Rymdvädret visar sig ofta som substormar, där en vacker norrskensskärm som norrsken åtföljs av en elektrisk ström i rymden som har effekter på jorden som kan störa och skada kraftdistribution och elektriska system. Nu, livscykeln för dessa norrskens substormar har avslöjats med hjälp av sociala medier-inspirerade matematiska verktyg för att analysera rymdväderobservationer över jordens yta.

Analyser av forskare ledda av University of Warwick har avslöjat att dessa substormar manifesterar sig som globala elektriska strömsystem associerade med det spektakulära norrskenet, når över en tredjedel av jorden på höga breddgrader.

Ny forskning som involverar University of Warwick, John Hopkins University—Applied Physics Laboratory, University of Bergen och Cranfield University, och publicerades idag i tidskriften Naturkommunikation bearbetar data om störningar i jordens magnetfält från över hundra magnetometrar på norra halvklotet med hjälp av en ny teknik som gör det möjligt för dem att hitta "liksinnade vänner".

Magnetometrar registrerar förändringar i jordens magnetfält. När laddade partiklar från vår sol bombarderar jordens magnetfält, den lagrar energi som ett batteri. Så småningom, denna energi frigörs vilket leder till storskaliga elektriska strömmar i jonosfären som genererar störningar av magnetiska fält på marken. I ytterligheter, detta kan störa kraftledningar, elektroniska och kommunikationssystem och teknologier som GPS.

Med hjälp av historiska data från SuperMAG-samarbetet av magnetometrar, forskarna använde algoritmer från nätverksvetenskap för att hitta korrelationer mellan magnetometersignaler under 41 kända substormar som inträffade mellan 1997-2001. Dessa använder samma principer som gör att en webbplats för sociala nätverk kan rekommendera nya vänner, eller för att skicka relevanta annonser till dig när du surfar på internet.

Magnetometrar som upptäcker koherenta signaler länkades till gemenskaper, oavsett var de befann sig på jordklotet. Allt eftersom tiden gick, de såg varje substorm utvecklas från många mindre samhällen till ett enda stort korrelerat system eller samhälle på sin topp. Detta ledde till att författarna drog slutsatsen att substormar är ett sammanhängande strömsystem som sträcker sig över större delen av nattens höga latitudklot, snarare än ett antal enskilda små och osammanhängande nuvarande system.

Dr Lauren Orr, som ledde forskningen som en del av hennes doktorsexamen. vid University of Warwick Department of Physics och är nu baserad på Lancaster University, sa:"Vi använde en väletablerad metod inom nätverksvetenskap som kallas community detection och tillämpade den på ett rymdväderproblem. Tanken är att om du har många små undergrupper inom en stor grupp, den kan välja ut undergrupperna.

"Vi tillämpade detta på rymdväder för att välja ut grupper inom magnetometerstationer på jorden. Från det, vi försökte ta reda på om det fanns ett stort strömsystem eller massor av separata individuella strömsystem.

"Det här är ett bra sätt att låta data berätta vad som händer, istället för att försöka anpassa observationer till vad vi tror händer."

Vissa nyare arbeten har föreslagit att norrskens substormar är sammansatta av ett antal mindre elektriska strömsystem och förblir så under hela deras livscykel. Denna nya forskning visar att medan substormen börjar som massor av mindre störningar, det blir ganska snabbt ett stort system under loppet av cirka tio minuter. Bristen på korrelation i dess tidiga skeden kan också tyda på att det inte finns någon enskild mekanism i hur dessa substormar utvecklas.

Resultaten har konsekvenser för modeller utformade för att förutsäga rymdväder. Rymdväder inkluderades i Storbritanniens nationella riskregister 2012 och uppdaterades 2017 med en rekommendation om fler investeringar i prognoser.

Medförfattare professor Sandra Chapman tillägger:"Vår forskning introducerar en helt ny metod för att titta på dessa data. Vi har gått från en datafattig till en datarik era i rymdplasmafysik och rymdväder, så vi behöver nya verktyg. Det är den första som visar att du kan ta ett av dessa verktyg till vårt område och få ut ett riktigt viktigt resultat av det. Vi har behövt lära oss mycket för att kunna göra det, men genom att göra det öppnas ett nytt fönster till data."