Das Wetter im Weltraum vorherzusagen ist schwer, aber dieser neue Satellit könnte es einfacher machen

Der in Australien hergestellte Weltraumwettersatellit CUAVA-1 wurde von der Internationalen Raumstation ISS aus in die Umlaufbahn gebracht Mittwoch Nacht. Zur Raumstation gestartet im August an Bord einer SpaceX Rakete, ist ein Hauptaugenmerk dieses schuhkartongroßen CubeSat die Untersuchung der Auswirkungen der Sonnenstrahlung auf die Erdatmosphäre und elektronische Geräte.

Weltraumwetter wie zum Beispiel Sonneneruptionen und Veränderungen des Sonnenwinds beeinflussen die Ionosphäre der Erde (eine Schicht geladener Teilchen in der oberen Atmosphäre). Dies hat wiederum Auswirkungen auf Funkverkehr über große Entfernungen und der Umlaufbahnen einiger Satelliten, sowie Schwankungen im elektromagnetischen Feld erzeugen, die die Elektronik im Weltraum und bis zum Boden zerstören können.

Der neue Satellit ist der erste, der vom Australian Research Council Training Center für Cubesats, UAVs und ihre Anwendungen (oder CUAVA kurz). Es trägt Nutzlasten und Technologiedemonstratoren, die von Mitarbeitern der University of Sydney, der Macquarie University und der UNSW-Sydney gebaut wurden.

Eines der Ziele von CUAVA-1 ist die Verbesserung der Weltraumwettervorhersagen, die derzeit sehr begrenzt sind. Neben seiner wissenschaftlichen Mission ist CUAVA-1 auch ein Schritt in Richtung des Ziels der australischen Weltraumorganisation Wachstum der lokalen Raumfahrtindustrie um 20.000 Arbeitsplätze bis 2030.

Satelliten und Weltraumwetter

Explosionsansicht von CUAVA-1 und seinen Komponenten und Nutzlasten. Gegerbte Etiketten weisen auf in Australien hergestellte Komponenten hin. Xueliang Bai

Während die Australian Space Agency erst 2018 gegründet wurde, hat Australien eine lange Geschichte in der Satellitenforschung. Im Jahr 2002 zum Beispiel FedSat war einer der ersten Satelliten der Welt, der einen GPS-Empfänger an Bord trug.

Weltraumgestützte GPS-Empfänger ermöglichen heute weltweit routinemäßige Messungen der Atmosphäre zur Wetterüberwachung und -vorhersage. Das Bureau of Meteorology und andere Wettervorhersageagenturen verlassen sich auf weltraumbasierte GPS-Daten in ihrer Prognose.

Auch weltraumgestützte GPS-Empfänger ermöglichen die Überwachung der Ionosphäre der Erde. Aus einer Höhe von etwa 80 km bis 1.000 km geht diese Schicht der Atmosphäre von einem Gas aus ungeladenen Atomen und Molekülen zu einem Gas aus geladenen Teilchen, sowohl Elektronen als auch Ionen, über. (Ein Gas geladener Teilchen wird auch Plasma genannt.)

Die Ionosphäre ist der Ort der schöne Aurora-Displays die in hohen Breiten während gemäßigter geomagnetische Stürme, oder „schlechtes Weltraumwetter“, aber es steckt noch viel mehr dahinter.

Die Ionosphäre kann bei der Satellitenpositionierung und -navigation Schwierigkeiten bereiten, ist aber manchmal auch nützlich, z. B. wenn bodengestütztes Radar und Funksignale können davon reflektiert werden, um den Horizont zu scannen oder zu kommunizieren.

Von Weltraumwetterereignissen betroffene Technologie und Infrastruktur.  NASA
Von Weltraumwetterereignissen betroffene Technologie und Infrastruktur. NASA

Warum das Weltraumwetter so schwer vorherzusagen ist

Das Verständnis der Ionosphäre ist ein wichtiger Teil der operativen Weltraumwettervorhersage. Wir wissen, dass die Ionosphäre während schwerer geomagnetischer Stürme stark unregelmäßig wird. Es unterbricht die durch ihn hindurchgehenden Funksignale und erzeugt Stromstöße in Stromnetzen und Pipelines.

Während schwerer geomagnetische Stürme, wird eine große Menge Energie in die obere Erdatmosphäre in der Nähe des Nord- und Südpols abgegeben, während sich auch Strömungen und Strömungen in der äquatorialen Ionosphäre ändern.

Diese Energie zerstreut sich durch das System, verursacht weitreichende Veränderungen in der oberen Atmosphäre und verändert Stunden später die Windmuster in großer Höhe über dem Äquator.

Im Gegensatz dazu erhitzen Röntgen- und UV-Strahlung von Sonneneruptionen direkt die Atmosphäre (über der Ozonschicht) über dem Äquator und den mittleren Breiten. Diese Veränderungen beeinflussen den Luftwiderstand in erdnahen Umlaufbahnen und machen es schwierig, die Bahnen von Satelliten und Weltraummüll vorherzusagen.

Auch außerhalb von geomagnetischen Stürmen gibt es „Ruhezeit“-Störungen, die sich auf Geographisches Positionierungs System und andere elektronische Systeme.

Gegenwärtig können wir keine genauen Vorhersagen über schlechtes Weltraumwetter über etwa drei Tage hinaus machen. Und die Auswirkungen des schlechten Weltraumwetters auf die obere Erdatmosphäre, einschließlich GPS- und Kommunikationsstörungen und Änderungen des Satellitenwiderstands, sind im Voraus noch schwerer vorherzusagen.

Infolgedessen beschränken sich die meisten Weltraumwettervorhersagen auf „Nowcasting“: den aktuellen Zustand des Weltraumwetters zu beobachten und für die nächsten Stunden zu projizieren.

Es wird noch viel mehr Wissenschaft brauchen, um die Verbindung zwischen Sonne und Erde zu verstehen, wie Energie von der Sonne durch das Erdsystem verteilt wird und wie diese Systemänderungen die Technologie beeinflussen, auf die wir im täglichen Leben zunehmend angewiesen sind.

Dies bedeutet mehr Forschung und mehr Satelliten, insbesondere für die äquatorialen bis mittleren Breiten, die für Australier (und tatsächlich die meisten Menschen auf der Erde) relevant sind. Wir hoffen, dass CUAVA-1 ein Schritt in Richtung einer Konstellation australischer Weltraumwettersatelliten ist, die eine Schlüsselrolle bei der zukünftigen Weltraumwettervorhersage spielen werden.Die Unterhaltung

Artikel von Brett Carter, Alter Dozent, RMIT Universität und Iver Cairns, Professor für Weltraumphysik, Universität Sydney

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