Weersvoorspelling in de ruimte: onderzoekers volgen de zonnewind van de zon tot de omgeving nabij de aarde

De onderzoekers hebben voor het eerst de evolutie van de zonnewind gevolgd vanaf het begin bij de zon tot de impact ervan op de nabije omgeving van de aarde en hebben ook laten zien hoe een ruimteweergebeurtenis 2 tot 2.5 dagen van tevoren kan worden voorspeld. De studie is nieuw in het verbinden van de voortplanting van de zonnewind en de impact ervan op de nabije omgeving van de aarde vanuit de verschillende uitkijkpunten in de ruimte. Dit toont aan dat satellieten die op de juiste plaats in de ruimte zijn geplaatst, kunnen worden gebruikt om de voortplanting van zonnewinden richting de aarde te monitoren, wat de voorspelling van ruimteweer aanzienlijk kan verbeteren. Daarnaast heeft de geplande "Vigil-missie" van de Europese Ruimtevaartorganisatie (ESA) ook als doel om de zonnewinden in de gaten te houden om van tevoren te waarschuwen voor naderende zonnestormen vanaf het vijfde Lagrangepunt (L5) op de dichtstbijzijnde afstand van 150 miljoen km van de zon. Het bevindt zich momenteel in de ontwikkelingsfase en zal na de lancering in 2031 een bijna realtime gegevensstroom leveren voor ruimteweerdiensten.

Het voorspellen van het weer (bijvoorbeeld hoe hard de wind waait, hoeveel regen er valt, hoe warm het is, hoeveel zon er schijnt, etc.) is belangrijk voor ons om verschillende redenen. Het heeft te maken met ons dagelijks leven, zoals landbouw, transport, vrije tijd en entertainment. Een nauwkeurige weersvoorspelling is goed voor de economie en maakt ons leven makkelijker en comfortabeler. Maar nog belangrijker: het geeft ons tijd om middelen te mobiliseren en de nodige preventieve maatregelen te nemen om onszelf te beschermen tegen schade aan mensenlevens en eigendommen door ongunstige weersomstandigheden zoals overstromingen, cyclonen, hittegolven, hevige regenval, etc.

Het weer op aarde beïnvloedt ons, net als het "weer in de ruimte". Omdat onze thuisplaneet aarde deel uitmaakt van het sterrenstelsel van een gemiddelde ster genaamd de zon (die op zijn beurt een klein deel is van een uiterst onbeduidend sterrenstelsel in het heelal genaamd de Melkweg), wordt ons leven en onze beschaving op aarde beïnvloed door de omstandigheden in de ruimte, met name weersgebeurtenissen in onze buurt in het zonnestelsel. Elke ongunstige drastische verandering in het weer in de ruimte vormt een bedreiging voor de biologische levensvormen en de op elektriciteit en elektronica gebaseerde technologische infrastructuur op aarde en in de ruimte. Elektronica en computersystemen, elektriciteitsnetten, olie- en gasleidingen, telecom, radiocommunicatie inclusief mobiele telefoonnetwerken, GPS, ruimtemissies en -programma's, satellietcommunicatie, internet etc. - al deze kunnen potentieel worden verstoord en tot stilstand worden gebracht door ernstige verstoringen in het ruimteweer. Astronauten en de in de ruimte gebaseerde faciliteiten zoals ruimtevaartuigen lopen bijzonder veel risico. Er waren in het verleden verschillende gevallen hiervan, bijvoorbeeld de 'Quebec Blackout' in Canada in maart 1989, veroorzaakt door een enorme zonnevlam die het elektriciteitsnet ernstig had beschadigd. Ook enkele satellieten hadden schade opgelopen. Daarom was er een noodzaak voor een systeem voor het voorspellen van ruimteweer, net zoals we systemen hebben voor het voorspellen van het weer op aarde.

Om te beginnen is de belangrijkste speler in het fenomeen van het weer op aarde de stroming van "wind" bestaande uit moleculen van gassen in de atmosfeer van de aarde. In het geval van het weer in de ruimte is het "zonnewind" bestaande uit stromen van hoogenergetische geïoniseerde deeltjes zoals elektronen, alfadeeltjes etc. (d.w.z. plasma) die uit de oververhitte coronale laag van de atmosfeer van de zon in alle richtingen in de heliosfeer komen, inclusief richting de aarde.

Voorspelling van ruimteweer houdt daarom in dat de omstandigheden van de zonnewind worden voorspeld op basis van het huidige begrip van de vorming, intensiteit en beweging ervan in de ruimte. We weten dat plotselinge uitstoten van massa's uit de coronale laag van de zon (d.w.z. coronale massa-uitstoten of CME's) worden geassocieerd met intense zonnewindomstandigheden of zonnestormen. Dus, observatie van CME's of fotosferische magnetische velden kan een idee geven over een naderende zonnewindstorm, maar een regulier systeem voor het voorspellen van ruimteweer zou vereisen dat een model wordt gecombineerd met observaties van de zonnewind om een schatting van de realiteit te vinden (d.w.z. data-assimilatie). Dit zou op zijn beurt regelmatige tracking van de evolutie van de zonnewind vereisen vanaf het begin bij de zon tot de impact ervan op de ruimteomgeving nabij de aarde.

Zoals gemeld op 09 september 2024, hebben onderzoekers van VSSC, ISRO voor het eerst de evolutie van de zonnewind gevolgd vanaf het begin op de zon tot de impact ervan op de nabije omgeving van de aarde. Met behulp van gegevens van TTC (Telemetry, Tracking and Command) radiosignalen van ISRO's Mars Orbiter Mission (MOM) uit 2015 en InSWIM (Indian network for Space Weather Impact Monitoring) netwerk, brachten ze de oorsprong, versnelling en voortplanting van de snelle zonnewindstromen (HSS) in kaart en observeerden ze hun impact op de ionosfeer van de aarde op lage breedtegraden. hebben laten zien hoe een ruimteweergebeurtenis 2 tot 2.5 dagen van tevoren kan worden voorspeld. De studie is nieuw in het verbinden van de voortplanting van de zonnewind en de impact ervan op de nabije omgeving van de aarde vanuit de verschillende uitkijkpunten in de ruimte. Dit toont aan dat satellieten die op de juiste plaats in de ruimte zijn geplaatst, kunnen worden gebruikt bij het monitoren van de voortplanting van zonnewinden richting de aarde, wat de voorspelling van ruimteweer aanzienlijk kan verbeteren.

AFBEELDING: NASA, STScI *NASA, ESA en CSA*

De geplande "Vigil-missie" van de European Space Agency (ESA) heeft ook als doel om de zonnewinden in de gaten te houden om van tevoren te waarschuwen voor naderende zonnestormen vanaf het vijfde Lagrangepunt (L5) op de dichtstbijzijnde afstand van 150 miljoen km van de zon. Het bevindt zich momenteel in de ontwikkelingsfase en zal na de lancering in 2031 een bijna realtime gegevensstroom voor ruimteweerdiensten leveren.

***

Referenties:

Jain RN, c.s. 2024. Impact van de snelle zonnewindstroom over het lage breedtegraad ionosferische systeem – Een studie die Indiase MOM- en InSWIM-observaties combineert. Maandelijkse mededelingen van de Royal Astronomical Society, stae2091. Gepubliceerd: 09 september 2024. DOI: https://doi.org/10.1093/mnras/stae2091

Turner H., 2024. Verbeteringen in de prognose door assimilatie van zonnewinddata. Ph D-scriptie. University of Reading. 21 mei 2024. DOI: https://doi.org/10.48683/1926.00116526 Verkrijgbaar bij https://centaur.reading.ac.uk/116526/1/Turner_thesis.pdf

ESA. Ruimteveiligheid – Vigil-missie. Beschikbaar op https://www.esa.int/Space_Safety/Vigil

Eastwood JP, 2024. De Vigil Magnetometer voor operationele ruimteweerdiensten van het zon-aarde L5-punt. Ruimteweer. Eerste publicatie: 05 juni 2024. DOI: https://doi.org/10.1029/2024SW003867

***

Gerelateerde artikelen