fot. Satelity Europejskiej Agencji Kosmicznej mierzą siłę ziemskiego
pola magnetycznego. Na tym obrazie, chłodniejsze kolory (niebieski)
oznaczają niższe natężenie niż cieplejsze (różowy). Duży ciemny region
nazywany jest Anomalią Południowoatlantycką.
Przez lata, SAA był odpowiedzialny za kilka awarii jednostek
kosmicznych, a nawet dyktuje kiedy astronauci mogą i nie mogą wykonywać
spacery kosmiczne. Przestrzeń wokół Ziemi zapełnia się coraz większą
liczbą obiektów, co więc oznacza dla przyszłości lotów kosmicznych
istnienie SAA?
Anomalia magnetyczna
Ziemskie pole magnetyczne jest wynikiem samo podtrzymującego się procesu
zwanego geodynamo. Gdy stopione żelazo rozpływa się wokół zewnętrznego
jądra naszej planety, generuje ono ogromne prądy elektryczne, które z
kolei tworzą i wzmacniają pole magnetyczne. Ziemskie pole magnetyczne
rozciąga się na dziesiątki tysięcy mil w przestrzeń kosmiczną, a obszar,
w którym pole magnetyczne oddziałuje z naładowanymi cząstkami, nazywany
jest magnetosferą. Magnetosfera chroni życie na Ziemi, odchylając wiatr
słoneczny i promienie kosmiczne, które w przeciwnym razie zniszczyłyby
znaczną część atmosfery, a także spowodowałyby inne szkodliwe efekty.
Jednak nie wszystkie napływające cząstki są odbijane. Niektóre zamiast
tego zostają uwięzione w dwóch regionach w kształcie pączka, zwanych Pasami Promieniowania Van Allena.
Wewnętrzny z dwóch Pasów Van Allena znajduje się średnio około 645
kilometrów nad powierzchnią Ziemi. Jednak Pasy Van Allena są położone
symetrycznie względem ziemskiej osi magnetycznej, która nie jest
idealnie wyrównana z osią obrotu Ziemi.
Rezultat: Odległość Pasów od powierzchni Ziemi jest różna na całym globie.
SAA to region, w którym wewnętrzny Pas Van Allena zagłębia się najbliżej Ziemi - zaledwie 190 km nad jej powierzchnią.
Na tej wysokości, pojazdy kosmiczne na niskiej orbicie okołoziemskiej
(LEO) mogą okresowo przechodzić przez SAA, narażając je (a w przypadku
misji załogowych, ich pasażerów) na duże ilości uwięzionych
wysokoenergetycznych cząstek - czyli potencjalnie szkodliwych dawek
promieniowania.
Zaginione jednostki
Promieniowanie z SAA niewątpliwie miało wpływ na pojazdy kosmiczne, czasami prowadząc do ich zniszczenia.
Jednym z wartych uwagi przykładów jest należący do Japan Aerospace
Exploration Agency (JAXA) X-ray Astronomy Satellite. Nazwany również
Hitomi, został wystrzelony na LEO w lutym 2016 roku w celu badania
wysokoenergetycznego promieniowania rentgenowskiego pochodzącego z
ekstremalnych procesów w całym wszechświecie.
Jednak JAXA straciła wszelki kontakt z sondą 26 marca tego samego roku.
Wkrótce potem amerykańskie Joint Space Operations Center publicznie
potwierdziło, że widziało, jak Hitomi rozpada się na co najmniej pięć
kawałków. Największy z nich obracał się, odrzucając kolejne fragmenty.
Hitomi, który kosztował ponad 270 milionów dolarów, był całkowicie
stracony.
Chociaż dokładne szczegóły problemów, które doprowadziły do utraty
sondy, są nadal dyskutowane, wiadomo, że tracker gwiazd Hitomi, który
informował pojazd o jego położeniu w przestrzeni, wielokrotnie
doświadczał problemów, gdy statek przelatywał przez SAA. Możliwe, że
spowodowane promieniowaniem uszkodzenie tego systemu ostatecznie
spowodowało, że satelita obrócił się na śmierć, obracając się zbyt
szybko, gdy próbował skorygować problemy z pozycją, które w
rzeczywistości nie istniały.
Podobnie w 2007 roku firma Globalstar, zajmująca się telefonią
satelitarną i transmisją danych, doświadczyła utraty kilku swoich
satelitów pierwszej generacji. Również w tym przypadku uważa się, że
utrata była związana z degradacją komponentów elektronicznych przez
uszkodzenia radiacyjne powstałe podczas przechodzenia przez SAA.
Problemy nie dotyczyły tylko satelitów. Komputery i instrumenty na
pokładzie Skylab, Międzynarodowej Stacji Kosmicznej (ISS), promu
kosmicznego, a nawet statku Dragon firmy SpaceX doświadczyły awarii lub
innych problemów podczas przechodzenia przez SAA.
SAA a załogowe loty kosmiczne
Czy wysoki poziom promieniowania w SAA może zagrażać także astronautom?
Ponieważ ISS od czasu do czasu przelatuje przez SAA, została ona
skonstruowana w taki sposób, aby osłony przed promieniowaniem chroniły
astronautów przed uszkodzeniem. Chociaż nieistniejące już promy
kosmiczne również czasami przelatywały przez SAA, krótki czas lotów
wahadłowców sprawił, że było to mniejszym problemem. Niemniej jednak,
biorąc pod uwagę wysokie narażenie na promieniowanie, jakie astronauci
mogliby ponieść w przypadku bezpośredniego kontaktu z SAA, spacery
kosmiczne ISS są planowane tak, by nie odbywały się podczas przelotów
przez SAA.
W miarę jak naukowcy i inżynierowie zdobywali coraz większe
doświadczenie, zarówno w radzeniu sobie z SAA, jak i w budowaniu statków
kosmicznych, opracowali strategie przeciwdziałania potencjalnym
szkodom, jakie mogą wyrządzić wysokoenergetyczne cząstki. Inżynierowie
mogą dodać więcej osłon przed promieniowaniem, ale to często zwiększa
wagę statku kosmicznego, co z kolei podnosi koszty jego wystrzelenia.
Półprzewodniki nazywane samo naprawiającymi się układami z arsenku galu
są bardziej odporne na uszkodzenia spowodowane promieniowaniem. A samo
umieszczenie delikatnych komponentów elektronicznych głębiej w korpusie
statku kosmicznego, gdzie są one otoczone przez inne, gęstsze i bardziej
wytrzymałe komponenty, również zapewnia dodatkową ochronę.
Jedno jest pewne: w miarę rozwoju lotów kosmicznych, poważne traktowanie
zagrożeń takich jak SAA jest niezbędne do ochrony naszych inwestycji -
czy to w dolary, technologię, czy ludzkie życie.
