2022年2月3日,马斯克旗下的太空探索技术公司(SpaceX,网友称“空X”)用猎鹰9号火箭发射了49颗星链互联网卫星。
第二天,卫星遭遇地磁风暴。
2月8日,SpaceX报告有40颗卫星因为地磁风暴将坠落地球。
听到这个消息,有人表示惋惜,也有人击掌庆祝:“怎么样?遭报应了吧!”
网传星链卫星坠落图像
什么是地磁风暴?地球的磁场风暴可以“击落”卫星吗?
答案是否定的。
地磁风暴产生于地球,但诱发地磁风暴产生的原因却来自1.5亿公里之外的太阳。我们的恒星太阳是颗黄矮星,与大多数恒星相比它还算温和,但偶尔也会使使性子,耀斑爆发就是太阳“发脾气”的表现。当太阳内部高速电子流与等离子体相互作用时,磁重联现象导致带电粒子被极端加速,大量能量突然释放使得磁场和太阳大气层(日冕)物质猛烈膨胀,将带电粒子抛射到太空中。
太阳耀斑爆发喷射大量带电粒子
光的速度是每秒钟30万公里,太阳大约8分钟到达地球,但太阳喷射出来的带电粒子速度要慢许多。
1月30日,科学家观测到一次太阳耀斑爆发,太阳粒子在2月2日(世界标准时间)到达地球。由于这次耀斑爆发持续的时间特别长,前前后后共有4个多小时,太阳粒子扫过地球的时间也格外长,前前后后超过了15个小时。
太阳风影响地球超过15个小时
2月9日,另一个太阳风猛烈扫过地球,带电粒子撞击地球磁场的同时引发强烈的地磁风暴,于是有人说SpaceX的星链卫星是被地磁风暴击落的,因为马斯克的星链卫星是在2月3号发射,这时候前一次地磁风暴已经过去,所以“击落”40颗卫星的“凶手”应该是2月9号的风暴,又或者是9号之前的一次小风暴。
星链卫星在两次磁暴之间发射
什么是地磁风暴?
太阳带电粒子携带着巨大的能量,因此有非常强的杀伤力,没有任何生物能在太阳风的扫射下生存。非常幸运的是,地球内部炙热的铁核在旋转时制造了一个非常大的磁场,这个磁场把地球整个儿包裹起来,成为护佑生命的“磁盾”。
当太阳风吹袭地球时,带电的太阳粒子冲击波会在地球磁场的作用下猛烈偏转,从而引起地球磁场的扰动。太阳风一开始会压缩磁层,接着把能量转移到地球磁层中,地球磁层的大幅度扰动被称为地磁风暴。
地球磁场受太阳风暴影响
地磁风暴是地球南北极地区出现美丽极光的主要原因,但它的破坏力也是可见的:磁场的扰动会影响到无线电通讯、干扰卫星导航系统、在长距离输电线路上产生感应电流、甚至烧毁主干电网的变压器,当然,它也可能会破坏卫星内部一些敏感元件。
太阳带电粒子与地磁场作用产生极光
大多数卫星在设计时就考虑到了宇宙射线以及磁场变化的影响,通常都会对关键电路进行电磁屏蔽,保护敏感的电路元件。
星链卫星也有类似的保护措施,因为最近太阳耀斑频繁,SpaceX的地面控制人员还专门让星链卫星处于“安全模式”,这样处于睡眠状态的卫星就多了一层保护。但万万没想到,正是这“安全模式”毁掉了卫星。
马斯克计划发射42000颗星链卫星
“星链”卫星一直以来都是各国航天界的麻烦制造者,同时也是天文学家的“天敌”,因为这个计划中的星座太大,42000颗小卫星形成一层层密集的“轨道壳”,会显著增加太空碰撞的频率,并对科学探索与载人航天发射任务构成威胁。提出担忧的不是别人,恰恰是美国宇航局(NASA),2022年2月8日,NASA在给美国联邦通信委员会(FCC)的一封信中说:“仅根据物体数量,在这些受限的海拔高度增加这种幅度(30000颗星链卫星),必然会带来额外的碎片产生碰撞事件的风险”。
安全模式下卫星呈水平状态飞行
不知道是想证明自己能做到“人畜无害”还是要验证别的什么技术,最新的一批49颗星链卫星被发射到距离地面仅210公里的超低轨道上。这个高度通常是对地观测卫星的地盘,各国间谍卫星也喜欢在这里飞行,因为离地面近,看得更清楚。
距离地面越近,付出的代价就越大。大气层没有明显边界,距离地面400公里的地方,每立方厘米的空间里就有多达8000个气体分子,210公里高度的空气阻力更大,卫星需要开启发动机来抵消空气阻力,否则它的速度越来越慢,就会被重力往下拖,很快在稠密大气中烧毁。
处于“安全模式”的星链卫星不能启动发动机,地面控制人员让它们展开太阳翼“像一张纸”那样水平飞行,最大程度地减小空气阻力。
但人算不如天算,太阳耀斑暴发不仅导致地磁风暴,还发射出更多的紫外线,众多因素的共同作用加热了大气层,使空气膨胀。事实上2月2日那次地磁风暴之后,210公里高度的空气阻力就已经增加了50%,星链卫星在这个高度不开发动机根本就呆不住。
星链卫星在350公里高度暂时驻泊
在星链的计划中,最低壳层的高度是340公里(目前没有部署卫星),之前所有卫星也都是先发射到350公里左右,然后再依次升轨到550公里高度。明知道在超低轨道上停留有风险,卫星从这里向550公里 机动的能力不足,为什么SpaceX“偏向虎山行”?
按SpaceX的说法,他们之所以这样做,是想实验“碎片缓解”技术,解决大家对星链卫星安全的担忧,如果在这个高度测试卫星发现有故障,能很快坠毁,不会对别的卫星构成威胁。但一次性拿49颗卫星做实验不符合常理,空X这批卫星应该是美国太空部队“国防太空架构”(NDSA)的一部分,为9月发射的军用版星链网络探路。只不过,一场不期而至的太阳耀斑暴发加热了大气层,40颗卫星没退出安全模式,让他们玩砸了。