Коллективы космической погоды

Магнитное поле нашей планеты непрерывно изменяется. К примеру, если его достигают заряженные частицы солнечного ветра, оно запасает дополнительную энергию. Затем эта энергия преобразуется в масштабные электрические токи ионосферы Земли, которые приводят к изменению локальных магнитных полей на ее поверхности. Эти поля и проявляет себя в так называемых субштормах, при которых аврорам полярных сияний сопутствуют сильные электрические токи между землей и атмосферой. Такие явления могут быть очень опасны для систем электропередач, электростанций, спутниковых систем глобального позиционирования, не говоря уже о чувствительной электронике.

Ученые постоянно изучают параметры субштормов, а также механизмы и циклы их рождения. Некоторое время назад британские исследователи из Университета Уорвика выяснили, что субштормы представляют собой элементы глобальной токовой системы, локализованной в высоких широтах и охватывающей примерно треть поверхности земного шара. В новой работе к ним присоединились физики Университетов Джонса Хопкинса, Бергена и Крэнфилда. В работе, выполненной под руководством доктора Лорен Орр и курируемой профессором Сандрой Чепман с физического факультета Университета Уорвика, они впервые применили новые математические алгоритмы социальных сетей. С их помощью группа проанализировала известные данные о динамике магнитных полей, собранные международной коллаборацией SuperMAG со 137 магнитометров, находящихся в Северном полушария. За изученный период с 1997 по 2001 год случился 41 субштормов.

Моделируя набор магнитометров как связную сеть, физики рассчитали временные изменения в корреляции между их сигналами вне зависимости от местоположения. Так в сети удалось выделить небольшие группы магнитометров. Анализ их поведения дал новые и неожиданные результаты. Оказалось, что через десять минут после рождения субшторма, происходил переход от многих некоррелированных групп сигналов магнитометров к единой когерентной системе магнитного поля, покрывающей большие пространства. Ученые считают: это свидетельствует о коллективном пространственном механизме аврор, которые представляют собой глобальную систему токов, а не сумму разделенных слабых и несвязанных токов. Коллективное возбуждение покрывало высокоширотную ночную область Земли. Отсутствие же корреляции на ранних стадиях может означать многофакторность механизма возникновения субштормов. Так получился новый метод контроля и изучения космической погоды. Профессор Чепман надеется, что они также помогут улучшить теории атмосферной плазмы и повысить точность предсказания явлений в ней.

(Nature Communications, 2021,12, 1)