El clima espacial a menudo se manifiesta como subtormentas, donde una hermosa exhibición de auroras como la aurora boreal es acompañada por una corriente eléctrica en el espacio que tiene efectos en la tierra que pueden interferir y dañar la distribución de energía y los sistemas eléctricos. Ahora, El ciclo de vida de estas subtormentas aurorales se ha revelado utilizando herramientas matemáticas inspiradas en las redes sociales para analizar las observaciones del clima espacial en la superficie de la Tierra.

El análisis realizado por investigadores dirigidos por la Universidad de Warwick ha revelado que estas subtormentas se manifiestan como sistemas de corriente eléctrica a escala global asociados con la espectacular aurora, llegando a más de un tercio del mundo en latitudes altas.

Nueva investigación que involucra a la Universidad de Warwick, Universidad John Hopkins — Laboratorio de Física Aplicada, Universidad de Bergen y Universidad Cranfield, y publicado hoy en la revista Comunicaciones de la naturaleza procesa datos sobre perturbaciones en el campo magnético de la Tierra de más de cien magnetómetros en el hemisferio norte utilizando una nueva técnica que les permite encontrar "amigos de ideas afines".

Los magnetómetros registran cambios en el campo magnético de la Tierra. Cuando las partículas cargadas de nuestro Sol bombardean el campo magnético de la Tierra, almacena energía como una batería. Finalmente, esta energía se libera dando lugar a corrientes eléctricas a gran escala en la ionosfera que generan perturbaciones de los campos magnéticos en el suelo. En los extremos, esto puede interrumpir las líneas eléctricas, sistemas y tecnologías electrónicos y de comunicaciones como el GPS.

Utilizando datos históricos de la colaboración de magnetómetros SuperMAG, los investigadores aplicaron algoritmos de la ciencia de redes para encontrar correlaciones entre las señales del magnetómetro durante 41 subtormentas conocidas que ocurrieron entre 1997-2001. Estos utilizan los mismos principios que permiten que un sitio de redes sociales recomiende nuevos amigos, o para enviarle anuncios relevantes mientras navega por Internet.

Los magnetómetros que detectan señales coherentes se conectaron a las comunidades, independientemente de su ubicación en el mundo. A medida que pasaba el tiempo, vieron que cada subtormenta se desarrollaba a partir de muchas comunidades más pequeñas en un solo gran sistema correlacionado o comunidad en su apogeo. Esto llevó a los autores a concluir que las subtormentas son un sistema de corriente coherente que se extiende sobre la mayor parte del globo de latitudes altas del lado nocturno. en lugar de una serie de sistemas actuales pequeños e inconexos individuales.

Dra. Lauren Orr, quien dirigió la investigación como parte de su Ph.D. en el Departamento de Física de la Universidad de Warwick y ahora tiene su sede en la Universidad de Lancaster, dijo:"Usamos un método bien establecido dentro de la ciencia de redes llamado detección de comunidad y lo aplicamos a un problema de clima espacial. La idea es que si tiene muchos subgrupos pequeños dentro de un grupo grande, puede seleccionar los subgrupos.

"Aplicamos esto al clima espacial para seleccionar grupos dentro de las estaciones de magnetómetros en la Tierra. A partir de eso, estábamos tratando de averiguar si había un gran sistema de corriente o muchos sistemas de corriente individuales separados.

"Esta es una buena forma de permitir que los datos nos digan lo que está sucediendo, en lugar de intentar ajustar las observaciones a lo que creemos que está ocurriendo ".

Algunos trabajos recientes han sugerido que las subtormentas aurorales se componen de varios sistemas de corriente eléctrica más pequeños y permanecen así durante todo su ciclo de vida. Esta nueva investigación demuestra que si bien la subtormenta comienza como muchas perturbaciones más pequeñas, rápidamente se convierte en un gran sistema en el transcurso de unos diez minutos. La falta de correlación en sus primeras etapas también puede sugerir que no existe un mecanismo único en juego en cómo evolucionan estas subtormentas.

Los resultados tienen implicaciones para los modelos diseñados para predecir el clima espacial. El clima espacial se incluyó en el Registro Nacional de Riesgos del Reino Unido en 2012 y se actualizó en 2017 con una recomendación para una mayor inversión en pronósticos.

La coautora, la profesora Sandra Chapman, agrega:"Nuestra investigación introduce una metodología completamente nueva para analizar estos datos. Hemos pasado de una era pobre en datos a una era rica en datos en la física del plasma espacial y el clima espacial, por eso necesitamos nuevas herramientas. Es la primera vez que demuestra que puede llevar una de estas herramientas a nuestro campo y obtener un resultado realmente importante. Tuvimos que aprender mucho para poder hacer eso, pero al hacerlo, abre una nueva ventana a los datos ".