عند التشغيل بشكل موثوق، يمكن لمحطة الأرصاد الجوية الفضائية التابعة للإدارة الوطنية للمحيطات والغلاف الجوي (NOAA)، ومرصد مناخ الفضاء السحيق (DSCOVR)، قياس قوة وسرعة الرياح الشمسية في الفضاء، مما يمكننا من التنبؤ بالعواصف المغناطيسية الأرضية التي يمكن أن تؤثر بشدة الأنظمة المهمة مثل نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) وشبكات الطاقة الكهربائية على الأرض. ومع ذلك، يستمر DSCOVR في العمل بعد عمره المتوقع وينتج أخطاء عرضية قد تكون في حد ذاتها مؤشرات على الطقس الفضائي.
التحدي الذي يواجهك هو استخدام البيانات "الأولية" من DSCOVR - الأخطاء وكل شيء - للتنبؤ بالعواصف المغناطيسية الأرضية على الأرض.
الخلفية
تشكل العواصف الجيومغناطيسية على الأرض تهديدًا للعديد من التقنيات الحديثة، وخاصة أنظمة الأقمار الصناعية لتحديد المواقع وشبكات الطاقة الكهربائية. تحدث هذه العواصف عندما تجتاز هبوب الرياح القوية أو العواصف الشمسية الفضاء بين الكواكب وتصل إلى الأرض، مما يؤدي إلى تشويه المجال المغناطيسي للأرض وتدفق الجزيئات إلى الأقطاب المغناطيسية للأرض. من الصعب التنبؤ بهذه العواصف. حتى عند ملاحظة التوهجات والانفجارات الشمسية التي قد تسبب عاصفة مغناطيسية أرضية، فإن الوقت الذي تستغرقه المواد للوصول إلى الأرض يمكن أن يتراوح من يومين إلى أربعة أيام تقريبًا (أو قد لا تصل إلى الأرض تمامًا).
تدور محطة الطقس الفضائية التابعة للإدارة الوطنية للمحيطات والغلاف الجوي (NOAA)، وهي مرصد مناخ الفضاء العميق (DSCOVR)، على بعد حوالي مليون ميل من الأرض في موقع فريد يسمى نقطة لاغرانج 1، والذي يسمح لها أساسًا بالتحوم بين الشمس وكوكبنا. ومن هذا المنطلق، يقيس DSCOVR البلازما التي قد تسبب عواصف مغنطيسية أرضية قبل ساعات من وصولها إلينا، مما يوفر تحذيرًا مبكرًا لما سيأتي في طريقنا. قد يتراوح الوقت الذي تستغرقه تلك البلازما للوصول إلى الأرض وإثارة عاصفة مغنطيسية أرضية من حوالي 15 دقيقة إلى بضع ساعات.
تستخدم NOAA قياسات كثافة الرياح الشمسية ودرجة الحرارة والسرعة والمجال المغناطيسي لإجراء عمليات محاكاة حاسوبية للمجال المغناطيسي للأرض والغلاف الجوي. واستنادًا إلى عمليات المحاكاة هذه، تتنبأ الإدارة الوطنية للمحيطات والغلاف الجوي (NOAA) بموعد حدوث عاصفة مغناطيسية أرضية ومدى قوتها. يتم قياس قوة العاصفة المغناطيسية الأرضية على مقياس يسمى مؤشر الكواكب K (Kp).
إن مهمة DSCOVR، التي تم التخطيط لها في البداية لمدة خمس سنوات، هي الآن في عامها الثامن. على الرغم من أن الجهاز الموجود على متن DSCOVR والذي يقيس المجال المغناطيسي للرياح الشمسية لا يزال يعمل بشكل جيد للغاية، إلا أن الجهاز الذي يقيس كثافة الرياح الشمسية ودرجة حرارتها وسرعتها فقد حساسيته ويواجه أخطاء وات من وقت لآخر. لا يمكن التنبؤ بهذه الأخطاء وقد يكون من الصعب اكتشافها في الوقت الفعلي، مما يجعلها مزعجة بشكل خاص عند حدوثها أثناء الأحداث التي قد تسبب العواصف. ولجعل الأمور أكثر إلحاحا، تقترب الشمس من مرحلة ذروة النشاط في دورتها التي تبلغ 11 عاما؛ أصبحت هذه العواصف أكثر تكرارًا الآن من أي وقت مضى خلال مهمة DSCOVR.
الأهداف
التحدي الذي يواجهك هو استخدام البيانات "الأولية" من DSCOVR - - للتنبؤ بالعواصف المغناطيسية الأرضية على الأرض. حاليًا، تعتمد الإدارة الوطنية للمحيطات والغلاف الجوي (NOAA) على بيانات المستوى الثاني المستقرة والمعايرة جيدًا لتوقعاتها (انظر الاعتبارات المحتملة). نحن نتحداك لتطوير توقعات النشاط المغناطيسي الأرضي الخاصة بك باستخدام بيانات DSCOVR الأولية مباشرةً كمدخلات.
كيف ستواجه هذا التحدي؟ هل ستقوم بتدريب شبكة عصبية على بيانات DSCOVR للتنبؤ بمؤشر Planetary K (Kp)، وهي كمية مُقاسة تشير إلى حجم العواصف المغناطيسية الأرضية؟
كيف ستعالج DSCOVR؟ هل ترتبط هذه الحالات الشاذة نفسها بالطقس الفضائي أو تحمل بعض المعلومات المفيدة؟ هل تميل هذه الحالات الشاذة إلى الحدوث قبل أو أثناء أحداث الطقس الفضائي؟ هل تتصرف الحالات الشاذة بشكل مختلف أثناء أحداث الطقس الفضائي القوية؟ هل هناك إشارات حقيقية لاختباء الرياح الشمسية في الضوضاء؟ إذا كانت هناك أي معلومات مفيدة، فسيتم تجاهلها وتجاهلها حاليًا، هل يمكنك تغيير ذلك؟
عند تفسير نتائجك، فكر في ما يجب على مشغلي الأقمار الصناعية والمرافق الكهربائية وصناعة الطيران والقوات المسلحة وغيرهم مراعاته عندما يعتمدون على توقعات من أداة قديمة. من المهم أن تكون قادرًا على التنبؤ بالنشاط المغنطيسي الأرضي بأسرع ما يمكن وبدقة.
اعتبارات محتملة
يفضل ولكن غير الزامي مراعاة ما يلي عند إنشاء الحل الخاص بك:
ما يتم قياسه حاليًا بواسطة DSCOVR:
إن كأس DSCOVR Faraday هو الأداة التي توفر كثافة الرياح الشمسية وسرعتها ودرجة حرارتها التي تستخدمها NOAA لتشغيل نماذج التنبؤ الخاصة بها. تشير NOAA إلى الكثافة والسرعات ودرجات الحرارة كبيانات "المستوى 2". ومع ذلك، لا يتم قياس هذه الكميات بشكل مباشر؛ يقوم الجهاز في الواقع بقياس أطياف جزيئات الرياح الشمسية بأكملها مع مرور الوقت ثم يحسب تلك الكميات من الأطياف. ويشار إلى هذه البيانات الطيفية ببيانات "المستوى 1"، أو أحيانًا بالبيانات "الخام".
للحصول على البيانات والمصادر المتعلقة بهذا التحدي، ارجع إلى علامة التبويب المصادر في أعلى الصفحة. يمكن إضافة المزيد من المصادر قبل بدء الهاكاثون.