Super-burza magnetyczna blisko minęła Ziemię

Na dobry początek astronomicznej wiosny pozostaniemy w tematyce naszej najbliższej gwiazdy. Po raz kolejny zrobimy sobie powrót do przeszłości, choć tym razem dokonane zostanie podwójne cofnięcie czasu. Jest ku temu powód - oto bowiem okazuje się, że o mały włos, a doświadczylibyśmy kolejnej burzy magnetycznej na miarę tej najsilniejszej w znanej historii z 1859 roku!

W trwającym 24. cyklu aktywności słonecznej niejednokrotnie koło nosa przechodziły nam okazje do wypatrywania zórz polarnych (z nielicznymi wyjątkami, np. 17.03.2013 r.). W najmniej oddalonej przeszłości taka sytuacja miała miejsce 19 lutego podczas burzy magnetycznej kategorii G2. Aktywność geomagnetyczna zaczęła wzrastać po umiarkowane szerokości geograficzne akurat wtedy, gdy nad środkową Europą zaczynał się nowy dzień. Uprzywilejowane były za to między innymi Stany Zjednoczone, znajdujące się w pełni nocy podczas osiągania przez burzę największej aktywności. Wcześniej traciliśmy to co najlepsze z podobnej burzy w dniu 2 października 2013, kiedy jej największa aktywność zachodziła w godzinach południowych czasu polskiego. Pamiętna jest też sytuacja z połowy lipca 2012 roku, kiedy mieliśmy do czynienia z silną burzą G3 (niemal G4, wskaźnik zaburzeń pola magnetycznego [Kp] w maksimum wynosił 7,65), która w USA dostarczyła zórz polarnych aż po... Kalifornię! Kilka godzin wcześniej Polska tej nocy znajdywała się w strefie aktywności zórz, ale nasz kraj praktycznie w całości pokryty był grubą warstwą chmur. Więcej na ten temat przeczytać można w tekście "Przedsmak nadchodzącego maksimum" z 21 lipca 2012.

Tego typu sytuacji było oczywiście więcej. Okazuje się jednak, że burza, której niemal doświadczyliśmy 23 i 24 lipca 2012 roku miałaby wymiar o wiele bardziej globalny od tych wyżej przytoczonych. Po niemal dwóch latach od tamtego okresu heliofizycy wydali zdumiewające oświadczenie. Zanim o nim wspomnę, cofniemy się jeszcze dalej w przeszłość - do roku 1859.

Zdarzenie Carringtona 1859

1 września 1859 roku. W czasie pochmurnego poranka, około godz. 11:18 czasu lokalnego, 33-letni Richard Carrington, szerzej znany w Anglii jako jeden z najbardziej doświadczonych badaniem Słońca, przebywał w swoim prywatnym obserwatorium. Tak jak podczas każdego słonecznego dnia, wykorzystywał swój teleskop do obserwacji gwiazdy metodą projekcji ekranowej - teleskop rzucał na ekran obraz tarczy słonecznej o średnicy 11 cali. To z kolei umożliwiało Carringtonowi dokładne szkicowanie plam jakie widział na ekranie, z dokładnością na jaką wówczas pozwalał jego instrument.

Grupa plam naszkicowana przez Richarda Carringotna 1 września 1859 roku.
Copyright: Royal Astronomical Society.

Tego poranka, Carringotn szkicował jedną z największych wówczas grup plam. Nagle podczas nanoszenia na papier tego obszaru aktywnego, pojawiło się oślepiające białe światło nad plamami, jak sam opisuje - w kształcie nerki, z szybko rozwijającą się strukturą. Zdając sobie sprawę, że Carringotn stał się świadkiem zdarzenia bezprecedensowego, zanotował w nerwach: "Szybko podbiegłem zatelefonować do drugiej osoby, która była świadkiem zjawiska. Po powrocie do obserwacji, jaki nastąpił około minutę później, zaskoczony stwierdziłem, że obserwowana oślepiająca struktura znacznie zmieniła kształt i osłabła".

Przed świtem następnego dnia, niebo nad całą Ziemią wybuchło w barwach czerwieni, purpury i zieleni. Światła zorzy polarnej nad wieloma szerokościami geograficznymi były tak intensywne, że... można było czytać gazety bez trudu tak, jak przy świetle dziennym. Dynamiczna zorza polarna pulsowała na całym niebie w najróżniejszych barwach nawet w pobliżu tropikalnych zakątków Kuby, Baham, Jamajki, Salwadoru czy Hawajów. Tak potężna aktywność geomagnetyczna nie pozostała bez skutku na innym polu. Światowe sieci telegraficzne padały lub były poważnie zakłócone. Nawet w momencie odłączenia od telegrafów baterii zasilających ich przewody, indukowane przez CME prądy elektryczne wciąż pozwalały na wysyłanie wiadomości telegrafami.

***

Dziś wiemy, że 1 września 1859 roku Carrington był świadkiem najsilniejszego rozbłysku słonecznego, odkąd prowadzone są regularne obserwacje Gwiazdy Dziennej. Dlaczego jednak Carrington mógł zaobserwować zjawisko, które przecież obecnie obserwuje się w paśmie rentgenowskim? Dlaczego możliwe stało się wizualne dostrzeżenie rozbłysku w 1859 roku w wykorzystaniu prostej projekcji ekranowej, zwykłej metody rzutowania obrazu tarczy słonecznej na ekran, w świetle białym, bez sprzętu obserwującego w zakresie rentgenowskim?

W momencie obserwacji wykonanej przez Carringtona, nie istniały przecież jakiekolwiek sondy z teleskopami rentgenowskimi, nie istniały również radioteleskopy, które obecnie aktywność słoneczną monitorują. Nikt nie widział bezpośrednio rozbłysku do tego historycznego poranka 1 września 1859 roku. Zaistniały wtenczas rozbłysk, dziś jak najbardziej słusznie określany mianem super-rozbłysku, wyprodukował wystarczająco dużo światła w strefie wspomnianej grupy plam, aby mógł rywalizować z jasnością całej tarczy słonecznej i wręcz ją przebić, aby stać się dostrzegalnym. Zdarzenie nawet nie rzadkie, a po prostu wyjątkowe.

Tak potężne rozbłyski produkują nie tylko olbrzymią porcję światła widzialnego, ale również gigantyczne chmury naładowanych cząstek, oderwane od często widocznych magnetycznych pętli - czyli koronalne wyrzuty masy [CME] o jakich nie rzadko tutaj można czytać przy okazji tekstów z dziedziny aktywności słonecznej. Jak wiemy, to właśnie CME przyczyniają się do większości zórz polarnych i wzmożonej aktywności geomagnetycznej. Już następnego dnia, w mniej niż dobę po rozbłysku zaobserwowanym przez Carringtona, CME uderzyło bezpośrednio w Ziemię. Wyrzut dotarł do naszej planety w niesłychanym tempie i uderzając w ziemskie pole magnetyczne wywołał najsilniejszą znaną nam burzę geomagnetyczną. Szybko poruszające się i wysokoenergetyczne cząstki bombardujące magnetosferę oraz gwałtowne zmiany w polu magnetycznym indukują silne prądy elektryczne przemieszczające się ku Ziemi. W tym przypadku prądy były indukowane na linie telegraficzne znacznie zaburzając, a w niektórych regionach uniemożliwiając komunikację i wywołując liczne awarie w Ameryce i Europie.

Podobne zdarzenia miały miejsce między innymi 4 sierpnia 1972 roku, gdy wyrzut koronalny uwolniony w silnym rozbłysku skierowanym ku Ziemi, uderzając w naszą planetę znokautował dalekosiężną komunikację telefoniczną w całym amerykańskim stanie Illinois, a także 13 marca 1989 roku, kiedy w czasie silnej burzy magnetycznej padła generująca zasilanie stacja w Quebec w Kanadzie. Zjawisko to zagwarantowało 6 milionom osób podróżowanie i wszelką komunikację w całkowitych ciemnościach (miło - Drogę Mleczną z centrum miasta byśmy sobie poobserwowali) przez całe 9 godzin; padły również transformatory elektrowni w stanie New Jersey. W grudniu 2005 roku inny silny rozbłysk doprowadził do znacznych zaburzeń satelitów komunikacyjnych, system GPS padł całkowicie na 10 minut. Taki czas awarii GPS być może nie robi większego wrażenia, ale wszystko zależy od punktu widzenia. Inaczej spostrzeże to przypadkowa osoba nie korzystająca w żadnej mierze z tego systemu, a inaczej pilot samolotu pasażerskiego, pozbawiony wówczas wszelkiej nawigacji.

Zdarzenie Carringtona pozostaje jak dotychczas najgwałtowniejszym zjawiskiem z dziedziny pogody kosmicznej przynajmniej od 500 lat. Nawet wydarzenia i ekstremalne burze najwyższej kategorii, jakie kilka miesięcy temu postanowiłem Wam przypomnieć z okazji 10. rocznicy intensywnej aktywności słonecznej z drugiego maksimum 23. cyklu nie mogą się równać z tym, co zaobserwował Carrington 1 września 1859 roku. Serię wspomnianych specjalnych artykułów znajdziesz pod tym linkiem. 

Tyle tytułem większego powrotu do przeszłości. Dlaczego tyle wspomnień o samym wydarzeniu z 1859 roku? Bo właśnie takiego wydarzenia o mały włos nie byliśmy świadkami w ostatniej dekadzie lipca 2012 roku. I teraz ten mniejszy powrót do przeszłości.

23 lipca 2012 roku po niewidocznej z Ziemi stronie Słońca jedna z grup plam wyprodukowała bardzo energetyczny rozbłysk, któremu towarzyszył rozległy wyrzut koronalny. Z powodu położenia źródła zjawiska po drugiej stronie gwiazdy, wyrzut został skierowany całkowicie poza Ziemię, ale na jego drodze znalazła się sonda STEREO-Ahead. CME osiągnęło STEREO-A po nieco ponad 18 godzinach, wówczas sonda ta doświadczyła największego "bombardowania" wysokoenergetycznymi protonami (burzy radiacyjnej) od 1976 roku. Po przeanalizowaniu zebranych przez sondę danych, konkluzja okazała się zdumiewająca - zaistniały wyrzut był na miarę tego, który doprowadził do zdarzenia Carringtona.

Tarcza słoneczna po niewidocznej z Ziemi stronie gwiazdy niedługo po rozbłysku,
który wywołał wyrzut koronalny na podobieństwo tego z 1 września 1859 roku.
(STEREO-A)

Zdjęcia z sondy SOHO wskazują, że CME z 23 lipca 2012 roku zostało uwolnione z prędkością nieco ponad 2000 km/sek. co jest ogromną wartością, czyniącą ten wyrzut jednym z najbardziej energicznych w historii obserwacji. Poza rekordową prędkością uwolnienia CME, czynnikami pozwalającymi przyrównywać zjawisko z 23 lipca 2012 roku pod względem potencjału do zdarzenia Carringtona były również fakty, iż były to naprawdę dwa CME, które nastąpiły kolejno zaledwie 10-15 minut po sobie, a po trzecie, obszar przestrzeni kosmicznej, w którym przebywała wówczas sonda STEREO-A i do którego dotarło to w istocie podwójne CME, został cztery dni wcześniej "oczyszczony" przez poprzednie CME, otwierając drogę dla następnych wyrzutów - efekt tego był taki, że następne CME, to z 23 lipca, nie było spowalniane w dużym stopniu podczas przechodzenia przez ten obszar przestrzeni, który pozostawał bardziej podatny na zaburzenia po niedawnym wyrzucie sprzed czterech dni i nie wrócił jeszcze do stanu spokoju.

Chmura słonecznej materii uwolniona w przestrzeń 23 lipca przekroczyła orbitę Ziemi w miejscu, w którym nasza planeta znalazłaby się około 30 lipca, a więc było to stosunkowo bliskie przejście wyrzutu względem Ziemi. Gdyby zatem 23 lipca Ziemia znalazła się na drodze tego CME, doszłoby do wydarzenia na miarę wielkiej burzy magnetycznej z 1859 roku. Zdarzenie Carringtona doprowadziło do serii awarii w sieciach telegraficznych, późniejsze wydarzenia pozbawiały ludność prądu i wywołując znaczne utrudnienia w telekomunikacji mimo, że wówczas świat nie opierał się jeszcze na energetyce w takim stopniu jak obecnie. Według badań dokonanych przez National Academy of Science, całkowity koszt usuwania skutków porównywalnego CME w dzisiejszych czasach mógłby przekroczyć 2 tryliony amerykańskich dolarów czy być 20-krotnie wyższy od strat zaistniałych w wyniku huraganu Katrina, a czas usuwania skutków wszelkich awarii sieci energetycznych i telekomunikacyjnych liczony byłby być może nawet w latach.

CME zaistniałe w wyniku rozbłysku po niewidocznej z Ziemi stronie Słońca
w dniu 23 lipca 2012 roku. Chmura słonecznej materii została uwolniona w przestrzeń
z prędkością ponad 2000 km/sek., co jest jedną z najwyższych wartości w historii obserwacji CME.
(SOHO/LASCO C3)

Choć obecny 24. cykl aktywności słonecznej jest jednym z najspokojniejszych od 100 lat, to nawet w takim mogą sporadycznie występować zjawiska gwałtowne, o potencjalnie dużym znaczeniu dla dziedzin, na których opiera się dzisiejsze życie. Przekonywaliśmy się o tym niejednokrotnie, a teraz jak się okazuje również o mały włos doświadczając w lipcu 2012 roku gwałtownej burzy magnetycznej o globalnym wymiarze, na miarę tej najsilniejszej znanej nam z 1859 roku.

Tym razem się nam upiekło. Pozostaje pytanie czy w trwającym cyklu i jego maksimum, którego najprawdopodobniej teraz doświadczamy (rozważałem to w tekście z 10 marca), wystąpią podobne wydarzenia, ale o bezpośrednim skierowaniu ku Ziemi? Patrząc na częstotliwość tego typu wydarzeń, jest niemal pewne, że w dalszym ciągu cykl ten będzie mijał spokojnie zgodnie z prognozą. Na nasze szczęście astronomia, a w tym wypadku natura naszej Dziennej Gwiazdy, bywa nie rzadko na tyle niespokojna i nieprzewidywalna, że mała - choćby najmniejsza szansa na powtórkę z takiej rozrywki, zawsze będzie pozostawała aktualna - i to w tym wszystkim jest najpiękniejsze.

Autorski komentarz do bieżącej aktywności słonecznej - Solar Update
Warunki aktywności słonecznej i zórz polarnych na żywo - Pogoda kosmiczna

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

Oprac. własne plus materiały University of Colorado Boulder, Nature Communications. SWPC.