Maraton z wysoką aktywnością słoneczną i zorzami polarnymi (04-16.09.2017): zbiorcze opracowanie wydarzeń

Tego, co przyniosła nam prawie cała pierwsza połowa września 2017 roku długo nie zapomnimy. W ponad trzy lata po okresie najwyższej aktywności Słońca w 24. cyklu słonecznym i jednocześnie w około 3 lata przed jego kresem w zaawansowanej fazie spadkowej staliśmy się świadkami kolejnego epizodu wysokiej aktywności słonecznej i zjawisk, których nie powstydziłoby się żadne Słoneczne Maksimum. Czas na opracowanie zbiorcze wydarzeń z pierwszych dwóch tygodni miesiąca.

Ciężka burza magnetyczna kategorii G4 (07-08.09.2017): Efekt uderzenia CME z rozbłysku klasy X9.3

Największy udział w takim nieobserwowanym od dawna wzroście aktywności słonecznej miał oczywiście obszar aktywny 2673 - jedna z najbardziej rozbudowanych grup plam uformowanych na Słońcu w tym roku i zdecydowanie jedna z najbardziej wybuchowych w całym 24. cyklu aktywności słonecznej. W dniach 2-3 września, gdy zaczął się on formować zmierzając ku centrum tarczy, w mniej niż dwie doby z pojedynczej plamy przekształcił się w zaawansowaną, niestabilną grupę plam o polu magnetycznym typu beta-gamma-delta - zarezerwowanym tylko dla najbardziej eruptywnych i emitujących silne zjawiska regionów aktywnych. Pierwszy istotny dla nas rozbłysk obszar ten wyemitował 4 września (maksimum w klasie M5.5), któremu towarzyszył koronalny wyrzut masy (CME) skierowany ku Ziemi.

Niestety, mimo bardzo korzystnego położenia obszaru 2673 na tarczy w trakcie emisji rozbłysku i tym samym korzystnego kierunku uwolnienia CME, wyrzut po uderzeniu w Ziemię nie przyczynił się nawet do słabej burzy magnetycznej kategorii G1, choć prognozy zakładały aktywność burzy w kategorii G2-G3. Przyczyną takiego niekorzystnego obrotu spraw było jak zawsze w takich sytuacjach słabe natężenie całkowite pola magnetycznego (Bt) w tym CME dochodzące do jedynie 15nT i zmieniające się skierowanie jego pola (Bz), które nawet w okresach korzystnych o południowym skierowaniu nie osiągało wartości niższych od -6 do -10nT. Pierwsza we wrześniu "gotowość zorzowa" nie awansowała zatem w główny alarm, a obserwatorzy musieli obejść się smakiem - bez jednak większych zmartwień z uwagi na pochmurną w całym kraju pogodę, która i tak mogłaby uniemożliwić polowanie na zorzę.

Z uwagi na dynamiczną ewolucję plam w obszarze aktywnym 2673, w dalszym ciągu pozostawał on bardzo wybuchowy i 6 września, dobę po opuszczeniu ścisłego centrum tarczy słonecznej, wygenerował on dwa pierwsze w tym roku bardzo silne rozbłyski klasy X - X2.2 oraz prawdziwą perełkę otwierającą wszystkim oczy ze zdumienia - rozbłysk klasy X9.3 z maksimum o godz. 14:02 CEST, będący najsilniejszym zjawiskiem 24. cyklu aktywności słonecznej i pierwszym tak potężnym rozbłyskiem obserwowanym po ziemskiej stronie Słońca od 7 września 2005 roku - niemal idealnie od 12 lat, bez jednego dnia. Rozbłysk na osłonecznionej półkuli Ziemi wywołał momentalnie silne blackouty radiowe fal HF poziomu R3, a z uwagi na długotrwały charakter towarzyszył mu imponujący koronalny wyrzut masy o bezpośrednim skierowaniu ku Ziemi. CME uwolnione zostało z rzadko widzianą w tym cyklu prędkością rzędu 1700-1800 km/sek. i nie wytraciło znacząco swojego pędu w drodze do Ziemi, którą miał osiągnąć 8 września około 14:00 CEST. Rozbłysk klasy X9.3 za sprawą połączenia z tak imponującym CME w oficjalnych prognozach był kandydatem do wywołania silnej burzy magnetycznej kategorii G3, którą pozwalałem sobie uznać za zaniżoną, zaś oficjalne prognozy belgijskiego instytutu SIDC uznały to wydarzenie za potencjalny przyczynek pierwszej w tym cyklu możliwej ekstremalnej burzy magnetycznej kategorii G5.

Koronalny wyrzut masy uderzył w Ziemię już w nocy z 7 na 8 września około godz. 00:30 CEST, sunąc ku naszej planecie znacznie szybciej niż zakładała prognoza - dotarł ponad 14 godzin przed czasem, a zatem potrzebował na wędrówkę około 34 godziny od opuszczenia Słońca. Uderzenie CME bez najmniejszego zaskoczenia okazało się potężne i bez stopniowego rozwoju sytuacji momentalnie wywołało ciężką burzę magnetyczną kategorii G4 - po raz pierwszy od 22 czerwca 2015 roku. Natężenie całkowite pola magnetycznego wiatru słonecznego wzrosło z dotychczasowych 6 do 34nT, przy równie ostrym i bardzo korzystnym skoku skierowania na południowe, wykorzystującego niemalże cały możliwy potencjał (-32nT). Prędkość wiatru wzrosła z  480 do ponad 700 km/sek., gęstość zaś z 8-10 do blisko 40 protonów/cm³.

Połączenie takich warunków, zwłaszcza silnego Bt z korzystnym wysoce ujemnym Bz zaowocowały uruchomieniem ciężkiej aktywności geomagnetycznej, w trakcie której zorze polarne objęły swoim zasięgiem nie tylko nasze umiarkowane, ale też niskie szerokości geograficzne docierając do naszych południowych sąsiadów i mnóstwa krajów Europy Środkowej, w Stanach Zjednoczonych z kolei objęły blisko 18 stanów zamiast jedynej jak przeważnie to bywa Alaski, docierając daleko do Arkansas (!), które od południa sąsiaduje już tylko z Luizjaną leżącą nad Zatoką Meksykańską. Jedno z poniższych zdjęć (nr 3) wykonane 8 września w Arkansas pochodzi z 35 stopnia szerokości geograficznej północnej - odnosząc to do Europy i wiedząc, że Polska rozpościera się na szerokościach geograficznych od 45-50°N, widać wyraźnie jak daleko na południe od naszego kraju zorze były w stanie się uwidocznić. Informacje o lokalizacji i autorstwie dostępne po najechaniu myszką na miniaturkę.

Niestety aura nad Polską i w ogóle większością kontynentu europejskiego była tej i w sąsiadujące noce wybitnie pochmurna, a nieliczne rozpogodzenia w naszym kraju wystąpiły nad Wielkopolską, napłynęły też relacje ze Słowacji. Niefortunnie zachmurzenie nad naszym krajem miało na ogół charakter całkowity i nie pozwalało myśleć o jakichkolwiek szansach na obserwacyjny sukces. Wprawdzie po nocy z 7 na 8 września aktywność burzy po krótkotrwałym osłabieniu ponownie rozwinęła się do niemal najwyższej kategorii G4 utrzymując stan burzy przez kolejnych 15 godzin, ale i ta noc minęła u nas pod znakiem zachmurzenia całkowitego z opadami deszczu we wielu regionach. Do jeszcze kolejnego wieczoru aktywność geomagnetyczna słabła, przynosząc ostateczne wygaszenie w połowie nocy z 8 na 9 września. Burza magnetyczna kategorii G4 osiągała swoją najwyższą aktywność przez ponad 9 godzin, towarzyszyły jej epizody z silną aktywnością geomagnetyczną (G3 - przez 3 godziny) i słabą (G1 - przez 9 godzin). Ostatecznie burzowa pogoda kosmiczna wywołana uderzeniem CME z rozbłysku klasy X9.3 utrzymywała się przez 24 godziny, z krótkotrwałą przerwą w godzinach dziennych 8 września wywołaną okresowym przejściem skierowania pola magnetycznego wiatru słonecznego na północne.

Co ciekawe, przez około godzinę o poranku 8 września (06:30 CEST) prędkość wiatru osiągała 950 km/sek. dochodząc krótkotrwale do 1000 km/sek. - jedynie dwa razy wcześniej w tym cyklu słonecznym w okolicach Ziemi wiatr osiągał taką prędkość, były to też wartości mogące zaowocować pierwszą od 12 lat ekstremalną burzą magnetyczną kategorii G5, gdyby tylko w tym czasie utrzymywało się silne jak wcześniej południowe skierowanie pola magnetycznego - niestety na czas tak wysokiej prędkości wiatru było ono nieustannie północne i tylko obniżało aktywność burzy. Ostatecznie mieliśmy do czynienia z ciężką burzą magnetyczną kategorii G4, zaistniałą po raz pierwszy od przesilenia letniego 2015 roku. Miało tu miejsce jednocześnie piąte wystąpienie zorzy polarnej nad Polską w 2017 roku.

---

Słaba burza magnetyczna kategorii G1 (12/13.09.2017): Uderzenie skrajnej bocznej części CME z rozbłysku klasy X8.2

Na pożegnanie z obserwatorami, obszar aktywny 2673 kilka godzin po opuszczeniu tarczy słonecznej znajdując się na jej zachodniej krawędzi wyprodukował rozbłysk klasy X8.2 - drugi z najsilniejszych rozbłysków 24. cyklu aktywności słonecznej. Ponieważ jednak w trakcie emisji zjawiska nie był on już widoczny z perspektywy sondy GOES-15 na linii Słońce-Ziemia, zmierzony przez nią poziom emisji rentgenowskiej z pewnością był w pewnej mierze zaniżony. Nigdy nie dowiemy się dokładnie z jakim maksimum rozbłysku tu mieliśmy do czynienia z uwagi na brak satelitów monitorujących aktywność rentgenowską obszarów aktywnych od innych stron niż ziemska, jednak biorąc pod uwagę czas od zachodu tego obszaru za krawędź tarczy słonecznej, zjawiska towarzyszące rozbłyskowi i jego obrazy na zdjęciach w skrajnym ultrafiolecie uzyskane przez sondę SDO z prawdopodobieństwem graniczącym z pewnością możemy zakładać, że mieliśmy do czynienia z rozbłyskiem klasy X10+ będącym w istocie najsilniejszym zjawiskiem tego cyklu słonecznego. Niestety doszło do niego w zbyt późnym momencie, już po zejściu obszaru 2673 z tarczy słonecznej i za najsilniejszy rozbłysk w oficjalnym ujęciu musimy uznawać rozbłysk klasy X9.3 z 6 września.

Rozbłyskowi towarzyszyła emisja strumienia protonów, które dotarłszy do Ziemi w kilkanaście minut później wywołały silną burzę radiacyjną poziomu S3, statystycznie zdarzającą się tylko 10 razy w ciągu 11-letniego cyklu słonecznego. W takich sytuacjach sondy moniotrujące Słońce zawsze poddawane są wysokiemu "bombardowaniu" protonami objawiającego się znacznym wzrostem szumów i artefaktów na obrazach przesyłanych na Ziemię, astronauci na Międzynarodowej Stacji Kosmicznej mają bezwzględny zakaz opuszczania pokładu i prac w otwartej przestrzeni kosmicznej z uwagi na wysokie ryzyko przyjęcia zbyt dużej dawki promieniowania, na jej przyjęcie w pewnym stopniu wystawieni są jednak pasażerowie i piloci samolotów, zwłaszcza nad wysokimi szerokościami geograficznymi. Rozbłyskowi towarzyszył także silny blackout radiowy poziomu R3 trwający ponad godzinę na osłonecznionej części Ziemi, a więc głównie nad Oceanem Atlantyckim, Stanami Zjednoczonymi i Ameryką Południową.

Przede wszystkim jednak rozbłyskowi towarzyszył najpotężniejszy, uwolniony z najwyższą jak dotąd w tym cyklu słonecznym prędkością koronalny wyrzut masy, którego początkowa prędkość erupcji wyniosła 2800-2900 km/sek. (!) - gdyby takie CME zostało uwolnione w trakcie przechodzenia obszaru 2673 w centrum tarczy wprost ku Ziemi, osiągnęłoby naszą planetę już po około 18 godzinach i wówczas ekstremalną burzę magnetyczną kategorii G5 można by bez obaw traktować w prognozach jako scenariusz najbardziej prawdopodobny.

Niestety dla obserwatorów, CME z uwagi na położenie obszaru aktywnego 2673 za zachodnią krawędzią, niemalże w całości zostało skierowane na zachód od linii Słońce-Ziemia. CME poza swoją niespotykaną dotąd w bieżącym cyklu słonecznym prędkością posiadało ponadprzeciętną rozpiętość i mimo, że zostało uwolnione z zachodniej krawędzi, jego skrajnie boczna niewielka i wolniejsza część zdołała musnąć Ziemię. Uderzenie nastąpiło 12 września przed godz. 22:00 CEST. Zmiana warunków wiatru słonecznego od razu dała do zrozumienia, że nie mamy do czynienia z silnym uderzeniem mogącym zaowocować wysoką aktywnością geomagnetyczną, ale jak na skrajnie boczny fragment wyrzutu, zmiana była zaskakująca na plus. Prędkość wiatru wzrosła z 450 do blisko 630 km/sek., przy niewielkim wzroście gęstości z 5 do niemal 20 protonów/cm³. Główna składowa decydująca o potencjale do wzburzenia pogody kosmicznej - natężenie pola magnetycznego wiatru słonecznego wzrosła nieznacznie z 5 do 12nT, skierowanie pola z kolei (Bz) cechowało się wysoką częstotliwością zmian od +8 do -9nT bez przybrania na dłuższy czas niezmiennego skierowania północnego lub południowego.

Pozwoliło to jednak na zaistnienie słabej burzy magnetycznej kategorii G1, która utrzymała się niespełna sześć godzin, częściowo pokrywających się korzystnie z godzinami nocnymi dla Polski, nad którą wzrosła już ilość rozpogodzeń. Z tego też względu relacje o widocznych po raz szósty w tym roku zorzach polarnych napłynęły już z całego Pomorza od Zachodniego po Gdańskie, ale znowuż nie pojawiły się żadne relacje z regionów bardziej wysuniętych na południe od pasa północnych województw. 13 września nad ranem burza wygasła i jeszcze przed końcem tego dnia prędkość wiatru opadła do około 470 km/sek. przy Bt i Bz zbliżonych do zera.

---

Słaba/umiarkowana burza magnetyczna kategorii G1-G2 (14-16.09.2017): Napływ strumienia CHHSS

Nie trzeba było jednak długo czekać na kolejną gotowość zorzową. Wprawdzie najbardziej wybuchowy w tym roku obszar aktywny 2673 przebywał już po drugiej stronie Słońca za zachodnią krawędzią, do centrum tarczy po ziemskiej stronie zmierzała ponownie dziura koronalna. Była ona wyraźnie wysunięta ku północnym szerokościom heliograficznym, będąc ukierunkowaną na Ziemię jedynie w swojej niewielkiej południowej części. Strumień wiatru słonecznego podwyższonej prędkości (CHHSS) przez nią uwalniany miał osiągnąć Ziemię 14 września wywołując słabą do umiarkowanej burzę magnetyczną kategorii G2.

Zgodnie z prognozą, CHHSS dotarł do naszej planety w drugiej połowie 14 września, przynosząc zmianę warunków wiatru słonecznego charakterystyczną dla napływu wiatru z dziury koronalnej. Począwszy od stopniowego, rozłożonego na kilka godzin nabierania gęstości z mniej niż 10 do niemal 50 protonów/cm³, po którym następował wzrost prędkości z 350 do około 650 km/sek. można było oczekiwać rychłego wznowienia zorzowych łowów. Wraz z przybraniem wyższej prędkości w napływającym strumieniu rosło natężenie pola magnetycznego z 3 do 21,7nT, świadczącego o już wyraźnym potencjale do wzburzania pogody kosmicznej jeśli tylko skierowanie pola pozostawać będzie stabilnie południowe o podobnych wartościach. Początkowo takie też było (-18nT) pozwalając na zaistnienie umiarkowanej burzy magnetycznej kategorii G2. Następujące później wahania w skierowaniu Bz osłabiły aktywność burzy do najsłabszej kategorii.

W noc z 14 na 15 września, w tracie której zaistniały wspomniane epizody z burzą G1-G2, nie pojawiły się jednak relacje o widoczności zórz polarnych z Polski, mimo, że na wysokich szerokościach geograficznych tańczyły one spektakularnie jak zawsze. Dopiero druga doba napływu CHHSS przyniosła w noc z 15 na 16 września wznowienie aktywności burzy - ponownie do kategorii G1, a na trzy godziny także G2, która zaowocowała siódmym potwierdzeniem zorzy polarnej na polskim niebie w 2017 roku. Było to bardzo subtelne wystąpienie zjawiska i z trzech dotychczasowych burz kategorii G1 w tym roku najbardziej krótkotrwałe. Tym nie mniej każde potwierdzenie obecności tego zjawiska na polskim niebie zawsze musi by wzięte pod uwagę i już dziś można z dużą dozą pewności rzec, że nie było ono ostatnim potwierdzeniem w najbliższych tygodniach. O tym dlaczego, wspomnę jednak już niżej w podsumowaniu.

Podsumowanie

Od czasu rozbłysku klasy M5.5 zaistniałego 4 września w znajdującym się w centrum tarczy obszarze aktywnym 2673 na blogu niemal bez przerwy do połowy miesiąca widniał stan gotowości zorzowej powodowanej występowaniem na Słońcu raz za razem rozbłysków geoefektywnych. Nawet w trakcie Słonecznego Maksimum w latach 2011-2014 nie mieliśmy tak przedłużonego okresu z ciągle podwyższonym prawdopodobieństwem wystąpienia zórz polarnych nad umiarkowanymi szerokościami geograficznymi. Niestety jak rzadko kiedy przy polowaniu na zorze pech chciał, że wrzesień, w którym takie wydarzenia miały miejsce, był i pozostaje jednym z najbardziej - a w moich zapiskach prowadzonych regularnie od 2007 roku najbardziej pochmurnym wrześniem. 16 dnia miesiąca zanotowałem w tym roku pierwszy dzień z rozpogodzonym niebem, tyle też wynosi obecnie liczba pogodnych nocy - mimo, że na ogół jest to miesiąc, w którym nabijanie licznika pogodnych dni i nocy przychodzi bez większych trudności. Tak jak pod koniec wakacyjnego okresu aura się pogorszyła przynosząc dominację całkowitego zachmurzenia, tak utrzymuje się ona w równie fatalnym wydaniu do chwili obecnej z trzydniową przerwą (16 i 18-19.09). Trudno w takich warunkach oczekiwać sukcesu Polaków na polu łowów na zorze polarne, ale na szczęście pewnej garstce czytelników dzięki ich wytrwałości i czujności, sukces był im dany.

W trakcie blisko dwutygodniowej wędrówki przez dostrzegalną z perspektywy Ziemi półkulę słoneczną sprawca większości z opisanego wyżej zamieszania - obszar 2673, wyprodukował w sumie 27 rozbłysków klasy M, 4 rozbłyski klasy X w tym dwa najpotężniejsze od 12 lat i stanowiące najbardziej energetyczne rozbłyski 24. cyklu aktywności słonecznej trwającego od 2008 roku, przyczynił się do ciężkiej burzy magnetycznej kategorii G4 i jednej z zaledwie 10 średnio występujących w cyklu silnych burz radiacyjnych poziomu S3, która dopiero w ostatni weekend ostatecznie się zakończyła. Pozostaje trzymać kciuki, aby w trakcie mającej miejsce od nieco ponad tygodnia wędrówki przez drugą, niedostrzegalną z Ziemi półkulę słoneczną nie zaczął on tracić na rozmiarach.

O ile rozpad tego regionu w najbliższym czasie nie będzie miał miejsca, ruch obrotowy Słońca powinien przynieść na nowo ten obszar aktywny za niespełna 7 dni, nieopodal rozpoczęcia ostatniego tygodnia września. Wówczas przekonamy się na ile w dalszym ciągu posiada on potencjał produkowania eruptywnych i wysoce energetycznych rozbłysków - o ile jego budowa i charakter pola magnetycznego nie ulegną znaczącym zmianom, przełom września i października może obrodzić kolejnym okresem podwyższonej aktywności słonecznej i nowym maratonem z rozbłyskami i koronalnymi wyrzutami masy. Na razie musimy uzbroić się w cierpliwość licząc, że region 2673 dotrwa ze swoją wysoką aktywnością do czasu ponownego osiągnięcia centralnej pozycji na tarczy słonecznej i że zdoła on jeszcze namieszać w liście TOP-10 najpotężniejszych rozbłysków cyklu - a jeśli nie cyklu, to chociaż roku, przy korzystniejszej, miejmy nadzieję, sytuacji meteorologicznej nad naszym krajem. A zatem czekamy!

Czytelnikom, którzy zechcieli na potrzeby powyższego opracowania podzielić się relacjami i fotografiami ze swoich zorzowych obserwacji serdecznie dziękuję za nadesłane materiały.

Autorski komentarz do bieżącej aktywności słonecznej - podstrona Solar Update

Warunki aktywności słonecznej i zórz polarnych na żywo wraz z objaśnieniami - podstrona Pogoda kosmiczna

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