Veränderungen der atmosphärischen Dichte nach Sonnenuntergang können heiße Gastaschen (Plasmablasen) über dem Erdäquator entstehen lassen, was in Kommunikationsstörungen zwischen Satelliten und der Erde resultiert. Neue KI-Modelle helfen Wissenschaftlern jetzt, Plasmablasenereignisse vorauszusehen und eine Vorhersage zu erstellen. Die Arbeit wurde diese Woche von dem Doktoranden Sachin Reddy vom University College London auf dem National Astronomy Meeting (NAM 2022) präsentiert.
Kurz nach Sonnenuntergang entstehen in der oberen Atmosphäre Taschen aus superheißem Gas und erstrecken sich in den Weltraum bis zu 900 Kilometer über die Erdoberfläche. Diese Blasen beginnen klein und wachsen schnell – von der Größe eines Fußballfeldes bis zur Größe eines kleinen Landes in nur wenigen Stunden. Wenn die Blasen größer werden, können sie die Kommunikation von Satelliten mit der Erde stören, indem sie ihre Radiosignale blockieren und verzerren.
Um Plasmablasen vorherzusagen, hat ein Forschungsteam Daten aus acht Beobachtungsjahren der SWARM-Satellitenmission untersucht. Die Mission besaß einen automatischen Blasendetektor an Bord, den sogenannten Ionosphreric Bubble Index. Dieser Detektor vergleicht Veränderungen der Elektronendichte und der Magnetfeldstärke, um zu prüfen, ob Blasen präsent sind: Eine starke Korrelation zwischen den beiden Werten spricht für die Präsenz einer Plasmablase.
Der Satellit fliegt in einer Höhe von 460 Kilometern (circa 30 Mal höher als ein kommerzielles Flugzeug) durch die Mitte der meisten Plasmablasen. Das Modell kombiniert die Datensammlung der SWARM-Mission mit einem Ansatz des maschinellen Lernens, um Vorhersagen über die Wahrscheinlichkeit von Plasmablasenereignissen zu einem gegebenen Zeitpunkt zu treffen.
Die Ergebnisse zeigen, dass die Anzahl der Plasmablasenereignisse von Jahreszeit zu Jahreszeit schwankt, ähnlich wie das Wetter, und dass die Anzahl der Ereignisse mit der Sonnenaktivität zunimmt. Trotzdem stellte das Modell fest, dass der Ort viel entscheidender für die Vorhersage von Plasmablasen ist als die Jahreszeit, wobei die meisten Ereignisse über einer Region im Atlantik auftraten, die als die South Atlantic Anomaly bezeichnet wird. Das KI-Modell sagt im Rahmen verschiedener Testläufe Ereignisse mit einer Genauigkeit von 91 Prozent voraus.
„Genau wie die Wettervorhersage auf der Erde müssen wir in der Lage sein, Plasmablasen vorherzusagen, um starke Störungen der Satellitenkommunikation zu verhindern. Unser Ziel besteht darin, etwas sagen zu können wie ‚Um 08:00 Uhr morgen früh gibt es eine 30-prozentige Wahrscheinlichkeit für das Entstehen einer Blase über dem Horn von Afrika‘. Diese Art von Information ist extrem nützlich für die Betreiber von Satelliten und für Menschen, die jeden Tag von Satellitendaten abhängen, so wie Sie und ich“, sagte Reddy.
(THK)
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