan ve güneş yüzeyinde dalgalanmalar olarak gözlenen ses dalgalarının incelenmesi olan heliosismolojiyi kullanarak Güneş'in hem yüzeyini hem de içini izliyor . GONG, Güneş'in uzak tarafındaki güneş lekesi gruplarını tespit edebilir. Bu yetenek yakın zamanda STEREO uzay aracından yapılan görsel gözlemlerle doğrulandı .

Yerdeki nötron monitörleri , Güneş'ten ve galaktik kaynaklardan gelen kozmik ışınları dolaylı olarak izler . Kozmik ışınlar atmosferle etkileşime girdiğinde, daha düşük enerjili parçacıkların bir duşunun atmosfere ve yer seviyesine inmesine neden olan atomik etkileşimler meydana gelir. Dünyaya yakın uzay ortamındaki kozmik ışınların varlığı, yer seviyesindeki yüksek enerjili nötronları izleyerek tespit edilebilir. Küçük kozmik ışın akışları sürekli olarak mevcuttur. Enerjik güneş patlamaları ile ilgili olaylar sırasında Güneş tarafından büyük akılar üretilir.

Toplam Elektron İçeriği (TEC), belirli bir konum üzerindeki iyonosferin bir ölçüsüdür. TEC, iyonosferin tabanından (yaklaşık 90 km yükseklik) iyonosferin tepesine (yaklaşık 1000 km yükseklik) kadar bir metre karelik bir sütundaki elektron sayısıdır. Birçok TEC ölçümü, GPS uzay aracı tarafından iletilen iki frekansı izleyerek yapılır . Şu anda GPS TEC, birçok ülkede acenteler tarafından işletilen 360'tan fazla istasyondan gerçek zamanlı olarak izlenmekte ve dağıtılmaktadır.

Jeo-etkililik, uzayın koronal kütle püskürmeleri gibi manyetik alanların, Dünya'nın manyetik alanıyla ne kadar güçlü bir şekilde çiftleştiğinin bir ölçüsüdür. Bu, Güneş'ten kaynaklanan plazma içinde tutulan manyetik alanın yönü ile belirlenir. Alan yönünü ölçmek için radyo dalgalarında Faraday Rotasyonunu ölçen yeni teknikler geliştirilmektedir.

uydu tabanlı

Bir dizi araştırma uzay aracı, uzay havasını araştırdı. Orbiting Jeofizik Gözlemevi serisi uzay ortamını analiz misyonuyla ilk uzay aracı arasında yer aldı. Son uzay aracı, 2006'da güneş yörüngesine fırlatılan NASA-ESA Güneş-Karasal İlişkiler Gözlemevi (STEREO) çifti uzay aracını ve 2012'de oldukça eliptik bir Dünya yörüngesine fırlatılan Van Allen Sondalarını içerir . İki STEREO uzay aracı yılda yaklaşık 22° Dünya'dan uzaklaşıyor, biri yörüngesinde Dünya'yı takip ediyor, diğeri de Dünya'yı takip ediyor. Birlikte güneş yüzeyi ve atmosferle ilgili bilgileri üç boyutlu olarak derlerler. Van Allen sondaları, radyasyon kuşakları, jeomanyetik fırtınalar ve ikisi arasındaki ilişki hakkında ayrıntılı bilgi kaydeder.

Diğer birincil görevleri olan bazı uzay araçları, güneş gözlemi için yardımcı araçlar taşıdı. Bu tür en eski uzay araçları arasında, modern Geostationary Operasyonel Çevre Uydusu (GOES) hava uydusunun ve birçok iletişim uydusunun öncüsü olan GEO'daki Uygulamalar Teknoloji Uydusu (ATS) serisi vardı . ATS uzay aracı, çevresel parçacık sensörlerini yardımcı yükler olarak taşıdı ve çevreyi algılamak için kullanılan seyir manyetik alan sensörlerine sahipti.

İlk araçların çoğu, uzay hava durumu uygulamaları için yeniden amaçlanan araştırma uzay araçlarıydı. Bunlardan ilki IMP-8 (Gezegenler Arası İzleme Platformu) idi. Dünya'yı 35 Dünya yarıçapında yörüngeye oturttu ve 1973'ten 2006'ya kadar 12 günlük yörüngelerinin üçte ikisi için güneş rüzgarını gözlemledi. Güneş rüzgarı manyetosfer ve iyonosferi etkileyen rahatsızlıklar taşıdığından, IMP-8 sürekli güneş enerjisinin faydasını gösterdi. rüzgar izleme. IMP-8 izledi ISEE-3 , yakın yerleştirilmiştir L 1 güneş - Toprak Lagrange noktası , yüzey üzerinde 235 Toprak yarıçapları (1.5 milyon km veya 924.000 mil kadar) ilave edilmekte ve 1978, 1982 güneş rüzgar izlenir. L 1 noktasında güneş rüzgarını izleyen bir sonraki uzay aracı , 1994'ten 1998'e kadar WIND idi . Nisan 1998'den sonra, WIND uzay aracı yörüngesi, Dünya'nın çevresini dolaşmak ve bazen L 1 noktasını geçmek için değiştirildi . NASA Gelişmiş Kompozisyon Gezgini (ACE), 1997'den günümüze güneş rüzgarını L 1 noktasında izlemiştir .

Güneş rüzgarını izlemeye ek olarak, Güneş'i izlemek uzay havası için önemlidir. Güneş EUV'si yerden izlenemediğinden, ortak NASA - ESA Solar ve Heliospheric Observatory (SOHO) uzay aracı fırlatıldı ve 1995'ten başlayarak güneş EUV görüntüleri sağladı. SOHO, her ikisi için de neredeyse gerçek zamanlı güneş verilerinin ana kaynağıdır. araştırma ve uzay hava durumu tahmini ve STEREO görevine ilham verdi . Yohkoh LEO de uzay aracı güneş tayfının röntgen bölümünde 2001 1991 Sun gözlenen ve her iki araştırma ve uzay hava tahmini için faydalı oldu. Yohkoh'tan gelen veriler, GOES'taki Solar X-ray Görüntüleyiciye ilham verdi .

GOES-7, Ekim 1989 güneş aktivitesi sırasındaki uzay hava koşullarını izler ve bir Forbush Azalması, Yer Seviyesi Geliştirmeleri ve birçok uydu anomalisi ile sonuçlanır.

Birincil amacı uzay hava durumu tahminleri ve uygulamaları için veri sağlamak olan araçlara sahip uzay aracı, Geostationary Operasyonel Çevresel Uydu (GOES) uzay aracı serisini, POES serisini, DMSP serisini ve Meteosat serisini içerir. GOES uzay aracı, 1974'ten beri tüm güneş diskinden gelen akışı iki bantta - 0,05 ila 0,4 nm ve 0,1 ila 0,8 nm - ölçen bir X-ışını sensörü (XRS), 2004'ten beri bir X-ışını görüntüleyici (SXI) taşıdı, uzay havası nedeniyle Dünya'nın manyetik alanındaki bozulmaları ölçen bir manyetometre, 2004'ten beri tüm disk EUV sensörü ve 50 keV ila 500 MeV enerji aralığındaki iyonları ve elektronları ölçen parçacık sensörleri (EPS/HEPAD). 2015'ten bir süre sonra başlayarak, GOES uzay aracının GOES-R nesli, SXI'yi SOHO ve STEREO'dakine benzer bir güneş EUV görüntüsü (SUVI) ile değiştirecek ve parçacık sensörü, enerji aralığını aşağı doğru genişletmek için bir bileşenle güçlendirilecektir. 30 eV.

Derin Uzay İklim Gözlemevi (DSCOVR) uydusu olan NOAA Özellikleri arasında Şubat 2015 yılında başlatılan bu Dünya gözlem ve uzay hava uydu koronal kütle fırlatılması avans uyarıdır.

Modeller

Uzay hava durumu modelleri, uzay hava ortamının simülasyonlarıdır. Modeller, fiziksel süreçleri tanımlamak için matematiksel denklem kümelerini kullanır.

Bu modeller sınırlı bir veri seti alır ve uzay havası ortamının tamamını veya bir kısmını tanımlamaya veya havanın zaman içinde nasıl geliştiğini tahmin etmeye çalışır. İlk modeller buluşsaldı; yani , doğrudan fizik kullanmadılar. Bu modeller, daha sofistike torunlarından daha az kaynak alır.

Daha sonraki modeller, mümkün olduğu kadar çok fenomeni hesaba katmak için fiziği kullanır. Hiçbir model, Güneş'in yüzeyinden Dünya'nın iyonosferinin dibine kadar olan çevreyi henüz güvenilir bir şekilde tahmin edemez. Uzay hava modelleri, meteorolojik modellerden girdi miktarının çok daha küçük olması bakımından farklılık gösterir.

Son yirmi yılda uzay hava modeli araştırma ve geliştirmesinin önemli bir kısmı , Ulusal Bilim Vakfı'nın Geospace Çevresel Modeli (GEM) programının bir parçası olarak yapılmıştır . İki büyük modelleme merkezi, Uzay Ortamı Modelleme Merkezi (CSEM) ve Entegre Uzay hava durumu Modelleme Merkezi (CISM)'dir. Toplum Koordineli Modelleme Merkezi NASA de (KTMM) Goddard Uzay Uçuş Merkezi'nden gelişimini koordine ve iyileştirilmesi ve uzay hava tahmini ve uygulamada kullanmak için modeller hazırlamak için, araştırma modellerinin test etmek için bir tesistir.

Modelleme teknikleri, (a) ortamın bir akışkan olarak ele alındığı manyetohidrodinamik , (b) hücre içindeki akışkan olmayan etkileşimlerin bir hücre içinde ele alındığı ve daha sonra hücrelerin çevreyi tanımlamak için bağlandığı, (c) önce fiziksel süreçlerin birbiriyle dengede (veya dengede) olduğu ilkeler, (d) istatistiksel veya ampirik bir ilişkinin tanımlandığı yarı statik modelleme veya birden çok yöntemin bir kombinasyonu.

Ticari alan hava durumu geliştirme

21. yüzyılın ilk on yılında, uzay havası ile uğraşan, ajans, akademi, ticaret ve tüketici sektörlerine hizmet veren bir ticari sektör ortaya çıktı. Uzay hava durumu sağlayıcıları genellikle daha küçük şirketler veya daha büyük bir şirket içindeki küçük bölümlerdir ve uzay hava durumu verileri, modeller, türev ürünler ve hizmet dağıtımı sağlar.

Ticari sektör, bilimsel ve mühendislik araştırmacılarının yanı sıra kullanıcıları da içerir. Faaliyetler öncelikle uzay havasının teknoloji üzerindeki etkilerine yöneliktir. Bunlar, örneğin:

  • Güneş UV, FUV, Lyman-alfa , EUV , XUV , X-ışını ve gama ışını fotonlarının yanı sıra yüksek enlemlerde yüklü parçacık çökeltme ve Joule ısıtmasından termosfere enerji girişlerinin neden olduğu LEO uyduları üzerindeki atmosferik sürüklenme ;
  • LEO'dan GEO'ya uydular üzerinde deşarjlar, tek olaylı bozulmalar ve mandallanma gibi etkilere yol açan, artan enerjili parçacık akışlarından kaynaklanan yüzey ve iç yükleme;
  • İyonosferik sintilasyonun neden olduğu bozulmuş GPS sinyalleri, havacılığın Geniş Alan Büyütme Sistemi (WAAS) gibi navigasyon sistemlerinde belirsizliğin artmasına neden olur ;
  • İyonosfer sintilasyonu, güneş patlamaları ve jeomanyetik fırtınalar nedeniyle kayıp HF, UHF ve L-bant radyo iletişimi;
  • Özellikle büyük güneş patlamaları sırasında galaktik kozmik ışınlardan SEP'ten insan dokusuna ve aviyoniklere artan radyasyon ve 8 km'nin üzerindeki irtifalarda radyasyon kuşağı enerjik elektronlarının çökeltilmesiyle üretilen muhtemelen bremsstrahlung gama ışınları;
  • Jeomanyetik fırtınalar tarafından bozulduğunda Dünya'nın ana manyetik alanını kullanan araştırma ve petrol/gaz araştırmalarında artan yanlışlık;
  • Büyük jeomanyetik fırtınalar sırasında elektrik şebekesindeki GIC dalgalanmalarından ve trafo kapanmalarından kaynaklanan güç iletimi kaybı.

Bu rahatsızlıkların çoğu, ulusal GSYİH'nın önemli bir bölümünü oluşturan toplumsal etkilere neden olur.

Ticari uzay havasını teşvik etme kavramı ilk olarak 2015 yılında Amerikan Ticari Uzay Hava Durumu Derneği (ACSWA) tarafından tartışılan bir Uzay Havası Ekonomik Yenilik Bölgesi fikriyle önerildi. Bu ekonomik yenilik bölgesinin kurulması, yönetmek için uygulamalar geliştiren genişletilmiş ekonomik faaliyetleri teşvik edecektir. uzay havası riskleri ve üniversiteler tarafından uzay havası ile ilgili daha geniş araştırma faaliyetlerini teşvik edecektir. ABD'nin uzay hava hizmetleri ve ürünlerine yatırım yapmasını teşvik edebilir. Uygun bir hükümet kapasitesinin önceden mevcut olmadığı yerlerde ABD yapımı ticari donanım, yazılım ve ilgili ürün ve hizmetlerin ABD hükümetinden satın alınmasını gerektirerek uzay hava durumu hizmetlerinde ve ürünlerinde ABD ticari inovasyonunun desteklenmesini teşvik etti. Aynı zamanda ABD yapımı ticari donanım, yazılım ve ilgili ürün ve hizmetlerin uluslararası ortaklara satışını da teşvik etti. ABD yapımı ticari donanım, hizmetler ve ürünleri “Uzay Hava Durumu Ekonomik İnovasyon Bölgesi” faaliyetleri olarak belirlemek; Son olarak, ABD yapımı ticari donanım, hizmetler ve ürünlerin, ajans raporlarında Space Weather Ekonomik Yenilik Bölgesi katkıları olarak izlenmesini tavsiye etti. 2015'te ABD Kongresi faturası HR1561, bir Uzay Havası Ekonomik İnovasyon Bölgesi'nden kaynaklanan sosyal ve çevresel etkilerin geniş kapsamlı olabileceği zemini sağladı. 2016 yılında, bu mirasın üzerine inşa etmek için Uzay Hava Durumu Araştırma ve Tahmin Yasası (S. 2817) tanıtıldı. Daha sonra, 2017-2018'de HR3086 Yasası, OSTP sponsorluğundaki Uzay Hava Eylem Programının (SWAP) bir parçası olarak paralel ajans çalışmalarından elde edilen materyalin genişliğini içeren bu kavramları aldı ve iki meclisli ve iki taraflı destekle 116. Kongre (2019) Uzay Hava Koordinasyon Yasası'nın (S141, 115. Kongre) geçişi göz önüne alındığında.

Amerikan Ticari Uzay Hava Durumu Derneği

29 Nisan 2010'da, ticari uzay hava durumu topluluğu, bir endüstri derneği olan American Commercial Space Weather Association'ı ( ACSWA ) kurdu . ACSWA, ulusal altyapı, ekonomik güç ve ulusal güvenlik için uzay havası riskinin azaltılmasını teşvik eder. Şunları amaçlamaktadır:

  • teknolojiye yönelik riskleri azaltmaya yardımcı olmak için kaliteli uzay hava durumu verileri ve hizmetleri sağlamak;
  • devlet kurumlarına danışmanlık hizmetleri sağlamak;
  • ticari sağlayıcılar ve devlet kurumları arasındaki en iyi görev bölümü konusunda rehberlik sağlamak;
  • ticari sağlayıcıların çıkarlarını temsil eder;
  • ulusal ve uluslararası arenada ticari yetenekleri temsil eder;
  • en iyi uygulamaları geliştirin.

Dernek tarafından sağlanan uzay havasındaki geniş teknik yeteneklerin bir özeti, http://www.acswa.us web sitesinde bulunabilir .

Önemli olaylar

  • 21 Aralık 1806'da Alexander von Humboldt , parlak bir aurora olayı sırasında pusulasının düzensizleştiğini gözlemledi.
  • 1859 Solar fırtına (Carrington Olayı) telgraf hizmetinin yaygın bozulmaya neden olmuştur.
  • 17 Kasım Aurora, 1882 telgraf hizmeti kesintiye.
  • En büyük jeomanyetik fırtınalardan biri olan Mayıs 1921 jeomanyetik fırtınası , dünya çapında telgraf hizmetini bozdu ve elektrikli ekipmanlara zarar verdi.
  • Ağustos 1972 Güneş fırtınası , geniş Eylül olayı meydana geldi. Astronotlar o sırada uzayda olsaydı, doz hayati tehlike oluşturabilirdi.
  • Mart 1989 jeomanyetik fırtına birden uzay hava etkileri şunlardır: Eylül, CME, Forbush azalma, yer seviyesindeki geliştirme, jeomanyetik fırtına, vb ..
  • 2000 Bastille Günü etkinliği , olağanüstü parlak aurora ile aynı zamana denk geldi.
  • 21 Nisan 2002, Nozomi Mars Sondası, büyük ölçekli bir arızaya neden olan büyük bir SEP olayı tarafından vuruldu. Zaten programın yaklaşık 3 yıl gerisinde olan misyon, Aralık 2003'te terk edildi.

Ayrıca bakınız

Notlar

bibliyografya

daha fazla okuma

  • Ruffenach, A., 2018, "Dayanıklı Birleşik Krallık Enerji Altyapısını Etkinleştirme: Doğal Tehlike Karakterizasyonu Teknik Hacimler ve Vaka Çalışmaları, Cilt 10 - Uzay Hava Durumu"; IMechE, IChemE.
  • Clark, TDG ve E. Clarke, 2001. Açık deniz sondaj endüstrisi için uzay hava durumu hizmetleri . Uzayda Hava Çalıştayı: Geleceğe Bakış Avrupa Uzay Hava Programı . ESTEC, ESA WPP-194.
  • Carlowicz, MJ ve RE Lopez, 2002, Güneşten Gelen Fırtınalar , Joseph Henry Press, Washington DC, ISBN  0-309-07642-0 .
  • Reay, SJ, W. Allen, O. Baillie, J. Bowe, E. Clarke, V. Lesur, S. Macmillan, 2005. Kuzey Denizi'nde sondaj doğruluğu üzerinde uzay hava etkileri . Annales Geophysicae, Cilt. 23, s. 3081–3088.
  • Odenwald, S. 2006, 23. Döngü; Fırtınalı bir yıldızla yaşamayı öğrenmek , Columbia University Press, ISBN  0-231-12078-8 .
  • Bothmer, V.; Dağlıs, I., 2006, Uzay Hava Durumu: Fizik ve Etkiler , Springer-Verlag New York, ISBN  3-642-06289-X .
  • Gombosi, Tamas I., Houghton, John T. ve Dessler, Alexander J., (Editörler), 2006, Physics of the Space Environment , Cambridge University Press, ISBN  978-0-521-60768-1 .
  • Daglis, IA (Editör), 2001, Space Storms and Space Weather Hazards , Springer-Verlag New York, ISBN  1-4020-0031-6 .
  • Song, P., Singer, H. ve Siscoe, G. , (Editörler), 2001, Space Weather ( Jeophysical Monograph) , Union, Washington, DC, ISBN  0-87590-984-1 .
  • Freeman, John W., 2001, Uzayda Fırtınalar , Cambridge University Press, Cambridge, İngiltere, ISBN  0-521-66038-6 .
  • Güçlü, Keith; J. Saba; T. Kucera (2012). "Uzay Havasını Anlamak: Değişken Bir Yıldız Olarak Güneş". Boğa. NS. Meteorol. Soc . 93 (9): 1327–35. Bibcode : 2012BAMS...93.1327S . doi : 10.1175/BAMS-D-11-00179,1 . hdl : 2060/20120002541 .
  • Güçlü, Keith; JT Schmelz; JLR Saba; TA Kucera (2017). "Uzay Havasını Anlamak: Bölüm II: Şiddetli Güneş". Boğa. NS. Meteorol. Soc . 98 (11): 2387-96. Bibcode : 2017BAMS...98.2387S . doi : 10.1175/BAMS-D-16-0191.1 .
  • Güçlü, Keith; N. Viall; J. Schmelz; J. Saba (2017). "Uzay Havasını Anlamak: Güneşin Etki Alanı". Boğa. NS. Meteorol. Soc . 98 (12): 2593. Bibcode : 2017BAMS...98.2593S . doi : 10.1175/BAMS-D-16-0204.1 .

Dış bağlantılar

Gerçek zamanlı uzay hava tahmini

Diğer bağlantılar