De zon is de belangrijkste energiebron voor het in stand houden van het leven op aarde, maar het geeft ons veel meer dan alleen licht en warmte. Het geeft ons ook zonnestormen.

Storingen op de zon, zoals coronale massa-ejecties geproduceerd door zonnevlammen die afkomstig zijn van actieve zonnevlekkengebieden, zonnestormen kunnen veroorzaken. Zonnevlammen en coronale massa-ejecties zenden enorme hoeveelheden straling en geladen deeltjes de ruimte in.

Deze gebeurtenissen kunnen de communicatie- en stroominfrastructuur van de aarde beschadigen, resulterend in stroomuitval en verminderde systeemfunctionaliteit. Satellieten, ruimtestations en astronauten, luchtvaart, GPS, elektriciteitsnetten en meer kunnen worden beïnvloed.

Naarmate onze beschaving geavanceerder wordt, we worden kwetsbaarder voor de effecten van zonnestormen. Nutsvoorzieningen, naarmate de activiteit van de zon toeneemt, we moeten beter worden in het voorspellen van zonneweer.

Veel mensen herinneren zich nog de ineenstorting van het Canadese elektriciteitsnet in Quebec op 13 maart 1989, die negen uur duurde en zes miljoen mensen trof. Het veroorzaakte honderden miljoenen dollars aan schade en gederfde inkomsten. Deze black-out werd veroorzaakt door zonnestormen.

Het Carrington-evenement, genoemd naar de amateur-astronoom die het opnam, was een andere krachtige zonnestorm die plaatsvond in september 1859. De allernieuwste technologie in 1859 was beperkt tot elektrische telegrafieën, en de meeste daarvan faalden in heel Europa en Noord-Amerika, in sommige gevallen hun operators elektrische schokken geven.

Tegenwoordig, we zijn veel meer afhankelijk van technologie, die op zijn beurt steeds kwetsbaarder wordt voor de effecten van de ruimte en zijn unieke natuurrampen.

Ruimtestraling

De ruimte is enorm, koud, donker en overspoeld met straling. Straling in de ruimte komt voornamelijk van galactische kosmische straling - hoogenergetische deeltjes die door andere sterrenstelsels worden uitgestoten - en zonnedeeltjes - hoogenergetische deeltjes van onze eigen zon.

In ruimtestraling, atomen worden in de interstellaire ruimte versneld tot snelheden die dicht bij de lichtsnelheid liggen. Eventueel, de elektronen worden uitgekleed en alleen de positief geladen kern blijft over.

Mensen observeren en tellen al meer dan 400 jaar zonnevlekken, waardoor dit het langstlopende experiment ter wereld is. De zon heeft een zonnevlekkencyclus van 11 jaar, en op dit moment, we zitten midden in die cyclus. Nu nadert het "zonnemaximum, " waar de grootste zonneactiviteit plaatsvindt. Het volgende zonnemaximum zal naar verwachting in 2025 beginnen.

Mensen kennen het noorderlicht, dat is een zichtbaar effect van zonnestraling. magnetisch veld van de aarde, die ons beschermt tegen de meeste gevaren van ruimtestraling, stuurt de geladen deeltjes naar de polen, waar ze onze atmosfeer binnenkomen en prachtige lichtshows veroorzaken.

Maar de straling kan ook gevolgen hebben voor technologie en mensen. Tijdens sterke zonnestralingsstormen, energetische protonen kunnen elektronische circuits in satellieten en het biologische DNA van astronauten beschadigen. Passagiers en bemanningsleden die over de noordpool vliegen, zouden aan verhoogde straling worden blootgesteld.

Deze stralingsstormen kunnen fouten veroorzaken die navigatieoperaties extreem moeilijk maken. Energetische protonen kunnen ook de atomen en moleculen in de atmosfeer ioniseren, waardoor een laag van vrije elektronen ontstaat. Deze laag kan hoogfrequente radiogolven absorberen, waardoor de hoogfrequente communicatie uitvalt, ook wel kortegolfradio genoemd.

Met onze toenemende afhankelijkheid van technologie, het voorspellen van het weer in de ruimte is cruciaal. Echter, het nauwkeurig voorspellen van ruimteweer is al lang een uitdagend probleem voor experts.

Ruimteweer voorspellen

Als we de complexiteit van zonnevlekken begrijpen, kunnen we voorspellen of er significante zonnevlammen kunnen plaatsvinden. Mijn collega's en ik hebben een realtime geautomatiseerd computersysteem ontwikkeld dat beeldverwerking en kunstmatige intelligentietechnologieën gebruikt om zonnesatellietgegevens te bewaken en te analyseren. Dit helpt de kans op zonnevlammen in de komende 24 uur te voorspellen.

We pionierden met nieuwe technieken voor automatische verwerking, detectie en kenmerkextractie van zonnekenmerken, zoals actieve regio's en zonnevlekken, vastgelegd door NASA's zonnedynamica-observatoriumsatelliet. We introduceerden ook het eerste geautomatiseerde en realtime systeem om zonnevlekken te classificeren. Voor dit, de classificatie van zonnevlekken was een handmatig proces dat zorgvuldig werd uitgevoerd door experts.

Ruimtemissies en astronauten hebben veel meer kans op straling, omdat ze niet worden beschermd door het magnetische veld van de aarde. De effecten op mensen kunnen onder meer stralingsziekte, verhoogd risico op kanker, degeneratieve ziekten en effecten op het centrale zenuwstelsel.

Ondanks deze risico's, menselijke en robotactiviteiten nemen toe in de ruimte en NASA werkt eraan om mensen tegen de jaren 2030 op Mars te laten landen. Er zijn twee rovers - Curiosity en Perseverance - en één lander is momenteel operationeel op Mars, met een andere rover gepland voor lancering in 2022.

Ons ruimteweervoorspellingssysteem is openbaar beschikbaar, en wordt nu gebruikt als een van de besluitvormingsinstrumenten voor NASA's robotmissies en om stralingseffecten op de Chandra-röntgenobservatoriumbaan van NASA te beheren.

Terwijl we ons verder de ruimte in wagen, we zullen onze huidige mogelijkheden voor het voorspellen van het ruimteweer moeten versterken om een ​​beter beeld te krijgen van zonneactiviteit en de effecten ervan rond het zonnestelsel te verminderen.

Deze taak is ongelooflijk uitdagend, aangezien de meeste zonnewaarnemingen worden genomen voor het gezichtsveld van de aarde. Betere modellering en onderzoek van de evolutie van zonnekenmerken is nodig om tegemoet te komen aan de drastisch verschillende hemelbanen rond de zon.

Dit artikel is opnieuw gepubliceerd vanuit The Conversation onder een Creative Commons-licentie. Lees het originele artikel.