Угроза из космоса: «электроны-убийцы»

Высокоэнергетические "релятивистские" электроны, известные как "электроны-убийцы", уже давно вызывают озабоченность спутниковой индустрии из-за их способности наносить радиационный ущерб. Эти электроны могут нарушать магнитный щит Земли, приводя к геомагнитным возмущениям и создавая серьезную угрозу из-за изменения "космической погоды". Однако недавнее исследование, проведенное под руководством д-ра Найджела Мередита из Британской антарктической службы (BAS), пролило свет на масштабы этих явлений и их последствия для операторов спутников, производителей, страховщиков и правительств.

Проанализировав 20-летние данные с американского спутника GPS, международная группа исследователей выделила три уровня событий: 1 к 10, 1 к 50 и 1 к 100 годам. Под событием 1 к 100 годам понимается событие такого масштаба, что его возникновение ожидается в среднем один раз в 100 лет. Эти уровни событий служат ориентирами для оценки потенциального воздействия экстремальных явлений космической погоды.

Результаты исследования имеют большое значение для спутниковой индустрии, которая в значительной степени зависит от спутников в области связи, навигации, наблюдения Земли и обороны. По состоянию на апрель 2022 года на околоземной орбите находилось более 5400 действующих спутников, и большинство из них подвергается воздействию энергичных электронов во время своего движения по орбите. Доходы мировой космической экономики в 2021 году составили 386 млрд долларов США, что подчеркивает экономическую значимость спутниковой отрасли.

Д-р Найджел Мередит подчеркивает важность этих результатов для промышленности и правительства, заявляя, что они дают необходимые ориентиры для оценки экстремальных явлений космической погоды и их потенциального воздействия. Исследование поможет инженерам и операторам подготовиться к последствиям таких явлений и повысить устойчивость будущих спутников. Кроме того, страховщики спутников могут использовать результаты исследования для оценки реалистичных сценариев катастроф и убедиться в том, что операторы спутников принимают необходимые меры для снижения рисков.

Одним из примечательных результатов исследования является различие между событиями 1 к 10 и 1 к 100 годам, которое зависит от энергии электронов и расстояния до Земли. Различия наиболее значительны при самых высоких энергиях и на самых больших расстояниях от планеты, причем для некоторых самых высоких энергий электронов, находящихся на расстоянии более 35 000 км от поверхности Земли, увеличение составляет от 3 до 10 раз. Это создает дополнительную опасность для спутников, работающих в этом регионе.

Космическая погода, как и погода на Земле, характеризуется вариациями в различных временных масштабах. Исследователи отметили, что большинство событий с электронами-убийцами происходило во время фаз спада 11-летнего солнечного цикла, которые наблюдались дважды за 20-летний период исследования. Однако самое крупное событие произошло в другое время, что подчеркивает непредсказуемость экстремальных явлений космической погоды.

Профессор Ричард Хорн, соавтор исследования, подчеркивает, что космическая отрасль является важнейшей частью национальной инфраструктуры. Исследование, проведенное д-ром Найджелом Мередитом и его сотрудниками, поможет оценить устойчивость спутников к сильным явлениям космической погоды, что в конечном итоге будет способствовать защите и безопасности наших спутниковых систем.