民間觀測幫助科學家了解極光

強楠

研究太空大氣的科學家麗茲·麥克唐納德一生中已經(jīng)見過五次以上的極光。然而，正是那些她沒有見過的極光對她影響最大。

2011年10月24日晚上，麥克唐納德正坐在她位于新墨西哥州洛斯阿拉莫斯家中的電腦前。預(yù)報說，當晚將有磁暴光臨地球，會產(chǎn)生美麗的極光。雖然極光沒有出現(xiàn)在洛斯阿拉莫斯，但她依然很興奮，不是因為天空中有任何舞動的明亮的光線，而是因為電腦屏幕上關(guān)于極光的大量信息。

從阿拉巴馬到芝加哥，美國東部的居民稱，他們目睹了極光。這次磁暴成就了社交媒體上傳播最為廣泛的極光之一。

經(jīng)歷了這次瘋狂的傳播之后，現(xiàn)就職于馬里蘭州戈達德太空飛行中心的麥克唐納德建立了Aurorasaurus。這是一個民間科學項目，可以通過項目網(wǎng)站、移動應(yīng)用和互動平臺來追蹤極光。民間科學觀測首次被集中起來即時追蹤極光。

項目伊始，Aurorasaurus及其用戶就已經(jīng)提供了一些最近出現(xiàn)的重大極光影像。2016年3月3日，美國地理協(xié)會的《空間天氣》在網(wǎng)上發(fā)布的一份研究報告稱，科研團隊發(fā)現(xiàn)民間觀測者經(jīng)常在比預(yù)測地點更南的區(qū)域發(fā)現(xiàn)極光。

麥克唐納德坦言：“借助這些觀測數(shù)據(jù)，我們可以更精確地為極光愛好者和科研人員預(yù)測短期內(nèi)極光出現(xiàn)的時間和地點?！?/p>

不斷提升對極光的預(yù)測和研究非常重要，因為極光是磁暴的典型特征。磁暴不僅可以引發(fā)漂亮的極光，還能導致電

力中斷、干擾衛(wèi)星系統(tǒng)。雖然有很多研究太陽和近地空間環(huán)境的衛(wèi)星可以提供極光的信息，但是精確地預(yù)測極光在地球上發(fā)生的地點、時間和強度依然極具挑戰(zhàn)性。其中一個原因是大型磁暴出現(xiàn)的頻率非常低，科學家缺乏關(guān)于它們的數(shù)據(jù)。

Aurorasaurus可以以民間科學觀測參與的形式收集更多的即時數(shù)據(jù)。觀測者可以直接在網(wǎng)站上（aurorasaurus.org）提交有關(guān)極光的信息，也可以使用免費的移動應(yīng)用（Aurorasaurus）提交信息。項目本身也會在互動平臺上用關(guān)鍵詞搜索關(guān)于極光的內(nèi)容，用戶們可以對這些信息進行甄別。觀測者提交的觀測內(nèi)容和經(jīng)過驗證的網(wǎng)絡(luò)信息將顯示在實時的極光全球地圖上。

實時極光全球地圖包含觀測線，它可以提供能夠觀測到極光的位置，其預(yù)測來自美國國家海洋和大氣局的OVATION極光預(yù)測模型。如果在某一區(qū)域或者觀測線附近有一定數(shù)量的用戶提交目擊報告，Aurorasaurus就會向觀測線附近的注冊用戶發(fā)送通知。

民間觀測者的觀測報告已經(jīng)幫助科學家在全球范圍內(nèi)追蹤過極光。2015年3月17日，多地的許多觀測者目睹了奇妙的磁暴以紅色、紫色和綠色的極光點亮了天空，這是近10年來最壯觀的一次。英國、德國、波蘭和美國中北部的用戶報告了超過160次極光，并驗證了來自網(wǎng)絡(luò)平臺的250次報告。據(jù)統(tǒng)計，該計劃在2015年3月17日共發(fā)出了361份通知。

2015年3月至5月，通過分析500份民間極光觀測報告，項目團隊發(fā)現(xiàn)，許多觀測者的位置比OVATION預(yù)測模型預(yù)測的位置更偏向赤道（北半球更偏南，南半球更偏北）。研究團隊將民間科學觀測納入其中，以便優(yōu)化項目地圖中的極光觀測線。

“如果沒有來自民間的科學觀測，Aurorasaurus不可能如此有效地優(yōu)化預(yù)測模型，以便為觀測者提供觀測地點?！?/p>

該項目的首要作者內(nèi)森·凱斯如是說。她以前是Aurorasaurus的成員，現(xiàn)在是英國蘭卡斯特大學的高級研究助理?！绊椖繄F隊對大家的參與十分感激，并且希望更多的人參與其中?！?/p>

隨著更多用戶的積極參與，Aurorasaurus可以作為其他領(lǐng)域的研究工具。例如，賓夕法尼亞州立大學的信息科學家正在將Aurorasaurus作為原型，分析突發(fā)事件的預(yù)警體系。

雖然極光并不是突發(fā)事件或者極度危險的事件，但這種現(xiàn)象與突發(fā)事件有著很多相似性：它們都可以毫無征兆地突然發(fā)生，并且在大范圍內(nèi)被觀測到。當某一區(qū)域有大量用戶通過社交媒體傳播極光信息時，Aurorasaurus項目會為注冊用戶發(fā)出通知。

2012年3月8日冰島上空的極光

Aurorasaurus還會在網(wǎng)絡(luò)上發(fā)布一些教育類資料。利用這一平臺，用戶也可以看到太陽風能量圖為大家呈現(xiàn)的未來1小時內(nèi)地球上的極光等級。

麥克唐納德說：“短期來看，作為平民和科學的橋梁，Aurorasaurus可以成為極光愛好者的互動平臺。長期來看，這個互動社區(qū)可以得到持續(xù)發(fā)展，這個工具也可以成為其他領(lǐng)域的研究內(nèi)容?！?/p>

Aurorasaurus得到了美國航空航天局和國家科學基金會的支持，由來自美國航空航天局、新墨西哥協(xié)會、賓夕法尼亞州立大學和科學教育機構(gòu)的研究人員共同設(shè)計。