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Em 4 de fevereiro de 2022, a SpaceX lançou 49 satélites como parte do projeto de web Starlink de Elon Musk, a maioria queimou na atmosfera dias depois. A causa disso mais de US$ 50 milhões falha foi uma tempestade geomagnética causada pelo Sol.
As tempestades geomagnéticas ocorrem quando o clima espacial atinge e interage com a Terra. O clima espacial é causado por flutuações dentro do Sol que lançam elétrons, prótons e outras partículas no espaço. Ecu estudo os perigos que o clima espacial representa para ativos baseados no espaço e como os cientistas podem melhorar os modelos e a previsão do clima espacial para se proteger contra esses perigos.
Quando o clima espacial atinge a Terra, desencadeia muitos processos complicados que podem causar muitos problemas para qualquer coisa em órbita. E engenheiros como ecu estão trabalhando para entender melhor esses riscos e defender os satélites contra eles.
O que causa o clima espacial?
O Sol está sempre liberando uma quantidade constante de partículas carregadas no espaço. Isso é chamado de vento sun. O vento sun também carrega consigo o campo magnético sun. Às vezes, flutuações localizadas no Sol lançar rajadas extraordinariamente fortes de partículas em uma direção específica. Se a Terra estiver no caminho do vento sun aprimorado gerado por um desses eventos e for atingida, você terá uma tempestade geomagnética.
As duas causas mais comuns de tempestades geomagnéticas são ejeções de massa coronal – explosões de plasma da superfície do Sol – e vento sun que escapa através de buracos coronais – manchas de baixa densidade na atmosfera externa do Sol.
A velocidade com que o plasma ejetado ou vento sun chega à Terra é um fator importante – quanto mais rápida a velocidade, mais specialty a tempestade geomagnética. Normalmente, vento sun viaja a cerca de 900.000 mph (1,4 milhões de km/h). Mas fortes eventos solares podem liberar ventos até cinco vezes mais rápidos.
A tempestade geomagnética mais specialty já registrada foi causada por um ejeção de massa coronal em setembro de 1859. Quando a massa de partículas atingiu a Terra, elas causaram surtos elétricos nas linhas telegráficas que chocaram os operadores e, em alguns casos extremos, realmente incendiar instrumentos de telégrafo. Pesquisas sugerem que, se uma tempestade geomagnética dessa magnitude atingisse a Terra hoje, causaria aproximadamente US$ 2 trilhões em danos.
Um escudo magnético
As emissões do Sol, incluindo o vento sun, seriam incrivelmente perigosas para qualquer forma de vida que tivesse o azar de ser exposta diretamente a elas. Felizmente, o campo magnético da Terra faz muito para proteger a humanidade.
A primeira coisa que o vento sun atinge quando se aproxima da Terra é a magnetosfera. Esta região ao redor da atmosfera da Terra é preenchida com plasma feito de elétrons e íons. É dominado pelo specialty campo magnético do planeta. Quando o vento sun atinge a magnetosfera, ele transfere massa, energia e momento para essa camada.
A magnetosfera pode absorver a maior parte da energia do nível diário do vento sun. Mas durante fortes tempestades, ele pode ficar sobrecarregado e transferir o excesso de energia para as camadas superiores da atmosfera da Terra perto dos pólos. Esse redirecionamento de energia para os pólos é o que resulta em eventos fantásticos da auroramas também causa mudanças na atmosfera awesome que podem prejudicar os ativos espaciais.
Perigos para o que está em órbita
Existem algumas maneiras diferentes pelas quais as tempestades geomagnéticas ameaçam os satélites em órbita que atendem as pessoas no solo diariamente.
Quando a atmosfera absorve a energia das tempestades magnéticas, ela se aquece e se expande para cima. este expansão aumenta significativamente a densidade da termosfera, a camada da atmosfera que se estende de cerca de 50 milhas (80 quilômetros) a cerca de 600 milhas (1.000 km) acima da superfície da Terra. Maior densidade significa mais arrasto, o que pode ser um problema para os satélites.
Esta situação é exatamente o que levou ao desaparecimento dos satélites SpaceX Starlink em fevereiro. Os satélites Starlink são lançado por foguetes Falcon 9 em uma órbita de baixa altitude, normalmente em algum lugar entre 60 e 120 milhas (100 e 200 km) acima da superfície da Terra. Os satélites então usam motores a bordo para superar lentamente a força de arrasto e se elevar até sua altitude ultimate de aproximadamente 350 milhas (550 km).
O último lote de satélites Starlink encontrou uma tempestade geomagnética ainda em órbita terrestre muito baixa. Seus motores não conseguiram superar o arrasto significativamente aumentadoe os satélites começaram a cair lentamente em direção à Terra e eventualmente queimaram na atmosfera.
O arrasto é apenas um perigo que o clima espacial representa para os ativos baseados no espaço. O aumento significativo de elétrons de alta energia dentro da magnetosfera durante fortes tempestades geomagnéticas significa que mais elétrons penetrarão na blindagem de uma espaçonave e se acumularão em seus componentes eletrônicos. Esse acúmulo de elétrons pode descarga no que é basicamente um pequeno relâmpago e danificar a eletrônica.
Radiação penetrante ou partículas carregadas na magnetosfera – mesmo durante tempestades geomagnéticas leves – também podem alterar o sinal de saída de dispositivos eletrônicos. Esse fenômeno pode causar erros em qualquer parte do sistema eletrônico de uma espaçonave e, se o erro ocorrer em algo crítico, todo o satélite pode falhar. Pequenos erros são comuns e geralmente corrigíveis, mas falhas totais, embora raras, acontecem.
Finalmente, as tempestades geomagnéticas podem interromper a capacidade dos satélites de se comunicarem com a Terra usando ondas de rádio. Muitas tecnologias de comunicação, como GPS, por exemplo, confiar em ondas de rádio. A atmosfera sempre distorce as ondas de rádio em alguma quantidade , então os engenheiros corrigem essa distorção ao construir sistemas de comunicação. Mas durante tempestades geomagnéticas, mudanças na ionosfera – o equivalente carregado da termosfera que abrange aproximadamente a mesma faixa de altitude – mudarão a forma como as ondas de rádio viajam por ela. As calibrações em vigor para uma atmosfera silenciosa tornam-se erradas durante tempestades geomagnéticas.
Isso, por exemplo, dificulta o bloqueio de sinais de GPS e pode jogar fora o posicionamento por alguns metros. Para muitas indústrias – aviação, marítima, robótica, transporte, agricultura, militar e outras – erros de posicionamento GPS de alguns metros simplesmente não são sustentáveis. Os sistemas de direção autônomos também exigirão um posicionamento preciso.
Como se proteger do clima espacial
Os satélites são extremamente importantes para o funcionamento de grande parte do mundo moderno, e proteger os ativos espaciais do clima espacial é uma importante área de pesquisa.
Alguns dos riscos podem ser minimizados blindagem de eletrônicos contra radiação ou desenvolvimento de materiais que são mais resistentes à radiação. Mas há tanta blindagem que pode ser feita em face de um poderosa tempestade geomagnética.
A capacidade de prever com precisão as tempestades tornaria possível proteger preventivamente os satélites e outros ativos até certo ponto, desligando eletrônicos sensíveis ou reorientando os satélites para serem mais bem protegidos. Mas, embora a modelagem e a previsão de tempestades geomagnéticas tenham melhorado significativamente nos últimos anos, as projeções geralmente estão erradas. A Administração Nacional Oceânica e Atmosférica havia alertado que, após uma ejeção de massa coronal, um tempestade geomagnética technology “provável” de ocorrer no dia anterior ou no dia do lançamento do Starlink em fevereiro. A missão foi em frente de qualquer maneira.
O Sol é como uma criança que muitas vezes faz birras. É essencial para a vida continuar, mas sua disposição em constante mudança torna as coisas desafiadoras.
Artigo de Piyush MehtaProfessor Assistente de Engenharia Mecânica e Aeroespacial, Universidade da Virgínia Ocidental
Este artigo é republicado de A conversa sob uma licença Ingenious Commons. Leia o artigo authentic.
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