Ruimteweer manifesteert zich vaak als substormen, waar een prachtig poollicht, zoals het noorderlicht, gepaard gaat met een elektrische stroom in de ruimte die effecten op aarde heeft die de stroomverdeling en elektrische systemen kunnen verstoren en beschadigen. Nutsvoorzieningen, de levenscyclus van deze poolstorm-substormen is onthuld met behulp van op sociale media geïnspireerde wiskundige hulpmiddelen om ruimteweerobservaties over het aardoppervlak te analyseren.

Analyse door onderzoekers onder leiding van de Universiteit van Warwick heeft onthuld dat deze substormen zich manifesteren als elektrische stroomsystemen op wereldschaal die verband houden met de spectaculaire aurora, reikend over meer dan een derde van de wereld op hoge breedtegraden.

Nieuw onderzoek waarbij de Universiteit van Warwick betrokken is, John Hopkins University—Laboratorium voor Toegepaste Natuurkunde, Universiteit van Bergen en Cranfield University, en vandaag gepubliceerd in het tijdschrift Natuurcommunicatie verwerkt gegevens over storingen in het aardmagnetisch veld van meer dan honderd magnetometers op het noordelijk halfrond met behulp van een nieuwe techniek waarmee ze 'gelijkgestemde vrienden' kunnen vinden.

Magnetometers registreren veranderingen in het aardmagnetisch veld. Wanneer geladen deeltjes van onze zon het magnetische veld van de aarde bombarderen, het slaat energie op als een batterij. Eventueel, deze energie komt vrij en leidt tot grootschalige elektrische stromen in de ionosfeer die verstoringen van magnetische velden op de grond veroorzaken. Bij extremen, dit kan elektriciteitsleidingen verstoren, elektronische en communicatiesystemen en technologieën zoals GPS.

Met behulp van historische gegevens van de SuperMAG-samenwerking van magnetometers, de onderzoekers pasten algoritmen uit de netwerkwetenschap toe om correlaties te vinden tussen magnetometersignalen tijdens 41 bekende substormen die plaatsvonden tussen 1997-2001. Deze gebruiken dezelfde principes waarmee een sociale netwerksite nieuwe vrienden kan aanbevelen, of om u relevante advertenties te sturen terwijl u op internet surft.

Magnetometers die coherente signalen detecteerden, werden gekoppeld aan gemeenschappen, ongeacht waar ze zich op de wereld bevonden. Naarmate de tijd vorderde, ze zagen elke substorm zich ontwikkelen van vele kleinere gemeenschappen tot één groot gecorreleerd systeem of gemeenschap op zijn hoogtepunt. Dit bracht de auteurs tot de conclusie dat substormen één coherent stroomsysteem zijn dat zich over het grootste deel van de nachtelijke wereldbol op hoge breedtegraad uitstrekt, in plaats van een aantal individuele kleine en onsamenhangende stroomsystemen.

Dr. Lauren Orr, die het onderzoek leidde als onderdeel van haar Ph.D. aan de University of Warwick Department of Physics en is nu gevestigd aan de Lancaster University, zei:"We gebruikten een gevestigde methode binnen de netwerkwetenschap, gemeenschapsdetectie genaamd, en pasten deze toe op een ruimteweerprobleem. Het idee is dat als je veel kleine subgroepen hebt binnen een grote groep, het kan de subgroepen uitkiezen.

"We hebben dit toegepast op ruimteweer om groepen binnen magnetometerstations op aarde te selecteren. we probeerden erachter te komen of er één groot stroomsysteem was of veel afzonderlijke individuele stroomsystemen.

"Dit is een goede manier om de gegevens ons te laten vertellen wat er aan de hand is, in plaats van te proberen de waarnemingen af ​​te stemmen op wat we denken dat er gebeurt."

Recent werk heeft gesuggereerd dat poollicht-substormen zijn samengesteld uit een aantal kleinere elektrische stroomsystemen en dat gedurende hun hele levenscyclus zo blijven. Dit nieuwe onderzoek toont aan dat, terwijl de substorm begint als veel kleinere verstoringen, het wordt vrij snel een groot systeem in de loop van ongeveer tien minuten. Het gebrek aan correlatie in de vroege stadia kan er ook op wijzen dat er geen enkel mechanisme in het spel is in hoe deze substormen evolueren.

De resultaten hebben implicaties voor modellen die zijn ontworpen om ruimteweer te voorspellen. Ruimteweer werd in 2012 opgenomen in het Britse National Risk Register en in 2017 bijgewerkt met een aanbeveling voor meer investeringen in prognoses.

Co-auteur professor Sandra Chapman voegt toe:"Ons onderzoek introduceert een geheel nieuwe methode om naar deze gegevens te kijken. We zijn van een gegevensarm naar een gegevensrijk tijdperk in de ruimteplasmafysica en het ruimteweer gegaan, dus we hebben nieuwe tools nodig. Het is een primeur om te laten zien dat je een van deze tools naar ons vakgebied kunt brengen en er een heel belangrijk resultaat uit kunt halen. We hebben veel moeten leren om dat te kunnen, maar door dit te doen opent het een nieuw venster in de gegevens."