Postęp 25. cyklu aktywności słonecznej: stan po I kwartale 2023 roku

Przepraszam, że z wyjątkowo dużym poślizgiem przychodzi tym razem pora na podsumowanie poprzedniego kwartału w temacie aktywności słonecznej i geomagnetycznej, ale kumulacja wydarzeń w ostatnim czasie przerosła moje jako jednoosobowej redakcji możliwości czasowe. Pierwsze miesiące 2023 roku choć podsumowywane jako kwartał - złożyły się na okres, który można by ocenić jako wręcz Słoneczne Maksimum. I choć do rzeczywistego maksimum 25. cyklu słonecznego jeszcze daleka droga to jednak masa wydarzeń, które zafundowała nam Dzienna Gwiazda w pierwszym kwartale 2023 roku była dobrym pokazem tego wszystkiego, na co możemy liczyć wraz z nadejściem szczytu aktywności słonecznej. Od rozpoczęcia cyklu jeszcze nigdy pojedynczy kwartał nie okazał się tak imponujący w zakresie aktywności plamotwórczej, rozbłyskowej i geomagnetycznej co I kwartał 2023 roku, na opracowanie którego niniejszym dziś zapraszam.

Już spoglądając pobieżnie na tło powyższej grafiki tytułowej możecie dostrzec coś niezwykłego i co może być początkiem bardzo wyraźnego uwiarygadniania teorii o możliwości jednego z intensywniejszych cykli słonecznych przytoczonej na blogu dwa lata temu, ale żeby nie uprzedzać faktów wszystko po kolei.

W styczniu 2023 średnia liczba Wolfa wyniosła 143,6 i była najwyższą od lutego 2014 roku. W skali miesiąca od 9 lat nie notowaliśmy takiej aktywności plamotwórczej, co w tegorocznym styczniu, tymczasem oficjalna prognoza cyklu na ten okres sugerowała wartość średniej R na poziomie 63,4 z marginesem błędu 38,6-91,9. Widzimy zatem, że Słońce na pierwszy miesiąc 2023 roku przekroczyło prognozowaną produkcję plam o grubo ponad 100% - dokładnie o 126% powyżej prognozy. Mało tego: w żadnym punkcie 25. cyklu - nawet na okres Słonecznego Maksimum - prognozy nie przewidywały takich wartości R w skali miesiąca, styczeń 2023 jest więc pierwszym - i prawdopodobnie nie ostatnim miesiącem, który wykracza poza nie tylko krzywą prognozowaną na ten cykl, ale nawet poza zakres błędu prognozy.

Po lewej: średnie miesięczne liczby Wolfa w roku 2023 - stan po I kwartale. Oprac. własne. Po środku: kwartalne sumy dni z R=0 w ostatnich latach - stan po I kwartale 2023 roku. Oprac. własne. Po prawej: najwyższa jak dotychczas dzienna liczba Wolfa 25. cyklu aktywności słonecznej wyniosła 209 i przypadła 11 lutego 2023 roku. Credit: SDO

Najwyższe liczby Wolfa (i to jako średnie miesięczne) na poziomie 115 sugerowane w oficjalnej prognozie na połowę 2025 roku i czas Słonecznego Maksimum zostały więc już teraz przekroczone o 28 - tymczasem od początków maksymalnej aktywności słonecznej w tym cyklu wciąż dzielą nas prawie 2 lata przy założeniu, że czas maksimum oficjalna prognoza oceniła właściwie. 10 stycznia dzienna liczba Wolfa osiągnęła wartość 200 stając się nowym rekordem bieżącego cyklu. Równie ciekawie rysuje się miesięczny poziom promieniowania radiowego rejestrowanego na długości 10,7 cm (2800 MHz) - w styczniu wyniósł on 182,47 s.f.u. (jednostek strumienia słonecznego) osiągając najwyższy poziom od sierpnia 2002 roku - gdy trwało intensywne maksimum 23. cyklu aktywności słonecznej. Prognoza promieniowania radiowego na styczeń 2023 sugerowała 100,4 s.f.u, więc i tu widać znaczne, o ponad 80% przekroczenie oczekiwań. 

W lutym aktywność plamotwórcza znacznie opadła, ale trudno też oczekiwać, by na obecnym etapie cyklu coś takiego co Słońce zaprezentowało w styczniu okazało się nową normą podtrzymywaną każdego miesiąca i pogłębianą aż do maksimum, bo za 2-3 lata musiałoby to nas doprowadzić do niebotycznych rekordowych wartości w historii pomiarów. Najkrótszy miesiąc roku i tak mimo osłabnięcia produkcji plam znacznie przewyższył prognozę na ten okres i dał średnią liczbę Wolfa w skali miesiąca na poziomie R=110,9. Prognoza na luty na poziomie 66,3 została zatem przekroczona o ponad 67%. Mimo mniejszej ilości plam, aktywność radiowa niewiele opadła i dała średni wynik na poziomie 102,2 s.f.u, stanowiący drugi najwyższy wynik po styczniu 2023. Obie te wartości s.f.u. są wyższe od wszystkich średnich miesięcznych z całego poprzedniego 24. cyklu aktywności słonecznej (2008-2019) i o ile ten trend się utrzyma, mają szanse przybliżyć nas do standardów znanych z intensywnego maksimum 23. cyklu słonecznego.

Marzec 2023 domykający I kwartał przyniósł nam średnią miesięczną liczbę Wolfa na poziomie 122,6 wobec 69,1 prognozowanej na ten okres, co stanowi przekroczenie oczekiwań o ponad 77%. Poziom promieniowania radiowego na długości 10,7 cm wyniósł 157,53 s.f.u. i był trzecią najwyższą wartością w tym cyklu, zaraz po styczniu i lutym. W tym względzie widać więc, że cały I kwartał miesiąc po miesiącu zagarnął dla siebie całe podium, natomiast by to samo napisać w odniesieniu do aktywności plamotwórczej - zabrakło nieco plam w lutym, który ustępuje miejsca grudniowi 2022 (R=112,8) na podium miesięcy o najwyższej średniej liczbie Wolfa. W zamian za to luty 2023 jest na tę chwilę miesiącem, w którym zanotowaliśmy najwyższą dzienną liczbę Wolfa - padła ona 11 lutego wynosząc R=209 i bijąc o 9 plam nowy rekord cyklu zaledwie miesiąc po poprzednim z 10 stycznia. Rzecz jasna, w żadnym dniu I kwartału nie nastąpiło oczyszczenie tarczy z plam - był to trzeci taki kwartał z rzędu i o ile w trwającym II kwartale wyzerowanie liczby Wolfa nie nastąpi, z początkiem lipca będziemy mogli mówić o pełnym roku z widocznością plam.

Po lewej: Postęp 25. cyklu aktywności słonecznej w szerokiej perspektywie z porównaniem do poprzedniego 24. cyklu - stan po I kwartale 2023 roku. Już na obecnym etapie 25. cyklu aktywność plamotwórcza bywa porównywalna z maksymalną w poprzednim cyklu - co nie musi oznaczać rychłego maksimum, ale jego zauważalnie wyższą intensywność gdy już nadejdzie w prognozowanym czasie. Credits: SWPC/NOAA. Po środku: Postęp 25. cyklu aktywności słonecznej w szczegółowym ujęciu wyłącznie bieżącego cyklu. Widoczna coraz wyższa rozbieżność z oficjalną prognozą oraz po raz pierwszy przekroczenie średniej miesięcznej liczby Wolfa nawet powyżej maksymalnej prognozowanej na połowę dekady w ramach Słonecznego Maksimum. Credit: SWPC/NOAA. Po prawej: Postęp cyklu słonecznego na podstawie strumienia promieniowania radiowego 10,7 cm (2800 MHz). Już na obecnym etapie cyklu aktywność radiowa Słońca jest wyższa, niż była w którymkolwiek momencie 24. cyklu słonecznego i porównywalna z rokiem 2002, gdy trwało maksimum 23. cyklu. Credit: SWPC/NOAA

AKTYWNOŚĆ SŁONECZNA i GEOMAGNETYCZNA

Wraz ze znacznym przyspieszeniem produkcji plam wzrosła zauważalnie aktywność rozbłyskowa Słońca. Tylko w pierwszym kwartale 2023 roku zaobserwowaliśmy 7 rozbłysków klasy X - a więc dokładnie tyle, ile przez cały 2022 rok. Już sam ten fakt dobitnie pokazuje co się dzieje w temacie od początku roku, a mówimy o zjawiskach najwyższej energii. Jednocześnie mamy już 16 rozbłysków klasy X od początku 25. cyklu aktywności słonecznej (liczonego od grudnia 2019 roku), z czego najsilniejszymi zjawiskami w tym roku były rozbłyski klasy X2.2 z 17 lutego, X2.0 z 3 marca i X1.9 z 9 stycznia. Są to jednak zjawiska rejestrowane tylko na półkuli słonecznej widocznej z perspektywy Ziemi - co dzieje się po drugiej stronie w trackie około dwutygodniowej wędrówki plam przez niedostrzegalną część Dziennej Gwiazdy jest odrębną kwestią, a że dzieje się tam nie rzadko równie wiele co po wystawionej ku Ziemi stronie Słońca świadczą często obrazy z koronografów pokazujące liczne koronalne wyrzuty masy uwalniane w przeciwnym niż ku Ziemi kierunku.

Najciekawszym takim przykładem jest i długo zapewne pozostanie koronalny wyrzut masy full-halo zaobserwowany na zdjęciach z koronografu LASCO sondy SOHO 13 marca 2023 roku. Było to zdarzenie, które w przypadku ewentualnego skierowania ku Ziemi miałoby potencjał przynieść nam nie tylko "zwykłą" burzę magnetyczną kategorii G5 po raz pierwszy od 18 lat, ale coś znacznie poważniejszego: być może na miarę zdarzenia Carringtona. Koronalny wyrzut masy uzyskał status "ER" (z ang. extremely rare) - będąc wydarzeniem ekstremalnie rzadkim, został wyrzucony w przestrzeń kosmiczną z prędkością przekraczającą 3000 km/sek. Statystycznie CME typu ER trafiają się raz na dekadę lub rzadziej, więc prawdopodobnie są bardzo nikłe szanse, aby porównywalnie szybki wyrzut zaistniał kolejny raz w tym cyklu. W przypadku wystąpienia takiego CME jak omawiane, ale po dostrzegalnej z naszej perspektywy stronie Słońca, przy średniej odległości Ziemi od Dziennej Gwiazdy zaokrąglonej do 150 mln km, uderzenie CME nastąpiłoby już w około 14 godzin od wyrzucenia w przestrzeń. Fakt, że ER-CME minął tym razem Ziemię nie znaczy, że I kwartał oszczędził naszą planetę w kwestii bombardowania wyrzutami koronalnymi - arsenał wytoczony Ziemi okazał się już całkiem solidny.

Po lewej: rozbłysk klasy X2.2 z 17.02.2023 r. - najsilniejszy jak dotąd w 2023 roku i zarazem w 25. cyklu aktywności słonecznej, w długości fali 131 angstremów. Zjawisko pozostało bez wpływu na aktywność geomagnetyczną i wywołało jedynie silny blackout radiowy poziomu R3 na osłonecznionej półkuli trwający około kilkadziesiąt minut. Credit: SDO. Po prawej: koronalny wyrzut masy full-halo typu ER - ekstremalnie rzadki, uwolniony z prędkością ponad 3000 km/sek. po niewidocznej z Ziemi półkuli Słońca. Do zdarzenia doszło 13 marca 2023 r. najpewniej na skutek bardzo silnego rozbłysku klasy X, sam zaś ER-CME stanowi przypadek zdarzenia statystycznie występującego nie częściej niż raz na dekadę. Credit: SOHO/LASCO.

W pierwszym kwartale 2023 roku doszło do siedmiu burz magnetycznych. Słaba burza magnetyczna kategorii G1 wystąpiła 4-krotnie: 4 i 15 stycznia, 15-16 lutego i 30 marca. Prócz tego zaobserwowaliśmy po jednej umiarkowanej burzy magnetycznej kategorii G2 (15 marca), jednej silnej kategorii G3 (26-28 lutego) i wreszcie jednej ciężkiej kategorii G4 (23-24 marca) będącej pierwszą burzą takiej aktywności w 25. cyklu słonecznym. Przynajmniej podczas trzech wymienionych burz zasięg widoczności zorzy polarnej poszerzył się nad Polskę: w umiarkowanej burzy kategorii G2 z połowy marca, silnej burzy kategorii G3 z końca lutego i ciężkiej kategorii G4 z 23-24 marca. Wszystkie z tych burz i wystąpień zorzy polarnej nad Polską były efektem uderzeń koronalnych wyrzutów masy - w przypadku ostatniej z nich z prawdopodobnym udziałem strumienia wysokiej prędkości z dziury koronalnej i następowały w następstwie stosownej aktywności rozbłyskowej lub zdarzeń eruptywnych niezwiązanych z emisją rozbłysków, jak erupcjami protuberancji. Wśród zdarzeń przyczynowych wyraźnie dominować zaczęły zjawiska charakterystyczne dla okresów wzmożonej aktywności słonecznej.

Zapis danych wiatru słonecznego od 1 stycznia do 31 marca 2023 r. rejestrowanych przez sondę DSCOVR. Okresy z burzami magnetycznymi zostały oznaczone na osi czasu u dołu wykresu. Z kwartalnego zestawienia danych widzimy, że prędkość wiatru napływającego na Ziemię przeważnie utrzymywała się w interwale 400-600 km/sek., a najwyższe skoki do nieco ponad 800 km/sek. zanotowane zostały podczas silnej burzy magnetycznej kategorii G3 z 26-28 lutego. Gęstość wiatru w przeważającym okresie I kwartału plasowała się poniżej 10 protonów/cm³, wystąpiło też 5 okresów o bardzo niskiej gęstości poniżej 1 protona/cm³. Siła pola magnetycznego wiatru słonecznego zawierająca się przeważnie na poziomie 5-10nT dla spokojnego okresu została zwiększona w sposób wyraźny 7-krotnie w okresach burzowych, najbardziej znacząco podczas ciężkiej burzy magnetycznej kategorii G4 23-24 marca, czemu towarzyszyło wyraźne i stabilne południowe skierowanie pola magnetycznego pozwalające rozwinąć tak znacząco aktywność burzy. Credit: DSCOVR/SWPC, oprac. własne.

Znaczny wzrost aktywności rozbłyskowej przejawił się nie tylko w wyszczególnionych już zjawiskach najwyższej energii, ale też nieco słabszych choć wciąż istotnych z perspektywy aktywności geomagnetycznej czy komunikacji radiowej/GPS rozbłysków klasy M. W styczniu wystąpiło ich 39; w lutym 49, w marcu 19. W sumie - 107 rozbłysków klasy M + 7 wspomnianych wyżej rozbłysków klasy X . Suma kwartalna za pierwsze 3 miesiące 2023 roku stanowi w ilości rozbłysków klasy M 60% ilości takich zjawisk w całym 2022 roku (178) - gdyby takie tempo zostało podtrzymane (co nie wydaje się zbyt realne, o czym świadczy choćby marzec) roczna suma rozbłysków klasy M mogłaby przekroczyć 400 takich zjawisk.

PODSUMOWANIE i PROGNOZA

Z przytoczonych statystyk można skwitować I kwartał 2023 roku jako "Słoneczne Maksimum w wersji mikro" - rozciągniętej na okres jedynie 3 miesięcy, podczas gdy realny szczyt cyklu w "skali makro" to zazwyczaj około 2 do 3 lat porównywalnie wysokiej aktywności, często przynoszącej po dwa wyraźniejsze szczyty odseparowane od siebie niewielkim uspokojeniem. Cały ten okres pierwszego kwartału pomimo pewnych wahań wspomnianych w pierwszej części tekstu stanowi dobry przykład, czego możemy oczekiwać wraz z nadejściem realnego maksimum aktywności słonecznej. Od rozpoczęcia 25. cyklu w grudniu 2019 roku żaden pojedynczy kwartał nie obfitował w tak znaczną aktywność plamotwórzczą, tak wyraźną aktywność rozbłyskową i tak silne wzrosty aktywności geomagnetycznej, jakie zanotowaliśmy przede wszystkim 26-28 lutego i 23-24 marca. Po raz pierwszy liczba Wolfa - nie w skali dziennej, ale nawet jako uśredniona z całego miesiąca - przyniosła wartości znacznie wyższe, od najwyższych prognozowanych na okres Słonecznego Maksimum w połowie 2025 roku. Marzec 2023 stał się tym samym 30. miesiącem z rzędu, który przewyższa oczekiwania wynikające z oficjalnej prognozy 25. cyklu na obecnym etapie jego fazy wzrostowej.

Wobec tendencji zaobserwowanej w styczniu zaczynają przejawiać się głosy mówiące o możliwości szybszego nadejścia Słonecznego Maksimum. Zdaniem Scotta McIntosha, fizyka Słońca z Uniwersytetu Maryland w Baltimore w Stanach Zjednoczonych, współautora teorii "termination event (TE)" zakładającej, że bieżący cykl słoneczny okaże się jednym z najbardziej intensywnych w ciągu dokonywania regularnych pomiarów, maksimum 25. cyklu może nadejść pod koniec 2023 roku lub do połowy 2024 roku dając średnie miesięczne liczby Wolfa na poziomie R=184 (+/-63). Uczyniłoby to z okresu najwyższej aktywności 25. cykl wyraźnie intensywniejszy od najsłabszego w ciągu stulecia 24. cyklu, który przyniósł dwa szczyty - pod koniec 2011 roku i w pierwszych miesiącach 2014 roku.

Przewidywania te McIntosh oparł na swojej i Leamona pracy dotyczącej teorii TE. Ta prognoza jest o tyle realna, że zgadza się z procesem już obserwowanym, a dotyczącym stopniowej zamiany biegunów słonecznych dokonującej się w każdym ~11-letnim cyklu słonecznym na około 6 do 12 miesięcy przed rozpoczęciem rzeczywistego maksimum. Pola magnetyczne w pobliżu biegunów Słońca słabną, zanikają i ponownie rosną w przeciwnym kierunku. To tak jakby wyjąć z lodówki czy szafki magnes sztabkowy ustawiony pionowo +/-, odwrócić go do góry nogami i włożyć z powrotem - z tym, że w tym wypadku ten magnes sztabkowy jest tak duży jak nasze Słońce. Proces odwrócenia polaryzacji przebiega stopniowo, a w momencie, w którym się ona dokonuje, Słoneczne Maksimum z najwyższymi dziennymi i średnimi miesięcznymi liczbami Wolfa nadchodzi po czasie od 6 miesięcy do roku. Także w obserwacji plam widzimy za każdym razem ten proces po odwróconej ich polaryzacji, która zmienia się wraz ze szczytem cyklu i wejściem w jego drugą połowę - póki co jednak wiele regionów aktywnych o odwrotnej polaryzacji jeszcze w tym cyklu nie obserwowaliśmy. Według McIntosha biegunowe pola magnetyczne Słońca osiągną punkt zerowy w ciągu nie więcej niż kilku miesięcy. Gdyby tak się stało, mogłoby to uprawdopodabniać hipotezę o nadejściu początku Słonecznego Maksimum między końcem roku 2023 a połową 2024 roku.

Po lewej: obserwowana siła pola magnetycznego na biegunach Słońca - stan po I kwartale 2023 roku. Widoczna malejąca siła i zbliżanie do punktu zerowego, po którym oba bieguny zamienią się miejscami (czerwony - północny, niebieski - południowy) co zwykle poprzedza nadejście Słonecznego Maksimum o około 6-12 miesięcy. O ile to wyzerowanie pól i ich zamiana nastąpi w przeciągu kilku najbliższych miesięcy, okres najwyższej aktywności Słońca w 25. cyklu może nadejść między końcówką roku 2023 a połową 2024, ponad rok przed oficjalną prognozą. Credit: Scott McIntosh. Po prawej: Kilka scenariuszy na 25. cykl aktywności słonecznej. Krzywa niebieska obrazuje oficjalną prognozę NOOA/NASA/ISES, którą Słońce od prawie samego początku cyklu znacznie wyprzedza. Rzeczywista aktywność plamotwórcza (dzienne liczby Wolfa) zobrazowana jest barwą zieloną. Czarna krzywa pośrodku zielonych pól to obserwowane średnie miesięczne liczby Wolfa. Krzywa czerwona to prognoza aktywności słonecznej według założeń McIntosha, dla TE obserwowanego w grudniu 2021 roku, znacznie lepiej pokrywająca się z rzeczywistymi dziennymi i miesięcznymi liczbami Wolfa. Dalsze sprawdzanie się tej prognozy może zaowocować Słonecznym Maksimum i ogólnie całym 25. cyklem dość zbieżnym z intensywnym 23. cyklem, którego maksimum nadeszło w roku 2001 i trwało do końca 2003 roku. Credit: Scott McIntosh. 

Sprawdzenie się takiego założenia oznaczałoby nadejście maksymalnej aktywności słonecznej o ponad rok wcześniej, niż sugeruje to oficjalna prognoza SWPC/NOAA sprzed kilku lat, ale która też od niemal samego początku cyklu zostaje daleko w tyle za znacznie aktywniejszą produkcją plam i towarzyszących im zjawisk. Możliwe jednak, że okaże się ten scenariusz znacznie bliższy prawdzie - od początku cyklu obserwowane dzienne i średnie miesięczne liczby Wolfa dobrze pokrywają się z teorią McIntosha (drugi powyższy wykres i nakładanie się wartości z zielonych pól na czerwone-prognozowane wg jego założeń), a ewentualne podtrzymanie takiego trendu może nam przynieść Słoneczne Maksimum o intensywności podobnej lub w pewnym stopniu słabszej od silnego szczytu 23. cyklu, który nadszedł w roku 2001 i po niewielkim wyhamowaniu w 2002 dał drugi szczyt do końca 2003 roku (w jego ramach czasowych doszło do wspominanych na tym blogu wydarzeń przełomu października i listopada 2003).

Bez względu kiedy rzeczywiście Dzienna Gwiazda postanowi rozpocząć swoje kolejne Słoneczne Maksimum, wydaje się przesądzone, że okaże się ono znacznie solidniejsze od oficjalnych oczekiwań heliofizyków i stanowiące niezwykle przyjemną odmianę i rekompensatę dla amatorów obserwacji plam i zórz polarnych po nadzwyczaj mizernym 24. cyklu z lat 2008-2019. Gdy dodatkowo dotychczasową produkcję plam umieścimy w kontekście zjawisk im towarzyszących, na czele z aktywnością rozbłyskową i burzami magnetycznymi, zwłaszcza po ostatniej z 23-24 kwietnia, ale nie tylko niej, możemy być pewni, że w kolejnych miesiącach i co najmniej 2-3 latach nudzić się z pewnością nie będziemy.

Autorski komentarz do bieżącej aktywności słonecznej dostępny na podstronie Solar Update

Warunki aktywności słonecznej i geomagnetycznej na żywo wraz z objaśnieniami nt. interpretacji danych dostępne na bieżąco na podstronie Pogoda kosmiczna

Powiązane:

Prognoza 25. cyklu aktywności słonecznej

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

Postęp 25. cyklu aktywności słonecznej: stan po IV kwartale 2022 roku

  f    t    yt   Bądź na bieżąco z tekstami, zapowiedziami, alarmami zorzowymi i wiele więcej - dołącz do stałych czytelników bloga na Facebooku, obserwuj blog na Twitterze, subskrybuj materiały na kanale YouTube lub zapisz się do Newslettera.

Oprac. własne w oparciu o SWPC, SIDC, SWA.