Burze słoneczne mogą uderzać mocniej niż sądzono. Magnetosfera nie "nasyca się"

Badacze zajmujący się wpływem burz słonecznych na magnetosferę Ziemi zwracają uwagę, że standardowe podejście do analizy danych może prowadzić do mylnych wniosków o odporności naszej planety na najgwałtowniejsze zjawiska kosmiczne. W praktyce chodzi o to, że stosowana od lat metodologia nie zawsze właściwie oddaje to, jak magnetosfera reaguje na najsilniejsze uderzenia wiatru słonecznego.

Zespół z NASA Goddard Space Flight Center, którym kieruje dr Nithin Sivadas, przeanalizował informacje zbierane przez satelity monitorujące wiatr słoneczny. Urządzenia takie jak WIND, ACE i DSCOVR wykonują pomiary w punkcie libracyjnym L1, czyli około 1,5 mln km przed Ziemią. Tak duży dystans nie jest bez znaczenia: zanim strumień energii dotrze w okolice naszej planety, może ulec zmianom, a w trakcie wyjątkowo silnych epizodów rosną też zakłócenia oraz losowe fluktuacje, co zwiększa ryzyko nietrafnych wniosków.

Skutkiem tych ograniczeń ma być tzw. regresja do średniej. W uproszczeniu: bardzo wysokie wartości rejestrowane w L1 bywały zestawiane z relatywnie umiarkowaną odpowiedzią magnetosfery, ponieważ w chwili dotarcia do Ziemi część energii słabła albo ulegała uśrednieniu. Taki błąd statystyczny powoduje charakterystyczne "wygięcie" wyników — sprawia wrażenie, że reakcja Ziemi na coraz mocniejsze burze zaczyna się stabilizować i osiągać rzekome "nasycenie", którego nie przekracza nawet przy skrajnych zdarzeniach.

Autorzy pracy opublikowanej w periodyku Nature przekonują, że po uwzględnieniu wpływu regresji do średniej obraz sytuacji wyraźnie się zmienia. Po skorygowaniu danych zależność między siłą burz słonecznych a reakcją Ziemi ma znacznie prostszy, liniowy charakter, co sugeruje, że nie ma realnej "naturalnej bariery" wynikającej z domniemanego nasycenia magnetosfery. W konsekwencji najbardziej ekstremalne zjawiska mogłyby wywoływać znacznie silniejszą odpowiedź, niż zakładano w dotychczasowych prognozach.

Znaczenie tych ustaleń wykracza poza same prognozy pogody kosmicznej. Naukowcy wskazują, że podobne pułapki mogą pojawiać się również w innych dziedzinach, m.in. w sejsmologii czy medycynie, gdy niedoskonałe dane tworzą złudzenie istnienia "granic", których w rzeczywistości nie ma. Zwrócono też uwagę, że algorytmy uczenia maszynowego mogą wzmacniać takie statystyczne iluzje, jeśli są trenowane na materiałach obarczonych tego typu błędami.

Najbardziej praktyczny wniosek jest taki, że operatorzy sieci energetycznych oraz osoby zarządzające flotami satelitarnymi powinni brać pod uwagę możliwość znacznie silniejszych impulsów elektrycznych niż dotąd przyjmowano. To, co mogło wyglądać jak ochronny "limit" po stronie magnetosfery, może być po prostu efektem sposobu pomiarów i analizy, a nie rzeczywistą tarczą przed skutkami wyjątkowo silnych burz słonecznych.

W świetle nowych wyników potrzebna jest ponowna ocena poziomu zagrożenia związanego z ekstremalnymi zjawiskami kosmicznymi. Oznacza to presję na aktualizację założeń dotyczących ochrony infrastruktury krytycznej, szczególnie w kontekście potencjalnych burz o skali określanej jako pojawiająca się raz na tysiąc lat.