北極光“社交網(wǎng)絡(luò)”揭示：真實(shí)的磁暴規(guī)模！華威大學(xué)一項(xiàng)新研究顯示，由北極光等現(xiàn)象引起的磁場干擾可以通過地面儀器組成的“社交網(wǎng)絡(luò)”來追蹤。

由哥倫比亞大學(xué)物理系桑德拉?查普曼教授領(lǐng)導(dǎo)的研究人員，首次將來自100多個地面磁力儀觀測結(jié)果定性為一個時(shí)變定向連接網(wǎng)絡(luò)。使用與研究社交網(wǎng)絡(luò)相同的數(shù)學(xué)方法來監(jiān)測地磁亞暴的發(fā)展。當(dāng)磁力計(jì)看到傳播擾動的相同信號時(shí)，它們會互相“交朋友”。

這項(xiàng)發(fā)表在《地球物理研究快報(bào)》(Geophysical research Letters)上的研究為開發(fā)更精確的亞暴模型提供了機(jī)會，并幫助了解太空天氣對電力和通訊系統(tǒng)的影響。當(dāng)來自太陽的帶電粒子轟擊地球磁場時(shí)，就會產(chǎn)生北極光。它像電池一樣儲存能量，然后釋放出來，在電離層中產(chǎn)生大規(guī)模的電流，在地面上產(chǎn)生磁場擾動。這些子磁暴的小版本很常見，但偶爾會發(fā)生更大磁暴，可以有更大的影響。

研究人員使用由杰斯珀·杰羅耶夫(Jesper Gjerloev)博士領(lǐng)導(dǎo)的“超級磁強(qiáng)計(jì)計(jì)劃”(SuperMAG Initiative)的100多個磁力計(jì)，利用網(wǎng)絡(luò)科學(xué)中的數(shù)學(xué)概念來監(jiān)測北極極光區(qū)域亞暴的發(fā)展。隨著亞暴的發(fā)展和電離層中電流的增加，單個磁力儀將記錄磁場的變化。當(dāng)測量值相互關(guān)聯(lián)時(shí)，成對的磁力儀就會連接起來，從而擴(kuò)大了它們的“朋友”網(wǎng)絡(luò)，讓研究人員能夠監(jiān)控來自亞暴的極光干擾是如何形成和傳播的，以及傳播的速度有多快。來自北極光亞暴在大氣中產(chǎn)生電流，并在地面產(chǎn)生回聲，地球磁場的局部變化會破壞電力線

電子和通信系統(tǒng)以及GPS等技術(shù)，它們只是一種持續(xù)影響地球的太空天氣。華威大學(xué)物理系桑德拉·查普曼教授說：當(dāng)談?wù)撎仗鞖鈺r(shí)，提供一個數(shù)字或評級來表明天氣有多嚴(yán)重是很有用的。要做到這一點(diǎn)，需要捕捉事件的強(qiáng)度、空間分布和變化速度的全部行為。目標(biāo)是利用網(wǎng)絡(luò)科學(xué)來開發(fā)有用的參數(shù)來做到這一點(diǎn)，封裝來自100多個觀察的所有信息。利用超磁強(qiáng)計(jì)，量化了亞暴電離層電流系統(tǒng)的時(shí)空演化，首次利用這些數(shù)據(jù)構(gòu)造了動態(tài)有向網(wǎng)絡(luò)。

如果在兩個磁強(qiáng)計(jì)站觀測到矢量磁場擾動之間的正則交叉相關(guān)(CCC)超過閾值，則它們形成網(wǎng)絡(luò)連接。CCC值最大時(shí)滯決定了網(wǎng)絡(luò)連接捕獲結(jié)構(gòu)的傳播或擴(kuò)展方向。如果空間相關(guān)性反映電離層電流模式，則網(wǎng)絡(luò)特性可以測試演化亞暴電流系統(tǒng)的不同模型。根據(jù)夜間地面站的覆蓋范圍選擇了86個孤立的亞暴，發(fā)現(xiàn)并得到了經(jīng)典子風(fēng)暴楔流(SCW)形成的時(shí)間序列。在SCW向西擴(kuò)張后，可以看到一個當(dāng)前系統(tǒng)在午夜前，隨后向東擴(kuò)張的信號減弱，最后，有證據(jù)表明亞暴增強(qiáng)對流。

博科園｜研究/來自：華威大學(xué)

參考期刊《地球物理研究快報(bào)》

DOI: 10.1029/2019GL082824

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