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磁暴到底是什么,为何能一下弄坏马斯克的40颗卫星?

2022-02-22 18:35     来源:中科院高能所     X射线 宇宙射线
由于受到磁暴影响,马斯克的SpaceX公司于2月3号发射的49颗星链卫星,受到磁暴的影响,已经有40颗卫星进入安全模式,处在超低轨道上,其中至少4颗已经坠毁,而其他卫星状况也不容乐观。

实际上,大家都已经经历过不少次磁暴了。让我们来一起了解下这次的磁暴何德何能,竟能让雄心壮志的马斯克吃瘪。

01、太阳活动与磁暴

其实,科学家们早就警告过,今年开始太阳活动就会更加频繁。早在上个月的18号和20号,就已经爆发过两次太阳耀斑了,这会放出大量的紫外线和X射线,还会高速抛射出很多等离子体,这些都会对地球的大气层带来巨大影响。其中紫外线和X射线会电离地球的大气顶部,导致暂时的无线电中断。

此外,太阳平时就会释放出的高速带电粒子,也就是“太阳风”,平时,太阳风相对比较“温和”,容易被地球磁场干扰偏转,没有机会伤害地球上的生命,对卫星和通信的影响也不大。但如果太阳耀斑爆发,则可能出现强力的太阳风,除了可能直接损坏卫星外,也会造成地球附近磁场产生大范围的扰动,这也就是我们常说的磁暴,这往往会导致通信干扰、大气受热膨胀、还可能导致停电。

被地球磁场偏转的太阳风 | ESO(欧洲南方天文台)

不过,也不用谈磁暴色变,虽然具体某一场的磁暴难以预测,但自十八世纪以来,太阳黑子活动基本上都是以十一年为一个周期,在每个周期中都会产生几千几万次磁暴。对于磁暴,我们是见得多了,大部分情况下,在轨卫星最多就是通信暂时受到影响,并不会因此坠毁。

可马斯克的星链卫星,怎么就这么“弱不禁风”,面对一次不强的磁暴,40颗卫星就“五体投地”了呢?这就不得不说下磁暴对低轨卫星的影响了。

02、为何星链卫星损失这么大?

首先就是星链卫星本身质量不太“过硬”。

因为星链项目的商业卫星,为了节约成本,往往会使用一些不十分成熟的新技术,在恶劣的太空环境中,这些卫星的可靠性不像传统卫星那么高,一旦出现磁暴,往往更容易出故障。

星链项目采用成本相对较低的方案 | techeblog.com

而磁暴爆发时,常会导致大量带电粒子注入大气层,加热大气使之膨胀,大气这一膨胀,就带来问题了,在低轨卫星轨道的高度,高层大气原本很稀薄,可磁暴一来大气受热密度增加,空气阻力便随之猛地变大。这时如果卫星不能及时打开发动机升高轨道,就会像陷入泥沼一样,越来越慢越来越低,结局可想而知。

而星链卫星恰恰就是在低轨道释放的,不知道是出现了故障,还是运行模式有问题,面对磁暴,这些卫星在进入了安全模式后,没能及时退出并打开发动机调整轨道,这也是这次星链卫星批量受损的主要原因,而其他更高轨道上的卫星则不会受到这样的影响。

这下我们就了解为什么唯独马斯克的卫星,会在这次磁暴中损失巨大了吧。有一说一,这次事件可能算得上是有史以来,由太阳风暴造成的最大规模的卫星损失了,也是首次因大气密度增加而引发的大规模卫星故障。明美国哈佛-史密松森天体物理中心的天文学家乔纳森•麦克道尔,对40颗卫星脱轨的评价是:“这是前所未有的!”

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