Μαγνητοσφαιρική υποκαταιγίδα

H μαγνητοσφαιρική υποκαταιγίδα ή και μαγνητική υποκαταιγίδα ή απλά υποκαταιγίδα είναι φαινόμενo του γεωδιαστήματος. Μέσω του ηλιακού ανέμου ιονισμένα κύματα σωματιδίων προερχόμενα από τον Ήλιο αλληλεπιδρούν με τη μαγνητόσφαιρα προκαλώντας αναταραχές. Συσσωρεύονται στα δυνατά μαγνητικά πεδία των πόλων της Γης σε ψηλά γεωγραφικά πλάτη και σε περιοχές που κυριαρχεί νύχτα με συνέπεια το σέλας. Κατά συνέπεια είναι το φαινόμενο που το προκαλεί. Με τη βοήθειά των στατιστικών των υποκαταιγίδων υπολογίζεται το μέγεθος της γεωμαγνητικής δραστηριότητας, δηλαδή των φαινομένων των μαγνητικών καταιγίδων και υποκαταιγίδων που με τη βοήθεια κάποιων εκρηκτικών ηλιακών φαινομένων προκαλούν τις γεωμαγνητικές καταιγίδες. Είναι πιο ισχυρές κατά τη διάρκεια του ηλιακού μέγιστου ενός ηλιακού κύκλου και σε αυτή την περίπτωση τα φαινόμενα της ηλιακής δραστηριότητας, ισχυροποιούνται και πληθαίνουν, συμπερασματικά τότε δεν συμβαίνουν αυτοτελείς. Τα δεδομένα των μαγνητικών υποκαταιγίδων που καθίστανται υπεύθυνα για τον σχηματισμό του σέλαος και τη μαγνητική δραστηριότητα υπολογίζονται κυρίως με τη βοήθεια γεωμαγνητικών δεικτών, στην προκειμένη περίπτωση του δείκτη "ΑΕ" που υπολογίζει την παγκόσμια ποσότητα των ιονισμένων σελαϊκών ηλεκτροχειμάρρων [αγγ. AE(I) / Auroral Electrojet (Index) ]  . Η διάρκειά τους κυμαίνεται από μία έως κάποιες ώρες. Είναι γενικά το εντυπωσιακό τους αποτέλεσμα αυτό που γίνεται ορατό από το ανθρώπινο μάτι και όχι το φαινόμενο που τις προκάλεσε.

Ηλιακός άνεμος και μαγνητική επανασύνδεση

Η μαγνητική επανασύνδεση (αγγ.magnetic reconnection)  καλείται το φαινόμενο όπου τα μεσοπλανητικά μαγνητικά πεδία (αγγ. Interplanetary Magnetic Fields / IMFs, ονομάζονται και "διαπλανητικά") ηλιακού ανέμου κατευθύνονται νότια προς τη μαγνητόσφαιρα. Είναι ο πρωταρχικός μηχανισμός που είναι υπεύθυνος για τη μεταφορά του ηλιακού ανέμου προς αυτήν. Εν ολίγοις προκαλούνται δυσμορφίες λόγω του ύψους του πλάσματος που εκτοξεύεται και μεταφέρεται από τον ηλιακό άνεμο. Η ενέργεια κατευθύνεται προς το ανώτερο στρώμα αυτής και η αντίδραση των σωματιδίων με στοιχεία που υπάρχουν εκεί, προκαλεί χρωματικές παραλλαγές.  
Η διαδικασία πραγματοποιείται όταν οι μαγνητικές (δυναμικές) γραμμές αντίθετου προσανατολισμού διασταυρώνονται, στη συνέχεια σπάνε και αναδημιουργούνται παράγοντας θερμική και κινητική ενέργεια πλάσματος και κατά συνέπεια έχουμε μεταβολή του μαγνητικού πεδίου. Στα είδη γεωμαγνητικών καταιγίδων υπάρχει η "κυρίως φάση" όπου αυτή χαρακτηρίζεται από ελάττωση των γήινων μαγνητικών γραμμών της οριζοντίου συνιστώσας μέσα σε μία με δύο ώρες και ανάκαμψη αυτών μέσα σε κάποιες μέρες.  
Η διαδικασία της επανασύνδεσης πραγματοποιείται κατά τον ίδιο τρόπο και στις μαγνητικές καταιγίδες, αλλά σε διαφορετικούς χρόνους και σε άλλη κλίμακα. Η εισαγωγή του ηλιακού ανέμου κατά τη διάρκεια των μαγνητοσφαιρικών υποκαταιγίδων στη μαγνητόσφαιρα φτάνει με μέσο όρο τα  W. Η περίπτωση της επανασύνδεσης εμφανίζεται αποκλειστικά κατ'αυτά τα φαινόμενα. Σύμφωνα με την επικρατέστερη άποψη του McPherron (1973)  ο νότιος προσανατολισμός των πεδίων του ανέμου είναι δυνατό να συσσωρεύει γεωμαγνητικές και μαγνητικές γραμμές στην μαγνητόπαυση κάθε μέρα. Η διαδικασία της μεταφοράς τους (convenction) αυξάνεται με τρόπο παρορμητικό κατά την έναρξη της επανασύνδεσης. Αυτό είναι το µοντέλο κοντινής ουδέτερης γραµµής (Near Earth Neutral Line Model) με το οποίο δημιουργείται μια νέα γραμμή στη μαγνητόσφαιρα, πιο κοντά στη Γη.  
Στην περίπτωση που η εισαγωγή μεσοπλανητικού μαγνητικού πεδίου του ηλιακού ανέμου είναι μεγάλης διαρκείας συμβαίνουν οι μαγνητικές καταιγίδες και όχι οι μαγνητοσφαιρικές υποκαταιγίδες.

Ποιοι παράγοντες τις προκαλούν

Θεωρείται γενικώς αποδεκτή και επικρατούσα η αντίληψη ότι οι μαγνητοσφαιρικές υποκαταιγίδες καθοδηγούν τις μαγνητικές καταιγίδες και λόγω των ομοιοτήτων που διέπουν το μηχανισμό λειτουργίας τους είναι βολικό να τους συγκρίνουμε. Υπάρχουν ωστόσο και μελέτες που βάσει κάποιων δειγμάτων καταιγίδων που προκλήθηκαν από σύννεφο μαγνητικών πεδίων, δεν έδειξαν την ύπαρξη υποκαταιγίδων. Συμβαίνει και το αντίστροφο καθώς έχουν παρατηρηθεί υποκαταιγίδες μεγάλης ισχύος χωρίς την δημιουργία καταιγίδων.

Κατάταξη σύμφωνα με την συχνότητά της εμφάνισής τους

Διακρίνονται σε μεμονωμένες ή τυχαίες και περιοδικές. Οι δεύτερες εκτιμώνται περισσότερες από τις μισές που έχουν ξεσπάσει. Εμφανίζονται όταν η συνιστώσα του νότιου μεσοπλανητικού πεδίου είναι ισχυρή και όταν το μαγνητικό πεδίο προς τη μαγνητοουρά είναι πολύ παραμορφωμένο. Οι γεωμαγνητικοί δείκτες Dst και Kp είναι υψηλότεροι στις περιοδικές από ότι στις μεμονωμένες.

Μεταφορά ηλιακών ενεργειακών σωματιδίων στη μαγνητόσφαιρα

Η μεταφορά σωματιδίων με τον ηλιακό άνεμο στην μαγνητόσφαιρα δεν επηρεάζει το ήδη υπάρχων κρουστικό της κύμα (αγγ. bow shock) το οποίο την περιβάλλει και αποτελείται επιπροσθέτως από πλάσμα. Το κρουστικό κύμα περιέχει σωματίδια που εξαιρούνται συγκρούσεων και χαρακτηρίζεται επίσημα "στάσιμο" γιατί σχηματίζεται γύρω από αντικείμενα με σταθερή υπερηχητική ροή.  
Υπάρχουν δυο πιθανές διαδικασίες στην μεταφορά της ενέργειας του ηλιακού ανέμου, που με τη διαδικασία εισαγωγής και αποθήκευσης ενέργειάς του στην μαγνητόσφαιρα προκαλούνται οι μαγνητοσφαιρικές καταιγίδες. Διακεκριμένοι επιστήμονες όπως ο S.I.Akasofu που υπήρξε από τους πρώτους που πραγματοποίησε ανακαλύψεις για τις υποκαταιγίδες και R.L. McPherron δεν καταλήγουν σε καθοριστικό συμπέρασμα για το ποια είναι η επικρατούσα. Ο τότε ιάπωνας φοιτητής Akasofu παρατήρησε το ωοειδές του σέλαος και δημοσίευσε τα αποτελέσματα το 1964. Ο όρος "υποκαταιγίδα" επινοήθηκε τον καιρό εκείνο. Η έρευνα του υποστηρίχθηκε και αργότερα το 1973-1983 όταν δορυφόροι εκτοξεύθηκαν προκειμένου να μελετήσουν το φαινόμενο. Πολλές τριβές έχουν γίνει ακόμη επί του θέματος και από την υπόλοιπη επιστημονική κοινότητα. 
Με την "άμεσα καθοδηγούμενη" διαδικασία η ενέργεια στοχεύει απευθείας στην ιονόσφαιρα όπως ορίζεται από το σύστημα αλληλεπίδρασης της μαγνητόσφαιρας και της ιονόσφαιρας. Τότε υπάρχει μια καθυστέρηση, χαρακτηριστική της διαδικασίας αυτής. Από την άλλη υφίσταται και η "διαδικασία φόρτωσης-ξεφόρτωσης". Η ενέργεια αποθηκεύεται αρχικά στην μαγνητοουρά , που είναι η άκρη της μαγνητόσφαιρας μετά την προσθήκη του ηλιακού ανέμου και μοιάζει με σταγόνα από δάκρυ. Μπορεί να επεκταθεί έως και 65.000 χιλιόμετρα αντίθετα από τον Ήλιο, πλησιάζοντας στο εσωτερικό της τροχιάς της σελήνης. Η ενέργεια από εκεί εκλύεται ξαφνικά και κατευθύνεται στην ιονόσφαιρα και αυτό είναι συνέπεια των εξωτερικών αλλαγών ή εσωτερικών φαινομένων στο διαπλανητικό κενό.  
Σε άλλες περιπτώσεις μπορεί να υπάρξει και συγχρονισμός των δυο σε ορισμένο στάδιο μιας υποκαταιγίδας καθώς είναι πιθανή η φόρτωση την ώρα που η καθοδηγούμενη ενέργεια αυξάνει ισχύ.
Κατά το γεγονός της επανασύνδεσης, αν με τον ηλιακό άνεμο φτάσει κάποιο εκρηκτικό ηλιακό φαινόμενο στη μαγνητόσφαιρα, για παράδειγμα μία στεμματική εκπομπή μάζας ή κάποια έκρηξη από τρύπα της κορόνας, και αν στο διάστημα αυτό προστεθεί συνεχές μεσοπλανητικό μαγνητικό πεδίο , τότε δημιουργείται ένα μαγνητικό σύννεφο ενέργειας και συμβαίνει ένα άλλο ηλιακό φαινόμενο, οι γεωμαγνητικές καταιγίδες.

Από τη μαγνητόσφαιρα στη Γη

Τα ηλιακά ενεργειακά σωματίδια που βαδίζουν σε κυκλικές τροχιές στη μαγνητόσφαιρα έρχονται στη συνέχεια κοντά στη Γη με τη βοήθεια ενός ηλεκτρικού μαγνητοσφαιρικού πεδίου, όπως αυτό συγκροτείται από γεωμαγνητικό πεδίο και δυνατά, νότια κατευθυνόμενα πάντοτε, μεσοπλανητικά μαγνητικά πεδία. Η απορρόφηση του πεδίου που γεννήθηκε οδηγεί σε μεγαλύτερη διείσδυση των σωματιδίων στην ατμόσφαιρα και βαθμιαία εξάλειψη της καμπυλωτής φοράς τους. Η διαδικασία με τη βοήθεια της οποίας αυτά επιταχύνονται βιαίως προς τους πόλους δεν έχει ακόμη εξακριβωθεί πλήρως, καθώς γεγονός είναι πως οι έρευνες για αυτές τις δραστηριότητες είναι σε εξέλιξη. Στο απόγειο του ηλιακού κύκλου οι σελαϊκές διαταραχές είναι συχνότερες και εντονότερες σε δύναμη και φωτισμό λόγω αυτής της διαδικασίας που εντείνεται. Η απότομη δυνατή αναλαμπή του σέλαος υποδεικνύει ξέσπασμα της υποκαταιγίδας. Τότε το μαγνητικό πεδίο αλλάζει και στην επιφάνεια της Γης.

Σύνδεση υποκαταιγίδων με το δακτυλιοειδές ρεύμα

Η αποθηκευμένη ενέργεια στην μαγνητοουρά δεν είναι άλλη από ηλιακά ενεργειακά σωματίδια που κατατάσσονται με περίπου 5-50 keV και πλάσμα με ταχύτητες που υπολογίζονται γύρω στα 100-1000 km/s.  Αφήνονται ελεύθερα στο διαπλανητικό κενό ως αποτέλεσμα εκρήξεως αυτής. Οι συνέπειες του σέλαος είναι στην αρχή διακριτικές αλλά στη συνέχεια επεκτείνονται και δυναμώνουν ανάλογα με την εξέλιξη των υποκαταιγίδων. Η εισαγωγή πολλών ηλεκτρικών πεδίων (συνιστώσα που αντιστοιχεί σε νότια μεσοπλανητικά μαγνητικά πεδία) ως συνέπεια των υποκαταιγίδων είναι παράγοντας που καθιστά δυνατότερο το δακτυλιοειδές ρεύμα. Το μαγνητικό πεδίο που τα δέχεται, παραμορφώνεται από ρεύματα κατά μήκος αυτού (field aligned currents) και παράγεται μαγνητική δραστηριότητα στο εύρος της ζώνης σέλαος. Επιπροσθέτως δέχεται ιονοσφαιρικά ρεύματα και η προσθήκη των δυο παραπάνω εντατικοποιείται και ενισχύεται. 
Από το σύνολο των ενεργειακών σωματιδίων που στοχεύουν στη μεριά της Γης που κυριαρχεί η νύχτα, τα πρωτόνια προχωρούν σε κυκλική τροχιά μέσα στη μαγνητόσφαιρα προς τα δυτικά, ενώ τα ηλεκτρόνια προς τα ανατολικά σχηματίζοντας το λεγόμενο "δακτυλιοειδές ρεύμα" (αγγ. ring current) με το οποίο παρατηρείται διαμαγνητική μείωση του μαγνητικού πεδίου, από σταθμούς γύρω και κοντά στον ισημερινό της Γης . Εμφανίζεται ισχυρότερο κατά το φαινόμενο της μαγνητικής καταιγίδας εξ αιτίας φορτισμένων ιόντων που το ενισχύουν.

Συσχέτιση των δύο γεωμαγνητικών φαινομένων

Προκύπτει εκ της κινήσεως αυτών, το επιστημονικό συμπέρασμα ότι οι συχνές και έντονες μαγνητοσφαιρικές υποκαταιγίδες προκαλούν τις μαγνητικές καταιγίδες, γεγονός που αποδεικνύεται, εκτός αρχικών παρατηρήσεων,  από την παρορμητική εκτόξευση των σωματιδίων από το φύλλο ή παραπέτασμα πλάσματος προς την εξωτερική περιοχή του δακτυλιοειδούς ρεύματος. Τα μαγνητικά πεδία στον ισημερινό υπολογίζονται με τη μέθοδο του δείκτη μέτρησης Dst (αγγ. Disturbance Storm Time ) και μάλιστα η μέτρηση των φορτισμένων σωματιδίων στο δακτυλιοειδές ρεύμα στα μαγνητικά πεδία των περιοχών αυτών συνδέεται άρρητα με την συνολική κινητική τους ενέργεια μέσα σε αυτό. 
Σύμφωνα με έναν κώδικα (μοντέλο υπολογισμών) που αναπτύχθηκε από τον D. Delcourt (Centre d’ Etude des Environnements Terrestre et Planétaires, Paris), είναι δυνατό να υπολογισθεί η τροχιά ενός φορτισμένου σωματιδίου κάτω από συνθήκες γεωμαγνητικού πεδίου και μεταβολής του σε φαινόμενα μαγνητοσφαιρικών διαταραχών. Η τροποποίησή του στη συνέχεια βοήθησε στην ρεαλιστικότερη κατανόηση του μηχανισμού των υποκαταιγίδων. Συγκεκριμένα διεξάχθηκε αυτό το συμπέρασμα από τη διδάκτορα αστροφυσικής του ΑΠΘ και επιστημονική συνεργάτη του Ινστιτούτου Αστρονομίας Αστροφυσικής Διαστημικών Ερευνών και Τηλεσκόπησης/ΙΑΑΔΕΤ , Φιόρη-Αναστασία Μεταλληνού σε συνεργασία με το Geospace Physics Laboratory, Heliophysics Science Division, NASA/Goddard Space Flight Center για τη διδακτορική της διατριβή, ότι η πολλαπλή εισαγωγή μαγνητοσφαιρικών υποκαταιγίδων στον κώδικα ευνοεί τη δημιουργία του δακτυλιοειδούς ρεύματος, αυξάνοντας την κινητικότητα ιόντων στην εσωτερική περιοχή της μαγνητόσφαιρας μέσω των αλλεπάλληλων διαταραχών του μαγνητικού πεδίου.
Είναι έτσι συχνός ο συσχετισμός των δυο φαινομένων λόγω του γεγονότος ότι οι μαγνητοσφαιρικές υποκαταιγίδες καθοδηγούν τις μαγνητικές καταιγίδες που ξεσπούν την ίδια χρονική περίοδο. Η ενεργειακή πυκνότητα που εκπέμπεται από τις καταιγίδες συνοδευόμενη από υποκαταιγίδες συνδέεται σε υψηλό βαθμό με τη δική τους ενεργειακή πυκνότητα. 
Οι υποκαταιγίδες καθορίζουν την εξέλιξη των καταιγίδων. Συγκριτικά, μελετώντας τον μηχανισμό με τον οποίο δημιουργούνται και επηρεάζουν το διαστημικό περιβάλλον, είναι γεγονός ότι με τις υποκαταιγίδες δημιουργούνται κάποια επαγόμενα ρεύματα στη μαγνητόσφαιρα που ευνοούν την μεγάλης κλίμακας μεταφορά φορτισμένων σωματιδίων, αυξάνοντας την ενεργειακή πυκνότητα του δακτυλιοειδούς ρεύματος σε υψηλές τιμές, τη στιγμή που στις καταιγίδες παρατηρείται μόνο η μεταφορά και άρα χαμηλή ενεργειακή πυκνότητα. Πλήθος ιόντων κινούνται μέσα σε αυτήν σε κυκλικές τροχιές με μικρότερη ενεργειακή κλίμακα, γεγονός που αντιστοιχεί σε μια μαγνητική καταιγίδα. Τα επαγόμενα πεδία είναι καθοριστικός παράγοντας ανάπτυξης του δακτυλιοειδούς ρεύματος.

Διαστημική αποστολή THEMIS

Μέχρι το 2008 ήταν άγνωστος ο τρόπος με τον οποίο ξεσπούν οι υποκαταιγίδες, ποια είναι η αιτία που τις προκαλεί, δηλαδή αν είναι το φαινόμενο της μαγνητικής επανασύνδεσης ή αν αυτές προκαλούν το φαινόμενο. Επί δεκαετίες διεξάγονταν έρευνες με αυτό το αντικείμενο. Ο φυσικός Βασίλης Αγγελόπουλος απόφοιτος του ΑΠΘ, εργάστηκε σε δυο εργαστήρια της NASA και έχει διδακτορικό στη διαστημική φυσική από το πανεπιστήμιο της Καλιφόρνιας. Διερεύνησε τα ερωτήματα αυτά και έριξε φως στο μυστήριο τόσων ετών. Μαζί στην ομάδα του πειράματος με το δορυφόρο THEMIS («Time History of Events and Macroscale Interactions during Substorms») που στάλθηκε στο διάστημα ήταν και το ΙΑΑΔΕΤ του Εθνικού Αστεροσκοπείου Αθηνών. Τα συμπεράσματα της αποστολής της συνεργασίας αυτής όπως και λοιπές πληροφορίες βρίσκονται στην ιστοσελίδα της NASA. Η ανακάλυψη επίσης μπήκε εξώφυλλο στο περιοδικό Science. Η αποστολή είχε ως κύριο στόχο να διερευνήσει τον τρόπο με τον οποίο οι υποκαταιγίδες επιδρούν στη μαγνητόσφαιρα και γενικότερα πώς οι ηλιακές καταιγίδες ξεσπούν. 
Το σέλας μοιάζει σαν κουρτίνα με αναλαμπές ενώ κυματίζει αλλάζοντας σχήμα και λαμπρότητα. Αυτό μπορεί να συμβεί πολύ γρήγορα. Όταν συμβαίνει το σέλας οι βελόνες των πυξίδων κινούνται και γι'αυτό, η ονομασία που πήρε είναι μαγνητοσφαιρική υποκαταιγίδα. Η ενέργεια που δημιουργείται από αυτό μπορεί να παρομοιαστεί με εκείνη ενός σεισμού 6 ρίχτερ. Είναι ένα από τα πιο όμορφα ουράνια φαινόμενα. Η απορία των φυσικών μέχρι εκείνη τη στιγμή ήταν γιατί αυτές οι μεταβολές του σέλαος γίνονταν σε τακτά χρονικά διαστήματα. Ήταν διαπιστωμένο ότι πράγματι όταν τα στοιχεία των μαγνητικών πεδίων αλληλεπιδρούν, έχουν ως συνέπεια τις μαγνητοσφαιρικές υποκαταιγίδες και το σέλας. Ηλεκτρόνια και άτομα αντιδρούν παράγοντας αποχρώσεις σε χρώματα χαρακτηριστικά για κάθε στοιχείο του ιονισμένου ανέμου. Έτσι έχουμε το φαινόμενο της μαγνητικής επανασύνδεσης που προκαλείται όταν το μαγνητικό πεδίο της Γης είναι αντίθετο από αυτό του ηλιακού ανέμου. Δίχως αποτέλεσμα στις αναζητήσεις τόσων χρόνων, παρακολουθούνταν οι συνέπειες των υποκαταιγίδων με επιπλοκές σε διάφορα συστήματα και το μέλημά τους ήταν να βρουν τι τα προκαλεί. Ένας πολύ σημαντικός λόγος για τον οποίο η έρευνες δεν απέδιδαν είναι γιατί για να γίνουν μετρήσεις έξω από τη γήινη ατμόσφαιρα, χρειαζόταν ένα όργανο ακίνητο, πράγμα ανέφικτο. Θα έπρεπε λοιπόν να γυρίζει με την τροχιά της Γης, οπότε θα χρειαζόταν καλά υπολογισμένη περιστροφική κίνηση. 
Το σχέδιο του Αγγελόπουλου το οποίο πρότεινε στη NASA ήταν να τοποθετηθούν πέντε ίδιοι δορυφόροι γύρω από τη Γη, με διαφορετικές τροχιές, σε διαφορετική απόσταση, που θα ευθυγραμμίζονταν μία φορά κάθε τέσσερις μέρες. Όταν γινόταν αυτό και συνέβαινε μια υποκαταιγίδα ήταν η κατάλληλη στιγμή να κάνουν τις μετρήσεις. Το πείραμα έλαβε χώρα με τη βοήθεια επίσης είκοσι επίγειων σταθμών παρατήρησης στην Αλάσκα και τον Καναδά. Oι αλληλεπιδράσεις ήταν μεγάλης κλίμακας και λήφθηκαν υπόψη ένας αριθμός γεγονότων επί ένα χρόνο, ιδού και ο τίτλος που δόθηκε από τη NASA. Μετά από ένα χρόνο από την εκτόξευση των δορυφόρων στις 16 Φεβρουαρίου 2007, στις 28 Φεβρουαρίου 2008 προκλήθηκε μία κατά την ευθυγράμμισή τους. Πρώτα παρατηρήθηκε από αυτούς η επανασύνδεση των μαγνητικών γραμμών και η ενίσχυση του βορείου σέλαος καταγράφηκε ενάμιση λεπτό μετά από τους σταθμούς. Ακολούθησε η τροποποίηση του μαγνητικού πεδίου της Γης με ίση απόσταση χρόνου που παρατηρήθηκε από τους δορυφόρους. Με εναλλαγή των οργάνων μέτρησης έγινε σίγουρο πως η επανασύνδεση ήταν η αιτία και οι υποκαταιγίδες αυτό που απορρέει από αυτήν.

Μελέτες, μέθοδοι και τρόποι παρατήρησης

Οι γεωμαγνητικοί δείκτες SYM-H, AL και AU είναι οι διαδεδομένοι τρόποι μέτρησης της εντάσεως και των υποκαταιγίδων και των καταιγίδων όπου συλλέγονται δεδομένα ανά λεπτό. Ο δείκτης Dst μετρά μεταβολές του πεδίου ανά μία ώρα. Στις πολικές, ανατολικές και σε περιοχές μεταμεσονύκτιες οι υποκαταιγίδες μετριούνται με τον δείκτη AL. Οι σταθμοί αυτοί εντός της σελαϊκής ζώνης περιορίζονται σε μικρό αριθμό, γύρω στους 10. Επίσης ανάλογα με την χρονική στιγμή των διαταραχών, για παράδειγμα σε δυτικές περιοχές της ζώνης χρησιμοποιείται ο δείκτης AU, υπολογίζεται τις απογευματινές ώρες μέχρι το μεσονύκτιο. Ακόμη ένας δείκτης που μελετά τη διαφορά των AU-AL είναι ο ΑΕ. Σαφώς υπάρχουν και άλλου τύπου δείκτες λιγότερο χρησιμοποιήσιμοι. 
Η συμβολή γίνεται με εκμετάλλευση κατάλληλων προτύπων. Φορτισμένα ιόντα εγχέονται κατά την όταν προξενείται μία υποκαταιγίδα στο εσωτερικό του γεωμαγνητικού πεδίου πριν και κατά τη διάρκειά της. 
Δυο επιπλέον επικρατείς μηχανισμοί προερχόμενοι από το παγκόσμιο δίκτυο παρατηρήσεων -με φυσική τεχνική ορθογώνιων συνιστωσών- δείχνουν το συσχετισμό των δυο φαινομένων με χρήση προτύπων κατοχυρωμένων από το παγκόσμιο δίκτυο παρατηρήσεων. Το πρώτο δείχνει πως είναι συνδεδεμένη άμεσα με τον ηλιακό άνεμο μέσω της μαγνητοσφαιρικής διαβίβασης, όπως είδαμε μέχρι τώρα, και το άλλο με τις υποκαταιγίδες αυτές καθ'αυτές. Αυτό βασίζεται στην παράμετρο του ηλιακού ανέμου σε υψηλό ποσοστό, ενώ λιγότερο στον Dst. Το άλλο, παρορμητικό σύστημα της έρευνας είναι εκείνο που συνδέεται περισσότερο με τον Dst παρά με τον ηλιακό άνεμο. Αυτή η διαφοροποίηση και ο διαχωρισμός δεδομένων μαγνητικής δραστηριότητας, επιβεβαιώνει, όπως είδαμε αλλιώς και με τον κώδικα, το αποτέλεσμα της καθοδήγησης των μαγνητικών καταιγίδων. 
Υπάρχουν και περαιτέρω μηχανισμοί παρατήρησης όπως αυτός της προσομοίωσης προσθήκης παρορμητικών ηλεκτρικών πεδίων στο δακτυλιοειδές ρεύμα, που έχει αντιγράψει τις συνέπειες υποκαταιγίδων, που καταδεικνύει ότι ένα δυνατό δακτυλιοειδές ρεύμα σχηματίζεται με τον πολλαπλασιασμό ηλεκτρικών πεδίων σε αυτό. O Dst έχει ακόμη δείξει ότι η διάρκεια 3-5 ωρών διαβίβασης μεσοπλανητικών μαγνητικών πεδίων, έχει ως συνέπεια δυνατές καταιγίδες λόγω δημιουργίας ισχυρών μαγνητοσφαιρικών πεδίων.