นักดาราศาสตร์ได้ศึกษากิจกรรมของดวงอาทิตย์มานานหลายศตวรรษด้วยความเข้าใจที่มากขึ้นและมากขึ้น ทุกวันนี้ คอมพิวเตอร์เป็นศูนย์กลางของการแสวงหาความเข้าใจพฤติกรรมของดวงอาทิตย์และบทบาทของดวงอาทิตย์ในเหตุการณ์สภาพอากาศในอวกาศ

พระราชบัญญัติ PROSWIFT สองฝ่าย (ส่งเสริมการวิจัยและการสังเกตการณ์สภาพอากาศในอวกาศเพื่อปรับปรุงการพยากรณ์วันพรุ่งนี้) ซึ่งผ่านกฎหมายในเดือนตุลาคม 2020 กำลังทำให้ความจำเป็นในการพัฒนาเครื่องมือพยากรณ์อากาศในอวกาศที่ดีขึ้น

นิโคไล โปโกเรลอฟ ศาสตราจารย์ด้านวิทยาศาสตร์อวกาศแห่งมหาวิทยาลัยอลาบามาในฮันต์สวิลล์ กล่าวว่า "สภาพอากาศในอวกาศต้องใช้ผลิตภัณฑ์แบบเรียลไทม์ เพื่อให้เราสามารถคาดการณ์ผลกระทบก่อนเหตุการณ์ได้ ไม่ใช่แค่หลังจากนั้น" ทศวรรษ. "เรื่องนี้ -- เกี่ยวข้องกับโครงการอวกาศแห่งชาติ สิ่งแวดล้อม และประเด็นอื่น ๆ -- ได้รับการยกระดับขึ้นไปในระดับที่สูงขึ้นเมื่อเร็ว ๆ นี้"

สำหรับหลายๆ คน สภาพอากาศในอวกาศอาจดูเหมือนเป็นเรื่องที่ต้องกังวล แต่เหมือนกับการระบาดใหญ่ สิ่งที่เรารู้ว่าเป็นไปได้และเป็นภัยพิบัติ เราอาจไม่ได้ตระหนักถึงอันตรายของมันจนกว่าจะสายเกินไป

"เราไม่ได้คิดถึงเรื่องนี้ แต่การสื่อสารทางไฟฟ้า GPS และอุปกรณ์ในชีวิตประจำวันสามารถได้รับผลกระทบจากสภาพอากาศที่รุนแรงในอวกาศ" Pogorelov กล่าว

นอกจากนี้ สหรัฐฯ กำลังวางแผนภารกิจไปยังดาวเคราะห์ดวงอื่นและดวงจันทร์ ทั้งหมดจะต้องมีการทำนายสภาพอากาศในอวกาศที่แม่นยำมาก สำหรับการออกแบบยานอวกาศและเพื่อเตือนนักบินอวกาศถึงเหตุการณ์ที่รุนแรง

ด้วยการระดมทุนจาก National Science Foundation (NSF) และ NASA Pogorelov นำทีมที่ทำงานเพื่อปรับปรุงความทันสมัยในการพยากรณ์อากาศในอวกาศ

Mangala Sharma ผู้อำนวยการโครงการสภาพอากาศในอวกาศในแผนกวิทยาศาสตร์บรรยากาศและธรณีสเปซกล่าวว่า "งานวิจัยชิ้นนี้ผสมผสานวิทยาศาสตร์ที่สลับซับซ้อน การคำนวณขั้นสูง และการสังเกตการณ์ที่น่าตื่นเต้น จะช่วยให้เราเข้าใจมากขึ้นว่าดวงอาทิตย์ขับเคลื่อนสภาพอากาศในอวกาศอย่างไรและผลกระทบต่อโลกอย่างไร เอ็นเอสเอฟ "งานนี้จะช่วยให้นักวิทยาศาสตร์คาดการณ์เหตุการณ์สภาพอากาศในอวกาศและสร้างความยืดหยุ่นให้กับประเทศของเราต่ออันตรายจากธรรมชาติเหล่านี้ได้"

ความพยายามหลายสถาบันเกี่ยวข้องกับศูนย์การบินอวกาศก็อดดาร์ดและมาร์แชล ห้องปฏิบัติการแห่งชาติลอว์เรนซ์ เบิร์กลีย์ และบริษัทเอกชน 2 แห่ง ได้แก่ บริษัท Predictive Science Inc. และ Space Systems Research Corporation

Pogorelov ใช้ซูเปอร์คอมพิวเตอร์ Frontera ที่ Texas Advanced Computing Center (TACC) ซึ่งเร็วเป็นอันดับเก้าของโลก รวมไปถึงระบบประสิทธิภาพสูงที่ NASA และ San Diego Supercomputing Center เพื่อปรับปรุงแบบจำลองและวิธีการที่เป็นหัวใจของอวกาศ การพยากรณ์อากาศ.

ความปั่นป่วนมีบทบาทสำคัญในพลวัตของลมสุริยะและการปล่อยมวลโคโรนา ปรากฏการณ์ที่ซับซ้อนนี้มีหลายแง่มุม รวมถึงบทบาทของปฏิกิริยาระหว่างการสั่นสะเทือนและความปั่นป่วนและการเร่งด้วยไอออน

Pogorelov กล่าวว่า "พลาสม่าพลังงานแสงอาทิตย์ไม่อยู่ในสภาวะสมดุลทางความร้อน

Pogorelov เขียนในวารสาร Astrophysical Journalในเดือนเมษายนปี 2021 พร้อมด้วย Michael Gedalin (มหาวิทยาลัย Ben Gurion แห่ง Negev ประเทศอิสราเอล) และ Vadim Roytershteyn (สถาบันวิทยาศาสตร์อวกาศ) อธิบายถึงบทบาทของการย้อนกระแสไอออนของปิ๊กอัพในการเร่งอนุภาคที่มีประจุในจักรวาล . ไอออนที่ไหลย้อน (backstreaming ion) ไม่ว่าจะมาจากดวงดาวหรือแหล่งกำเนิดในท้องถิ่น จะถูกดูดกลืนโดยพลาสมาลมสุริยะที่มีสนามแม่เหล็กและเคลื่อนตัวออกนอกดวงอาทิตย์ในแนวรัศมี

"อนุภาคที่ไม่ใช่ความร้อนบางชนิดสามารถเร่งให้เร็วขึ้นเพื่อสร้างอนุภาคที่มีพลังแสงอาทิตย์ซึ่งมีความสำคัญอย่างยิ่งต่อสภาพอากาศในอวกาศบนโลกและสำหรับผู้คนในอวกาศ" เขากล่าว

Pogorelov ทำการจำลองบน Frontera เพื่อให้เข้าใจปรากฏการณ์นี้ดีขึ้นและเปรียบเทียบกับการสังเกตการณ์จากยานโวเอเจอร์ 1 และ 2 ซึ่งเป็นยานอวกาศที่สำรวจส่วนนอกของเฮลิโอสเฟียร์และขณะนี้กำลังให้ข้อมูลเฉพาะจากสื่อระหว่างดวงดาวในท้องถิ่น

จุดสนใจหลักประการหนึ่งของการพยากรณ์อากาศในอวกาศคือการคาดการณ์การมาถึงของการปล่อยมวลโคโรนาอย่างถูกต้อง - การปล่อยพลาสมาและสนามแม่เหล็กที่มาจากโคโรนาสุริยะ - และการกำหนดทิศทางของสนามแม่เหล็กที่พาไปด้วย การศึกษาไอออนย้อนกลับของทีม Pogorelov ช่วยในการทำเช่นนั้น เช่นเดียวกับงานที่ตีพิมพ์ในวารสาร Astrophysical Journalในปี 2020 ที่ใช้แบบจำลองแมกนีโตไฮโดรไดนามิกที่ใช้ฟลักซ์เชือกเพื่อทำนายเวลาที่มาถึงโลกและการกำหนดค่าสนามแม่เหล็กของการปล่อยมวลโคโรนา 12 กรกฎาคม 2555 . (แมกนีโตไฮโดรไดนามิกส์หมายถึงคุณสมบัติทางแม่เหล็กและพฤติกรรมของของเหลวที่นำไฟฟ้า เช่น พลาสม่า ซึ่งมีบทบาทสำคัญในการเปลี่ยนแปลงสภาพอากาศในอวกาศ)

Pogorelov กล่าวว่า "เมื่อ 15 ปีที่แล้ว เราไม่รู้เกี่ยวกับคุณสมบัติของตัวกลางหรือลมสุริยะมากนัก "เรามีข้อสังเกตมากมายในปัจจุบัน ซึ่งช่วยให้เราตรวจสอบรหัสของเราและทำให้มีความน่าเชื่อถือมากขึ้น"

Pogorelov เป็นผู้ร่วมวิจัยเกี่ยวกับส่วนประกอบออนบอร์ดของ Parker Solar Probe ที่เรียกว่า SWEAP (เครื่องมือ Solar Wind Electrons, Protons และ Alphas) แต่ละวงโคจรจะเข้าใกล้ดวงอาทิตย์โดยให้ข้อมูลใหม่เกี่ยวกับลักษณะของลมสุริยะ

“ในไม่ช้า มันจะทะลุผ่านทรงกลมวิกฤต ซึ่งลมสุริยะจะกลายเป็นสนามแม่เหล็กที่เร็วมาก และเราจะมีข้อมูลเกี่ยวกับฟิสิกส์ของการเร่งความเร็วลมสุริยะและการขนส่งที่เราไม่เคยมีมาก่อน” เขากล่าว

เมื่อมีการสอบสวนและเครื่องมือสังเกตการณ์ใหม่อื่นๆ Pogorelov คาดว่าจะมีข้อมูลใหม่มากมายที่สามารถแจ้งและขับเคลื่อนการพัฒนาโมเดลใหม่ที่เกี่ยวข้องกับการพยากรณ์อากาศในอวกาศ ด้วยเหตุผลดังกล่าว ควบคู่ไปกับการวิจัยพื้นฐานของเขา Pogorelov กำลังพัฒนาเฟรมเวิร์กซอฟต์แวร์ที่ยืดหยุ่น ใช้งานได้โดยกลุ่มวิจัยต่างๆ ทั่วโลก และสามารถรวมข้อมูลการสังเกตใหม่ๆ ได้

"ไม่ต้องสงสัยเลย ในอีกไม่กี่ปีข้างหน้า คุณภาพของข้อมูลจากโฟโตสเฟียร์และโคโรนาของดวงอาทิตย์จะดีขึ้นอย่างมาก ทั้งจากข้อมูลใหม่ที่มีอยู่และวิธีการใหม่ ที่มีความซับซ้อนมากขึ้นในการทำงานกับข้อมูล" เขากล่าว "เรากำลังพยายามสร้างซอฟต์แวร์ในลักษณะที่ว่าหากผู้ใช้มีเงื่อนไขขอบเขตที่ดีขึ้นจากภารกิจวิทยาศาสตร์ใหม่ๆ พวกเขาจะรวมข้อมูลนั้นได้ง่ายขึ้น"