Космос. Подробная погода

Относительно недавно многие ученые считали, что Земля окружена пустым пространством - вакуумом, но запуск первых спутников в конце 1950-х изменил наши представления. Теперь мы знаем - космос заполнен осколками кометного вещества; вечно изменяющимся, дующим со скоростью миллионы километров в час солнечным ветром; радиационными поясами и авроральными токовыми струями. Солнечные вспышки и корональные выбросы ухудшают радиосвязь и могут разрушить энергетические сети на Земле. Доза радиационного облучения для космонавтов и вероятность повреждения космических кораблей в космосе могут быть слишком велики.

Космическая погода - относительно молодая область науки, изучающая влияние солнечных явлений на Землю. Ученые работающие в этой области пытаются прогнозировать солнечные вспышки и корональные выбросы, геомагнитные бури и другие явления связанные с воздействием Космоса на Землю.

Изображения Солнца в реальном времени

получены с борта спутника SDO и обновляются каждые 5 минут

Изображение солнечной атмосферы в длинне волны AIA: 335Åf | Fe  XVI active-region corona	Изображение солнечной атмосферы в длинне волны AIA: 94Åf  | Fe  XVIII flaring regions (partial readout possible)	Изображение солнечной атмосферы в длинне волны AIA: 193Åf | Fe  XII, XXIV corona and hot flare plasma	Изображение солнечной атмосферы в длинне волны AIA: 304Åf  | He  II chromosphere, transition region

Изображение солнечной атмосферы в длинне волны AIA: 131Åf  | Fe  VIII, XX, XXIII flaring regions (partial readout possible)	Изображение солнечной атмосферы в длинне волны AIA: 211Åf  | Fe  XIV active-region corona	Изображение солнечной атмосферы в длинне волны AIA: 171Åf  | He  IX quiet corona, upper transition region	Изображение солнечной атмосферы в длинне волны AIA: SDO/HMI Quick-Look Magnetogram

Составные изображение Солнечной активности

получены с борта спутника SDO и обновляются каждые 5 минут

Составное изображение солнечной атмосферы в длинне волны AIA: 211Åf + 193Åf + 171Åf	Составное изображение солнечной атмосферы в длинне волны AIA: 304Åf + 211Åf + 171Åf	Составное изображение солнечной атмосферы в длинне волны AIA: 094Åf + 335Åf + 193Åf	Составное изображение солнечной атмосферы в длинне волны AIA: 171Åf + HMI Magnetogram

Научные данные о солнечной активности

	За последние 24 часа	В настоящее время	Классификация "NOAA Space Weather"
Геомагнитные бури			Описание шкалы силы геомагнитных бурь Геомагнитные бури Kp индекс определяется каждые 3 часа Число бурь с указанным значением Kp; (число штормовых дней) Балл Возможные эффекты Физические величины Средняя частота (1 цикл = 11 лет) G 5 Экстремально суровый (Extreme) Энергетические системы: Возможны разрушения энергетических систем и повреждения трансформаторов. Системы управления КК: Обширный поверхностный заряд, проблемы с ориентацией, связью и слежением за космическими кораблями (КК). Другие системы: Токи через трубопроводы достигают сотен ампер, один или два дня невозможна высокочастотная связь во многих района, ухудшение точности спутниковых систем навигации, низкочастотная радио-навигация выходит из строя на несколько часов, полярные сияния видны вплоть до экватора. Kp = 9 4 за цикл (4 дня за цикл) G 4 Суровый или Жёсткий (Severe) Энергетические системы: Возможны проблемы со стабильностью напряжения, частичные разрушения энергетических систем и отключение защитных систем. Системы управления КК: Поверхностный заряд и проблемы слежения и ориентации, необходима коррекция. Другие системы: Наведенные токи в трубопроводах требуют мер защиты, спорадическое прохождение ВЧ радиоволн, ухудшение спутниковой навигации на несколько часов, отказ низкочастотной радионавигации, и полярные сияния видны до тропиков. Kp = 8, включая и Kp = 9 100 за цикл (60 дней за цикл) G 3 Сильный (Strong) Энергетические системы: Неoбходима коррекция напряжения, ложные срабатывания систем защиты и высокий "газ в масле" в масляных трансформаторах. Системы управления КК: Поверхностный заряд на элементах КК, увеличение сноса с орбиты КК, и проблемы ориентации требующие коррекции. Другие системы: Перерывы в спутниковой навигации и проблемы низкочастотной радионавигации, прерывания ВЧ радиосвязи, полярные сияния видны до средних широт. Kp = 7 200 за цикл (130 дней за цикл) G 2 Умеренный (Moderate) Энергетические системы: Воздействие на высокоширотные энергетические системы. Системы управления КК: Необходимы корректирующие действия с центров управления; отличия от прогнозируемого орбитального сноса КК. Другие системы: Ухудшение распространения ВЧ радиоволн на высоких широтах, полярные сияния видны до широты 50 градусов. Kp = 6 600 за цикл (360 дней за цикл) G 1 Малый (Minor) Энергетические системы: Слабые флуктуации в энергетических системах. Системы управления КК: Небольшие влияния на системы управления КК Другие системы: Полярные сияния видны на высоких широтах (до 60 градусов); влияние на начало миграций животных. Kp = 5 1700 за цикл (900 дней за цикл) [свернуть]
Всплески солнечной радиации			Описание шкалы уровней солнечной радиации Нарушения радиосвязи Балл рентгеновской вспышки (мощность потока лучей*) Число событий; (число штормовых дней) Балл Возможные эффекты Физическая величина Средняя частота (1 цикл = 11 лет) R 5 Чрезвычайно суровый Extreme ВЧ радиодиапазон: Полное отсутствие ВЧ связи на дневной стороне Земли длящееся несколько часов. Нет ВЧ контакта с морскими судами и самолётами в воздухе. Навигация: НЧ навигационный сигнал, используемый в морских и авиационных системах, прекращает функционировать на дневной стороне в течение многих часов, приводит к потере положения. Повышенное количество ошибок в спутниковой навигации в течение нескольких часов на дневной стороне, которое может распространяться и на ночную сторону Земли. X20 (2 x 10-3) Меньше чем 1 за цикл R 4 Суровый или Жёсткий Severe ВЧ радиодиапазон: Прекращение связи в ВЧ диапазоне на один или два часа в большинстве регионов на дневной стороне Земли. Потеря ВЧ радиоконтакта в течение этого времени с морскими судами и самолетами во время полётов. Навигация: Исчезновение низкочастотного навигационного сигнала приводит к увеличению ошибок в определении координат морских судов и самолётов в течение одного-двух часов. Возможны небольшие сбои в спутниковой навигации на дневной стороне Земли. X10 (10-3) 8 за цикл (8 дней за цикл) R 3 Сильный Strong ВЧ радиодиапазон: Широкомасштабные нарушения связи в ВЧ диапазоне, потеря радиоконтакта с морскими судами и авиацией на освещенной стороне Земли. Навигация: Падение низкочастотного навигационного сигнала примерно на один час, влияющее на ориентацию морских судов и авиации. X1 (10-4) 175 за цикл (140 дней за цикл) R 2 Умеренный Moderate ВЧ радиодиапазон: Ограниченные потери ВЧ радиосигнала на дневной стороне, потеря радиоконтакта на десятки минут с морскими судами и самолетами. Навигация: Падение низкочастотного навигационного сигнала на десятки минут влияет на точность определения координат морских судов и самолетов. M5 (5 x 10-5) 350 за цикл (300 дней за цикл) R 1 Слабый Minor ВЧ радиодиапазон: Небольшие ослабления ВЧ радиосигнала на дневной стороне редкие потери радиоконтакта с судами и самолетами. Навигация: Ослабление низкочастотного навигационного сигнала на короткие промежутки времени влияет на точность определения координат в мореходстве и авиации. M1 (10-5) 2000 за цикл (950 дней за цикл) * Поток, измеряется в диапазоне 0,1-0,8 нм, в Вт·м-2. [свернуть]
Нарушения радиосвязи			Описание шкалы уровней нарушений радиосвязи Всплески солнечной радиации Уровень потока частиц (ионов) с энергией >10MeV * Число событий с указанным значением потока (число штормовых дней**) Балл Возможные эффекты Физическая величины Средняя частота (1 цикл = 11 лет) S 5 Экстремально суровый (Extreme) Биологические: Неизбежное высокое радиационное облучение космонавтов при работе в открытом космосе; высокий уровень радиации для пассажиров и экипажа коммерческих реактивных самолетов на высоких широтах (примерно в 100 раз выше, чем при рентгене грудной клетки). Системы управления КК: Потеря некоторых спутников, сбои в электронике приводящие к потере контроля, значительные шумы в видео данных, звёздные датчики неспособны определить объект, локальные повреждения солнечных батарей. Другие системы: Невозможна связь в ВЧ диапазоне на высоких широтах, ошибки в системах навигации делают её чрезвычайно затруднительной. 105 Около 1 за цикл S 4 Суровый или Жёсткий (Severe) Биологические: Неизбежное радиационное облучение при работе в открытом космосе; повышенное радиационное облучение пассажиров и экипажа коммерческих реактивных самолетов на высоких широтах (примерно в 10 раз выше, чем при рентгене грудной клетки). Системы управления КК: Сбои электронной памяти, шумы в каналах изображений, проблемы в системах ориентации по звёздным датчикам и ухудшение работы солнечных батарей. Другие системы: Нарушение ВЧ радиосвязи в полярных районах и увеличение ошибок навигации в течение нескольких дней. 104 3 за цикл S 3 Сильный (Strong) Биологические: Радиационная опасность для космонавтов при работе в открытом космосе; пассажиры и экипаж коммерческих реактивных самолётов на высоких широтах подвергаются небольшому облучению (примерно как при рентгене грудной клетки). Системы управления КК: Одиночные сбои, шумы в видиосистемах, локальные повреждения открытых узлов/детекторов и падение мощности солнечных батарей. Другие системы: Падение распространения ВЧ радиоволн через полярную область и ошибки в определении координат в системах навигации. 103 10 за цикл S 2 Умеренный (Moderate) Биологические: Никаких. Системы управления КК: Редкие одиночные сбои. Другие системы: Небольшое воздействие на распространение ВЧ радиосигнала через полярную область и ухудшение навигации в полярных районах. 102 25 за цикл S 1 Слабый (Minor) Биологические: Никаких. Системы управления КК: Никаких. Другие системы: Небольшие нарушения ВЧ связи в полярных районах. 10 50 за цикл * Средний поток за 5 мин. Поток в частицах·с-1·стер-1·см-2 ** Эти события могут длится более одного дня. [свернуть]
Нажмите на + для того, чтоб открыть описание

	Изображение Cолнца полученное с американского геостационарного спутника GOES-15, который работает на орбите 35 785 км. (22 236 миль) от Земли. GOES-15, ранее известный как GOES-Р, метеорологический спутник, построенный Boeing, чтобы помочь ученым NOAA отслеживать опасные погодные явления и солнечную активность. Слева представлена цветовая шкала активности Солнца Изображение поступает со спутника GOES-15 каждые 5 мин
Солнечные вспышки
	На графике представлен общий поток рентгеновского излучения Солнца получаемый со спутников серии GOES в режиме реального времени. Солнечные вспышки видны в виде всплесков интенсивности. Во время мощных вспышек происходят нарушения радиосвязи в ВЧ диапазоне на дневной стороне Земли. Степень этих нарушений зависит от мощности вспышки. Балл (C,M,X) вспышек и их мощность в Вт/м2 указаны на левой оси координат в логарифмическом масштабе. Вероятный уровень нарушений радиосвязи по шкале NOAA (R1-R5) показан справа. На вертикальной шкале графика - отметки событий в октябре 2003г. Данные графика обновляются каждые 5 мин
Солнечные космические лучи (всплески радиации)
	Минут через 10 - 15 после мощных солнечных вспышек к Земле приходят протоны высоких энергий - > 10 Мэв или так называемые солнечные космические лучи (СКЛ). В западной литературе - High energy proton flux and Solar Radiation Storms т.е. поток протонов высоких энергий или солнечная радиационная буря. Этот радиационный удар может вызывать нарушения и поломки в аппаратуре космических аппаратов, приводить к опасному облучению космонавтов и получению повышенной дозы радиации пассажирами и экипажами реактивных самолётов на высоких широтах. Соответствующий уровень радиации по шкале NOAA (S1-S5) от слабого до экстремального указан на правой оси координат. В вертикальной шкале отображены данные за 28-30 октября 2003г. во время мощного всплеска активности на Солнце. Горизонтальный участок на уровне чуть более 104 - это, к сожалению, всего-лишь предел используемого датчика протонов. Данные о мощности потока протонов высоких энергий поступают с КК ACE в режиме реального времени Данные графика обновляются каждые 5 мин
Индекс геомагнитной возмущенности и магнитные бури
	Усиление потока солнечного ветра и приход ударных волн корональных выбросов вызывают сильные вариации геомагнитного поля - магнитные бури. По данным, поступающим с космических аппаратов серии GOES, в режиме реального времени вычисляется уровень возмущённости геомагнитного поля, который и представлен на графике. Здесь дан пример развития мощной геомагнитной бури наивысшего балла - 9, которая произошла 29 октября 2003г через сутки после солнечной вспышки. Для сравнения приведена диаграмма трёхчасового планетарного Kp индекса по данным всемирной сети геомагнитных станций. Данные графика обновляются каждые 5 мин

Влияние солнечной активности и магнитного поля Земли на человека

Магнитные бури Приходящие в окрестность Земли солнечные корпускулы создают сильные электрические токи, которые воздействуют на земной магнетизм и порождают так называемые магнитные бури. Во время бурь Земля окружена внешним магнитным полем, силовые линии которого приблизительно параллельны направлению оси постоянного поля Земли. Направление этого внешнего поля между первой и второй фазами бури должно быстро меняться на обратное. Магнитные бури делятся несколько произвольно на два класса - в соответствии с величиной возмущений. В отличии от вспышечных магнитных бурь, рекуррентные повторяются в течении нескольких солнечных оборотов, а иногда даже 10-15 оборотов. Вневспышечные магнитные бури связаны с неоднородностью солнечного ветра и прежде всего долгоживущими областями на солнце. Если число вспышечных магнитных бурь достигает максимальной величины в эпоху максимума 11-ти летнего цикла, то максимальное число рекуррентных магнитных бурь отмечается на его ветви спада, за 2-3 года до эпохи минимума. 2012 — год нового 11-ти летнего цикла Солнечной активности. В середине 18-го столетия астрономы любители Г.Швабе и Р.Вольф впервые установили факт изменения числа солнечных пятен со временем, причем средний период этого изменения состовляет ~ 11 лет. Вольф ввел индекс относительных чисел солнечных пятен и сумел по различным материалам наблюдений астрономов-любителей и профессионалов восстановить его с 1749 г. Интервалы времени между годами максимальных (или минимальных) чисел Вольфа довольно сильно различаются. Известно. Что с 1749 г. до наших дней продолжительность их колебалась от 7 до 17 лет между годами максимумов и от 9 до 14 лет между годами минимумов относительного числа солнечных пятен.

Приблизительное соотношение размеров Солнца, Земли и солнечной вспышки для сравнения

Космические супер-бури и их последствия за последние годы

Цикл 23 (1996- )

Резкий всплеск активности в октябре-ноябре 2003г, через 3,5 года после максимума 11-ти летнего цикла. Магнитная буря 28 октября 2003г. полностью прервала радиосвязь в Швеции, вывела из строя два японских спутника и нарушила радиосвязь и радио-навигацию воздушного и морского транспорта, вывела из строя прибор для измерения радиации на орбитальной станции КК НАСА "Марс Одиссей". Повреждения были относительно небольшими т.к. прогноз был сделан своевременно и енергетические компании и службы обеспечения связи с искуственными спутниками заранее приняли соответствующие меры.

Многие спутники связи вышли из строя из-за воздействия космических факторов:

• "Телстар 401" (11 января 1997г.)
• "Галакси IV" (17 мая 1998г.)
• "Темпо-2" (11 апреля 1997г.)
• "Адеос" (20 сентября 1997г.)
• Семь спутников системы "Иридиум" вышли из строя между апрелем и августом 1998г.

Цикл 22 (1989-1995)

13 марта 1989г. - мощное полярное сияние, которое распространилось далеко на юг вплоть до Средиземного моря и Японии.
Из-за магнитной бури сгорел силовой трансформатор на гидроэлектростанции в провинции Квебек в Канаде. В результате вся провинция оказалась без электричества в течение 9 часов.
Многие спутники подверглись прямому воздействию - по данным Объединенного командования ПВО США и Канады, почти 1300 объектов существенно изменили свои орбиты.
Спутник "Марекс-1" вышел из строя 25 марта 1991г. "Аник Е-1" вышел из строя и "Аник Е-2" был поврежден из-за состояния космической погоды 21 января 1994г.

Данные получены из источников:

SDO Solar Dynamics Observatory

AIA Atmospheric Imaging Assembly

NOAA Nacional Oceanographic Data Center

Astronomical Observatory of Kharkov National University Харьковская станция солнечного мониторинга