Vesmírné počasí
Vesmírné počasí (či kosmické počasí) je termín, jímž se označují různé jevy ve vesmíru (polární záře, sluneční erupce atd.), které ovlivňují dění na Zemi, nebo ve sluneční soustavě.[1] Jako vesmírné počasí se označují i aktuální podmínky v magnetosféře, ionosféře, termosféře a exosféře.[2] Vesmírným počasím se zabývá jisté odvětví astrofyziky a aeronomie. Tyto jevy nelze spojovat s pozemským počasím atmosféry Země (troposféry a stratosféry).[3]
Termín „vesmírné počasí“ byl poprvé použit v roce 1950 a běžně se v odborné terminologii začal používat od začátku devadesátých let 20. století.
Historie
Několik set let byly vlivy vesmírného počasí zaznamenávány, ale tehdejší astronomové si tyto jevy nedokázali nijak vysvětlit.
Objevení
V roce 1724 George Graham uvedl, že střelka magnetického kompasu se pravidelně odkláněla od severního magnetického pólu v průběhu každého dne.[pozn. 1] Tento účinek byl v roce 1882 nakonec Balfourem Stewartem připsán elektrickým proudům v ionosféře a magnetosféře. Roku 1889 to potvrdil Arthur Schuster.
V roce 1852 britský astronom Edward Sabine zjistil, že pravděpodobnost výskytu magnetických bouří na Zemi koreluje s počtem slunečních skvrn, což ukazuje na novou interakci mezi Sluncem a Zemí. V roce 1859 velká magnetická bouře způsobila oslnivé polární záře a narušení globálního telegrafního systému. Richard Carrington správně spojil bouři se sluneční erupcí, kterou pozoroval den předtím v blízkosti velké skupiny slunečních skvrn – tak prokázal, že některé sluneční činnosti mohou ovlivnit dění na Zemi (viz Sluneční bouře v roce 1859, rovněž známá jako Carringtonova událost).
Kristian Birkeland vysvětlil příčiny polární záře vytvořením umělé polární záře ve své laboratoři a předpověděl tím i existenci později objeveného slunečního větru. Zavedením rádiového vysílání se zjistilo, že dochází k periodám silných poruch a hluku během vysílání. Silné narušení radiového signálu během velké sluneční erupce v roce 1942 vedlo k objevu tzv. solárních rádiových bouří (rádiových vln, které pokrývají široký frekvenční rozsah vytvořený sluneční erupcí), což je další aspekt kosmického počasí.
Dvacáté století
Ve 20. století se zájem o zkoumání kosmického počasí mezi astronomy rozšířil, protože vojenské a komerční systémy (např. rádia, vysílačky, později i televize a mobilní signál) začaly záviset na systémech ovlivňovaných právě vesmírným počasím. Například komunikační satelity se staly důležitou součástí globálního obchodování. Začaly se využívat meteorologické družice k poskytování informací o počasí na Zemi. Signály ze satelitů globálního pozičního systému (GPS) se začaly používat v široké škále různých softwarů.
Mezinárodní geofyzikální rok (IGY) rozšířil výzkum kosmického počasí. Pozemní data získaná během IGY ukázala, že polární záře se vyskytovala v tzv. aurorálním oválu, trvalé oblasti luminiscence, 15 až 25 stupňů zeměpisné šířky od magnetických pólů. V roce 1958 objevila vesmírná sonda Explorer I Van Allenovy pásy. V lednu 1959 sovětský satelit Luna 1 jako první přímo pozoroval sluneční vítr a změřil jeho sílu.
V roce 1969 sonda Explorer 40 provedla první přímé pozorování elektrického pole působícího na zemskou ionosféru slunečním větrem.
Termín „vesmírné počasí“ se objevil koncem padesátých let, kdy lidé začali zkoumat vesmír a posílali do kosmu družice, jež zkoumaly zdejší prostor. Termín získal popularitu v devadesátých letech spolu s vírou, že právě vesmírné počasí má vliv na dění na Zemi a vyžadoval tedy rozsáhlejší výzkum.
Jevy ovlivňující vesmírné počasí
Ve sluneční soustavě je vesmírné počasí ovlivňováno slunečním větrem a meziplanetárním magnetickým polem (MMF) neseným sluneční větrnou plazmou. S vesmírným počasím souvisí řada fyzikálních jevů, včetně geomagnetických bouří, elektrizace Van Allenových radiačních pásů, poruchy v ionosféře a scintilace družicového rádiového signálu, polární záře. Koronální výrony hmoty jsou také důležitými hnacími silami vesmírného počasí, protože mohou stlačit magnetosféru a spouštět geomagnetické bouře. Solární energetické částice urychlené odhazováním koronální hmoty nebo sluneční erupcí mohou spustit uvolnění solárních částic do meziplanetárního prostoru, což je nebezpečný typ vesmírného počasí a to hlavně pro kosmonauty, protože může poškodit elektroniku na palubě kosmické lodi a ohrožuje životy astronautů.
Důsledky vesmírného počasí
Elektronika kosmických lodí
Některé poruchy vesmírných lodí lze přímo připsat na svědomí vesmírnému počasí. Například ke 46 ze 70 poruch hlášených v roce 2003 [zdroj?] došlo během geomagnetické bouře v říjnu 2003. Nejběžnější nepříznivý důsledek vesmírného počasí na kosmickou loď je ozáření lodi radioaktivním ionizujícím zářením.
Záření (částice s vysokou energií) prochází vnějším obalem kosmické lodi a následně do řídících a jiných elektronických systémů. Ve většině případů záření způsobuje výpadek radiového signálu, který kosmonauti využívají ke komunikaci s řídícím centem na Zemi. V méně častých, ale i tak obvyklých případech, záření zničí část elektronického vybavení.
Změny na oběžné dráze kosmické lodi
Oběžné dráhy kosmických lodí na nízké oběžné dráze Země upadají do stále nižších výšek kvůli odporu způsobenému třením mezi povrchem kosmické lodi a vnější vrstvou zemské atmosféry (známou jako termosféra a exosféra). Kosmická loď na nízké oběžné dráze může nakonec ve výsledku spadnout z oběžné dráhy směrem k zemskému povrchu. Mnoho kosmických lodí vypuštěných v posledních několika desetiletích má schopnost vypálit malou raketu, aby loď měla možnost mírně korigovat svou oběžnou dráhu. Raketa může zvýšit výšku, aby prodloužila životnost lodě, nasměrovat loď na určité místo, nebo odklonit loď tak, aby se zabránilo případnému střetu s jinými tělesy. Takové manévry vyžadují přesnou informaci o oběžné dráze dané lodi. Geomagnetická bouře může způsobit změnu oběžné dráhy během několika dní, k níž by jinak přirozeně došlo během roku nebo více. Geomagnetická bouře přidává teplo do termosféry, což způsobuje, že se termosféra rozšiřuje a stoupá, čímž se zvyšuje tlak na kosmickou loď.
Satelitní srážka mezi Iridiem 33 a Kosmos 2251 v roce 2009 prokázala důležitost znát přesné informace o objektech na oběžné dráze.
Lidé ve vesmíru
Ionizující záření má na lidské tělo stejně škodlivé účinky, ať už je zdrojem záření rentgenový lékařský přístroj, jaderná elektrárna nebo záření z vesmíru. Stupeň škodlivosti účinku závisí na délce (jak dlouhou dobu bylo tělo záření vystaveno) a energetické síle záření. Stále přítomné radiační Van Allenovy pásy sahají až do oblasti, kde se pohybuje většina vesmírných lodí, ale síla působení je za normálních podmínek v přijatelném limitu, tak aby pro člověka nebyla příliš nebezpečná. Během některých extrémních projevů vesmírného počasí se ale síla může podstatně zvětšit. Mezinárodní vesmírná stanice (ISS) má proti takovémuto záření ochranu, která může udržet hustotu záření v bezpečných mezích. Pro posádku raketoplánu by taková událost vyžadovala okamžité ukončení mise a neprodlený návrat na Zemi.
Pozemní systémy
Signály kosmických lodí
Ionosféra ohýbá rádiové vlny stejným způsobem, jakým voda ohýbá viditelné světlo. Pokud je prostředí, kterým se takové vlny pohybují, narušeno, světelný obraz nebo rádiové informace mohou být silně poškozené. Stupeň zkreslení (scintilace) rádiové vlny při průchodu ionosférou závisí na frekvenci signálu. U rádiového signálu v pásmu VHF (30 až 300 MHz) může dojít ke zkreslení, ale není to obvyklé. Rádiové signály v pásmu UHF (300 MHz až 3 GHz) prochází narušenou ionosférou a přijímač je nemusí být schopen správně rozluštit. GPS používá frekvence 1575,42 MHz a 1227,6 MHz (L2). Zde hrozí zkreslení informací a to také způsobuje, že se pomocí GPS nikdy nedá udat naprosto přesná poloha. Odchylka je většinou v řádu několika metrů. Při extrémních projevech kosmického počasí může dojít k posunutí narušené polární ionosféry o 10 ° až 30 ° zeměpisné šířky směrem k rovníku a způsobit střední ionosférické gradienty. To může mít výrazný vliv na zkreslení GPS signálu.
Lidé v komerčních letadlech
Magnetosféra vede částice kosmického záření a sluneční energie k polárnímu kruhu, zatímco částice s vysokým elektrickým nábojem vstupují do mezosféry, stratosféry a troposféry. Tyto částice na vrcholu atmosféry rozbíjí atomy a molekuly a vytvářejí škodlivé nízkoenergetické částice, které pronikají hluboko do atmosféry a vytvářejí měřitelnou radiaci. Všechna letadla, jež létají ve výšce nad 8 km (26 200 stop) je těmto částicím vystavena. Síla dávky je větší v polárních oblastech než v rovníkových oblastech. Mnoho komerčních letadel letí nad polární oblastí. Pokud událost ve vesmíru způsobí, že ozáření překročí bezpečnou úroveň stanovenou leteckými úřady, je letová dráha letadla odkloněna.
Nejvýznamnějším zdravotním následkem způsobeným ionizujícím zářením je rakovina. Diagnóza rakoviny u pilota mívá významný dopad na jeho leteckou kariéru a může ho dočasně nebo trvale „uzemnit“. Pro zmírnění tohoto statistického rizika byly vypracovány mezinárodní pokyny Mezinárodní komise pro radiační ochranu.
Měření radiačního rozsahu ve výškách pohybu komerčních letadel (přibližně 8 km) byly historicky změřeny nástroji, které zaznamenávají data, jež jsou následně zpracována vědci na Zemi. Systém měření radiačního záření na palubě letadel (ARMAS) byl vyvinut americkou vládní agenturou NASA. ARMAS změřil od roku 2013 řádově stovky letů a poslal data na Zemi prostřednictvím satelitního spojení Iridium.
Zajímavé události
- 21. prosince 1806 Alexander von Humboldt zaznamenal, že jeho kompas se během jasné polární záře stal naprosto nefunkčním.
- Sluneční bouře z roku 1859 způsobila rozsáhlé narušení telegrafní služby.
- Polární záře 17. listopadu 1882 přerušila telegrafní službu.
- Geomagnetická bouře z května 1921 byla jedna z největších geomagnetických bouří, narušila telegrafní službu a poškodila elektrická zařízení na celém světě.
- V srpnu 1972 došlo k velké sluneční erupci. Pokud by astronauti byli v té době ve vesmíru, mohla by dávka ozáření být život ohrožující.
Odkazy
Poznámky
- ↑ To je také jeden z důkazů toho, že severní i jižní magnetické póly se neustále pohybují.
Reference
V tomto článku byl použit překlad textu z článku Space weather na anglické Wikipedii.
- ↑ Kosmické počasí | Slunce aktuálně | Pozorování Slunce / Pozorovanie Slnka. pozorovanislunce.eu [online]. [cit. 2019-11-27]. Dostupné online.
- ↑ POPPE, Barbara B.; JORDEN, Kristen P. Sentinels of the Sun: Forecasting Space Weather. [s.l.]: [s.n.] Dostupné online. ISBN 978-1-55566-379-7.
- ↑ Jak předpovídat kosmické počasí. vesmir.cz [online]. [cit. 2019-11-27]. Dostupné online.
Externí odkazy
Obrázky, zvuky či videa k tématu vesmírné počasí na Wikimedia Commons
Média použitá na této stránce
Autor: Ktobiska, Licence: CC BY-SA 3.0
This is a graphic showing the cosmic ray and solar energetic particle environment for aviation radiation.
The Aurora Australis as seen from the Space Shuttle Discovery on STS-39. The payload bay and tail of Discovery can be seen on the left hand side of the picture. Auroras are caused when high-energy electrons pour down from the Earth’s magnetosphere and collide with atoms. Red aurora occurs from 200 km to as high as 500 km altitude and is caused by the emission of 6300 Angstrom wavelength light from oxygen atoms. Green aurora occurs from about 100 km to 250 km altitude and is caused by the emission of 5577 Angstrom wavelength light from oxygen atoms. The light is emitted when the atoms return to their original unexcited state.
(c) ESA/A. Baker, CC BY-SA IGO 3.0
To ensure a robust capability to monitor, nowcast and forecast potentially dangerous solar events, ESA has initiated the assessment of two possible future space weather missions. This assessment foresees positioning spacecraft in orbit at the L1 and L5 Lagrangian points - points in space where gravitational forces and the orbital motion of the spacecraft, the Sun and Earth interact to create a stable location from which to make observations.
(c) ESA/Science Office, CC BY-SA IGO 3.0
Space weather refers to the environmental conditions in space as influenced by solar activity.
In Europe's economy today, numerous sectors can potentially be affected by space weather. These range from space-based telecommunications, broadcasting, weather services and navigation, through to power distribution and terrestrial communications, especially at northern latitudes. One significant influence of solar activity is seen in disturbances in satellite navigation services, like Galileo, due to space weather impacts on the upper atmosphere. This in turn can affect aviation, road transport, shipping and any other activities that depend on precise positioning. For satellites in orbit, the effects of space weather can be seen in the degradation of spacecraft communications, performance, reliability and overall lifetime. For example, the solar panels − often called 'wings' − that convert sunlight to electrical power on board most spacecraft will steadily generate less power over the course of a mission, and this degradation must be taken into account in designing the satellite. In addition, increased radiation due to space weather may lead to increased health risks for astronauts participating in human space missions, both today on board the International Space Station (ISS) in low Earth orbit and in future for human voyages to the Moon or Mars. On Earth, the aviation sector − commercial airlines − may also experience damage to aircraft electronics and increased radiation doses to crews (at long-haul aircraft altitudes) during large space weather events. Space weather effects on ground can include damage and disruption to power distribution networks, increased pipeline corrosion and degradation of radio communications. More information
ESA SSA - Space Weather SegmentAutor: Daniel Wilkinson, Licence: CC BY-SA 3.0
Extreme space weather event October 2003.