Що таке сонячний радіаційний шторм?

Сонячна радіаційна буря (також відома як сонячна протонна подія або СПП) часто виникає після великих вивержень на Сонці, коли протони запускаються з неймовірно високою швидкістю, іноді до декількох 10 000 км/с. Ці радіаційні бурі можуть подолати відстань від Сонця до Землі всього за 30 хвилин і тривати кілька днів. У цій статті ми пояснимо, що таке сонячна радіаційна буря і який вплив вона має на нас.

S-масштаб

NOAA використовує п’ятирівневу систему, яку називають шкалою S, для визначення інтенсивності сонячної радіаційної бурі. Ця шкала коливається від S1 до S5, причому S1 є найнижчим рівнем, а S5 - найвищим рівнем. Кожен S-рівень має пороговий рівень pfu (одиниця протонного потоку). Наприклад: рівень сонячного радіаційного шторму S1 досягається тоді, коли кількість 10 MeV pfu досягає значення 10 на геосинхронних висотах супутника. Зауважте, що ця шкала насправді логарифмічна. Це означає, що помірна (S2) протонна подія виникає, коли протонний потік досягає 100 pfu, а не 20! Для сильної сонячної радіаційної бурі необхідний pfu 1000. Ми часто використовуємо цю S-шкалу на веб-сайті, тому розумно ознайомитися з нею. Ми можемо визначити наступні класи сонячних штормів:

S-масштаб	Опис	Поріг потоку	Середня частота	Надійність даних про сонячний вітер ACE
S1	Слабка буря	101	50 за цикл	Надійні дані
S2	Помірна буря	102	25 за цикл	Дані можуть бути ненадійними
S3	Сильна буря	103	10 за цикл	Ймовірно ненадійні дані
S4	Жорстка буря	104	3 за цикл	Ймовірно ненадійні дані
S5	Екстремальна буря	105	Менше, ніж 1 протягом циклу	Ймовірно ненадійні дані

Загрози

Сонячні радіаційні бурі не небезпечні для людей на Землі. Ми захищені від цих штормів магнітним полем Землі та атмосферою Землі. Одним з ефектів, які ми можемо відчути на Землі під час сильних сонячних штормів, є підвищений ризик для людей, які перебувають у літаку на полярних широтах - вони отримують більшу дозу радіації, ніж зазвичай. Трансполярні польоти іноді доводиться перенаправляти або скасовувати через ці радіаційні бурі. Інший ефект полягає в тому, що це може спричинити деякі проблеми зв’язку у полярних зонах. Ці протони є також радіаційною загрозою для космонавтів, зокрема під час зовнішніх робіт (космічних прогулянок). Супутники, що знаходяться в космосі, також вразливі: ці протони погіршують ефективність сонячної панелі, електронні схеми на борту можуть працювати несправно, і протони створюватимуть шум у системах відстеження зірок.

На арктичних широтах радіозв’язок високої частоти (ВЧ) може стати проблематичним або навіть неможливим. Швидкі протони проникають в магнітосферу і спрямовуються вниз по лініях магнітного поля, проникаючи в атмосферу біля північного та південного полюсів. Ці протони іонізують D-шар, і цей процес не дозволяє високочастотним радіохвилям досягати набагато вищих шарів E, F1 і F2, де ці радіосигнали зазвичай заломлюються і відскакують назад на Землю. Такі радіо-перешкоди відомі як події Поглинання Полярних Шапок (PCA) і можуть тривати цілими днями. У результаті високочастотний радіозв’язок стає неможливим або дуже ускладненим на трансполярних маршрутах. Ми можемо використовувати шкалу S для оцінки інтенсивності події Поглинання Полярної Шапки (PCA).

S-масштаб	Опис	Впливи
S1	Слабка буря	Незначний вплив на високі частоти у полярних регіонах.
S2	Помірна буря	Нечасті впливи на високі частоти у полярних регіонах та на супутниках.
S3	Сильна буря	Погіршення розповсюдження високих частот в полярних регіонах та помилки навігації, вплив на супутникові системи візуалізації та струми сонячних панелей, значна радіаційна небезпека для космонавтів при зовнішніх роботах (EVA) та пасажирів літаків на високих широтах.
S4	Жорстка буря	Серйозні проблеми з високими частотами в полярних регіонах та помилки глобальної навігації протягом кількох днів, вплив на супутникові системи візуалізації та блоки пам’яті, висока радіаційна небезпека для космонавтів при зовнішніх роботах (EVA) та пасажирів літаків на високих широтах.
S5	Екстремальна буря	Припинення роботи високих частот в полярних регіонах та помилки позиціонування роблять навігацію надзвичайно складною, повна втрата контролю за деякими супутниками внаслідок пошкодження, надзвичайно висока радіаційна небезпека для космонавтів при зовнішніх роботах (EVA) та пасажирів літаків на високих широтах.

На зображенні нижче показано хороший приклад того, що відбувається з супутниками під час штормів сонячного випромінювання. Зліва направо ми бачимо зображення з двох різних інструментів SOHO. Ліворуч ви бачите, як зазвичай виглядають зображення, коли немає сонячної бурі. Справа ви можете побачити, що відбувається під час сильної сонячної бурі рівня S4. У датчик камери врізається стільки протонів, що це викликає багато шумів на зображеннях. Зображення майже непридатні для використання.

Animated GIF (900kB)

Проблеми з Advanced Composition Explorer (ACE) під час сонячних радіаційних штормів

Можливо, що під час сонячної бурі деякі дані, які надходять із супутника Advanced Composition Explorer (ACE), забруднюються і реєструють хибні значення. Це можна побачити на прикладі параметрів сонячного вітру, які надходять з приладу SWEPAM. Швидкість сонячного вітру стає меншою, ніж вона є насправді, а щільність - меншою, ніж 1 протон на квадратний сантиметр. Дані, пов'язані з міжпланетним магнітним полем (ММП), залишаються надійними під час сонячної радіаційної бурі. Ці помилкові показники можуть виникати, коли сонячна радіаційна буря досягає рівня S2 (помірна сонячна радіаційна буря) і часто можуть продовжуватися до прибуття викиду корональної маси, що значно ускладнює виявлення прибуття викиду корональної маси. Космічний апарат DSCOVR, який замінив ACE у 2016 році, не має цих проблем.

<< На попередню сторінку