Nowe techniki monitorowania ewolucji magnetycznych zakłóceń powodowanych przez zorze polarne zostały niedawno opracowane przez naukowców z Uniwersytetu w Warwick. W tym celu połączono ponad sto pojedynczych mierników pola magnetycznego (magnetometrów) w jedną wielką sieć „społecznościową”. Magnetometry te współpracują ze sobą w ustalany na bieżąco sposób, za każdym razem, gdy wykryte zakłócenia magnetyczne się rozprzestrzeniają. To bardzo ważne dla nas badania o znaczeniu praktycznym – pogoda kosmiczna powoduje zakłócenia magnetyczne na Ziemi, mogące wpływać negatywnie na dystrybucję energii elektrycznej, satelity telekomunikacyjne i układy elektryczne.
Zorza polarna pojawia się, gdy naładowane cząstki pochodzące ze Słońca bombardują ziemskie pole magnetyczne. Zjawisko to przechowuje ich energię niczym swoista bateria. Po pewnym czasie energia ta jest uwalniana, generując w jonosferze silne prądy elektryczne, które z kolei powodują zakłócenia pól magnetycznych na Ziemi. W małej skali zjawiska takie są powszechne i względnie niegroźne, ale czasami występują większe burze, które mogą mieć już na nas znaczny wpływ. Ale są tylko jedną z form pogody kosmicznej, która nieustannie wpływa na naszą planetę.
Okazuje się, że zakłócenia magnetyczne wywoływane zjawiskami takimi jak zorza polarna mogą być z powodzeniem śledzone przez „sieć społecznościową” instrumentów naziemnych. Zespół kierowany przez Sandrę Chapman po raz pierwszy scharakteryzował wyniki obserwacji z ponad 100 osobnych magnetometrów pod względem zmieniającej swój kierunek obserwacji w czasie sieci ich połączeń. Naukowcy monitorowali rozwój burz geomagnetycznych z wykorzystaniem tych samych narzędzi matematycznych, jakie zwykle używane są do badań klasycznych sieci społecznościowych.
Magnetometry „zaprzyjaźniają się” w tym projekcie ze sobą, gdy odbierają ten sam sygnał zaburzający się propagacji fal, by wspomóc dalsze (wspólne) obserwacje. Badania te otwierają nowe możliwości w zakresie opracowania dokładniejszych modeli burz geomagnetycznych i pomagają nam lepiej zrozumieć wpływ pogody kosmicznej na nasze systemy elektryczne i komunikacyjne – w tym sieć GPS.
Wykorzystując ponad 100 magnetometrów, tworzących inicjatywę znaną jako SuperMAG, naukowcy wykorzystali koncepcje matematyczne znane dobrze z nauk o sieciach. Posłużyły one jako narzędzie skuteczniejszego monitorowania rozwoju burz magnetycznych w arktycznym obszarze pojawiania się zórz. W miarę rozwoju takiego zjawiska i wzrostu natężenia prądu elektrycznego w jonosferze poszczególne magnetometry rejestrują odpowiadającą mu zmianę w polu magnetycznym. Pary magnetometrów łączą się wtedy ze sobą, gdy ich pomiary dobrze korelują się ze sobą, rozszerzając swą dalszą sieć społecznościową podobnych „przyjaciół” i pozwalając badaczom monitorować, jak powstają i rozprzestrzeniają się zakłócenia związane z zorzami.
Gdy mówimy o pogodzie kosmicznej, przydatne jest podanie pojedynczej liczby lub innej oceny definiującej jej parametry. Naszym celem jest wykorzystanie nauki o sieciach do opracowania takich użytecznych parametrów – podsumowuje profesor Chapman. SuperMAG jest doskonałym przykładem tego, jak istotna jest międzynarodowa współpraca w rozwiązywaniu problemów takich jak pogoda kosmiczna w skali planetarnej, wykorzystująca przy tym dane ze stacji znajdujących się we wszystkich krajach położonych blisko koła podbiegunowego.
Czytaj więcej:
- Cały artykuł
- „Directed Network of Substorms Using SuperMAG Ground-Based Magnetometer Data," L. Orr, S. C. Chapman & J. Gjerloev, 2019 June 10, „Geophysical Research Letters”
- Więcej filmów i informacji o projekcie
- Filmy NASA: wyładowania zorzowe
Źródło: University of Warwick
Na zdjęciu: Dynamiczna sieć skonstruowana na bazie danych z magnetometrów, ze wskazaniem, które konkretnie instrumenty obserwują ten sam propagujący się sygnał. Źródło: Orr, et al., 2019, GRL.
Na zdjęciu powyżej: Zorza polarna nad Islandią. Źródło: Carlos Gauna.
