Дълго време изглеждаше, че има определен „таван“ в реакцията на Земята към най-мощните слънчеви бури: магнитното поле сякаш достига лимит и не се усилва допълнително. Но екип от учени, ръководен от НАСА, показа, че този лимит може да е просто статистическа илюзия, а не реална физическа „броня“. Според техния анализ, една наистина екстремна слънчева буря може да удари планетата ни два пъти по-силно, отколкото сме очаквали преди, съобщава изданието Refractor.

Защо си мислехме, че магнитните бури имат „таван“

За да разберете парадокса, представете си високоговорител. Завъртате копчето за силата на звука и звукът става все по-силен и по-силен докато достигне точка, в която усилвателят вече не може да го поеме. Така много учени са си представяли реакцията на магнитното поле на Земята на слънчевите бури: колкото по-силен е „слънчевият вятър“, толкова по-мощна е геомагнитната буря, но само до определен момент.

Тази картина е изградена въз основа на наблюдения. Изследователите сравняват силата на летящия към Земята слънчев вятър с това как се променя магнитното поле над полюсите. Когато има достатъчно данни, графиката започва да изглежда не като права линия, а като крива, която се „огъва“ нагоре сякаш системата навлиза в режим на насищане.

Това доведе до физически обяснения: може би заредените частици са започнали да осцилират по определен начин и са ограничили движението на други частици; или скоростта на „повторно свързване“ на линиите на магнитното поле е намаляла; или плазменото налягане е ограничило по-нататъшното нарастване на токовете. Изглеждаше логично, че някъде трябва да има граница.

Как една статистическа илюзия скри истинската опасност

Новата работа предлага съвсем различна перспектива: проблемът може да не е магнитното поле, а начинът, по който четем данните. Ключът тук е феномен, който статистиците наричат ​​„регресия към средната стойност“.

Представете си списък с температури в течение на една година. Ако изберете произволно един ден, той вероятно ще бъде горе-долу нормален. Ако изберете произволно ден, който се окаже рекордно горещ, следващият произволен избор почти сигурно ще бъде по-хладен. Стойностите се „връщат“ към средната стойност – това е регресия към средната стойност.

В случая на слънчевите бури, „случайният избор“ е измерването на слънчевия вятър, насочващ се към Земята. Тези измервания имат големи несигурности във времето и силата на събитието. Екипът показва, че ако тези несигурности бъдат правилно отчетени, най-екстремните стойности на слънчевия вятър всъщност са по-малко екстремни, отколкото се е смятало първоначално.

Когато изследователите „почистили“ данните от тази статистическа илюзия, кривата на графиката се изправила. Вместо извивката, която предполагала насищане, се получила почти права линия: колкото по-силен е слънчевият вятър, толкова по-силна е реакцията на магнитното поле без видим таван.

Какво означава това за екстремните слънчеви бури?

Слънцето от време на време изхвърля облаци плазма в космоса – коронални изхвърляния на маса. Това са потоци от заредени частици, които летят с огромни скорости. Ако не беше магнитното поле на Земята, подобно „слънчево изригване“ би било истински космически шок за нас.

Нашето магнитно поле действа като гигантски чадър, отклонявайки по-голямата част от потока. Но дори и под този чадър не сме напълно в безопасност. Плазмата, плъзгаща се по магнитните линии над полюсите, може да индуцира електрически токове в проводници, тръбопроводи и дори в земята. Това заплашва спътниците, навигацията, комуникациите и електрическите мрежи.

През 1859 г. Земята е ударена от най-мощната известна геомагнитна буря, наречена събитието Карингтън. По това време тя „само“ запалва няколко телеграфни станции и деактивира част от технологиите на онова време. Днес, в ерата на микросхемите и глобалните мрежи, подобен шок може да има съвсем различни последици.

Нов анализ показва, че ако няма естествен „таван“ на реакцията на магнитното поле, една наистина екстремна буря може да причини геомагнитна реакция два пъти по-голяма, отколкото предполагахме в нашите модели на риска. С други думи, запасът от безопасност на нашата инфраструктура може да е много по-малък, отколкото се смяташе преди.

Защо грешката в статистиката е от значение далеч отвъд астрономията

Авторите на статията подчертават, че ефектът от регресията към средната стойност е особено силен за екстремните стойности, които също се измерват с голяма грешка. И това се отнася не само за космическото време.

Подобни илюзии могат да възникнат при изследвания на екстремни климатични условия, като например при оценка на честотата на рекордните наводнения или горещите вълни. Или в медицината, при анализ на хронична болка: с течение на времето много тежките епизоди често се „връщат“ към по-умерени нива и това може погрешно да се припише на лечението.

В случая със слънчевите бури, този статистически капан е създал впечатлението, че самата природа ограничава силата на геомагнитните бури. Всъщност, казват изследователите, ние просто сме разчели погрешно шумните данни и сме подценили докъде може да стигне едно екстремно събитие.

Означава ли това, че предстои катастрофална слънчева буря?

Не. Проучването не е за вероятността, а за мащаба на потенциалното въздействие, ако подобно събитие се случи. То показва, че горната граница на въздействието може да е по-висока от смятаното досега, но не казва, че такава буря ще се случи в близко бъдеще.

Защо учените не са забелязали статистическата илюзия по-рано?

Ефектът от регресията към средната стойност е коварен именно защото изглежда като реален физически сигнал. Едва когато станаха налични достатъчно данни и по-подробни модели на грешките в измерванията на слънчевия вятър, стана възможно да се отдели статистическият ефект от истинското поведение на магнитното поле.