النموذج المغناطيسي العالمي: قد تكون الأخطاء نتيجة لأخذ عينات من البيانات

إن المجال المغناطيسي للأرض متعدد الأوجه ومعقد، لكن نماذج مثل WMM يمكنها إسقاطه لبضع سنوات في كل مرة. يحتوي الإصدار الحالي من WMM، الذي صدر في ديسمبر 2019، على تقديرات للمجال المغناطيسي للأرض من بداية عام 2020 إلى نهاية عام 2024. (من المقرر إصدار الإصدار التالي، الذي يغطي الفترة من 2025 إلى 2029، في ديسمبر من هذا العام).

“تحتاج البوصلات إلى حساب التيارات الفضائية بالفعل، ولكن هذا يضيف المزيد من التعقيدات ومصادر الضوضاء التي يجب التعامل معها.” —مارك مولدوين، جامعة ميشيغان

هذه النماذج لا تأخذ في الاعتبار دائمًا التيارات الفضائية، والتي غالبًا ما يتم دفعها بواسطة قوى خارج كوكب الأرض مثل الرياح الشمسية. ولكن إذا كانت التيارات الفضائية مسؤولة عن التناقضات بين النماذج والملاحظات، فيمكن للعلماء التعرف عليها ببساطة من خلال إيجاد الاختلافات، والتي يطلقون عليها اسم “البقايا”. علاوة على ذلك، لن يكون هناك سبب وجيه لأن يعرض أحد نصفي الكرة الأرضية المزيد من المخلفات أكثر من الآخر، باستثناء أن هذا ما تتنبأ به النماذج الحالية.

لكن مؤلفي الدراسة الجديدة، علماء فيزياء الفضاء يينينغ شي و مارك مولدوين من جامعة ميشيغان، كان من بين عدد من الباحثين الذين اكتشفوا خللاً في المخلفات. ويبدو أن المزيد من البقايا تخرج من الأعمال الخشبية المغناطيسية، إذا جاز التعبير، في نصف الكرة الجنوبي مقارنة بنصف الكرة الشمالي. وقال مولدوين: “أردنا أن نلقي نظرة فاحصة عليهم”.

قارن شي ومولدوين التقديرات بين عامي 2014 و2020 من نموذج آخر للمجال المغناطيسي للأرض، IGRF-13، مع ملاحظات وكالة الفضاء الأوروبية سرب المهمة، وهي ثلاثية من الأقمار الصناعية التي قامت بقياس المجال المغناطيسي للأرض باستمرار منذ إطلاقها عام 2014.

وعندما ركزوا على المخلفات خلال تلك الفترة الزمنية، وجدوا بالفعل مخلفات رئيسية أكبر بنسبة 12% في نصف الكرة الجنوبي عنها في الشمال. تم العثور على كل هذه المخلفات الكبيرة في المناطق القطبية. وتمركزت العديد منها عند خطي عرض 70 درجة شمالا وجنوبا، حيث العلماء نتوقع العثور على التيارات الفضائية.

لكن موجة أخرى من المخلفات تركزت بالقرب من القطبين الجغرافيين للأرض، حوالي 80 درجة شمالا وجنوبا، حيث ليس لها تفسير جيوفيزيائي واضح. علاوة على ذلك، اختلفت توزيعات هذه الأقطاب، مما يتوافق مع حقيقة أن الأقطاب الجغرافية للأرض ترتبط بإحداثيات مغناطيسية مختلفة.

هذه الذروة الثانية على وجه الخصوص دفعت الباحثين إلى النظر في تفسيرات بديلة. من الممكن، على سبيل المثال، أن IGRF-13 ببساطة لا يلتقط جميع العوامل التي تحرك الغلاف المغناطيسي للأرض حول القطبين. ولكن قد يكون السبب الآخر هو الأقمار الصناعية نفسها. يقول شي ومولدوين إنه نظرًا لوجود أقمار Swarm الصناعية في مدارات تعبر القطبين، فإن المناطق القطبية الشمالية والجنوبية للأرض ممثلة بشكل زائد في قياساتها المغناطيسية.

وقال مولدوين: “تحتاج البوصلات إلى حساب التيارات الفضائية بالفعل، ولكن هذا يضيف المزيد من التعقيدات ومصادر الضوضاء التي يجب التعامل معها”.

والآن، يقوم شي بفحص هذه المخلفات عن كثب لتمييز أسباب المخلفات، أي منها لها تفسيرات جيوفيزيائية فعلية وأيها ناتجة عن أخطاء إحصائية.

شي ومولدوين نشرت عملهم في 6 مايو مجلة البحوث الجيوفيزيائية: فيزياء الفضاء.