Новий тип геомагнітних збурень відкрили над полюсами Землі

Що знайшли вчені над полюсами?

Космічна погода тривалий час приховувала від нас масштабні явища, що вирують просто над нашими головами. Як повідомляє видання Interesting Engineering, аналіз старих супутникових даних допоміг астрономам виявити абсолютно новий тип атмосферних збурень – гігантське циклоноподібне полярне сяйво.

На відміну від звичайних земних штормів, які складаються з води та вітру, космічний ураган – це величезний вихор з електрично заряджених частинок (плазми). Він формується у верхніх шарах атмосфери (іоносфері та магнітосфері) поблизу магнітних полюсів Землі, де потоки сонячної енергії стикаються з нашою планетою. Візуально це виглядає як гігантська плазмова спіраль, що обертається й може простягатися на сотні чи навіть тисячі кілометрів.

Цікаво, що космічні урагани вирують виключно над магнітними полюсами Землі. Водночас звичайні тропічні шторми (урагани, тайфуни та циклони) мають чітке географічне обмеження – вони ніколи не перетинають екватор.

Для формування та обертання земного шторму необхідна сила Коріоліса, яка виникає внаслідок обертання нашої планети. Оскільки на екваторі дія цієї сили дорівнює нулю, повітряні маси там просто не можуть закрутитися у вихор. Це робить екватор непереборним природним бар'єром для земних ураганів.

Коли вперше помітили космічний ураган?

Вперше вчені підтвердили існування цього явища лише у 2021 році, хоча сам шторм зафіксували ще у 2014-му. Тоді плазмова спіраль завширшки близько 1000 кілометрів вирувала над Північним полюсом майже вісім годин. Найбільше науковців здивувало те, що вихор утворився за надзвичайно спокійних геомагнітних умов. Раніше вважалося, що подібні катаклізми виникають лише під час сильної сонячної активності.

Ці шторми "впорскують" величезну кількість високоенергетичних електронів в полярну іоносферу. Це становить серйозну загрозу для технологій: вони здатні порушувати роботу супутників, радіозв'язку, радарів і навігаційних систем.

Як штучний інтелект вийшов на полювання?

Донедавна виявлення таких бур було справжнім випробуванням. Вченим доводилося вручну переглядати величезні масиви ультрафіолетових знімків із супутників. Це вкрай повільний та неефективний процес, у якому легко припуститися помилки через людський фактор.

Щоб вирішити цю проблему, команда китайських вчених розробила спеціальну систему глибинного навчання. Дослідники пояснюють, що створили систему штучного інтелекту, яка може автоматично виявляти та визначати точне місцезнаходження космічних ураганів на ультрафіолетових знімках із супутників.

Для тренування нейромережі використали колосальний набір даних – близько 300 000 зображень полярних сяйв, зібраних з 2005 по 2021 роки в обох півкулях. Ці знімки надходили з приладів на борту супутників програми Defence Meteorological Satellite Program (DMSP) ВПС США. З цього архіву відібрали 570 підтверджених випадків космічних ураганів, а також додали безліч схожих візуально аномалій, щоб навчити алгоритм відрізняти справжній шторм від звичайного сяйва.

Результати перевершили очікування. Найкраща з розроблених моделей комп'юторного зору навчилася не лише розпізнавати характерну спіральну структуру, а й точно визначати її координати. Модель забезпечує високоточну автоматичну ідентифікацію та локалізацію космічних ураганів на рівні пікселів, досягаючи точності 97,90% на складному глобальному наборі даних.

Нова ера космічного моніторингу та виклики прогнозування

Окрім самого алгоритму, науковці створили повноцінну програмну платформу зі зручним візуальним інтерфейсом. Тепер штучний інтелект бере на себе всю рутинну роботу, швидко вказуючи вченим на потенційні події та їх точне місцезнаходження.

Це стало особливо актуальним зараз, коли стартувала спільна китайсько-європейська місія SMILE (Solar Wind Magnetosphere Ionosphere Link Explorer). Запущений у травні апарат безперервно фіксуватиме високоякісні ультрафіолетові знімки земних полярних сяйв, і без допомоги ШІ обробити такий потік даних було б неможливо.

Впровадження штучного інтелекту в дослідження космічної погоди – це критично важливий крок для розуміння того, як формуються та розвиваються ці явища. Хоча система вже вміє з високою точністю знаходити космічні урагани, наступним викликом залишається їхнє прогнозування.