太陽帶電粒子轟擊，北極光「社交網路」揭示：真實的磁暴規模！

北極光「社交網路」揭示：真實的磁暴規模！華威大學一項新研究顯示，由北極光等現象引起的磁場干擾可以通過地面儀器組成的「社交網路」來追蹤。由哥倫比亞大學物理系桑德拉?查普曼教授領導的研究人員，首次將來自100多個地面磁力儀觀測結果定性為一個時變定向連接網路。使用與研究社交網路相同的數學方法來監測地磁亞暴的發展。當磁力計看到傳播擾動的相同信號時，它們會互相「交朋友」。

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

研究人員使用由傑斯珀·傑羅耶夫(Jesper Gjerloev)博士領導的「超級磁強計計劃」(SuperMAG Initiative)的100多個磁力計，利用網路科學中的數學概念來監測北極極光區域亞暴的發展。隨著亞暴的發展和電離層中電流的增加，單個磁力儀將記錄磁場的變化。當測量值相互關聯時，成對的磁力儀就會連接起來，從而擴大了它們的「朋友」網路，讓研究人員能夠監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生電流，並在地面產生回聲，地球磁場的局部變化會破壞電力線

電子和通信系統以及GPS等技術，它們只是一種持續影響地球的太空天氣。華威大學物理系桑德拉·查普曼教授說：當談論太空天氣時，提供一個數字或評級來表明天氣有多嚴重是很有用的。要做到這一點，需要捕捉事件的強度、空間分布和變化速度的全部行為。目標是利用網路科學來開發有用的參數來做到這一點，封裝來自100多個觀察的所有信息。利用超磁強計，量化了亞暴電離層電流系統的時空演化，首次利用這些數據構造了動態有向網路。

如果在兩個磁強計站觀測到矢量磁場擾動之間的正則交叉相關(CCC)超過閾值，則它們形成網路連接。CCC值最大時滯決定了網路連接捕獲結構的傳播或擴展方向。如果空間相關性反映電離層電流模式，則網路特性可以測試演化亞暴電流系統的不同模型。根據夜間地面站的覆蓋範圍選擇了86個孤立的亞暴，發現並得到了經典子風暴楔流(SCW)形成的時間序列。在SCW向西擴張後，可以看到一個當前系統在午夜前，隨後向東擴張的信號減弱，最後，有證據表明亞暴增強對流。

博科園｜研究/來自：華威大學

參考期刊《地球物理研究快報》

DOI: 10.1029/2019GL082824

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