Магнитное поле Земли простирается от полюса к полюсу и находится под сильным влиянием солнечного ветра от Солнца. Этот «ветер» представляет собой поток заряженных частиц, постоянно выбрасываемых с поверхности Солнца. Время от времени внезапные вспышки яркости, известные как солнечные вспышки, выбрасывают в ветер еще больше частиц. Иногда за вспышками следуют выбросы корональной массы, которые отправляют плазму в космос.
В результате поток заряженных частиц перемещается на миллионы миль от Солнца к Земле. Когда они прибывают сюда, частицы наносят ущерб магнитному полю Земли. Результат может быть красивым, но также и разрушительным: полярные сияния и геомагнитные бури. Штормы серьезны и мешают ряду важных технологий, включая передачу сигналов GPS и спутниковую связь. Они также могут привести к повреждению поверхностных электрических сетей. Солнечная активность кажется случайной, поэтому нам трудно предсказать эти бури.
В журнале Chaos издательства AIP Publishing группа исследователей из Европы под руководством Рейка Доннера из Потсдамского института исследований воздействия климата в Германии сообщает о новом методе анализа данных о магнитном поле, долгосрочный прогноз геомагнитных бурь. Этот новый метод основан на технике, разработанной для систем, находящихся в состоянии, далеком от равновесия. Магнитное поле Земли соответствует этой парадигме, потому что поле отклоняется от равновесия солнечным ветром. Системы, далекие от равновесия, часто претерпевают резкие изменения, такие как внезапный переход от состояния покоя к шторму.
Исследователи использовали почасовые значения индекса времени бури возмущений, или Dst. Значения Dst дают среднее отклонение горизонтальной составляющей магнитного поля Земли от ее нормального значения. Это отклонение возникает, когда от Солнца прибывает большой выброс заряженных частиц и ослабляет поле, создаваемое Землей. Значения Dst образуют единый поток чисел, известный как временной ряд. Затем данные временных рядов можно преобразовать в 2D- или 3D-изображение, нанеся одну точку данных на другую через фиксированный промежуток времени в будущем для прогнозирования.
Здесь авторы создали диаграмму, известную как график повторения, из реконструированных данных. График повторяемости представляет собой массив точек, обычно неравномерно распределенных по графику. Авторы использовали свои данные, чтобы посмотреть на пару геомагнитных бурь, которые произошли в 2001 году из-за крупных солнечных вспышек за пару дней до бури.
Они использовали метод, известный как анализ повторяемости, чтобы показать, что длинные диагональные линии на этих графиках повторяемости указывают на более предсказуемое геомагнитное поведение. Представленный здесь метод особенно хорошо подходит для различения различных типов флуктуаций геомагнитного поля. Этот метод позволяет исследователям охарактеризовать эти различия с недоступной ранее точностью.