GPS衛星は巨大な太陽フレアよりも穏やかな太陽嵐の方が脅威にさらされている

過去 20 年間で最も激しい宇宙気象現象が、太陽極小期の直後に GPS 衛星の軌道を襲いました。

穏やかな太陽嵐は、100年に一度の現象よりもGPS衛星に深刻な問題を引き起こす可能性があることが、新たな研究で判明した。

太陽から噴出する嵐は、地球の軌道上の衛星に困難をもたらします。 科学者たちは、オペレーターが宇宙船を保護できるよう、これらの出来事をより深く理解しようとしています。 そして時々、彼らは驚きを発見します。

英国南極観測所（BAS）の研究者らによる新たな研究で、全地球測位システム（GPS）軌道上の衛星は、地球上の送電網や通信ネットワークに大混乱をもたらす恐ろしい現象よりも、穏やかな太陽嵐の影響の方が大きい可能性があることが判明した。

BAS 宇宙気象研究科学者のナイジェル・メレディス氏と彼の同僚は、20 年分の衛星データを分析し、あらゆる種類の輸送、銀行業務、石油掘削などの多くの分野に重要なサービスを提供する米国の GPS 宇宙船にとって最も困難な出来事であることを発見しました。 — 2010 年、太陽の 11 年周期の活動周期の眠い時期に起きた小規模な太陽嵐によって発生しました。 そして、最近の歴史の中で最も重大な宇宙気象現象である 2003 年のハロウィーン嵐では、地球上空 12,550 マイル (20,200 キロメートル) を周回する GPS 衛星はほとんど無傷で残されました。

「時々、スーパーストームが起こると、すべてが一度に起こると考える人がいます。しかし、私たちの研究から、必ずしもそうではないことがわかりました」とメレディス氏はSpace.comに語った。 「多くの人が穏やかな嵐だと言うかもしれないその期間に、私たちは（太陽からの高エネルギー粒子の）最大のフラックスを観測しました。」

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太陽嵐は、太陽風を構成する荷電粒子と地球の磁場および地球の大気との相互作用によって引き起こされます。 太陽風は、太陽から絶えず滴り落ちるイオン化したガスの流れです。 コロナ質量放出（CME）として知られる太陽物質の膨大な噴火中、太陽は大量の太陽風を一度に宇宙に吹き飛ばします。

太陽風中の粒子は磁化されており、これらの巨大なプラズマ噴火が反対の磁極で地球の磁力線に衝突すると、惑星の保護磁気シールドが一時的に切り離され、大気圏深くまで侵入します。 太陽粒子と大気ガスの反応は、色鮮やかなオーロラの表示を引き起こしますが、最も激しい嵐の場合には、電力網を破壊し、通信ネットワークを混乱させる可能性のある電流も誘発します。

太陽嵐が衛星に影響を及ぼす方法はいくつかあります。 たとえば、太陽風の粒子が空気の分子と混合すると、大気が暖まって膨張し、大気の上層の希薄なガスの密度が増加します。 国際宇宙ステーションを含む地球低軌道にある宇宙船は、突然大きな抵抗を受け、高度を失い始めます。

GPS 高度にある衛星は、宇宙天気の別の影響を受けます。 太陽風の強力な爆発が地球の磁場を突破すると、帯電した太陽粒子が惑星の磁力線の背後に捕らえられ、地球の外側の放射線帯に余分なエネルギーが注入されます。 高度約 8,000 マイル (13,000 キロメートル) から 28,000 マイル (45,000 キロメートル) までの範囲に広がるこの地域では、高エネルギー粒子の濃度が常に非常に高くなります。 適切な強さの太陽嵐が発生すると、物体がかなり加熱され、その結果、「キラー」電子、つまり地球上を 10 分ごとに飛び回るほどエネルギーの高い電子の数が劇的に増加します。

「（これらの電子は）非常に高いエネルギーを持っています。それらは衛星の表面を貫通し、絶縁体に埋め込まれ、基本的にそこに留まることができます」とメレディス氏は述べた。 「絶縁体内に入ると時間の経過とともに電荷が蓄積し、破壊レベルを超える可能性があります。静電気が放電して電子部品が損傷する可能性があります。」