Predicción de burbujas de plasma ecuatorial con SWARM


Los cambios en la densidad atmosférica después de la puesta del sol pueden provocar la formación de bolsas calientes de gas llamadas «burbujas de plasma» sobre el ecuador de la Tierra, lo que provoca interrupciones en la comunicación entre los satélites y la Tierra. Los nuevos modelos de IA ahora están ayudando a los científicos a predecir eventos de burbujas de plasma y crear un pronóstico. El trabajo fue presentado esta semana en la Reunión Nacional de Astronomía (NAM 2022) por Sachin Reddy, Ph.D. estudiante en el University College de Londres.

Mapa de eventos de burbujas de plasma ecuatorial (EPB) en toda la Tierra. La mayoría de las burbujas ocurren sobre el Atlántico en una región llamada ‘Anomalía del Atlántico Sur’. Aquí, las partículas de alta energía y los rayos gamma penetran profundamente en nuestra atmósfera e influyen en la creación de burbujas. Crédito: Sachin Reddy/University College London/Mullard Space Science Laboratory

Poco después de la puesta del sol, se forman bolsas de gas sobrecalentado llamadas «burbujas de plasma» en la atmósfera superior y se extienden hacia el espacio (hasta 900 km sobre la superficie de la Tierra). Estas burbujas comienzan pequeñas y crecen rápidamente, desde el tamaño de un campo de fútbol hasta el de un país pequeño en solo un par de horas. A medida que las burbujas crecen, pueden evitar que los satélites se comuniquen con la Tierra al bloquear y distorsionar sus señales de radio.

Para predecir las burbujas de plasma, un equipo de investigadores ha recopilado 8 años de datos de la misión del satélite SWARM. La nave espacial tiene un detector automático de burbujas a bordo llamado Índice de burbujas ionosféricas. Esto compara los cambios en la densidad de los electrones y la fuerza del campo magnético para verificar si hay burbujas: una fuerte correlación entre los dos indica la presencia de una burbuja de plasma.

El satélite vuela a una altitud de 460 km (alrededor de 30 veces más que un avión comercial) a través del medio de la mayoría de las burbujas de plasma. El modelo combina la recopilación de datos de SWARM con un enfoque de aprendizaje automático para hacer predicciones sobre la probabilidad de que ocurra un evento de burbuja de plasma en cualquier momento.

Luna creciente saliendo por encima de la cúspide de la atmósfera terrestre. Crédito: NASA

Los resultados muestran que la cantidad de eventos de burbujas de plasma varía de una estación a otra, al igual que el clima, y ​​que la cantidad de eventos aumenta con la actividad solar. A pesar de esto, el modelo encuentra que la ubicación es un elemento mucho más crucial para predecir las burbujas de plasma que la época del año, y la mayoría de los eventos ocurren en una región del Atlántico llamada Anomalía del Atlántico Sur. El modelo de IA predice eventos con una precisión del 91 % en diferentes pruebas.

Reddy dice que «al igual que el pronóstico del tiempo en la Tierra, debemos poder pronosticar burbujas para evitar interrupciones importantes en los servicios satelitales. Nuestro objetivo es poder decir algo como: ‘Mañana a las 8:00 p. m. hay un 30 % de posibilidades de una burbuja que aparece sobre el Cuerno de África. Este tipo de información es extremadamente útil para los operadores de naves espaciales y para las personas que dependen de los datos satelitales todos los días, como tú y yo».

Con información de Royal Astronomical Society

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