Космическая погода часто проявляется в виде суббурь, когда красивое полярное сияние, такое как северное сияние, сопровождается электрическим током в космосе, который оказывает влияние на землю, что может создавать помехи и повреждать системы распределения электроэнергии и электрические системы. Теперь жизненный цикл этих авроральных суббурь был раскрыт с помощью математических инструментов, вдохновленных социальными сетями, для анализа наблюдений за космической погодой на поверхности Земли.
Анализ, проведенный исследователями под руководством Уорикского университета, показал, что эти суббури проявляются как глобальные системы электрических токов, связанные с впечатляющим полярным сиянием, охватывающим более трети земного шара в высоких широтах.
Новое исследование, в котором участвуют Уорикский университет, Университет Джона Хопкинса - Лаборатория прикладной физики, Университет Бергена и Крэнфилдский университет, и опубликованное сегодня (23 марта) в журнале Nature Communications обрабатывает данные о возмущениях в магнитном поле Земли из более чем сотни магнитометров в Северном полушарии, используя новую технику, которая позволяет им находить «единомышленников».
Магнитометры регистрируют изменения магнитного поля Земли. Когда заряженные частицы нашего Солнца бомбардируют магнитное поле Земли, оно накапливает энергию, как батарея. В конце концов, эта энергия высвобождается, что приводит к крупномасштабным электрическим токам в ионосфере, которые вызывают возмущения магнитных полей на земле. В крайних случаях это может нарушить работу линий электропередач, электронных и коммуникационных систем и технологий, таких как GPS.
Используя исторические данные коллаборации магнитометров SuperMAG, исследователи применили алгоритмы из науки о сетях, чтобы найти корреляции между сигналами магнитометров во время 41 известной суббури, которая произошла в период с 1997 по 2001 год. Они используют те же принципы, которые позволяют сайту социальной сети рекомендовать новых друзей или подталкивать вас к релевантной рекламе, когда вы просматриваете Интернет.
Магнитометры, обнаруживающие когерентные сигналы, объединялись в сообщества, независимо от того, где они находились на земном шаре. С течением времени они видели, как каждая суббуря развивалась из множества меньших сообществ в единую большую коррелированную систему или сообщество на пике своего развития. Это привело авторов к выводу, что суббури представляют собой единую когерентную систему течений, которая простирается на большую часть ночного земного шара в высоких широтах, а не ряд отдельных небольших и разрозненных систем течений..
Доктор Лорен Орр, которая руководила исследованием в рамках своей докторской диссертации на физическом факультете Уорикского университета и сейчас работает в Ланкастерском университете, сказала: «Мы использовали хорошо зарекомендовавший себя в сетевой науке метод, называемый обнаружением сообщества. и применил его к проблеме космической погоды. Идея состоит в том, что если у вас есть много маленьких подгрупп внутри большой группы, он может выделить подгруппы.
Мы применили это к космической погоде, чтобы выделить группы внутри станций магнитометров на Земле. Исходя из этого, мы пытались выяснить, существует ли одна большая система токов или множество отдельных отдельных систем токов.
"Это хороший способ позволить данным рассказать нам, что происходит, вместо того, чтобы пытаться подогнать наблюдения к тому, что, по нашему мнению, происходит."
Недавняя работа показала, что суббури полярных сияний состоят из ряда меньших систем электрического тока и остаются таковыми на протяжении всего своего жизненного цикла. Это новое исследование показывает, что, хотя суббуря начинается с множества мелких возмущений, она довольно быстро становится большой системой в течение примерно десяти минут. Отсутствие корреляции на ранних стадиях может также свидетельствовать об отсутствии единого механизма эволюции этих суббурь.
Результаты имеют значение для моделей, предназначенных для прогнозирования космической погоды. Космическая погода была включена в Национальный реестр рисков Великобритании в 2012 г. и обновлена в 2017 г. с рекомендацией о дополнительных инвестициях в прогнозирование.
Соавтор профессор Сандра Чапман добавляет: «Наше исследование представляет собой совершенно новую методологию анализа этих данных. нужны новые инструменты. Это первая демонстрация того, что вы можете использовать один из этих инструментов в нашей области и получить от него действительно важный результат. Нам пришлось многому научиться, чтобы сделать это, но при этом открывает новое окно с данными."