В прошлом месяце мощная солнечная буря озарила небо северного полушария, вызвав яркие полярные сияния, видимые даже в некоторых частях северных Соединённых Штатов.
Однако захватывающее световое шоу было не единственным последствием. Серьёзная геомагнитная буря, спровоцированная выбросом корональной массы на Солнце, направила волны заряженных частиц к Земле, нарушив работу спутников, исказив сигналы GPS и создав нагрузку на участки энергосистемы. Это событие стало ярким напоминанием о том, что космическая погода — это не только зрелище, но и растущая угроза национальной безопасности.
В Университете Флориды физик-космист Алисия Петерсен, доктор философии, работает над решениями, которые могли бы защитить страну от следующей крупной солнечной бури.
«По мере того как наше общество становится всё более зависимым от космических технологий — от сельского хозяйства и авиации до обороны и реагирования на бедствия — понимание космической погоды становится не просто желательным, а необходимым», — сказала Петерсен, доцент кафедры машиностроения и аэрокосмической инженерии Университета Флориды и ключевой член Института космических исследований Астраeus Университета Флориды.
Лаборатория Петерсен под названием Space Weather Impacts, Forecasting and Transit (SWIFT) занимается моделированием солнечных энергичных частиц и их воздействия на космические аппараты и космическую инфраструктуру, такую как системы связи.
Работа группы Петерсен — лишь малая часть растущих федеральных усилий, в которых участвуют NASA, NOAA и Космические силы США, по реагированию на изменения в космической среде и созданию более точных систем прогнозирования. Важность этих усилий подчёркивается нарастающей интенсивностью текущего солнечного цикла.
«Мы только что миновали пик текущего солнечного цикла, — сказала Петерсен. — Интенсивная солнечная активность всё ещё продолжается, и в этом цикле всё ещё возможны проявления экстремальной космической погоды».
Группа Петерсен — единственная специализированная исследовательская группа по космической погоде в Университете Флориды. Их работа сосредоточена на моделировании внутренней области гелиосферы — огромного пространства между Землёй и Солнцем — чтобы понять, как солнечные энергичные частицы распространяются по ней и взаимодействуют со спутниками.
Они также надеются создать плазменную камеру для моделирования локального воздействия космической погоды на космическое оборудование и сотрудничают с инженерами автономных систем управления для разработки будущей возможности автономно реагировать на угрозы космической погоды в режиме реального времени.
«Мы моделируем движение этих частиц и то, как системы космических аппаратов могут реагировать на орбите, — сказала Петерсен. — Делая это, мы можем лучше подготовиться к сбоям или даже разработать операции и системы, которые будут более устойчивы к этим событиям».
Солнечные вспышки и выбросы корональной массы, часто описываемые как «солнечные бури», могут высвобождать энергию, эквивалентную миллиардам ядерных бомб. Вспышки распространяются со скоростью света, а выбросы корональной массы — сотни миль в секунду. Хотя они могут создавать потрясающие полярные сияния, они также представляют серьёзную угрозу для систем обороны, гражданской инфраструктуры и мировой экономики.
«Мы уже видели, на что способны солнечные бури, — сказала Петерсен. — «Хэллоуинские бури» 2003 года затронули более половины всех спутников на орбите в то время. И мы знаем, что Солнце способно на ещё более экстремальные события».
Министерство обороны США всё больше внимания уделяет космической погоде как важнейшей проблеме национальной безопасности. Солнечные бури могут нарушить спутниковую связь, навигацию GPS, радиолокационные системы и энергетическую инфраструктуру, которые имеют решающее значение для военных операций и национальной обороны.
Всего несколько недель назад, 15 июня, вся Северная Америка была охвачена кратковременным отключением коротковолнового радио, вызванным космической погодой. Хотя коммерческие радиооператоры работали на более высокой частоте, эта солнечная вспышка действительно вызвала потерю сигнала, затронувшую радиолюбителей по всей стране.
По мере роста зависимости военных от космических активов растёт и потребность в точном прогнозировании солнечной активности. Министерство обороны сотрудничает с такими агентствами, как NASA, NOAA и Национальный научный фонд, для поддержки исследований, улучшающих прогнозирование космической погоды, включая работу в университетах, таких как Университет Флориды. Прогнозирование космической погоды теперь рассматривается не только как научная задача, но и как стратегическая необходимость для защиты систем обороны и инфраструктуры от разрушительных солнечных событий.
Работа Петерсен напрямую связана с национальными усилиями, возглавляемыми Центром прогнозирования космической погоды NOAA, который имеет общедоступную панель управления для отслеживания космической погоды в режиме реального времени.
«Мы занимаемся не только академическими вопросами. Мы помогаем создавать системы, которые защищают электросети, обеспечивают безопасное воздушное путешествие и поддерживают работу спутников — всё то, от чего зависит современная жизнь», — сказала Петерсен.