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Algoritmos inspirados em redes sociais revelam o ciclo de vida de subtempestades, um elemento-chave do clima espacial
O ciclo de vida dessas subtempestades aurorais foi revelado usando ferramentas matemáticas inspiradas na mídia social para analisar as observações do clima espacial na superfície da Terra.
Por Universidade de Warwick - 23/03/2021


Mapa que representa um instantâneo da estrutura da comunidade no início. Crédito: Crédito do mapa de fundo: SuperMAG

O clima espacial geralmente se manifesta como subtempestades, onde uma bela exibição auroral, como a aurora boreal, é acompanhada por uma corrente elétrica no espaço que tem efeitos na terra que podem interferir e danificar a distribuição de energia e os sistemas elétricos. Agora, o ciclo de vida dessas subtempestades aurorais foi revelado usando ferramentas matemáticas inspiradas na mídia social para analisar as observações do clima espacial na superfície da Terra.

Análises feitas por pesquisadores liderados pela Universidade de Warwick revelaram que essas subtempestades se manifestam como sistemas de corrente elétrica em escala global associados à espetacular aurora, alcançando mais de um terço do globo em altas latitudes .

Nova pesquisa que envolve a Universidade de Warwick, John Hopkins University — Applied Physics Laboratory, University of Bergen e Cranfield University, e publicada hoje na revista Nature Communications processa dados sobre distúrbios no campo magnético da Terra de mais de cem magnetômetros no hemisfério norte usando uma nova técnica que lhes permite encontrar 'amigos com ideias semelhantes'.

Os magnetômetros registram mudanças no campo magnético da Terra. Quando partículas carregadas de nosso Sol bombardeiam o campo magnético da Terra, ele armazena energia como uma bateria. Eventualmente, essa energia é liberada levando a correntes elétricas em grande escala na ionosfera que geram distúrbios de campos magnéticos no solo. Em casos extremos, isso pode interromper as linhas de energia, sistemas eletrônicos e de comunicação e tecnologias como o GPS.

Usando dados históricos da colaboração SuperMAG de magnetômetros, os pesquisadores aplicaram algoritmos da ciência de redes para encontrar correlações entre os sinais do magnetômetro durante 41 subtempestades conhecidas que ocorreram entre 1997-2001. Eles usam os mesmos princípios que permitem que um site de rede social recomende novos amigos ou envie anúncios relevantes enquanto você navega na Internet.

Os magnetômetros que detectam sinais coerentes foram conectados às comunidades, independentemente de onde estivessem localizados no globo. Com o passar do tempo, eles viram cada subforma se desenvolver de muitas comunidades menores em um único grande sistema correlacionado ou comunidade em seu pico. Isso levou os autores a concluir que as subtempestades são um sistema de corrente coerente que se estende pela maior parte do globo noturno de alta latitude, em vez de uma série de sistemas individuais de corrente pequenos e desconexos.

Mapa representando um instantâneo da estrutura da comunidade no momento de
expansão auroral máxima. Crédito: Crédito do mapa de fundo: SuperMAG

Dra. Lauren Orr, que liderou a pesquisa como parte de seu doutorado. do Departamento de Física da University of Warwick e agora baseado na Lancaster University, disse: "Usamos um método bem estabelecido dentro da ciência de rede chamado detecção de comunidade e o aplicamos a um problema de clima espacial . A ideia é que, se você tiver muitos pequenos subgrupos dentro de um grande grupo, ele pode selecionar os subgrupos.
 
"Aplicamos isso ao clima espacial para selecionar grupos dentro de estações de magnetômetro na Terra. A partir disso, estávamos tentando descobrir se havia um grande sistema de corrente ou muitos sistemas de corrente individuais separados.

"Esta é uma boa maneira de permitir que os dados nos digam o que está acontecendo, em vez de tentar ajustar as observações ao que pensamos que está ocorrendo."

Alguns trabalhos recentes sugeriram que as subtempestades aurorais são compostas por vários sistemas de corrente elétrica menores e permanecem assim durante todo o seu ciclo de vida. Esta nova pesquisa demonstra que, embora a subtempestade comece como muitos distúrbios menores, ela rapidamente se torna um grande sistema ao longo de cerca de dez minutos. A falta de correlação em seus estágios iniciais também pode sugerir que não existe um único mecanismo em jogo na forma como essas subtempestades evoluem.

Os resultados têm implicações para os modelos projetados para prever o clima espacial. O clima espacial foi incluído no Registro Nacional de Riscos do Reino Unido em 2012 e atualizado em 2017 com uma recomendação para mais investimentos em previsões.

A coautora, Professora Sandra Chapman, acrescenta: "Nossa pesquisa apresenta uma metodologia totalmente nova para analisar esses dados. Passamos de uma era pobre em dados para uma era rica em física de plasma espacial e clima espacial , então precisamos de novas ferramentas. um primeiro para mostrar que você pode levar uma dessas ferramentas para o nosso campo e obter um resultado realmente importante com ela. Tivemos que aprender muito para sermos capazes de fazer isso, mas, ao fazê-lo, abre-se uma nova janela nos dados. "

 

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