Gibt es Naturkatastrophen im Universum? Sonne: Schau mich an.

Mit dem Beginn eines neuen Sonnenaktivitätszyklus könnte die Weltraumumgebung zahlreiche ungewisse Auswirkungen auf die menschlichen Weltraumaktivitäten haben und zu Naturkatastrophen im Weltraum führen. Bei Naturkatastrophen im Weltraum handelt es sich hauptsächlich um gefährliche Verhaltensweisen und katastrophale Folgen, die durch eine instabile kosmische Umgebung verursacht werden, wie etwa Weltraumkatastrophen, herabfallende Weltraumobjekte, schädliche Schwankungen des solaren Magnetfelds usw. Die menschlichen Weltraumaktivitäten müssen sich vor den Auswirkungen von Naturkatastrophen im Weltraum schützen.

Temperamentvolles Weltraumwetter

Das Konzept des Weltraumwetters wurde erstmals in den 1990er Jahren von den Vereinigten Staaten vorgeschlagen. Man kann darunter den Übertragungs- und Umwandlungsprozess elektromagnetischer Strahlung und Partikelemission verstehen, die durch Sonnenaktivität im Raum zwischen Sonne und Erde freigesetzt werden. Darunter wird der Weltraumbereich von 20 bis 30 Kilometern über der Erdoberfläche bis zur äußeren Atmosphäre der Sonne als solar-terrestrischer Raum bezeichnet, der hauptsächlich die mittlere und obere Atmosphäre, die Ionosphäre, die Magnetosphäre, die interplanetare und die Sonnenatmosphäre umfasst. Wenn die Sonnenaktivität relativ stabil ist, kann man von „gutem Wetter“ sprechen. Wenn die Sonnenaktivität relativ häufig auftritt und sogar zu Ausfällen oder Zusammenbrüchen von Systemen wie Funkkommunikation, Satellitennavigation und Elektrizität führt, spricht man von „schlechtem Wetter“. Anders als troposphärisches Wetter wie Wind, Wolken, Regen und Schnee kommt katastrophales Weltraumwetter jedoch nicht häufig vor und wird hauptsächlich durch die Sonnenaktivität verursacht.

Die Sonne ist eine Kugel aus heißem Gas (genauer gesagt Plasma) mit einer Temperatur von bis zu einer Million Grad. Es ist immer „turbulent“, insbesondere in den „Sturm“-Gebieten, die mit Sonnenflecken in Zusammenhang stehen (fachsprachlich „solaraktive Regionen“). Dabei werden häufig elektromagnetische Strahlung oder hochenergetische Teilchen in „explosiver“ Weise freigesetzt. Dabei handelt es sich um den „Sonnensturm“, der in letzter Zeit häufig in den Medien zu sehen war.

Ein Sonnensturm ist eine starke Störung, die durch die heftige explosive Aktivität der Sonne verursacht wird. Unter Sonneneruptionsaktivität versteht man das kurzzeitige Phänomen der großflächigen Energiefreisetzung in der Sonnenatmosphäre, das hauptsächlich in drei Formen auftritt: verstärkte elektromagnetische Strahlung, hochenergetischer geladener Teilchenfluss und Plasmawolke. Mit zunehmender Intensität der Sonneneruptionen gelangen die von ihnen ausgestoßene Materie und Energie in den erdnahen Weltraum und verursachen dort eine Reihe starker Störungen in der Weltraumumgebung der Erde, die wiederum Auswirkungen auf die menschlichen Aktivitäten haben.

Sonnensturm

Bei einem starken Sonnensturm kommt es in der Regel mehrfach zu Sonneneruptionen und koronalen Massenauswürfen. Ersterer wird hochenergetische elektromagnetische Strahlung freisetzen, die sich mit Lichtgeschwindigkeit ausbreitet und die Erde in etwa 8 Minuten erreicht. Letzterer wird einen hochenergetischen Partikelstrom mit Unterlichtgeschwindigkeit freisetzen, der die Erde in wenigen zehn Minuten oder in ein bis drei Tagen erreichen wird.

Sonnenstürme sprengen die Magnetosphäre, die durch das Magnetfeld der Erde gebildet wird

Seit der Erfindung des Teleskops durch Galilei vor etwa 400 Jahren beobachten Menschen die Sonnenaktivität. Mit der Entwicklung von Wissenschaft und Technologie wurden die Möglichkeiten zur weltraumgestützten Sonnenbeobachtung erheblich verbessert. Beispielsweise kann das gemeinsam von NASA und ESA gestartete Solar and Solar Wind Observatory (SOHO) die Sonnenfleckenaktivität, den Sonnenwind und Veränderungen der inneren Struktur der Sonne in Echtzeit überwachen. Kürzlich kündigte die ESA den Start des Lagrange-Projekts an. Ziel des Projekts ist die Durchführung von Sonnenüberwachungsaktivitäten am Lagrange-Punkt L5 – ein beispielloser Versuch. Um das Jahr 2025 soll ein entsprechender Frühwarnmechanismus etabliert werden. Der Plan konzentriert sich auf Sonnenstürme, soll deren Ausbruchszyklen effektiv vorhersagen und die negativen Auswirkungen auf die Erde minimieren.

Sonnenwindsonde

Beobachtungsstandort L5 des ESA-Lagrange-Projekts

In der Wissenschaft wird zur Charakterisierung des langfristigen Niveaus der Sonnenaktivität üblicherweise die relative Zahl der Sonnenflecken herangezogen. Als ersten Sonnenaktivitätszyklus gilt das Jahr 1755, als die Zahl der Sonnenflecken am niedrigsten war. Der Zyklus der Sonnenaktivität kann manchmal bis zu 11 Jahre dauern, kann aber auch nur wenige Minuten dauern. Derzeit ist die Sonnenaktivität in die letzte Phase des 24. Aktivitätszyklus eingetreten. Es wird erwartet, dass der 25. Aktivitätszyklus etwa im Januar 2020 beginnt und etwa im Juni 2031 endet. Während dieser Zeit ist die Sonnenaktivität gering und auch die Geschwindigkeit des Sonnenwindes bleibt niedrig, sodass die Sonnenaktivität in naher Zukunft relativ stabil sein wird.

Sonnenstürme haben schwerwiegende Auswirkungen auf menschliche Aktivitäten

Sonnenstürme stellen zahlreiche Bedrohungen und Gefahren für das menschliche Leben dar. Ein Beispiel hierfür ist die berühmte „Quebec-Affäre“ aus der Geschichte. 1989 war das Jahr mit der höchsten Sonnenfleckenzahl im 22. Sonnenaktivitätszyklus. In nur einem Monat erzeugte der Sonnensturm etwa 107 Sonnenröntgeneruptionen und Dutzende koronale Massenauswürfe. Der Sonnensturm fegte über das Land und verursachte mehrere größere Stromausfälle. In den meisten Gebieten der kanadischen Provinz Quebec gab es mehr als neun Stunden lang keinen Strom, was das Leben von sechs Millionen Einwohnern ernsthaft beeinträchtigte. Starke Sonneneruptionen verursachten 39 plötzliche Störungen der Kurzwellenkommunikation, darunter 15 teilweise und 24 vollständige Unterbrechungen der Kommunikation.

Während des Stromausfalls in Quebec brannte ein Transformator durch

Die durch Sonnenstürme verursachten großen magnetischen Stürme haben außerdem zu zahlreichen Betriebsausfällen von Raumfahrzeugen geführt. Insgesamt wurden 46 Fälle von Satellitenanomalien registriert. So kam es beispielsweise aufgrund des großen magnetischen Sturms zu einer Signalunterbrechung des nationalen Wettersatelliten der USA und auch eine Reihe von Navigationssatelliten konnten für längere Zeit nicht normal funktionieren, was dazu führte, dass Tausende von Luftzielen, die vom Militärsystem verfolgt wurden, neu positioniert werden mussten.

Auswirkungen von Sonnenstürmen auf Raumfahrzeuge

Unvollständigen Statistiken zufolge kommt es während jedes Sonnenaktivitätszyklus im Durchschnitt zu mehreren bis Dutzenden katastrophalen Weltraumwetterereignissen ähnlich dem „Quebec-Ereignis“. Ein weiteres Beispiel ist der „Halloween-Vorfall“ (benannt nach Halloween im Westen), der sich während des 23. Sonnenaktivitätszyklus ereignete und zur Unterbrechung der weltweiten Kurzwellenkommunikation und zu Störungen in der Kommunikation der zivilen Luftfahrt führte. Die Beobachtungsausrüstung des Marserkundungssatelliten Odyssey der NASA wurde durch Partikelstrahlung vollständig zerstört. Auch die Kurzwellensignale der Funkbeobachtungsstationen in Peking, Manzhouli und anderen Gebieten meines Landes waren zeitweise unterbrochen.

Der wütende Sonnensturm

Mit der rasanten Entwicklung der modernen Luft- und Raumfahrttechnologie werden Ausrüstungssysteme und Informationssystembasen auf Basis von Weltraumplattformen immer häufiger in der Raumfahrt eingesetzt. Infolgedessen nimmt der Einfluss des Weltraumwetters auf Weltraumaktivitäten weiter zu und das Ausmaß seiner Auswirkungen nimmt weiter zu. Sonnenstürme haben wichtige Auswirkungen auf folgende Aspekte:

Auswirkungen auf Weltraumaktivitäten. Die von Sonnenstürmen ausgestoßenen hochenergetischen geladenen Teilchen können kontinuierlich auf die Oberfläche von Raumfahrzeugen treffen und dort Strahlungsschäden verursachen. Gleichzeitig passieren auch zahlreiche hochenergetische Elektronen die elektronischen Geräte, was die von den Instrumenten ausgegebenen Anweisungen und Datenbilder erheblich beeinträchtigt. Analysen zufolge besteht bei einer Raumfähre im Weltraum oder bei der Arbeit von Astronauten außerhalb der Kabine eine Wahrscheinlichkeit von etwa eins zu zehn, dass sie einer tödlichen Dosis hochenergetischer geladener Teilchenstrahlung ausgesetzt werden. Dies zeigt, wie schädlich diese Strahlung für Weltraumaktivitäten ist.

Dies wird sich auf die Kommunikation, Frühwarnung, Navigation und Positionierung usw. auswirken. Mit dem Ausbruch von Sonnenstürmen werden die verfügbaren Frequenzbänder für Kurzwellenfunkkommunikation und Frühwarnradare aufgrund plötzlicher Störungen in der Ionosphäre schmaler, und auch die Mikrowellenkommunikation über Satelliten wird aufgrund von Flackern in der Ionosphäre unter einer verringerten Kommunikationsqualität oder sogar Signalunterbrechung leiden; Aufgrund ionosphärischer Stürme werden sich die Fehler bei der GPS-Satellitennavigation und -positionierung auf Dutzende bis Hunderte von Metern erhöhen.

Auswirkungen auf den Betrieb von Raumfahrzeugen im Orbit. Sonnenstürme verursachen schwere Störungen in der Dichte der oberen Atmosphäre und die tatsächliche Umlaufbahn des Raumfahrzeugs weicht erheblich von der vorhergesagten Umlaufbahn ab, sodass die Bodenverfolgungsstation das Verfolgungsziel „verliert“.

Der „Solarkrise“ aktiv vorbeugen und sie wirksam lösen

Solange proaktive Präventivmaßnahmen ergriffen werden, können die durch das Weltraumwetter verursachten Schäden vermieden werden.

Überwachung und Prognose. Verstärken Sie die Überwachung und Prognose von Katastrophenwetter im Weltraum, entwickeln Sie Überwachungs- und Prognosemittel und richten Sie einen Mechanismus zur Vorhersage von Katastrophenwetter ein. So können beispielsweise Stationen zur Weltraumwetterüberwachung am Lagrange-Punkt zwischen Sonne und Erde errichtet werden, langfristige Überwachungen der Weltraumumgebung in niedrigen bzw. hohen Umlaufbahnen durchgeführt werden, Bodenüberwachungs- und -verwaltungsbehörden eingerichtet werden und ein Überwachungs- und Vorhersagesystem für Weltraumkatastrophenwetter geschaffen werden, wodurch ein Überwachungs- und Vorhersagemechanismus geschaffen wird.

Mechanismusstudien. Führen Sie auf der Grundlage von Daten zur Überwachung von Weltraumkatastrophen Wetterumweltforschungen durch, um das Verständnis des Weltraumwetters zu verbessern. Erforschung der Auswirkungen von Katastrophen auf Weltraumaktivitäten und Untersuchung der Mechanismen der Auswirkungen der Weltraumumgebung auf Raumfahrzeuge; Erforschung der Mechanismen der Auswirkungen des Weltraumwetters auf die Umwelt der Erde, beispielsweise auf die Dichte der Atmosphäre und das Magnetfeld der Erde.

Achten Sie auf den Schutz. Auf der Grundlage des bestehenden Kenntnisstands sollten die technischen Schwierigkeiten und Kosten umfassend berücksichtigt werden. Außerdem sollten Maßnahmen erforscht werden, mit denen die Weltraumsicherheitsausrüstung vor Katastrophen geschützt werden kann, um die Schutzfunktionen der Weltraumsicherheitsausrüstung entsprechend zu verbessern.

Technologische Innovation. Führen Sie technologische Innovationen als Reaktion auf und zur Vorbeugung von Katastrophenwettern durch, erforschen Sie neue Mittel der Weltraumkommunikation wie die Laserkommunikation und verringern Sie die Auswirkungen von Katastrophenwettern auf die weltraumgestützte Kommunikation.