Umiarkowana burza magnetyczna kategorii G2 (20.12.2015) i zorze polarne nad Polską. Opracowanie wydarzenia

Takiego roku w tym najsłabszym od ponad 100 lat cyklu słonecznym jeszcze nie było. Zorze polarne po raz szósty od tegorocznego stycznia dotarły nad umiarkowane szerokości geograficzne, w tym Polskę, sprawiając, że o roku 2015 będziemy mogli mówić, iż tego typu atrakcję dostawaliśmy średnio raz na dwa miesiące - niesamowite, tego jeszcze nie było! A jeszcze ciekawszym jest fakt, że do podsumowywanej dziś burzy magnetycznej kategorii G2 doszło po uderzeniu wyrzutów koronalnych po zupełnie słabych wydarzeniach na Słońcu, które z silnymi rozbłyskami nie miały nic wspólnego - podobnie zresztą jak podczas ciężkiej burzy kategorii G4 z 17 marca. Jak to się wszystko zaczęło i jak przebiegło? Czas na - być może* - ostatnie takie opracowanie za bieżący rok.

Cała historia zaczęła się 16 grudnia, kiedy to w południowo-wschodniej części tarczy, niezbyt daleko od jej centrum, doszło do erupcji protuberancji - czyli przerwania linii pola magnetycznego, wzdłuż których ponad powierzchnią Słońca przepływa rozgrzana materia. Protuberancje często widzimy zwłaszcza nad krawędziami tarczy (widząc je "z boku") w postaci pętli zbudowanych z gorącej plazmy, ale dzięki sondzie SDO i kanałowi AIA304 możemy je obserwować także na tle tarczy, patrząc na nie "z góry" (nazywając je wówczas filamentami). Najczęściej w takiej sytuacji dochodzi do uwolnienia koronalnego wyrzutu masy (CME) i tak też stało się tym razem. Niestety samo CME okazało się nie dość, że bardzo niewyraźne na zdjęciach z koronografów, to jeszcze w sporej mierze uwolnione zostało na wschód od linii Słońce-Ziemia, a składowa skierowana ku Ziemi nie wyglądała imponująco.

Jednakże zaledwie kilka godzin później przebywający w centrum tarczy obszar aktywny 2471 wytworzył długotrwały rozbłysk klasy C6.6, zatem niezbyt imponującej energii, wchodzący w skład tej rodziny rozbłysków, którymi ze względu na ich wysoką częstotliwość występowania, nie zawracamy sobie zbytnio głowy. Rozbłysk jednak uwolnił koronalny wyrzut masy typu full-halo skierowany bezpośrednio ku Ziemi - i to CME prezentowało się już na danych z koronografów znacznie bardziej obiecująco, choć jak na możliwości Słońca było i tak jednym z tych "bardzo średnich". Dwa wyrzuty koronalne - słaby i umiarkowany - skierowanie ku Ziemi i uwolnione zaledwie kilka godzin po sobie - to nie jest częsta sytuacja, w związku z czym od początku pisałem, że jedyną kwestią, która jest pewna to ta, że nic nie jest pewne. Oficjalna prognoza początkowo zakładała jednie słabą burzę magnetyczną, jednak dobę później - 18 grudnia - została ona podwyższona do umiarkowanej burzy kategorii G2. Prognoza modelu WSA-Enlil zakładała skumulowanie się dwóch CME w jedno i uderzenie w Ziemię w noc z 18 na 19 grudnia około godz. 01:00 CET.

Nadeszło okienko czasowe prognozy - w pogodzie kosmicznej nadal cisza. Moment, w którym miało nastąpić uderzenie wyrzutu koronalnego nadszedł i minął. Sonda ACE zarejestrowała słabe uderzenie CME dopiero około godz. 17:00 CET, ponad 16 godzin od wyliczeń modelu. Z uwagi na neutralne skierowanie pola magnetycznego wiatru słonecznego (składowa Bz) aktywność geomagnetyczna nie rozwinęła się nawet do poziomu słabej burzy - indeks Kp nie przekraczał 4, a na domiar tego po czterech godzinach warunki wiatru rejestrowane przez sondę ACE ustabilizowały się tak, jak zwykle ma to miejsce już po przejściu danego CME przez Ziemię. Wydawało się mało prawdopodobne, aby można tu mówić o skumulowanym uderzeniu dwóch CME, zwłaszcza, że to drugie posiadało bardziej obiecującą charakterystykę.

Nadeszły późne sobotnie godziny. Po ustabilizowaniu warunków sonda ACE zarejestrowała nowy skok parametrów wiatru słonecznego - wzrost prędkości do ponad 510 km/sek. względem 450 km/sek. widocznej w ostatnich godzinach, ale i skok gęstości z około 10 do 40-50, a momentami ponad 60 protonów/cm³ - pewnym się stało, że do Ziemi dotarł drugi wyrzut, uwolniony po środowym rozbłysku. Początkowo można było mówić o słabym uderzeniu - skierowanie Bz znów bliskie neutralnemu nie pozwalało na bardziej znaczący rozwój aktywności geomagnetycznej. Akcja zaczęła się dopiero o niedzielnym (20.12) świcie. Zauważalna zmiana w skierowaniu Bz ku południu o natężeniu dochodzącym do -15nT dynamicznie pozwoliła na wzrost globalnego indeksu Kp do 6, odpowiadającemu rozpoczęciu się umiarkowanej burzy magnetycznej kategorii G2. Dla nas było już to bez znaczenia z powodu rozpoczynającego się dnia nad Polską, ale fakt, że obecnie dni są najkrótsze w roku, dawał jakąś nadzieję, że burza zdoła dotrwać do zapanowania kolejnego zmroku nad naszym krajem i tym samym umożliwi polowanie na zorze polarne tym, którzy znajdą się pod pogodnym niebem.

Zestawienie warunków dotyczących wiatru słonecznego mierzonych przez sondę ACE w kilka godzin po uderzeniu pierwszego CME. Widoczne elementy typowe dla uderzenia wyrzutu, jego oddziaływania na Ziemię i minięcia jej wraz z ustabilizowaniem kluczowych właściwości wiatru. (ACE)

W kolejnych godzinach burza osłabła do kategorii G1 ograniczając się swoim zasięgiem do wysokich szerokości geograficznych. Około godz. 15:00 gdy zbliżał się zmrok, pewnym było, że burza dotrwa do momentu, gdy niebo nad Polską ulegnie wystarczającemu pociemnieniu, pytanie jakie pozostawało - to to, czy uda się burzy powrócić do stanu początkowego, ponieważ ten obecny był niewystarczający dla polskich obserwatorów.

I co? Skierowanie Bz przybrało jeszcze bardziej południowe wartości rozwijając aktywność geomagnetyczną do stanu pierwotnego i wywołując na nowo umiarkowaną burzę kategorii G2, dającą zawsze 50% prawdopodobieństwo na ujrzenie zórz polarnych z naszego kraju. Zapanowała przedostatnia jesienna noc nad Polską. Umiarkowane natężenie Bz dochodzące do -17nT w połączeniu z gęstością wiatru przekraczającą 20 protonów/cm³ i prędkością w okolicach 500 km/sek. stwarzało warunki dające realne prawdopodobieństwo wystąpienia zórz polarnych nad szerokościami geograficznymi, a ogłoszenie szóstego w tym roku alarmu zorzowego zdawało się być tylko formalnością, mimo, że nie mieliśmy do czynienia z silną burza kategorii G3 w ujęciu globalnym.

Szersze spojrzenie na zmiany właściwości wiatru słonecznego po uderzeniu również drugiego wyrzutu koronalnego. Wpływ pierwszego CMe był nieznaczny, co sugerowały już dane zebrane po erupcji protuberancji, która przyczyniła się do uwolnienia tego CME, jednak uderzenie drugiego wyrzutu miało już większy wpływ na aktywność geomagnetyczną, zwłaszcza dzięki wyraźnej i stabilnej zmianie skierowania pola magnetycznego wiatru słonecznego (Bz) ku południu. Utrzymywanie się takiego stanu pozwalało na kontynuację burzy magnetycznej kategorii G2 aż do godzin porannych 21 grudnia. (ACE)

Stało się. Około godz. 17:30 czytelnicy zaraportowali zorze polarne nad Polską dając dowód, że możemy już mówić o głównym alarmie dla naszego kraju. Relacje pojawiały się obficie, choć z tylko kilku obszarów Polski, które mogły liczyć na rozpogodzone niebo - były to przede wszystkim województwa łódzkie, lubelskie, małopolskie i podkarpackie. Zorze polarne dotarły znacznie dalej na południe, niż można by przypuszczać, że dotrą przy zaledwie umiarkowanej burzy magnetycznej. Ba! Pojawiły się nawet relacje ze Słowacji i Czech, skąd także po sąsiedzku napłynęły tutaj zdjęcia. Wraz z obniżaniem się szerokości geograficznych malała intensywność zjawiska, ale to bez znaczenia, skoro i tak wielu osobom udało się je dostrzec i uwiecznić na fotografiach.

Zorza polarna sfotografowana 20.12.2015 r. nad okolicami Poznania (wielkopolskie)
Autor: Leszek Bartczak

Zorza polarna sfotografowana 20.12.2015 r. nad okolicami Rzeszowa (podkarpackie)
Autor: Andrzej Błoński

Zorza polarna sfotografowana 20.12.2015 r. nad okolicami Rzeszowa (podkarpackie)
Autor: Andrzej Błoński

Zorza polarna sfotografowana 20.12.2015 r. nad okolicami Wielunia (łódzkie)
Autor: Janek Gmur.

Zorza polarna sfotografowana 20.12.2015 r. nad okolicami Fajsławic (lubelskie)
autor: Jarosław Grzyb

Zorza polarna sfotografowana 20.12.2015 r. 20 km na wschód od Poznania (wielkopolskie)
Autor: Kajetan Nowicki

Zorza polarna sfotografowana 20.12.2015 r. z miejscowości Neple (lubelskie)
Autor: Paweł Reducha

Zorza polarna sfotografowana 20.12.2015 r. nad okolicami Nowego Sącza (małopolska)
Autor: Kuba Warchoł

Zorza polarna sfotografowana 20.12.2015 r. z miejscowości Turek (wielkopolskie)
Autor: Michał Sobczak

Zorza polarna sfotografowana 20.12.2015 r. z miejscowości Dachnów (podkarpackie)
Autor: Michał Bielko

Zorza polarna sfotografowana 21.12.2015 r. nad Wysokimi Tatrami z terenu Słowacji.
Autor: Marián Dujnič

Time-lapse, zorza polarna z 20.12.2015 r. nad Poznaniem.
Autor: Leszek Bartczak.

Globalny indeks Kp za okres 20-22 grudnia. Widocznych sześć epizodów z zaburzeniami na poziomie Kp=6, odpowiadającym umiarkowanej burzy magnetycznej kategorii G2, z czego 5 ostatnich epizodów nieprzerwanie miało miejsce w drugiej połowie 21 grudnia dzięki wyraźnemu i stabilnemu skierowaniu składowej Bz wiatru ku południu. (SWPC)

Przy stabilnym skierowaniu Bz na poziomie około -18nT było pewnym, że burza utrzyma swoją aktywność jeszcze przez wiele godzin, a okresowe wystąpienia zórz polarnych nad szerokościami umiarkowanymi są praktycznie pewne. W noc z niedzieli na poniedziałek malała gęstość i prędkość wiatru, przez co z wielu relacji można było się dowiedzieć, że widoczność zórz gołym okiem była kłopotliwa, a gdy już była możliwa, to kolorystycznie zjawisko wydawało się bardzo wyblakłe.

Bez wątpienia najważniejszym okresem tej burzy, który przyniósł najbardziej widowiskowe - także gołym okiem - zorze polarne nad Polską zarysował się 20 grudnia między godz. 17:00 a 18:00 oraz po godz. 20:00 do około północy. Ja niestety mogłem tylko popatrzeć sobie na zbierane przez sondy dane, ponieważ Pomorze utonęło wówczas w zachmurzeniu, przez które nawet Księżyc nie był w stanie się przebić. Cieszę się jednak, że wielu z Was odniosło tej nocy sukces i zechciało podzielić się swoimi fotograficznymi zdobyczami na potrzeby tradycyjnego opracowania tego wydarzenia - za wszystkie za nie bardzo dziękuję, bo dane danymi, ale zawsze cieszę się, gdy inni, zwłaszcza ci, którzy nie widzieli zórz, mogą zobaczyć jak zjawisko prezentowało się tym, którzy mieli więcej szczęścia.

Burza magnetyczna kategorii G2 z 20-21 grudnia jest szóstą burzą w 2015 roku, która przyniosła zorze polarne nad Polskę i jednocześnie trzecią takiej kategorii. Jak już pisałem wcześniej - takie burze wielokrotnie przynosiły nam zorze, ale nie brakuje też przypadków, gdy zjawisko to jednak nie było obserwowane z naszych szerokości - zatem nigdy nie można tu pisać o gwarancji, choćby takiej jaką dają silne burze od kategorii G3 wzwyż. Gdy właśnie taka burza kończyła się przed dwoma miesiącami, zadawałem pytanie, czy jeszcze w tym roku doczekamy się szóstego wystąpienia pięknego fenomenu nad Polską, który przeważnie zarezerwowany jest dla okolic polarnych. Przedostatnia noc tej jesieni przyniosła twierdzącą odpowiedź na to pytanie sprawiając, że nie będzie nadużyciem wspominanie tego roku także jako roku zórz polarnych w Polsce.

I znów pozostaje nam czekać na powtórkę z rozrywki - a ta jeśli dobrze pójdzie, może nastąpić jeszcze w tym roku! Szczegóły w opublikowanym dziś opracowaniu umiarkowanie silnego rozbłysku z rozległym wyrzutem koronalnym skierowanym bezpośrednio ku Ziemi dostępnym pod tym linkiem.

Bądź na bieżąco ze zjawiskami astronomicznymi i zapleczem amatora astronomii - dołącz do stałych czytelników bloga na Facebooku lub GooglePlus.