宇宙天気

宇宙天気は、宇宙物理学と大気文学、または太陽物理学の一分野であり、太陽系とその太陽圏内の変化する条件に関係しています。これには、特に地球の磁気圏、電離圏、熱圏、外気圏に対する太陽風の影響が含まれます。^{[1]物理的には異なりますが、宇宙天気は地球の}大気（対流圏と成層圏）の地上天気に類似しています。「宇宙天気」という用語は、1950年代に初めて使用され、1990年代に普及しました。^[2]その後、宇宙天気の大規模で長期的なパターンである 「宇宙気候」の研究が促進されました。

何世紀にもわたり、宇宙天気の影響は認識されていたものの、理解されていませんでした。オーロラの光は高緯度で長い間観測されてきました。

1724 年、ジョージ グラハムは、磁気コンパスの針が1 日を通して定期的に磁北からずれていると報告しました。この現象は、1882 年にバルフォア スチュワートによって電離層と磁気圏を流れる頭上の電流によるものとされ、 1889 年にアーサー シュスターによって磁気観測データの分析から確認されました。

1852年、天文学者でイギリスの少将エドワード・サビンは、地球上での磁気嵐の発生確率が太陽黒点の数と相関関係にあることを示して、太陽と地球の新しい相互作用を実証した。1859年の太陽嵐は鮮やかなオーロラ現象を引き起こし、世界中の電信業務を混乱させた。リチャード・キャリントンは、その嵐を前日に大規模な太陽黒点群の近くで観測した太陽フレアと正しく結び付け、特定の太陽現象が地球に影響を及ぼし得ることを実証した。

クリスチャン・ビルケランドは、自身の研究室で人工的にオーロラを作り出してオーロラの物理学を説明し、太陽風を予測しました。

ラジオの導入により、太陽の天候が極度の静電気やノイズを引き起こす可能性があることが明らかになりました。1942年の大規模な太陽現象の際にレーダー妨害が行われ、太陽フレアによって生成される広い周波数範囲にわたる電波である太陽電波バーストが発見されました。

20 世紀には、軍事システムや商業システムが宇宙天気の影響を受けるシステムに依存するようになり、宇宙天気への関心が高まりました。通信衛星は世界商業の重要な部分です。気象衛星システムは地上の天気に関する情報を提供します。全地球測位システム(GPS)の衛星からの信号は、さまざまなアプリケーションで使用されています。宇宙天気現象は、これらの衛星に干渉したり損傷を与えたり、衛星が動作する無線信号に干渉したりする可能性があります。宇宙天気現象は、長距離伝送線に有害なサージを引き起こし、航空機の乗客や乗組員を放射線にさらす可能性があります^{[3] [4]}。特に極地ルートではそうです。

国際地球観測年 により、宇宙天気の研究が活発化した。国際地球観測年中に得られた地上データから、オーロラは磁極から緯度15～25度、幅5～20度のオーロラオーバルと呼ばれる恒久的な発光領域で発生することがわかった。 ^[5] 1958年、エクスプローラー1号衛星はヴァン・アレン帯^[6]を発見した。ヴァン・アレン帯は、地球の磁場に閉じ込められた放射線粒子の領域である。1959年1月、ソ連の 衛星 ルナ1号は、初めて太陽風を直接観測し、その強度を測定した。2007～2008年には、より小規模な国際太陽観測年（IHY）が行われた。

1969年、INJUN-5号（またはエクスプローラー40号^[7]）は、太陽風によって地球の高緯度電離層に印加される電界を初めて直接観測しました。^[8] 1970年代初頭、トライアドのデータにより、オーロラオーバルと磁気圏の間に永久電流が流れていることが実証されました。^[9]

「宇宙天気」という用語は、宇宙時代が始まり、衛星が宇宙環境を測定し始めた1950年代後半に使われるようになりました。^[2]この用語は、宇宙が人間のシステムに与える影響には、より協調的な研究と応用の枠組みが必要であるという考えとともに、1990年代に再び人気を博しました。^[10]

米国国立宇宙天気予報プログラムの目的は、影響を受ける商業・軍事コミュニティのニーズに焦点を当てた研究、研究コミュニティとユーザーコミュニティの連携、運用データセンター間の調整、ユーザーコミュニティのニーズをより適切に定義することです。NOAAは国立気象局の宇宙天気予報センターを運営しています。^[11]

この概念は、2000年に行動計画、^[12] 2002年に実施計画、2006年に評価^[13]、2010年に改訂された戦略計画に転換されました。 ^[14]改訂された行動計画は2011年に発表され、その後2012年に改訂された実施計画が発表される予定でした。

太陽系内では、宇宙天気は太陽風と、 太陽風プラズマによって運ばれる惑星間磁場の影響を受ける。宇宙天気には、地磁気嵐やサブストーム、ヴァン・アレン放射線帯の活性化、電離層擾乱、衛星対地無線信号や長距離レーダー信号のシンチレーション、オーロラ、地球表面での地磁気誘導電流など、さまざまな物理現象が関連している。コロナ質量放出も、 磁気圏を圧縮して地磁気嵐を引き起こす可能性があるため、宇宙天気の重要な要因である。コロナ質量放出や太陽フレアによって加速された太陽高エネルギー粒子（SEP）は、太陽粒子イベントを引き起こす可能性がある。太陽粒子イベントは、宇宙船に搭載された電子機器を損傷する可能性があり（例：ギャラクシー15の故障）、宇宙飛行士の命を脅かすだけでなく、高高度、高緯度航空機への放射線の危険性を高めるため、人間が影響を与える宇宙天気の重要な要因である 。

宇宙船の故障の中には、宇宙天気が直接の原因であるものもありますが、宇宙天気の要素があると考えられる故障も多くあります。たとえば、2003 年に報告された 70 件の故障のうち 46 件は、2003 年 10 月の地磁気嵐中に発生しました。宇宙天気が宇宙船に及ぼす最も一般的な悪影響は、放射線による損傷と宇宙船の帯電です。

放射線（高エネルギー粒子）は宇宙船の表面を通過して電子部品に入ります。ほとんどの場合、放射線は誤った信号を引き起こしたり、宇宙船の電子機器のメモリの 1 ビットを変更したりします（シングル イベント アップセット）。まれに、放射線が電子機器の一部を破壊することもあります（シングル イベント ラッチアップ）。

宇宙船の帯電とは、低エネルギー粒子によって宇宙船の表面にある非導電性物質に静電気を蓄積することです。十分な電荷が蓄積されると、放電（火花）が発生します。これにより、宇宙船のコンピュータが誤った信号を検出して対処する可能性があります。最近の研究では、宇宙船の帯電が静止軌道上の宇宙船に対する主な宇宙天気の影響であることが示されています。^[16]

低地球軌道(LEO)にある宇宙船の軌道は、宇宙船の表面 (つまり抗力) と地球の大気の外層 (または熱圏と外気圏) との間の摩擦による抵抗により、高度がどんどん低下します。最終的に、LEO 宇宙船は軌道から外れ、地球の表面に向かって落下します。過去数十年間に打ち上げられた多くの宇宙船は、軌道を管理するために小型ロケットを発射する機能を備えています。ロケットは高度を上げて寿命を延ばしたり、再突入を特定の場所 (海洋) に向けたり、衛星の経路を変更して他の宇宙船との衝突を回避したりできます。このような操作には、軌道に関する正確な情報が必要です。磁気嵐は、通常 1 年以上かけて起こる軌道変更を数日間で引き起こすことがあります。磁気嵐は熱圏に熱を加え、熱圏を膨張させて上昇させ、宇宙船の抗力を増大させます。 2009 年に起きたイリジウム33とコスモス 2251の衛星衝突は、軌道上のすべての物体について正確な知識を持つことの重要性を実証しました。イリジウム 33 はコスモス 2251の進路から外れる能力があり、信頼できる衝突予測が利用可能であった場合、衝突を回避できた可能性があります。

人体が電離放射線にさらされると、その放射線源が医療用X線装置であれ、原子力発電所であれ、宇宙の放射線であれ、同じ有害な影響がある。有害な影響の程度は、被曝の長さと放射線のエネルギー密度によって決まる。常に存在する放射線帯は、国際宇宙ステーション（ISS）やスペースシャトルなどの有人宇宙船の高度まで伸びているが、被曝量は通常の状況下では生涯許容被曝限度内である。SEPバーストを含む大規模な宇宙天気事象が発生すると、放射線束が桁違いに増加する可能性がある。ISS内のエリアは、総線量を安全限度内に保つことができる遮蔽を提供する。^[17]スペースシャトルの場合、そのような事象が発生すると、直ちにミッションを中止する必要があっただろう。

電離層は、プールの水が可視光を曲げるのと同じように、電波を曲げます。このような電波が伝わる媒体が乱れると、光の画像や無線情報が歪んで認識できなくなることがあります。電離層による電波の歪み（シンチレーション）の程度は、信号周波数によって異なります。VHF 帯域（30 ～ 300 MHz）の無線信号は、乱れた電離層によって認識できないほど歪む可能性があります。UHF 帯域（300 MHz ～ 3 GHz）の無線信号は乱れた電離層を通過しますが、受信機は搬送周波数にロックを維持できない場合があります。GPS は、乱れた電離層によって歪む可能性のある 1575.42 MHz（L1）および 1227.6 MHz（L2）の信号を使用します。GPS 信号を乱す宇宙天気イベントは、社会に重大な影響を及ぼす可能性があります。たとえば、 米国連邦航空局(FAA) が運用する広域補強システムは、北米の民間航空のナビゲーション ツールとして使用されています。このシステムは、主要な宇宙天気イベントが発生するたびに停止します。停止時間は数分から数日に及ぶことがあります。主要な宇宙天気イベントにより、乱れた極域電離層が赤道に向かって緯度 10 ～ 30 度押し出され、中緯度と低緯度で大きな電離層勾配 (数百 km の距離にわたる密度の変化) が発生する可能性があります。これらの要因はいずれも、GPS 信号を歪める可能性があります。

HF帯 (3 ～ 30 MHz) (短波帯とも呼ばれる)の電波は電離層で反射されます。地面も HF 波を反射するため、信号は視線の外側にある地球の曲率に沿って伝送されます。20 世紀には、陸地や基地局から遠く離れた船舶や航空機にとって、HF 通信が唯一の通信手段でした。イリジウムなどのシステムの出現により、他の通信手段も登場しましたが、新しい機器を搭載していない船舶や、他の船舶の重要なバックアップ システムとして、HF は依然として重要です。宇宙天気現象により電離層に不規則性が生じ、HF 信号が反射されずに散乱し、HF 通信が妨げられることがあります。オーロラや極緯度では、小規模な宇宙天気現象が頻繁に発生し、HF 通信が妨害されます。中緯度では、太陽電波バースト、太陽フレアからのX線（電離層のD層を増強し、乱す）、および大規模な地磁気嵐時の TEC増強と不規則性によって、HF通信が妨害されます。

極地を横断する航空路線は、連邦航空規則により飛行中ずっと信頼性の高い通信が求められることもあり、宇宙天気の影響を特に受けやすい。 ^[18]このような飛行を迂回させるには約10万ドルの費用がかかると推定されている。^[19]

磁気圏は宇宙線と太陽の高エネルギー粒子を極緯度に導き、高エネルギー荷電粒子は中間圏、成層圏、対流圏に入ります。大気圏上部のこれらの高エネルギー粒子は大気中の原子や分子を粉砕し、有害な低エネルギー粒子を作り出します。この粒子は大気圏深部まで浸透し、測定可能な放射線を作り出します。高度 8 km (26,200 フィート) 以上を飛行するすべての航空機はこれらの粒子にさらされます。極地では中緯度や赤道地域よりも被ばく量が多くなります。多くの民間航空機が極地上空を飛行します。宇宙天気現象によって放射線被ばくが航空当局が定めた安全レベルを超えると、^[20]航空機の飛行経路は変更されます。

高度8km（26,000フィート）以上の民間航空機での放射線環境の測定は、これまでは機内でデータを記録し、後で地上で処理する機器によって行われてきました。しかし、NASAの航空宇宙安全のための自動放射線測定（ARMAS）プログラムを通じて、航空機上でのリアルタイム放射線測定システムが開発されました。^[21] ARMASは2013年以来、主に研究用航空機で何百回も飛行し、イリジウム衛星リンクを通じてデータを地上に送信しています。これらのタイプの測定の最終的な目標は、それらを物理学に基づく地球規模の放射線モデル、たとえばNASAの大気電離放射線ナウキャストシステム（NAIRAS）にデータ同化して、気候学ではなく放射線環境の天気を提供することです。

磁気嵐の活動は、地球の導電性岩石圏に地電界を誘導することがある。^[22]対応する電圧差は、接地接続を介して電力網に入り込み、制御不能な電流を発生させ、電力網の運用を妨害し、変圧器を損傷し、保護リレーをトリップさせ、時には停電を引き起こす。^{[23]この複雑な原因と結果の連鎖は、} 1989年3月の磁気嵐で実証された。^{[24]この磁気嵐により、カナダの}ハイドロ・ケベック電力網が完全に崩壊し、一時的に900万人が停電した。さらに激しい嵐が発生する可能性があったため^[25]、誘導災害リスクを軽減するための運用基準が策定され、再保険会社はリスク評価の見直しを依頼した。^[26]

航空機や船舶による磁気調査は、地磁気嵐中の急激な磁場変動の影響を受ける可能性があります。このような嵐は、宇宙天気に関連した磁場の変化が調査地域の地殻下磁場の変化と大きさが似ているため、データ解釈に問題を引き起こします。嵐の規模と継続期間の評価を含む正確な地磁気嵐警報により、調査機器を経済的に使用できます。

経済的な理由などから、石油やガスの生産には、単一の坑口から数キロ離れた坑道の水平掘削が含まれることが多い。目標の大きさ（貯留層の幅は数十メートルから数百メートルしかない場合がある）や、他の掘削孔が近くにあるため安全性の面から、精度要件は厳しい。最も正確なジャイロスコープ法は、掘削を何時間も停止させる可能性があるため、高価である。代替案としては、掘削中の測定（MWD）を可能にする磁気探査を使用する方法がある。ほぼリアルタイムの磁気データを使用して、掘削方向を修正することができる。^{[27] [28]}磁気データと宇宙天気予報は、掘削エラーの未知の原因を明らかにするのに役立つ。

宇宙天気現象から対流圏と成層圏に入るエネルギーの量は、太陽電磁スペクトルの可視光線と赤外線部分の日射量に比べれば取るに足らないものです。11年の太陽黒点周期と地球の気候の間には何らかの関連があると主張されてきましたが、^[29]これは検証されたことはありません。たとえば、太陽黒点がほとんどない70年間であるマウンダー極小期は、より寒冷な気候との相関関係が示唆されることが多かったのですが、より深い研究の結果、これらの相関関係は消えてしまいました。宇宙線フラックスの変化が雲の形成量の変化を引き起こすという示唆された関連^[30]は、科学的検証に耐えませんでした。極端紫外線（EUV）フラックスの変動が気候の既存の要因に微妙に影響を及ぼし、エルニーニョ現象とラニーニャ現象のバランスを崩すという別の示唆^[31]は、新しい研究でこれが不可能であることが示され、崩壊しました。このように、宇宙天気と気候の関連は実証されていません。

さらに、高エネルギー荷電粒子（ SEPや宇宙線など）と雲の形成との関連が示唆されている。これは、荷電粒子が大気と相互作用して揮発性物質を生成し、それが凝縮して雲の種を形成するためである。^{[32]これは}CERNで現在進行中の研究テーマであり、そこでは高エネルギー荷電粒子が大気に与える影響を実験でテストしている。 [33] これが証明されれば、宇宙天気（太陽粒子イベントの形で）と雲の形成との関連を示唆することになるかもしれない。^{[34 ]}

最近では、大洪水の発生と高速太陽風流（HSS）の到来との間に統計的な関連性が報告されている。HSS中のオーロラエネルギー蓄積の増加は、下向きに伝播する大気 重力波（AGW）の発生メカニズムであると示唆されている。AGWが下層大気に到達すると、対流圏の条件付き不安定性を刺激し、過剰な降雨につながる可能性がある。 ^[35]

宇宙天気の観測は、科学的研究と応用の両方の目的で行われています。科学的観測は知識の蓄積とともに進化し、応用関連の観測はそのようなデータを活用する能力とともに拡大しました。

宇宙天気は、地上レベルで地球の磁場の変化を数秒から数日にわたって観測したり、太陽の表面を観測したり、太陽の大気圏で発生する電波ノイズを観測したりすることで監視されます。

太陽黒点数(SSN) は、地球の観測者に見える太陽側の可視光線における太陽の光球上の黒点の数です。太陽黒点の数と総面積は、太陽スペクトルのEUVおよび X 線部分における太陽の明るさ、および太陽フレアやコロナ質量放出などの太陽活動に関連しています。

10.7 cm 電波フラックス (F10.7) は太陽からの RF 放射の測定値であり、太陽の EUV フラックスとほぼ相関しています。この RF 放射は地上から簡単に取得できますが、EUV フラックスはそうではないため、この値は 1947 年以来継続的に測定され、配信されています。世界標準の測定は、カナダのブリティッシュコロンビア州ペンティクトンのドミニオン電波天体物理観測所によって行われ、1 日に 1 回現地の正午に太陽フラックス単位 (10 ⁻²² W·m ⁻² ·Hz ^{−1 ) で報告されています[36]}。F10.7 は国立地球物理データセンターによってアーカイブされています。^[37]

宇宙天気の基本的な監視データは、地上の磁力計と磁気観測所によって提供されます。磁気嵐は、地上で時折発生する磁気擾乱を測定することで初めて発見されました。地上の磁力計データは、事後分析のためのリアルタイムの状況認識を提供します。磁気観測所は数十年から数世紀にわたって継続的に運用されており、宇宙気候学の長期的な変化の研究に役立つデータを提供しています。^{[38] [39]}

擾乱嵐時間指数（Dst指数）は、静止軌道とそのすぐ地球側の電流リングによる地球の磁気赤道での磁場変化の推定値です。^[40]この指数は、磁気緯度21°から33°の間にある4つの地上磁気観測所から1時間にわたって収集されたデータに基づいています。磁気赤道に近い観測所は、電離層の影響により使用されません。Dst指数は、京都の世界地磁気資料センターによって編集およびアーカイブされています。^[41]

Kp/ap指数: 「a」は、中緯度 (緯度 40° から 50°) の 1 つの地磁気観測所における 3 時間にわたる地磁気擾乱から作成された指数です。「K」は、「a」指数の準対数版です。Kp と ap は、K と 13 を超える地磁気観測所の平均であり、地球全体の地磁気擾乱を表します。Kp/ap 指数^[42]は、地磁気嵐とサブストーム (オーロラ擾乱) の両方を示します。Kp/ap データは 1932 年以降から利用可能です。

AE指数は、オーロラ帯内およびその付近にある12の地磁気観測所での地磁気擾乱から作成され、1分間隔で記録されます。^[41]公開されているAE指数は2〜3日の遅れで利用可能になるため、宇宙天気予報への応用には限界があります。AE指数は、オーロラ帯が観測所から赤道方向に拡大する大規模な地磁気嵐の場合を除き、地磁気サブストームの強度を示します。

電波ノイズバーストは、電波太陽望遠鏡ネットワークによって米国空軍と NOAA に報告されています。電波バーストは、太陽の周囲の大気と相互作用する太陽フレアのプラズマに関連しています。

太陽の光球は、太陽フレアやCMEの前兆となる活動がないか継続的に観測されている^{[43] 。全球振動ネットワークグループ（GONG） [44]プロジェクトは、太陽を伝わる音波を研究し、太陽表面の波紋として観測する}太陽震学を用いて、太陽の表面と内部の両方を監視している。GONGは、太陽の裏側にある黒点群を検出することができる。この能力は、最近、 STEREO宇宙船による視覚観測によって検証された。

地上の中性子モニターは、太陽や銀河の源からの宇宙線を間接的に監視します。宇宙線が大気と相互作用すると、原子の相互作用が発生し、低エネルギー粒子のシャワーが大気中および地上レベルに降り注ぎます。地球近傍の宇宙環境における宇宙線の存在は、地上レベルで高エネルギー中性子を監視することで検出できます。宇宙線の小さな束は継続的に存在します。大きな束は、エネルギーの高い太陽フレアに関連するイベント中に太陽によって生成されます。

総電子数(TEC) は、特定の場所の電離層の測定値です。TEC は、電離層の底部 (高度約 90 km) から電離層の上部 (高度約 1000 km) までの 1 メートル四方の柱に含まれる電子の数です。多くの TEC 測定は、GPS宇宙船から送信される 2 つの周波数を監視することによって行われます。現在、GPS TEC は、多くの国の機関によって維持されている 360 を超えるステーションからリアルタイムで監視および配信されています。

地球磁場効果は、コロナ質量放出などの宇宙天気磁場が地球の磁場とどの程度強く結合するかを測る指標である。これは太陽から発生するプラズマ内に保持される磁場の方向によって決まる。電波のファラデー回転を測定する新しい技術が開発され、磁場の方向を測定する。 ^{[45] [46]}

数多くの研究用宇宙船が宇宙天気を調査してきた。^{[47] [48] [49] [50]}軌道上地球物理観測衛星シリーズは、宇宙環境の分析を任務とする最初の宇宙船の一つであった。最近の宇宙船には、2006年に太陽周回軌道に打ち上げられたNASA-ESA太陽地球関係観測衛星（STEREO）のペアの宇宙船と、2012年に高度に楕円形の地球周回軌道に打ち上げられたヴァン・アレン探査機がある。2機のSTEREO宇宙船は、1機が地球の軌道上で先行し、もう1機が地球の後を追う形で、1年に約22°地球から遠ざかっている。これらは協力して、太陽表面と大気に関する情報を3次元で収集している。ヴァン・アレン探査機は、放射線帯、地磁気嵐、および両者の関係についての詳細な情報を記録している。

他の主要なミッションを持つ宇宙船の中には、太陽観測用の補助機器を搭載しているものもあります。そのような宇宙船の最も初期のものには、 GEOのアプリケーション技術衛星^[51]（ATS）シリーズがあり、これは現代の静止気象衛星（GOES）や多くの通信衛星の前身でした。ATS宇宙船は、環境粒子センサーを補助ペイロードとして搭載し、環境を感知するために航法磁場センサーを使用していました。

初期の機器の多くは、宇宙天気予報に再利用された研究用宇宙船でした。その最初のものの1つがIMP-8（惑星間監視プラットフォーム）でした。^[52]この衛星は、1973年から2006年まで、地球半径の35倍の軌道を周回し、12日間の軌道の3分の2にわたって太陽風を観測しました。太陽風は磁気圏と電離圏に影響を与える擾乱をもたらすため、IMP-8は継続的な太陽風監視の有用性を実証しました。 IMP-8の後にはISEE-3が打ち上げられ、地表から地球半径235倍（約150万km、92万4000マイル）上空のL1太陽地球ラグランジュ点_付近に配置され、1978年から1982年まで継続的に太陽風を観測した。次にL1点で太陽風を観測した宇宙船は、1994年から1998年まで打ち上げられたWINDだった_。 1998年4月以降、WIND宇宙船の軌道は地球を周回し、時折L1点を通過するように変更された。NASAのAdvanced Composition Explorerは、1997年から現在までL1_点で太陽風を観測 _し ている。

太陽風の監視に加えて、太陽の監視も宇宙天気にとって重要です。太陽の極端紫外線は地上から監視できないため、NASAとESA の合同 太陽・太陽圏観測衛星(SOHO) が打ち上げられ、1995 年から太陽の極端紫外線画像を提供してきました。SOHO は、研究と宇宙天気予報の両方でほぼリアルタイムの太陽データの主なソースであり、STEREOミッションのきっかけとなりました。LEOのようこう宇宙船は、1991 年から 2001 年まで太陽スペクトルの X 線部分で太陽を観測し、研究と宇宙天気予報の両方に役立ちました。ようこうのデータは、GOES の 太陽 X 線イメージャーのきっかけとなりました。

宇宙天気の予測と応用のためのデータを提供することを主な目的とする機器を搭載した宇宙船には、静止実用環境衛星(GOES) シリーズの宇宙船、POESシリーズ、DMSPシリーズ、およびMeteosatシリーズがあります。GOES 宇宙船は、1974 年以来、太陽面全体からのフラックスを 2 つの帯域 (0.05 ～ 0.4 nm と 0.1 ～ 0.8 nm) で測定する X 線センサー (XRS)、2004 年以来の X 線イメージャー (SXI)、宇宙天気による地球の磁場の歪みを測定する磁力計、2004 年以来の全ディスクEUVセンサー、および 50 keV ～ 500 MeV のエネルギー範囲でイオンと電子を測定する粒子センサー (EPS/HEPAD) を搭載しています。 2015 年以降、GOES 宇宙船の GOES-R 世代では、SXI がSOHOやSTEREOに搭載されているものと同様の太陽 EUV 画像 (SUVI) に置き換えられ、粒子センサーにはエネルギー範囲を 30 eV まで拡張するコンポーネントが追加されます。

深宇宙気候観測衛星（DSCOVR）は、 2015年2月に打ち上げられたNOAAの地球観測および宇宙天気衛星である。その特徴の一つにコロナ質量放出の事前警報がある。^[53]

宇宙天気モデルは、宇宙天気環境のシミュレーションです。モデルでは、一連の数式を使用して物理プロセスを説明します。

これらのモデルは、限られたデータセットを使用して、宇宙天気環境の全体または一部を説明したり、天気が時間とともにどのように変化するかを予測したりします。初期のモデルはヒューリスティックなものでした。つまり、物理学を直接採用していませんでした。これらのモデルは、より洗練された後継モデルよりもリソースをあまり必要としません。

最近のモデルでは、物理学を利用してできるだけ多くの現象を考慮に入れています。太陽の表面から地球の電離層の底までの環境を確実に予測できるモデルはまだありません。宇宙天気モデルは、入力量が非常に少ないという点で気象モデルとは異なります。

過去20年間の宇宙天気モデルの研究開発の大部分は、国立科学財団のジオスペース環境モデル（GEM）プログラムの一環として行われてきました。2つの主要なモデリングセンターは、宇宙環境モデリングセンター（CSEM）^[54]と統合宇宙天気モデリングセンター（CISM）^{[55]です。NASA}ゴダード宇宙飛行センターのコミュニティコーディネートモデリングセンター[ ^56]（CCMC）は、研究モデルの開発とテストを調整し、宇宙天気の予測と応用に使用するモデルを改善および準備するための施設です。^[57]

モデリング手法には、(a)環境を流体として扱う磁気流体力学、(b) 非流体相互作用をセル内で処理し、セルを接続して環境を記述する粒子内セル、(c) 物理プロセスが互いにバランス (または平衡) を保つ第一原理、(d) 統計的または経験的関係を記述する半静的モデリング、または複数の方法の組み合わせが含まれます。

21世紀の最初の10年間に、宇宙天気に携わる商業部門が出現し、政府機関、学術機関、商業、消費者部門にサービスを提供しました。^[58]宇宙天気プロバイダーは通常、宇宙天気データ、モデル、派生製品、サービス配信を提供する小規模企業、または大企業内の小規模部門です。^[要出典]

商業部門には、科学および工学の研究者とユーザーが含まれます。活動は主に、宇宙天気がテクノロジーに与える影響に向けられています。これには、たとえば次のようなものがあります。

• LEO衛星の大気抵抗は、太陽の紫外線、遠紫外線、ライマンアルファ線、極端紫外線、超紫外線、X紫外線、X線、ガンマ線の光子からの熱圏へのエネルギー入力、および高緯度での荷電粒子の降下とジュール熱によって引き起こされる。 ^[要出典]
• 高エネルギー粒子束の増加による表面および内部の帯電により、LEOからGEO衛星への放電、シングルイベントアップセット、ラッチアップなどの影響が生じる。^[要出典]
• 電離層のシンチレーションによってGPS信号が乱れ、航空の広域航法補強システム（WAAS）などの航法システムの不確実性が増大する。 ^[要出典]
• 電離層のシンチレーション、太陽フレア、地磁気嵐により、HF、UHF、Lバンドの無線通信が途絶えた。
• 特に大規模な太陽フレア発生時の銀河宇宙線SEPによる人体組織や航空電子機器への放射線の増加、および高度8km以上の放射線帯の高エネルギー電子の降下によって生成される制動放射線ガンマ線による放射線の増加。^{[59] [60]}
• 地磁気嵐によって地球の主な磁場が乱されると、それを利用した測量や石油・ガス探査の精度が悪くなる。
• 大規模な磁気嵐の際に電力網の GIC サージや変圧器の停止により送電が停止します。

これらの混乱の多くは、国のGDPのかなりの部分を占める社会的影響をもたらします。^{[61] [62]}

商業宇宙天気を奨励するという概念は、2015年に米国商業宇宙天気協会（ACSWA）が議論した宇宙天気経済イノベーションゾーンのアイデアによって初めて示唆されました。この経済イノベーションゾーンの設立は、宇宙天気のリスクを管理するアプリケーションを開発する経済活動の拡大を促し、大学による宇宙天気に関連するより幅広い研究活動を奨励するでしょう。それは、宇宙天気サービスと製品への米国企業の投資を奨励する可能性があります。それは、適切な政府の能力が事前に存在しない場合に米国製の商用ハードウェア、ソフトウェア、および関連製品とサービスを米国政府に購入することを義務付けることによって、宇宙天気サービスと製品における米国企業のイノベーションのサポートを促進しました。また、米国製の商用ハードウェア、ソフトウェア、および関連製品とサービスの国際パートナーへの販売を促進しました。米国製の商用ハードウェア、サービス、および製品を「宇宙天気経済イノベーションゾーン」活動として指定します。最後に、米国製の商用ハードウェア、サービス、および製品を、機関のレポート内で宇宙天気経済イノベーションゾーンの貢献として追跡することを推奨しました。 2016年には、その遺産を基盤として宇宙天気研究予報法（S. 2817）が導入されました。その後、2017年から2018年にかけて、HR3086法案がこれらの概念を取り入れ、OSTPが後援する宇宙天気行動プログラム（SWAP）の一環として、並行機関の研究からの幅広い資料を含めました。 ^[63]そして、両院および超党派の支持を得て、第116議会（2019年）は宇宙天気調整法（S141、第115議会）の可決を検討しています。^[要出典]

2010年4月29日、商業宇宙天気コミュニティは業界団体としてアメリカ商業宇宙天気協会（ACSWA）を設立しました。ACSWAは国家インフラ、経済力、国家安全保障のために宇宙天気のリスク軽減を推進しています。その目標は次のとおりです。^[64]

• 技術に対するリスクを軽減するために質の高い宇宙天気データとサービスを提供します。
• 政府機関に助言サービスを提供する。
• 民間プロバイダーと政府機関の間の最適なタスク分担に関するガイダンスを提供します。
• 商業提供者の利益を代表する;
• 国内および国際舞台で商業的能力を代表する。
• ベストプラクティスを開発する。

協会が提供する宇宙天気に関する幅広い技術的能力の概要は、協会の Web サイト http://www.acswa.us でご覧いただけます。

• 1806年12月21日、アレクサンダー・フォン・フンボルトは明るいオーロラ現象の際にコンパスが狂っていることに気づいた。^[65]
• 1859 年の太陽嵐(カリントン現象) により、電信サービスが広範囲にわたって中断されました。
• 1882 年 11 月 17 日のオーロラにより電信サービスが中断されました。
• 1921年5月の磁気嵐^[66]は、最大級の磁気嵐の一つであり、世界中の電信サービスに支障をきたし、電気機器に損害を与えた。
• 1972年8月の太陽嵐では、大規模なSEP現象が発生した。当時宇宙飛行士が宇宙にいた場合は、その放射線量が生命を脅かすものであった可能性がある。^[67]
• 1989 年 3月の磁気嵐には、SEP、CME、フォーブッシュの減少、地表レベルの増大、磁気嵐など、複数の宇宙天気の影響が含まれていました。
• 2000 年のフランス革命記念日の出来事は、例外的に明るいオーロラの発生と重なりました。
• 2002年4月21日、火星探査機「のぞみ」は大規模なSEP現象に見舞われ、大規模な故障を引き起こした。計画より約3年遅れていたミッションは、2003年12月に中止された。^[68]
• 2003年のハロウィーン太陽嵐は、2003 年 10 月下旬から 11 月上旬にかけて発生した一連のコロナ質量放出と太陽フレア、およびそれに伴う影響です。

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ウィキメディア・コモンズには、宇宙気象学に関連するメディアがあります。

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