Postęp 25. cyklu aktywności słonecznej: stan po IV kwartale 2021 roku

Pora na podsumowanie kolejnych postępów Dziennej Gwiazdy w jej napędzaniu 25. cyklu aktywności słonecznej i przyjrzenie się na tę aktywność w czwartym kwartale 2021 roku. Przyniósł on kilka przełomowych wydarzeń, dlatego poza podsumowaniem całorocznej aktywności i porównaniem z poprzednimi latami przyjrzymy się najpierw ostatnim trzem miesiącom. Były one wyraźnym zaprzeczeniem początku tego roku i z pewnością niejednokrotnie mogły wprawić w zdumienie jak bardzo prognoza oficjalna zaczyna być coraz częściej i silniej niedoszacowana. Przyznam się, że i ja nie oczekiwałem, że opracowanie za IV kwartał i cały 2021 rok okaże się tak optymistyczne, i że z takim a nie innym entuzjazmem będzie można wchodzić w rok 2022. Zatem - zaczynam, ale... od końca.

Czwarty kwartał rozpoczęliśmy od zaledwie jednego dnia bez plam na tarczy słonecznej w całym październiku. Była to druga tego typu sytuacja w 2021 roku (wcześniej 1 dzień z zerową liczbą Wolfa przypadł na czerwiec - patrz opracowanie II kwartału). Sumę 59 dni bez plam od początku roku, którą zamykaliśmy III kwartał październik zdołał zatem podwyższyć jedynie do 60 i co więcej - nie było to chwilowe "rozbrykanie się" Dziennej Gwiazdy pod tym względem. Listopad 2021 stał się pierwszym miesiącem od września 2017 roku, w którym tarcza słoneczna ani razu nie została pozbawiona obszarów aktywnych. Zero dni ze stanem czystej tarczy w przedostatnim miesiącu 2021 roku nie było pierwszym okresem o co najmniej miesięcznej widoczności plam po ostatnim minimum (wcześniej tak było np. od 13 czerwca do 27 lipca), ale był pierwszym miesiącem w porządku kalendarzowym (licząc jako od 1 do 30 dnia miesiąca), w którym zarysowała się taka sytuacja. W ostatni miesiąc roku wchodziliśmy więc w dalszym ciągu z 60 dniami bez plam - ale i też z pewnością, że pierwszy raz od 2016 roku suma całoroczna okaże się już tylko dwucyfrowa. Czy grudzień podtrzymał tendencję wyraźnego wzrostu produkcji plam? Jak najbardziej - choć pod kątem stanu czystej tarczy okazał się miesiącem najspokojniejszym z ostatniego kwartału przynosząc w sumie 4 dni zerowej liczby Wolfa. Co ciekawe był to jednocześnie miesiąc, który przyniósł rekordową jak dotąd liczbę Wolfa w tym cyklu, o czym za moment.

Wykres 1. Postęp 25. cyklu aktywności słonecznej - stan po IV kwartale 2021 roku. Credits: SWPC/NOAA

Cały ostatni kwartał przyniósł jedynie 5 dni bez plam słonecznych, co stanowi najniższą sumę kwartalną od początku 2016 roku i tym samym najniższą z dotychczasowych w tym cyklu. Suma summarum rok 2021 zamknęliśmy z wynikiem 64 dni bez plam na tarczy słonecznej, co stanowi najniższy wynik od 5 lat i ponad 3-krotne zmniejszenie względem roku 2020 z sumą 208 dni bez plam. To ogromny postęp nowego cyklu, postęp pozwalający zakładać, że będzie on zauważalnie aktywniejszy od wyznaczonej oficjalnej prognozy NOAA/SWPC.

W trakcie całego 2021 roku Słońce wyprodukowało 125 obszarów aktywnych. To ponad 3-krotne zwielokrotnienie aktywności plamotwórczej na tle roku poprzedniego, w którym zaobserwowaliśmy tylko 40 grup plam. Ich żywotność coraz częściej stawała się wydłużona na więcej, niż jedno przejście przez tarczę (z perspektywy Ziemi) pozwalając na ponowne wyłonienie z nową numeracją po dwóch tygodniach wędrówki przez niedostrzegalną z naszej perspektywy półkulę Dziennej Gwiazdy. Wspomniany w poprzednim akapicie fakt, iż listopad 2021 stał się pierwszym od czterech lat miesiącem kalendarzowym bez ani jednego dnia z czystą tarczą warto tu uzupełnić informacją, że okres ciągłej widoczności plam w tym czasie rozciągnął się niemal na dwa miesiące - po tym gdy 17 października przyniósł jednodniowe wyzerowanie liczby Wolfa następna taka sytuacja (na jedynie 4 dni) nadeszła dopiero 8 grudnia - zabrakło więc tylko 8 dni do pełnych dwóch miesięcy z nieprzerwaną obecnością obszarów aktywnych na tarczy słonecznej po dostrzegalnej z Ziemi stronie.

Najdłuższy okres absencji plam w 2021 roku trwał 14 dni (4-17 lutego) i był ponad 2-krotnie krótszy od najdłuższego takiego okresu w roku 2020 (34 dni) oraz niemal 3-krotnie krótszy od najdłuższej absencji plam w całym ostatnim Słonecznym Minimum, która trwała 40 dni (14 listopada - 23 grudnia 2019). Na tym tle również widać bardzo znaczący postęp 25. cyklu aktywności słonecznej, jednak przełomowe wydarzenia IV kwartału i całego 2021 roku odnoszą się nie tylko do sumy ilości plam, ale też aktywności rozbłyskowej, którą one przejawiają, o czym wspomnę za moment w kolejnym rozdziale.

Najwyższa dzienna liczba Wolfa za rok 2021 wyniosła 147, przypadła 21 grudnia i była najwyższą od 31 maja 2015 roku. Tak wysoki współczynnik zawdzięczyliśmy widocznym wówczas aż 10 obszarom aktywnym i dodatkowo czterem grupom plam bez oficjalnej numeracji. Sytuacja ta sprawiła, że grudzień stał się 15-tym z rzędu miesiącem przewyższającym oficjalną prognozę, a miesięczna liczba Wolfa za grudzień 2021 (67) będąca najwyższą od października 2015 roku okazała się aż dwukrotnie wyższa, niż prognoza na ten okres sugerowała. Takie wartości liczby Wolfa obserwowane w trakcie Słonecznych Maksimów nie są niczym szczególnym, jednak tutaj mowa o dopiero drugim pełnym roku 25. cyklu słonecznego, gdzie do szczytu aktywności Słońca w tym cyklu zostały jeszcze około 3 lata.

Wykres 2. Liczba dni bez plam w 2021 roku. W czwartym kwartale widoczny pierwszy w tym cyklu przypadek miesiąca (w porządku kalendarzowym) z zerową sumą dni bez plam (listopad). W październiku wystąpił zaledwie 1 dzień z zerową liczbą Wolfa, zaś w grudniu 4 dni. To największy wzrost produkcji plam od pierwszej połowy 2016 roku. Oprac. własne.

Wykres 3. Liczba dni z R=0 w poszczególnych latach po maksimach 24. cyklu aktywności słonecznej i drugim roku 25. cyklu; stan po 2021 roku. Oprac. własne

Wykres 4. Miesiące po maksimach 24. cyklu aktywności słonecznej, podczas których wystąpiły dni z R=0 - stan po 2021 roku. Oprac. własne

Wykres 5. Kwartalne sumy dni z R=0 od początku 2016 roku. Stan po 2021 r. Suma kwartalna za ostatnie 3 miesiące 2021 roku wynosząca jedynie 5 dni z czystą tarczą stanowi o największym wzroście produkcji plam od pięciu lat i może być zapowiedzią wystąpienia zerowej sumy kwartalnej w dowolnym momencie 2022 roku. Oprac. własne.

Wykres 6. Suma obszarów aktywnych w poszczególnych latach 24. cyklu aktywności słonecznej i pierwszych dwóch latach 25. cyklu aktywności słonecznej - stan po roku 2021. W roku 2021 Słońce wyprodukowało 125 grup plam (40 grup w 2020) co stanowi ponad 3-krotne zintensyfikowanie powstawania nowych plam w skali roku i zarazem wyraźnie przewyższającą ilość grup w stosunku do prognozy oficjalnej na ten okres. Oprac. własne.

Rozwinięcie produkcji plam na wspomnianą skalę w obecnym wczesnym etapie cyklu i wyprzedzanie przez Dzienną Gwiazdę oficjalnej prognozy, coraz śmielej każe zastanawiać się nad ewentualnością poważnego niedoszacowania tej prognozy odnośnie intensywności całego cyklu i coraz bardziej zdaje się uprawdopodabniać teorię ogłoszoną w połowie 2021 roku zwaną "termination event" jaką podzielili się Scott McIntosh i Robert Leamon, a którą przytaczałem w tym wpisie.

Skrótowo przypomnę, że zgodnie z tą teorią, oficjalna prognoza 25. cyklu aktywności słonecznej zakładająca podobieństwo do poprzedniego 24. cyklu słonecznego, który okazał się najsłabszym od ponad 100 lat, musiałaby zostać wręcz wywrócona do góry nogami i sprawić - ku uciesze obserwatorów aktywności Słońca i polujących na zorze polarne - że 25. cykl słoneczny okazałby się jednym z najsilniejszych w historii regularnych obserwacji. Po szczegóły odsyłam do wspomnianego tekstu. Czy rzeczywiście dla miłośników tematu sytuacja miałaby się aż tak korzystnie rozwinąć - trudno w tym momencie wyrokować, jednak takie fakty, że już teraz, po zaledwie dwóch latach 25. cyklu słonecznego zdarzają się sytuacje - i to bynajmniej nie jednodniowe, że na tarczy widzimy po 14 grup plam; że dzienne liczby Wolfa wynoszą tyle, ile nie rzadko wynosiły w samym maksimum poprzedniego cyklu, i że miesięczne liczby Wolfa już prawie półtora roku z rzędu są wyraźnie wyższe, niż oficjalna prognoza założyła - mają prawo rozbudzać apetyty.

Wykres 7. Porównanie aktywności na obecnym etapie po IV kwartale 2021 roku względem oficjalnej prognozy. Aktualnie Słońce rozwinęło aktywność do poziomu, który według tej predykcji powinien nadejść dopiero w pierwszej połowie 2023 roku, około 2 lata przed maksimum. Tymczasem praktyka pokazuje, że tak wysoka aktywność plamotwórcza (jak na obecny etap cyklu) występuje w zaledwie już drugim pełnym roku bieżącego cyklu słonecznego, co rodzi poważne nadzieje, że ten cykl okaże się wyraźnie aktywniejszy od poprzedniego. Credit: SWPC/oprac. własne

Obszary aktywne - stan z 22.12.2021 r. Liczba Wolfa na poziomie 147 będąca najwyższą w tym roku była jednocześnie najwyższą od 31 maja 2015 roku. Okres ten przyniósł dwukrotnie większą aktywność plamotwórczą w stosunku do tej, jaka na obecnym etapie cyklu słonecznego sugerowana była przez oficjalne przewidywania NOAA/SWPC. Credit: SDO

Gdyby Dzienna Gwiazda napędzała obecny cykl zgodnie z przyjętą prognozą NOAA/SWPC, to aktywność na skalę zaobserwowaną w ostatnim roku powinniśmy ujrzeć dopiero przed połową 2023 roku - a zatem jak na razie Słońce pokazuje swoje pazurki znacznie bardziej zaostrzone, niż oczekiwano. Na dodatek w ostatnim czasie nastąpiło zniesienie się wzajemne pasm magnetycznych będące ostatecznym wygaszeniem aktywności starego cyklu i zaczątkiem cyklu następnego, co w kontekście wspomnianej wyżej teorii "termination event" McIntosha-Leamona jest kolejnym argumentem za uzasadnionym wśród entuzjastów tematu nabieraniem apetytów na 25. cykl słoneczny na skalę znacznie większą, niż sugerowała oficjalna prognoza, którą Słońce zostawia nadal daleko w tyle. Ta anihilacja (czy mówiąc za twórcami teorii - terminacja) pasm magnetycznych o przeciwnych polaryzacjach następuje zawsze z opóźnieniem w stosunku do produkcji pierwszych plam nowego cyklu - w okresach przejściowych około minimum grupy plam starego i nowego cyklu zawsze się przez pewien czas mieszają, by w końcu regiony aktywne o odwróconych polach magnetycznych definitywnie wyparły plamy przynależące jeszcze do starego cyklu. Ten punkt także już teraz minęliśmy, zatem rozwój bieżącego cyklu powinien stawać się jeszcze wyraźniejszy.

AKTYWNOŚĆ SŁONECZNA I GEOMAGNETYCZNA

Czwarty kwartał 2021 roku był drugim z rzędu, w którym doszło do zjawisk najwyższej energii. Po pierwszym w 25. cyklu aktywności słonecznej rozbłysku klasy X - którego maksimum klasy X1.5 przypadło 3 lipca, nadszedł kolejny rozbłysk klasy X1.0, który wyemitowała grupa plam 2887 w dniu 28 października. Towarzyszył mu koronalny wyrzut masy (CME) uwolniony ze średnią prędkością powyżej 1260 km/sek. (maksymalna wyniosła aż 1838 km/sek.) w kierunku Ziemi. Na skutek tego wydarzenia spodziewana była silna burza magnetyczna kategorii G3, jednak ostatecznie wyrzut znacznie się spóźnił "podróżując" przez przestrzeń zauważalnie wolniej, niż sugerowały zdjęcia z pierwszych godzin po opuszczeniu Słońca, co w połączeniu z niekorzystnymi cechami wiatru w tym CME - na czele ze słabym polem magnetycznym - przełożyło się na jedynie 3-godzinny okres ze słabą burzą magnetyczną kategorii G1. Parafrazując znane przysłowie - z dużej chmury wiatru słonecznego - mały zorzowy deszcz. Druga w tym cyklu "gotowość zorzowa" okazała się zbyt optymistyczną prognozą, jednak na kolejne emocje nie czekaliśmy długo.

1 listopada ta sama grupa plam 2887 schodząc z tarczy wyemitowała rozbłysk klasy M1.5 z koronalnym wyrzutem masy częściowo skierowanym ku Ziemi, a 2 listopada rozbłysk klasy M1.7 ze znacznie rozleglejszym CME typu full-halo. Gotowość zorzowa ponownie stała się obowiązująca dla polskich obserwatorów, jednak temu oczekiwaniu nie towarzyszyły aż tak duże nadzieje co pod koniec października. Pierwotna prognoza zakładająca jedynie słabą burzę magnetyczną kategorii G1 została zaktualizowana do umiarkowanej G2, jednak praktyka pokazała, że do trzech razy sztuka. W noc z 3 na 4 listopada połączenie obydwu CME doprowadziło do zaistnienia silnej burzy magnetycznej kategorii G3 - drugiej w 25. cyklu aktywności słonecznej, ale pierwszej, która zaowocowała alarmem zorzowym dla Polski pokrywając się z nocnymi godzinami w naszym kraju.

Niestety z tej pierwszej po latach posuchy okazji mogli skorzystać jedynie nieliczni w nadmorskich lokalizacjach, ponieważ nad prawie całą Polską zalegało grube zachmurzenie uniemożliwiające jakiekolwiek polowanie na to ulotne zjawisko. Łącznie burza trwała 18 godzin, na co przypadło 9 godzin z kategorią G3 (Kp=7), 6 godzin z kategorią G2 i 3 godziny z kategorią G1. Podczas maksimum burzy w godzinach nocnych już nad Stanami Zjednoczonymi, zorze polarne zdołały tam zejść do bagatela... 39. stopnia szerokości geograficznej północnej, stając się subtelnie rejestrowalnymi z północnych regionów stanu Kalifornia (!). Zdecydowanie mieliśmy więc do czynienia z wydarzeniem pogody kosmicznej, którego nie powstydziłoby się przyzwoite Słoneczne Maksimum, tymczasem to dopiero drugi rok cyklu słonecznego.

Zapis zaburzeń ziemskiego pola magnetycznego za okres 3-4 listopada 2021 r. wywołanych uderzeniem koronalnego wyrzutu masy po rozbłyskach klasy M1.5 i M1.7 z 1-2 listopada. Widocznych 6 epizodów ze stanem burzy magnetycznej, w tym aż 3 z silną burzą magnetyczną kategorii G3 (Kp=7), dwa z umiarkowaną burzą kategorii G2 (Kp=6) i pojedynczy epizod z burzą osłabioną do kategorii G1 (Kp=5). Łącznie burza magnetyczna zachodziła przez 18 godzin i była najsilniejszą jak dotąd z wszystkich burz młodziutkiego 25. cyklu aktywności słonecznej. Dla porównania wcześniejsza silna burza magnetyczna kategorii G3 z 12 maja br. będąca pierwszą takiej kategorii burzą tego cyklu, trwała zaledwie 6 godzin. Credit: SWPC

Oprócz silnej burzy magnetycznej kategorii G3 z 3-4 listopada, ostatni kwartał 2021 roku przyniósł jeszcze jedną umiarkowaną burzę magnetyczną kategorii G2 z 12 października oraz dwie słabe burze magnetyczne kategorii G1 w dniach 10 października i 19 grudnia. Wyprodukowane w tym kwartale grupy plam wyemitowały w sumie poza rozbłyskiem klasy X1.0 z 28 października 18 rozbłysków klasy M. Łącznie w roku 2021 obszary aktywne wygenerowały 31 zjawisk od poziomu klasy M1.0 wzwyż, w tym dwa rozbłyski klasy X. To również bardzo duży postęp na tle roku poprzedniego, w którym najsilniejsze 2 rozbłyski uplasowały się w klasie M4.4 i M1.1. To aż 16-krotne zwielokrotnienie zjawisk silnych lub bardzo silnych w porównaniu do roku 2020.

PODSUMOWANIE I PROGNOZA

Chyba niewielu oczekiwało, że w ciągu zaledwie jednego kwartału wieńczącego 2021 rok tyle się może zdarzyć. Dzienne liczby Wolfa dwukrotnie przewyższające wartości prognozowane na obecny okres, tarcza ozdobiona czternastoma grupami plam na skalę najwyższą od czasów szczytu poprzedniego cyklu, 18 rozbłysków klasy M i kolejny po lipcowym rozbłysk klasy X1.0, druga silna burza magnetyczna kategorii G3 i zaledwie 5 dni bez plam na tarczy - a mówimy o tylko czwartym kwartale.

Patrząc całościowo na rok 2021 zauważyć możemy ogromny skok wszystkich kluczowych elementów cyklu słonecznego: zwiększenie aktywności plamotwórczej objawiające się ponad 3-krotnie niższą ilością dni z czystą tarczą (208 dni w 2020 - 64 dni w 2021); ponad 3-krotne zwielokrotnienie ilości obszarów aktywnych (40 grup w 2020, 125 grup w 2021); 16-krotne zwielokrotnienie ilości silnych rozbłysków (2 rozbłyski klasy M w roku 2020, 29 rozbłysków klasy M (od M1.0 do M4.7) i 2 rozbłyski klasy X (X1.5 i X1.0) w roku 2021); 15 burz magnetycznych (dwie silne kategorii G3, trzy umiarkowane kategorii G2 i dziesięć słabych kategorii G1); wydłużenie pojedynczego okresu ciągłej widoczności plam na tarczy słonecznej do niemal dwóch miesięcy (okres 18.10 do 07.12) i wreszcie utrzymanie od półtora roku znacznie wyższego tempa produkcji plam w porównaniu do wyznaczonej oficjalnej prognozy, to bilans, który mówi sam za siebie.

Oczywiście nie byłby ten bilans niczym szczególnym dla Słonecznego Maksimum, które byłoby w takim wypadku niesłychanie mizerne, jednak przytoczony wynik dotyczy zaledwie drugiego pełnego roku 25. cyklu aktywności słonecznej, raptem dwa lata od najgłębszego uśpienia podczas ostatniego Słonecznego Minimum. Skoro zatem jesteśmy na tak wczesnym etapie fazy rozwojowej cyklu - o wspomnianym bilansie możemy mówić z naprawdę rozbudzonym apetytem na kolejne lata.

W najbliższych miesiącach możemy oczekiwać kontynuacji rozwoju 25. cyklu aktywności słonecznej na skalę wyraźnie przewyższającą predykcję NOAA/SWPC. Czy w dalszym ciągu będzie to przekroczenie tak wyraźne jak w ostatnich miesiącach, a zwłaszcza grudniu, gdy było ono dwukrotne - trudno wyrokować, jednak w świetle ostatnich miesięcy bardziej prawdopodobnym od jakiegoś znaczącego spowolnienia produkcji plam wydaje się wydanie przez NOAA/SWPC nowej, zaktualizowanej prognozy, być może z uwzględnieniem spostrzeżeń McIntosha-Leamona, choć niekoniecznie w aż tak obiecującym tonie. Jeżeli bowiem w zaledwie drugim dopiero roku nowego cyklu widzimy niemal dwukrotnie zwiększoną aktywność słoneczną w stosunku do oficjalnej predykcji, to czegóż się spodziewać dalej w kolejnych latach zbliżających nas do Słonecznego Maksimum. Oczywiście nie jest powiedziane, że Słońce już bez wahań na minus utrzyma dotychczasowe tempo, ale gdy sobie uświadomimy fakt, że w ostatnich tygodniach widzieliśmy aktywność, którą oficjalne przewidywania sugerowały dopiero na pierwszą połowę 2023 roku (wykres 7) wieszcząc słaby cykl na podobieństwo poprzedniego, to banan na twarzy u miłośników obserwacji plam i spragnionych zórz polarnych ma prawo robić się znacznie większy, niż jeszcze rok-dwa wcześniej.

Czy będzie to rok, w którym ani razu nie dojdzie już do oczyszczenia tarczy i wyzerowania liczby Wolfa? Bałbym się postawić taką tezę, nie mniej suma roczna dni bez plam na Słońcu powinna okazać się już bardzo niska, być może mieszcząca się poniżej jednego-dwóch tygodni. Ewentualne okresy wygaszonej do zera produkcji plam powinny być jedynie przerywnikami, częściej za to możemy oczekiwać powstawania plam o rozbudowanej powierzchni zdolnych przetrwać więcej, niż jeden obrót Słońca, aby po dwóch tygodniach wędrówki na niewidocznej półkuli wyłonić się na nowo. W konsekwencji także liczba solidnych rozbłysków klasy M i silnych z klasy X ma szansę w tym roku się podwoić, podobnie jak ilość okresów z burzową pogodą kosmiczną, zwłaszcza w tygodniach bliskich równonocom, w marcu i wrześniu. Pozostaje trzymać kciuki za nasz naturalny reaktor termojądrowy świecący sobie 8 minut świetlnych od nas i mieć nadzieję, że dotychczasowa bardzo obiecująca tendencja rozwoju aktywności słonecznej wyraźnie wyprzedzającej oficjalną prognozę 25. cyklu zostanie podtrzymana.

Autorski komentarz do bieżącej aktywności słonecznej - podstrona Solar Update

Warunki aktywności słonecznej i geomagnetycznej na żywo z objaśnieniami nt. interpretacji danych - podstrona Pogoda kosmiczna

Powiązane:

Prognoza 25. cyklu aktywności słonecznej

25. cykl aktywności słonecznej jednym z najsilniejszych w historii? Termination Event (TE) - nowa zaskakująca teoria

Postęp 25. cyklu aktywności słonecznej: stan po I kwartale 2021, stan po II kwartale 2021, stan po III kwartale 2021 roku

  f    t   Bądź na bieżąco z tekstami, zjawiskami astronomicznymi, alarmami zorzowymi i wszystkim co ważne dla amatora astronomii - dołącz do stałych czytelników bloga na Facebooku, obserwuj blog na Twitterze bądź zapisz się do subskrybentów kwartalnego Newslettera.