Над полюсами Земли обнаружен новый тип геомагнитных возмущений

Что обнаружили учёные над полюсами?

Космическая погода долгое время скрывала от нас масштабные явления, бушующие прямо над нашими головами. Как сообщает издание Interesting Engineering, анализ старых спутниковых данных помог астрономам обнаружить совершенно новый тип атмосферных возмущений – гигантское циклоноподобное полярное сияние.

Смотрите также Магнитный щит для Земли: как ученые хотят защитить планету от магнитных бурь с помощью химического облака

В отличие от обычных земных штормов, состоящих из воды и ветра, космический ураган – это огромный вихрь из электрически заряженных частиц (плазмы). Он формируется в верхних слоях атмосферы (ионосфере и магнитосфере) вблизи магнитных полюсов Земли, где потоки солнечной энергии сталкиваются с нашей планетой. Визуально это выглядит как гигантская плазменная спираль, которая вращается и может простираться на сотни или даже тысячи километров.

Интересно, что космические ураганы бушуют исключительно над магнитными полюсами Земли. В то же время обычные тропические штормы (ураганы, тайфуны и циклоны) имеют четкие географические границы – они никогда не пересекают экватор.

Для формирования и вращения земного шторма необходима сила Кориолиса, возникающая в результате вращения нашей планеты. Поскольку на экваторе действие этой силы равно нулю, воздушные массы там просто не могут закрутиться в вихрь. Это делает экватор непреодолимым природным барьером для земных ураганов.

Когда впервые заметили космический ураган?

Впервые учёные подтвердили существование этого явления лишь в 2021 году, хотя сам шторм зафиксировали ещё в 2014-м. Тогда плазменная спираль шириной около 1000 километров бушевала над Северным полюсом почти восемь часов. Больше всего ученых удивило то, что вихрь образовался при чрезвычайно спокойных геомагнитных условиях. Ранее считалось, что подобные катаклизмы возникают только во время сильной солнечной активности.

Эти штормы "впрыскивают" огромное количество высокоэнергетических электронов в полярную ионосферу. Это представляет серьезную угрозу для технологий: они способны нарушать работу спутников, радиосвязи, радаров и навигационных систем.

Как искусственный интеллект вышел на охоту?

До недавнего времени обнаружение таких бурь было настоящим испытанием. Учёным приходилось вручную просматривать огромные массивы ультрафиолетовых снимков со спутников. Это крайне медленный и неэффективный процесс, в котором легко допустить ошибку из-за человеческого фактора.

Чтобы решить эту проблему, команда китайских учёных разработала специальную систему глубокого обучения. Исследователи объясняют, что создали систему искусственного интеллекта, способную автоматически обнаруживать и определять точное местонахождение космических ураганов на ультрафиолетовых снимках со спутников.

Для обучения нейросети использовался огромный набор данных – около 300 000 изображений полярных сияний, собранных с 2005 по 2021 годы в обоих полушариях. Эти снимки поступали с приборов на борту спутников программы Defence Meteorological Satellite Program (DMSP) ВВС США. Из этого архива отобрали 570 подтвержденных случаев космических ураганов, а также добавили множество визуально похожих аномалий, чтобы научить алгоритм отличать настоящий шторм от обычного сияния.

Результаты превзошли ожидания. Лучшая из разработанных моделей компьютерного зрения научилась не только распознавать характерную спиральную структуру, но и точно определять её координаты. Модель обеспечивает высокоточную автоматическую идентификацию и локализацию космических ураганов на уровне пикселей, достигая точности 97,90% на сложном глобальном наборе данных.

Новая эра космического мониторинга и вызовы прогнозирования

Помимо самого алгоритма, ученые создали полноценную программную платформу с удобным визуальным интерфейсом. Теперь искусственный интеллект берет на себя всю рутинную работу, быстро указывая ученым на потенциальные события и их точное местонахождение.

Это стало особенно актуально сейчас, когда стартовала совместная китайско-европейская миссия SMILE (Solar Wind Magnetosphere Ionosphere Link Explorer). Запущенный в мае аппарат будет непрерывно фиксировать высококачественные ультрафиолетовые снимки земных полярных сияний, и без помощи ИИ обработать такой поток данных было бы невозможно.

Внедрение искусственного интеллекта в исследования космической погоды – это критически важный шаг для понимания того, как формируются и развиваются эти явления. Хотя система уже умеет с высокой точностью находить космические ураганы, следующим вызовом остается их прогнозирование.