20 lat od najsilniejszych (jak dotąd) burz magnetycznych kategorii G5 w XXI wieku: wspomnienie i perspektywy na powtórkę wydarzeń

W temacie Słońca koniec października i początek listopada jak zwykle przywołuje na myśl wspomnienia z 2003 roku, gdy kończył się drugi szczyt 23. cyklu aktywności słonecznej. Tym razem szczególnie warto kolejny raz wybrać się w podróż do przeszłości, a to za sprawą kolejnej okrągłej rocznicy tamtych wydarzeń. Przed dekadą przypomniałem je w cyklu tekstów specjalnie przygotowanych w 10 lat po fakcie, a dziś - po kolejnych dziesięciu latach warto zerknąć na dokonania Słońca w ostatnim czasie by sprawdzić ile razy i w trakcie których wydarzeń mieliśmy największą szansę na powtórkę z rozrywki. Warto to dziś uczynić tym bardziej, że z upływem czasu zyskaliśmy inną perspektywę od tej, jaką mieliśmy w roku 2013 gdy wspomniany specjalny cykl tekstów się na blogu ukazał.

Czytelnicy, którzy w roku 2013 jeszcze bloga nie śledzili być może nie znają szczegółów wydarzeń, których 20. rocznicę w obecnym czasie obchodzimy. Pokrótce więc przypomnę ogólny zarys, a kto będzie zainteresowany detalami ten je odnajdzie w czterech osobnych artykułach napisanych na dziesięciolecie wydarzeń.

28 października 2003 roku do centrum tarczy zbliżył się uformowany w poprzednich dniach obszar aktywny AR486. Tamtego dnia wykorzystał on swój potencjał na kilka godzin przed osiągnięciem idealnie centralnego położenia na tarczy słonecznej, wytwarzając o godz. 12:10 CET jedno z najsilniejszych kiedykolwiek zarejestrowanych zjawisk. Doszło w nim do rozbłysku klasy X17.2, który natychmiastowo spowodował na osłonecznionej półkuli Ziemi blackout radiowy poziomu R4 trwający blisko dwie godziny oraz niemal natychmiastową silną burzę radiacyjną poziomu S3 - jej efekty objawiły się wielorako: obrazy z sond kosmicznych stały się niezwykle zaszumione w efekcie doświadczania bombardowania wysokoenergetycznymi cząsteczkami, część satelitów przeszła w stan uśpienia, niektóre celowo zostały wyłączone, a trasy rejsów samolotów pasażerskich za kołem polarnym zostały zmodyfikowane tak, by piloci i pasażerowie ominęli najwyższe szerokości geograficzne dla uniknięcia wystawienia organizmów na zwiększoną dawkę promieniowania, bo tam na jego przenikanie atmosfera ziemska jest podatna znacznie bardziej, niż w innych obszarach kuli ziemskiej.

Przede wszystkim jednak rozbłysk uwolnił niezwykle energetyczny koronalny wyrzut masy (CME) typu full-halo o prędkości erupcji powyżej 2125 km/sek., który to CME z racji uwolnienia z grupy plam w centrum tarczy słonecznej został skierowany bezpośrednio ku Ziemi. Uderzył w naszą planetę już nazajutrz z prawdziwym impetem po 19 godzinach od opuszczenia Słońca, natychmiastowo powodując ekstremalną burzę magnetyczną kategorii G5 i przynosząc zorze polarne na szerokościach tropikalnych. W efekcie uderzenia zanotowaliśmy wtedy jedne z najwyższych prędkości wiatru słonecznego napierającego na Ziemię, przekraczające 1850 km/sek., krótkotrwale podchodzące pod 2000 km/sek., co więcej działo się to przy dominacji korzystnego południowego skierowania pola magnetycznego wiatru mimo, że nie wykorzystywał on w pełni dostępnego potencjału (Bt), który zwiększył się do 66nT (Bz początkowo jedynie -34nT, by później opaść do -50nT i utrzymywać się w okolicach -40, -50nT przez większość kolejnej doby). Wszystko przy gęstości wiatru oscylującej w pobliżu 100 protonów/cm³, zwiększającym intensywność dostrzegalnych zórz na rzadko spotykaną skalę.

Gdyby tego było mało, wraz z zainicjowaniem 29 października ekstremalnej burzy magnetycznej kategorii G5, region aktywny 486 wytworzył kolejny silny rozbłysk klasy X10.0, powodujący kolejny blackout radiowy na osłonecznionej części Ziemi (poziom R4), uwalniając następną burzę protonów (aktywność dotychczasowej S3 wzrosła do ciężkiej S4) i po raz kolejny wyrzucony został dynamiczny CME full-halo o ponownie bezpośrednim skierowaniu ku Ziemi za sprawą jeszcze lepszej pozycji regionu 486 na tarczy względem dnia poprzedniego. Wyrzut koronalny ponownie został uwolniony z ogromną prędkością, tym razem oscylującą w okolicy 1950 km/sek. i dotarł do Ziemi na następny dzień (30 października) - tak jak poprzednik potrzebował zaledwie około 19 godzin od erupcji by uderzyć w magnetosferę.

Po lewej: tarcza słoneczna - stan z 29.10.2003 r. Sprawca najsilniejszych burz tego okresu oraz kilku najintensywniejszych rozbłysków w historii obserwacji - region aktywny AR486. Ta grupa plam była doskonale widoczna gołym okiem przez sam filtr słoneczny; podobnie AR488. Credit: SOHO. Po prawej: rozbłysk klasy X17.2 z obszaru 486 w dniu 28.10.2003 r. zarejestrowany w skrajnym ultrafiolecie. Credit: SOHO.

Gdy burza wywołana pierwszym uderzeniem nieco wytraciła aktywność, uderzenie drugiego CME momentalnie podwoiło wytracone do "zaledwie" 22nT natężenie pola magnetycznego przynosząc wzrost Bt do nieco ponad 40nT, a skierowanie pola (Bz) praktycznie w całości wykorzystywało ten imponujący potencjał utrzymując się długotrwale w pobliżu -40nT. W maksimum notowana przez sondę ACE prędkość wiatru nacierającego na Ziemię dochodziła do 2000 km/sek., przez ponad 6 godzin przekraczała 1500 km/sek., a łącznie ponad 30 godzin nie schodziła poniżej 1000 km/sek. W efekcie burzowe warunki zostały podtrzymane i natychmiastowo została wznowiona burza magnetyczna kategorii G5, a zorze polarne uwidaczniały się nawet na szerokościach okołozwrotnikowych.

Na umiarkowanych szerokościach geograficznych bywały widoczne nieuzbrojonym okiem nawet w silnie zaświetlonych miastach, m.in. we Wiedniu już wtedy stanowiącym ponad półtora milionową aglomerację. Wiele relacji spłynęło znad Zatoki Meksykańskiej, Florydy i państw Ameryki Środkowej. Zjawisko osiągnęło wymiar globalny, zaś aktywność geomagnetyczna napędzona do maksymalnego w skali poziomu podtrzymała burzę łącznie przez 60 godzin bez okresów przerwy nawet, gdy występowały okresowe przejścia jednego z głównych parametrów wiatru słonecznego - kierunku pola magnetycznego na północny. Aktywność geomagnetyczna rozpędzona do końca skali sprawiła, że te chwilowe wahania nie były w stanie burzy przerwać - jedynie krótkotrwale obniżały jej siłę do kategorii G1, ale nie był to koniec wrażeń.

Po lewej: 3 kolejne obrazy z koronografu LASCO C3 z 29.10.2003 r. z godz. 21:19, 22:18 i 23:18 UTC ukazujące dwojaką naturę koronalnego wyrzutu masy uwolnionego w efekcie rozbłysku klasy X10: niesamowitą prędkość wyrzucenia (po dwóch godzinach jego rozpiętość kątowa dociera prawie do krawędzi pola widzenia C3, które wynosi 15 stopni) oraz towarzyszącą mu burzę protonów bombardujących matrycę koronografu - co prowadzi do ciężkiej burzy radiacyjnej poziomu S4 i takiego zaszumienia obrazów, że niemal niemożliwym staje się ujrzenie CME wśród zakłóceń. Uwolniony CME posiada strukturę full-halo - został skierowany idealnie w stronę Ziemi. Credit: SOHO. Po środku: jasna czerwona zorza polarna nad liczącym półtora miliona mieszkańców Wiedniem w Austrii, z silnie zaświetlonym niebem podczas ekstremalnej burzy magnetycznej kategorii G5 z 29-31.10.2003 r. Credit: Othmar Seidner. Po prawej: "wybuch" purpurowego nieba w strefie tropikalnej - jasna zorza polarna na całym firmamencie nad Orlando na Florydzie, 5 stopni od Zwrotnika Raka podczas ekstremalnej burzy magnetycznej kategorii G5 z 29-31.10.2003 r. Credit: Paul Gardner.

2 listopada obszar 486 wygenerował kolejny silny rozbłysk klasy X8.3 połączony z silną burzą radiacyjną poziomu S3 i koronalnym wyrzutem masy częściowo skierowanym ku Ziemi. Trzeci CME dotarł do Ziemi po dwóch dobach i uderzając w nas 4 listopada wywołał silną burzę magnetyczną kategorii G3, która potrwała tylko 6 godzin. Mimo to przyniosła ponownie zorze polarne nad umiarkowane szerokości geograficzne, które wystąpiły tak daleko od biegunów trzeci raz w przeciągu mniej, niż jednego tygodnia. Choć dziś bardzo nas taka silna burza G3 każdrorazowo cieszy, ponieważ jest pierwszą w skali kategorią aktywności geomagnetycznej dającą gwarancję obecności zórz polarnych nad Polską, to wówczas na tle nieprzerwanej blisko 3-dobowej burzy kategorii G5 okazała się ona prawie pomijalną drobnostką.

Ważną do odnotowania wisienką na torcie - tym razem jednak bez wpływu na aktywność geomagnetyczną - był najsilniejszy rozbłysk zarejestrowany w nowożytności - mający miejsce krótko po zakończeniu się burzy magnetycznej kategorii G5. Region 486 w tydzień po rozbłyskach klasy X17.2 i X10 schodził już z tarczy słonecznej i właśnie wtedy, 4 listopada 2003 roku wytworzył rozbłysk klasy X28+. Plus oznacza w tym wypadku niemożność dokładnego ustalenia poziomu emisji rentgenowskiej, jaka wtedy zaistniała, ponieważ w trakcie zjawiska rozbłysk "przepalił" matryce sondy SOHO i jego energia po dobiciu do klasy X28 przestała być możliwa do mierzenia wykraczając poza skalę - według niektórych szacunków maksimum oscylowało na poziomie strumienia rentgenowskiego równoważnego z rozbłyskiem klasy X45.

  

Po lewej: globalny indeks zaburzeń ziemskiego pola magnetycznego w okresie od 29.10 do 01.11.2003 r. Od 20 lat nie powtórzyła się sytuacja ze wzrostem indeksu Kp do 9 w 9-cio stopniowej skali w burzy na tak wydłużoną w czasie skalę, rozciągniętą na ponad dwie doby. Burza z końca października 2003 roku od wybuchu do wygaśnięcia trwała nieprzerwanie 60 godzin, przynosząc globalnie widoczne zorze polarne przez dwie noce z rzędu - gdy wytracała siłę po uderzeniu pierwszego z CME z rozbłysku klasy X17.2 z 28.10 przez przejście skierowania pola magnetycznego wiatru słonecznego na północne obniżając siłę do kategorii G1, w Ziemię uderzył drugi CME z rozbłysku klasy X10 z 29.10 - po czym burza powróciła do najwyższej aktywności w oficjalnej skali. Była to ostatnia jak dotąd tak długotrwała burza najwyższej kategorii - późniejsze z lat 2004-2005 miały charakter zdecydowanie bardziej przejściowy. Credit: NOAA/SWPC. Po prawej: super-rozbłysk klasy X28.0+ zarejestrowany za krawędzią południowo-zachodnią w regionie aktywnym 486 - najsilniejsze tego typu zjawisko w nowożytnej historii obserwacji Słońca. Rozbłysk był na tyle intensywny, że przeciążył instrument rejestrujący Słońce w paśmie rentgenowskim; według niektórych szacunków maksimum odpowiadało rozbłyskowi klasy X45. Credit: SOHO.

Nie bez kozery rozbłysk z 4 listopada 2003 roku zyskał miano super-rozbłysku, stając się zjawiskiem nieporównywalnym z jakimkolwiek wcześniejszym i późniejszym rozbłyskiem w trakcie prowadzenia regularnych obserwacji i pomiarów. Pomimo, że grupa plam 486 była już nieco za zachodnią krawędzią tarczy słonecznej, rozbłysk był tak intensywny, że uwolniona w nim burza protonów i tak zdołała częściowo osiągnąć Ziemię, wywołując umiarkowaną burzę radiacyjną poziomu S2. Zjawisku towarzyszył także kolejny, trzeci już tak energetycznie uwolniony wyrzut koronalny, ale tym razem już w całości był on wyrzucony na zachód od linii Słońce-Ziemia nie dając szans na powtórkę emocji sprzed kilku dni.

Tyle w ogólnym zarysie, zaś szczegółowe podsumowanie tamtych wydarzeń w specjalnym cyklu tekstów dostępnych pod poniższymi linkami:

• Intensywna aktywność słoneczna 2003: 10. rocznica wydarzeń (1/4) - 28.10.03
• Intensywna aktywność słoneczna 2003: 10. rocznica wydarzeń (2/4) - 29.10.03
• Intensywna aktywność słoneczna 2003: 10. rocznica wydarzeń (3/4) - 30/31.10.03
• Intensywna aktywność słoneczna 2003: 10. rocznica wydarzeń (4/4) - 04.11.03

Bilans w szacowaniu szans na powtórkę

LISTOPAD 2013: Perspektywa 10-letnia

Sprawdźmy teraz w jakiej sytuacji byliśmy w 2013 roku, w 10. rocznicę przytoczonych wydarzeń. Miniony 24. cykl aktywności słonecznej liczył sobie wtedy już 5 pełnych lat z nawiązką. Był już po swoim pierwszym szczycie z III kwartału 2011 roku i zmierzał do drugiego maksimum, gdy w I kwartale 2014 roku zarysował się drugi pik aktywności plamotwórczej, wyższy od poprzedniego.

Przez tych 5 lat liczonych od rozpoczęcia 24. cyklu mieliśmy na koncie 11 burz magnetycznych o aktywności mieszczącej się co najmniej w silnej kategorii G3 (słabszych nie uwzględniam), a konkretnie: 7 silnych burz magnetycznych kategorii G3 i 4 ciężkie burze magnetyczne kategorii G4. Najsilniejsze rozbłyski w całym 24. cyklu słonecznym dobrnęły do klasy X9.3, X8.2 i X6.9, z czego właśnie ten X6.9 był najsilniejszym, gdyby oceniać szansę na powtórkę z perspektywy 10 lat po omawianych wydarzeniach, bo nastąpił 9 sierpnia 2011 roku, podczas gdy o rozbłyskach X9.3 i X8.2 jeszcze nie wiedzieliśmy - wystąpiły one dopiero we wrześniu 2017 roku, w ostatnim etapie fazy schyłkowej cyklu przed okresem Słonecznego Minimum.

Nie trudno było zrozumieć dominujące w środowisku pasjonatów i uczonych przekonania, że prawdopodobieństwo ponownego doświadczenia wydarzeń na skalę z przełomu października i listopada 2003 roku jest w 24. cyklu bardzo wątpliwe. Chyba tylko niemożliwa do pełnego ujarzmienia przewidywalność tak dynamicznej gwiazdy jak Słońce sprawiała, że nie mówiliśmy wręcz o zerowych szansach na taką powtórkę z historii. Czego zresztą mieliśmy oczekiwać będąc zalewanymi pesymistycznymi dla nas prognozami z NOAA/SWPC wieszczącymi najsłabszy cykl słoneczny od ponad 100 lat i co więcej - widząc, że realna aktywność Słońca rzeczywiście te słabe przewidywania potwierdza?

OSTATNIE BURZE G5 DO DZIŚ

Mając na długotrwałe burze kategorii G5 z przełomu października i listopada 2003 roku tylko 10-letnią perspektywę, w roku 2013 roku byliśmy po sześciu sytuacjach, gdy przynajmniej krótkotrwale ponownie dobiliśmy do progu burzy najwyższej kategorii, ale co ciekawe ani razu nie zdarzyło się to w ramach 24. cyklu i ani razu na skalę porównywalną z wydarzeniami przełomu października i listopada 2003. Wszystkie burze kategorii G5 zdarzyły się wyłącznie w zaawansowanej fazie schyłkowej intensywnego 23. cyklu, lecz żadna z nich w całokształcie nawet nie zbliżyła się do  wydarzeń sprzed 10 wówczas lat.

Najsilniejsza i zarazem ostatnia jakakolwiek ekstremalna burza magnetyczna kategorii G5 do dnia dzisiejszego wystąpiła 11 września 2005 roku i była wywołana uderzeniem koronalnego wyrzutu masy po serii rozbłysków klasy X1.6, X5.1 i X8.8 uwolnionych 9 września, następujących w zaledwie parogodzinnym odstępie. Nie towarzyszyły im tak potężne CME co w październiku 2003, ale łączna ich ilość pozwoliła wzburzyć warunki aktywności geomagnetycznej do maksymalnego poziomu w skali zaledwie na okres 3 godzin. Cała burza trwała 30 godzin, jednak aż przez 18 godzin była burzą jedynie najniższej kategorii G1. Maksymalne odnotowane w jej trakcie natężenie całkowite pola magnetycznego też było dalekie od wartości spodziewanych zwykle przy burzach G5, wyniosło bowiem ledwie 25nT - czyli mniej, niż wielokrotnie w ostatnich latach, przy Bz -11nT - jednak prędkość wiatru stanowiła istny nokaut dla magnetosfery podczas uderzenia CME i z dotychczasowych 360 wzrosła do niemal 1000 km/sek., przy niewielkiej gęstości około 10 protonów/cm³. Zaistnienie choćby na niecałe 3 godziny burzy ekstremalnej w sytuacji tak kiepskich (poza prędkością) parametrów było przede wszystkim efektem wielodniowego wzburzania magnetosfery uderzeniami innych wyrzutów, które docierały do Ziemi w dniach poprzedzających, zarówno 8 i 9 września i ogromnego skoku prędkości z uderzeniem CME 11 września - parametr ten, choć zazwyczaj drugorzędny, wobec takiego nasilenia odegrał znaczącą rolę we wzburzeniu aktywności geomagnetycznej.

Po lewej: globalny indeks zaburzeń ziemskiego pola magnetycznego podczas ostatniej jak dotąd w ogóle burzy magnetycznej kategorii G5 zaobserwowanej 11.09.2005 r. na okres około 3 godzin. Choć burza rozciągnęła się na 30 godzin, zdecydowaną większość czasu spędziła w najniższym poziomie aktywności plasując się w kategorii G1. Mimo osiągnięcia progu indeksu Kp=9 na krótki czas widzimy z jak radykalnie odmienną burzą mieliśmy tu do czynienia względem października i listopada 2003 roku, pomimo, że w obu przypadkach można mówić o burzy ekstremalnej w odniesieniu do maksimum aktywności jakie wykształciła. Credit: SWPC. Po środku: warunki wiatru słonecznego podczas burzy magnetycznej kategorii G5 z 11.09.2005 r. Trudno w tym zestawieniu dopatrzyć się czegokolwiek imponującego na tyle, by można oczekiwać przy takich warunkach burzy ekstremalnej, nawet gdyby miała być krótkotrwała. Jedynie parametr prędkości pokazuje potężny cios dla Ziemi zadany uderzeniem CME, który przyniósł 3-krotny wzrost prędkości dochodzącej do 1000 km/sek., jednak jest ona parametrem drugiego rzędu w porównaniu z cechami Bt/Bz określającymi potencjał i skalę jego wykorzystywania bądź blokowania dla rozwoju aktywności burzy - a te parametry były dalekie od zwykle obserwowanych podczas burz dobijających do maksymalnego progu aktywności. Credit: SWPC. Po prawej: zorza polarna zarejestrowana podczas epizodu burzy G5 11.09.2005 r. z Payson w Stanie Arizona w USA, graniczącym z Kalifornią. (34 st. szer. geograf. N). Credit: Chris Schur

Gdyby zaś spojrzeć na ostatni najsilniejszy magnetycznie koronalny wyrzut masy jednocześnie powiązany z burzą ekstremalną, musielibyśmy cofnąć się jeszcze o pół miesiąca, do 24 sierpnia 2005 roku. Wówczas uderzający w Ziemię CME niósł ze sobą jeszcze silniejsze pole magnetyczne nawet od wyrzutu, który uderzył 29 października 2003. Natężenie całkowite pola magnetycznego (Bt) w burzy magnetycznej kategorii G5 z 24.08.2005 roku wzrosło do 59nT, dominująco południowe skierowanie (Bz) utrzymywało się w pobliżu aż -56, -57nT niemal całkowicie wyczerpując dostępny potencjał i choć parametry te kształtowały się o około 15-20nT lepiej, niż podczas burzy G5 z okresu 29-31.10.2003 roku - gęstość wynosiła "zaledwie" 50-60 protonów/cm³, a prędkość wiatru napływającego na Ziemię po uderzeniu wyrzutu wahała się zaledwie w przedziale 600-730 km/sek., będąc praktycznie dwukrotnie niższą, niż przed dwoma laty, a w odniesieniu do maksymalnych wartości niemal trzykrotnie niższą.

Po lewej: globalny indeks zaburzeń ziemskiego pola magnetycznego podczas burzy magnetycznej kategorii G5 z 24.08.2005 r. Był to przedostatni w ogóle przypadek maksymalnego wzburzenia aktywności geomagnetycznej, a ostatni do dnia dzisiejszego przy tak podwyższonych parametrach Bt/Bz. Jednocześnie był on zaledwie 3-godzinny, z burzą łącznie trwającą jedynie 21 godzin, z czego aż 12 godzin przypadło na jedynie kategorię G1-G2. Burza choć ekstremalna w maksimum, okazała się ledwie namiastką wydarzeń z października i listopada 2003 roku. Credit: SWPC. Po środku: warunki wiatru słonecznego podczas krótkotrwałej burzy magnetycznej kategorii G5 z 24.08.2005 r. Imponujący wzrost całkowitego natężenia pola magnetycznego wiatru do 59nT i południowy kierunek pola (Bz) rzędu -56nT to wartości o 15-20nT lepsze, niż podczas burzy G5 30-31.10.2003 r. jednak znacznie słabsza gęstość i praktycznie dwukrotnie niższa prędkość wiatru nacierającego na Ziemię nie pozwoliły utrzymać najwyższego progu aktywności geomagnetycznej dłużej, niż raptem 3 godziny. Credit: SWPC. Po prawej: zorza polarna zarejestrowana z dominująco pustynnego stanu Utah (40 st. szer. geograf. N) w Stanach Zjednoczonych podczas burzy magnetycznej kategorii G5 z 24.08.2005 r. Credit: Anthony Arrigo.

Za sprawą braku powtórki z października i listopada 2003 roku przez resztę 24. cyklu słonecznego, z dużą ulgą odetchnąć mogły jednak wszystkie podmioty w jakikolwiek sposób powiązane z przemysłem satelitarnym, nadzorowaniem pracy licznych satelitów, transportu, zwłaszcza lotniczego i zwłaszcza na wysokich szerokościach geograficznych, czy przede wszystkim dostawcy energii mogący w maksymalnym stopniu odsunąć wyobrażenia o przeciążaniu sieci i blackoutach w dostawie prądu.

W jednym z artykułów AGU (Advancing Earth and Space Sciences)* z 2020 roku operatorzy satelitarni Sił Powietrznych Stanów Zjednoczonych (USAF) przypomnieli zgubne skutki tamtych burz zwracając uwagę na diametralnie odmienną dzisiejszą sytuację w bliskiej przestrzeni kosmicznej względem roku 2003. W efekcie burz kategorii G5 z przełomu października i listopada 2003 roku, silnie magnetycznie, gęste i bogate w wysokoenergetyczne protony koronalne wyrzuty masy władowały w górne warstwy atmosfery ziemskiej dodatkowe 3 terawaty energii. Ponadto górne warstwy atmosfery "rozdęły się" sprawiając, że na pewnej wysokości zaczął pojawiać się opór aerodynamiczny, którego wcześniej nie było - tak przed rokiem SpaceX utraciło kilkadziesiąt ze swoich satelitów Starlink, choć burza była wtedy zaledwie słabej aktywności.

W efekcie tego oporu po burzach z przełomu października i listopada 2003 roku większość satelitów na niskiej orbicie okołoziemskiej została tymczasowo utracona - niektóre z nich zeszły z kursu tylko o kilometr, inne - nawet o kilkadziesiąt kilometrów. Taka radykalna zmiana orbity przez napotykany opór atmosferyczny wymagała kilku dni wytężonej pracy w celu zlokalizowania obiektów i przywrócenia ich na właściwe pozycje, ale na szczęście nie doszło wówczas do większych kolizji.

Większość współczesnych satelitów nigdy jednak nie doświadczyła wydarzenia z zakresu pogody kosmicznej na taką skalę, a dodatkowo - jest ich dziś nieporównywalnie więcej, ponad 7000, do tego ponad 20000 kosmicznych śmieci większych od 10 cm. Ewentualna powtórka tak ekstremalnych burz i w konsekwencji utrata możliwości śledzenia tak wielu obiektów przez zmianę ich orbit w wyniku rozdęcia atmosfery w tak rozrośniętej plątaninie orbit kilkaset kilometrów nad Ziemią mogłaby spowodować całą serię kolizji lawinowo produkujących tysiące nowych śmieci i sprawić, że niska orbita okołoziemska przez długie lata stałaby się bezużyteczna. Czas, w którym dojdzie do burz magnetycznych na skalę jak te z przełomu października i listopada 2003 roku będzie z dużym prawdopodobieństwem czasem, w którym wiele obiektów na LEO trafić może przez opór atmosferyczny na tymczasowo nowe, niższe orbity stanowiąc wyzwanie dla operatorów do czasu ich ponownego zlokalizowania.

Dziś wiemy, że po 10. rocznicy pamiętnych wydarzeń ze szczytu 23. cyklu - 24. cykl rzeczywiście nie przyniósł do swojego kresu w 2019 roku ani jednej ekstremalnej burzy magnetycznej i rozbłysków porównywalnych z tymi sprzed obecnie licząc dwudziestu lat. Wiemy jednak, że w lipcu 2012 roku o mały włos nie doświadczylibyśmy czegoś znaczenie potężniejszego od tamtych burz - wydarzenia na miarę burzy Carringtona. Jak zmienia się nasza perspektywa po ostatnim Słonecznym Minimum i kilku latach fazy wzrostowej 25. cyklu?

LISTOPAD 2023: Perspektywa 20-letnia

Obecnie, gdy wcześniejsza 10. rocznica uległa podwojeniu - jesteśmy bogatsi nie tylko o pełen wgląd w całość 24. cyklu aktywności słonecznej, który ostatecznie potrwał do grudnia 2019 roku, ale też możemy w te szacunki włączyć pewien okres fazy wzrostowej 25. cyklu, przez który obecnie przechodzimy. Mamy w tym momencie za sobą niemal 4 kompletne lata bieżącego cyklu (plus grudzień 2019), zatem zaawansowanie cyklu (w czasie - nie w intensywności) jest aż o około rok słabsze, niż w listopadzie 2013 zaawansowany był cykl poprzedni.

Mimo to, w chwili publikacji dzisiejszego tekstu, 25. cykl aktywności słonecznej i tak ma już na koncie 8 burz magnetycznych co najmniej kategorii G3 (to o 3 mniej wobec 24. cyklu, ale tamten miał ich 11 po 5 latach od minimum), z czego dokładnie: 6 silnych burz magnetycznych kategorii G3 i 2 ciężkie burze magnetyczne kategorii G4, obie z tegorocznej wiosny.

Podobnie jak przed dziesięcioma laty, także i dziś jesteśmy bez burzy najaktywniejszej w skali, lecz podobnie jak przed dekadą - nie wiemy, co przyniesie dalsza część cyklu. I właśnie w przeciwieństwie do sytuacji sprzed dekady, patrząc na rozwój 25. cyklu przekreślanie szans na powtórkę z historii - zdecydowanie nie wchodzi w grę. Choć Słoneczne Maksimum oficjalnie jeszcze nie nadeszło, produkcja plam, w tym dobrze rozbudowanych grup - już zdążyła osiągnąć najwyższe od 20 lat poziomy, przewyższając oczekiwane ilości nawet na szczyt cyklu w połowie dekady. Wprawdzie plama czy grupa plam nie gwarantuje jeszcze rozbłysku z CME i burzy magnetycznej, ale wraz ze znacznym przyrostem produkcji plam i ilości obszarów aktywnych, siłą rzeczy rośnie prawdopodobieństwo, że któreś z nich zdolne będą w tym cyklu powtórzyć dokonania regionu 486 z przełomu października i listopada 2003 roku, a jeśli nawet nie aż tak intensywne zjawiska, to choćby te z roku później czy z maja, sierpnia lub września 2005 z burzami G5 na bardziej ograniczoną w czasie skalę.

Zorza polarna sfotografowana w noc 22/23.06.2015 r. z miejscowości Magdalena w stanie... Nowy Meksyk (!) - szerokość geograficzna 34 stopnie N (!) podczas ciężkiej burzy magnetycznej kategorii G4, która swoim potencjałem wynikającym z siły pola magnetycznego wiatru słonecznego była najbardziej zbliżona do przedostatniej jak dotąd burzy ekstremalnej z 24 sierpnia 2005 roku. Credit: Harald Edens

Poza tym nierzadko bywa tak, że najintensywniejsze burze zachodzą pewien czas po szczycie cyklu, więc nawet gdyby samo Słoneczne Maksimum nie przyniosło tak silnych burz, zapas czasu wciąż mamy ogromny. Także faza schyłkowa poprzedniego cyklu przyniosła okresy potężnej aktywności geomagnetycznej w 2015 i 2017 roku, a niektóre z takich burz najbardziej zbliżonych do wydarzeń z 23. cyklu słonecznego miały miejsce także w już obecnym 25. cyklu. Patrząc na dotychczasowy rozwój bieżącego cyklu dla nikogo nie powinno być zaskoczeniem, jeśli w którymś jego momencie doświadczymy burzy ekstremalnej - także włączając w to lata, które okażą się fazą schyłkową bieżącego cyklu, przy wyraźnie ograniczonej produkcji plam.

W kontekście potencjału jaki posiada rozpędzający się 25. cykl słoneczny warto dodać, że przed początkiem tegorocznej wiosny, z ogromną szansą na pierwszą od 18 lat burzę kategorii G5, a nawet na zjawisko spod znaku zdarzenia Carringtona, minęliśmy się o około dwa tygodnie. 13 marca 2023 roku po niewidocznej z Ziemi stronie Słońca w jednej z istniejących tam grup plam doszło do bardzo intensywnego rozbłysku, najprawdopodobniej powyżej klasy X10, któremu towarzyszył najbardziej energetyczny koronalny wyrzut masy w historii obserwacji koronografem LASCO na pokładzie sondy SOHO. Wyrzut CME o strukturze full-halo (tyle, że wyrzucony w kierunku przeciwnym, niż ku Ziemi) podczas erupcji osiągnął prędkość ponad 3000 km/sek. i zyskał status ER-CME (ER - od "extremely rare" - "ekstremalnie rzadki"). Gdyby taki CME zaistniał w centrum widocznej z Ziemi tarczy słonecznej 2 tygodnie wcześniej (lub później) tak jak miało to miejsce podczas rozbłysków z 28-29.10.2003 r., to nawet zakładając pewien stopień wytracenia prędkości w ruchu na linii Słońce-Ziemia, uderzyłby w naszą planetę w czasie zdecydowanie poniżej 1 doby - jeśli więc zaistniałby rano, impakt nadszedłby już wieczorem jeszcze tego samego dnia. CME z 13 marca br. wyrzucony został z prędkością o około 1000 km/sek. wyższą, niż wyrzuty z końca października 2003 roku - tym razem jednak Słońce było "odwrócone plecami" do Ziemi, kiedy tak... kichnęło.

BURZE MAGNETYCZNE 24. i 25. CYKLU NAJBARDZIEJ ZBLIŻONE DO BURZ G5
Z PRZEŁOMU PAŹDZIERNIKA I LISTOPADA 2003 ROKU

Oczywiście wymieniam je w kolejności od najintensywniejszej, omijając fazę schyłkową 23. cyklu - chciałbym się skupić na całokształcie cyklu minionego i fragmencie obecnego. Tytuł burzy przekierowuje do odrębnego opracowania wydarzenia dostępnego na blogu. Poniżej pokrótce przypominam jedynie kluczowe parametry odnotowane podczas burzy, w kolejności od wagi parametru decydującego o skali rozwoju burzy. Są to wartości maksymalne zarejestrowane przez sondę ACE lub DSCOVR w trakcie burzy, a nie zakres ich wahań. W przypadku parametru Bz znak - oznacza minus (południowe odchylenie kierunku pola magnetycznego, czyli ujemną wartość tego parametru). Kolejno przytaczam: 1) potencjał [Bt], tj. całkowite natężenie pola magnetycznego wiatru słonecznego po uderzeniu CME [nT]; 2) odchylenie [Bz] kierunku pola magnetycznego [nT]; 3) prędkość wiatru napływającego na Ziemię po uderzeniu CME [km/sek.]; 4)  gęstość w zaokrągleniu [protony/cm³]; 5) czas trwania burzy; 6) zdarzenie przyczynowe; 7) czas podróży materii ze Słońca pomiędzy erupcją a uderzeniem w Ziemię. Jako punkt odniesienia podaję maksymalne odnotowane parametry podczas burzy magnetycznej kategorii G5 z 29-31.10.2003 r., - nie była ona ani ostatnia jak do tej pory ani rekordowa w historii pomiarów, jednak z uwagi na aż blisko 3-dniowy czas trwania stanowi jedyny w XXI wieku i zarazem ostatni do dziś tak długotrwały przypadek burzy najwyższej kategorii, będący zdarzeniem zdecydowanie odmiennego kalibru względem innych burz osiągających kategorię G5.

0* Ekstremalna burza magnetyczna kategorii G5 (29-31.10.2003)
Bt: 66nT | Bz -50nT

V= ~1600-1950 km/sek. | p= 90-100p/cm³

t (burza) = 60 godz. | X17.2 + X10.0 + 2x CME full-halo | t (podróż) = 19 godz.

1. Ciężka burza magnetyczna kategorii G4 (22.06.2015)
Bt = 41nT | Bz -40nT

V= ~800 km/sek. | p= ~50p/cm³

t (burza) = 24 godz. | M2.0 + M2.6 + CME full-halo | t (podróż) = 27 godz.

2. Ciężka burza magnetyczna kategorii G4 (23-24.04.2023)

Bt = 34nT | Bz -33nT

V= ~700 km/sek. | p= ~20p/cm³

t (burza) = 24 godz. | M1.7 + CME full-halo | t (podróż) = 47 godz.

3. Ciężka burza magnetyczna kategorii G4 (07.09.2017)

Bt = 34nT | Bz -33nT

V= ~800 km/sek. | p= ~10p/cm³

t (burza) = 27 godz. | X9.3 + CME full-halo | t (podróż) = 34 godz.

4. Ciężka burza magnetyczna kategorii G4 (17.03.2015)

Bt = 36nT | Bz -28nT

V= ~650 km/sek. | p= ~30p/cm³

t (burza) = 27 godz. | C9.1 + CME partial-halo | t (podróż) = 50 godz.

5. Ciężka burza magnetyczna kategorii G4 (23.03.2023)

Bt = 22nT | Bz -18nT

V= ~470 km/sek. | p= ~15p/cm³

t (burza) = 21 godz. | erupcja protuberancji + CME partial-halo + CHHSS [?] | t (podróż) = 72 godz.

Jak widzimy, nawet po maksimach bywa, że Słońce lubi o sobie przypomnieć. Na dzień dzisiejszy spośród burz minionego (24) i części bieżącego (25) cyklu najsilniejsza w zestawieniu burz maksymalnie zbliżonych do tych z października/listopada 2003 roku, pozostaje zdecydowanie burza magnetyczna kategorii G4 z przesilenia letniego 2015 roku. Tutaj od razu dopowiadam, że pozostaje ona najsilniejszą, gdyby odnieść się tylko do samych parametrów wiatru słonecznego w uderzającym CME i tego co musi z nich wynikać (niezależnie od fatalnej wówczas aury nad Polską, bo relacji obserwatorów w naszym kraju było wtedy bardzo mało, ale nie wynikało to z cech wiatru i słabych zórz, lecz niemal wszędzie zalegającego zachmurzenia całkowitego).

Porównywalnie zachwycająca, lecz mimo wszystko o wyraźnie słabszych parametrach była tegoroczna burza #2 kategorii G4 z 23-24 kwietnia 2023 r. - gorsze parametry zastąpiła jednak znacznie lepsza pogoda nad połową kraju, która pozwoliła się wielu osobom przekonać, jaki zorzowy spektakl dzieje się na niebie przy danych warunkach pogody kosmicznej - a te jak wspomniałem były zauważalnie słabsze, niż w burzy z 22 czerwca 2015. Przypadek z niesprzyjającą sytuacją pogodową podczas burzy #1 i znacznie lepszej aury podczas burzy #2 sprawił, że ta druga w wielu mediach i portalach została w tym roku określona mianem najsilniejszej od dwudziestu lat, co oczywiście prawdą nie jest - tym bardziej, gdy uwzględnimy jeszcze kilka niewymienionych na liście krótkotrwałych burz kategorii G5 z czasu schyłkowej fazy 23. cyklu z lat 2004-2005.

Warto także zauważyć, że CME powodujący burzę G4 z przesilenia letniego 2015 roku był praktycznie identyczny w cechach niosącego przez siebie pola magnetycznego do wyrzutu z rozbłysku klasy X10.0 z 29.10.2003 r. - w obu przypadkach Bt wynosiło nieco ponad 40nT, ale przypadek z 2003 roku wiązał się z wyższą o ponad 1000-1300 km/sek. prędkością wiatru (czyli co najmniej dwukrotnie wyższą), której 8 lat temu nam zabrakło (być może tylko jej, aby stała się burzą najwyższej kategorii). Dodatkowo wyrzut z 29.10.2003 uderzył dobę po poprzednim potężnym CME, więc posiadane przez niego "zaledwie" 40nT całkowitego natężenia pola magnetycznego wystarczyło dla wznowienia burzy G5 po tym jak poprzednia taka burza nie zdążyła jeszcze wygasnąć.

ER-CME po silnym rozbłysku na niewidocznej półkuli słonecznej z 13.03.2003 r. uwolniony został z niezwykle rzadko rejestrowaną prędkością 3000 km/sek. Gdyby do zjawiska doszło tak jak pod koniec października 2003 roku po wystawionej ku Ziemi stronie Słońca, wyrzut dotarłby do nas jeszcze tego samego dnia, przypuszczalnie niosąc potencjał do burzy wykraczającej poza typową kategorię G5. Do podobnego rozminięcia z energetycznym CME doszło także w lipcu 2012 roku. Pomimo rozminięcia w obu przypadkach takich CME z Ziemią widzimy wyraźnie, że sporadycznie Słońce nadal jest zdolne takie erupcje generować, pomimo, że jego aktywność przeważnie plasuje się poniżej średniej. Credit: SOHO/LASCO.

Mimo wielu zachwytów, które zorze polarne w wyżej wymienionych najsilniejszych burzach ostatnich lat wywołały, widać jak nadal wiele im brakowało - nawet tej z przesilenia letniego 2015 roku - do zbliżenia się parametrami wiatru słonecznego ku warunkom panującym podczas burz magnetycznych kategorii G5 przełomu października i listopada 2003 roku. Jeśli jednak, odnosząc się do ostatniego w czasie przypadku burzy G4 z 24 kwietnia br., przekonaliśmy się jak daleko zorze polarne potrafią zejść z zasięgiem, zajmując nad Polską większość nieba docierając na południową część firmamentu i ukazując struktury raczej kojarzące się ze skandynawskim stylem zjawiska, niż naszymi umiarkowanymi szerokościami geograficznymi, jeśli były tak intensywne, że nawet ze stolicy można było dostrzec najwyraźniejsze struktury i łatwo je uwiecznić, a i tak były to o rząd wielkości słabsze warunki wiatru słonecznego, niż w minionych burzach ekstremalnych, to ślinka może cieknąć na samą myśl jakie widowisko mogłoby nam zapewnić Słońce, gdyby w ramach zmierzającego do maksimum 25. cyklu ta trwająca od blisko dwóch dekad przerwa w powstawaniu burz najaktywniejszej kategorii została przerwana.

A czy zostanie przerwana? Gwarancji z pewnością nikt nie udzieli, ale też bez cienia wątpliwości można stwierdzić, że szanse ku temu są zdecydowanie wyższe, niż przed dekadą, kiedy przechodziliśmy przez najsłabszy od stulecia cykl słoneczny, a na ostatnie najsilniejsze burze patrzyliśmy wówczas z jedynie kilkuletniej perspektywy. Biorąc pod uwagę, że bieżącemu cyklowi bliżej być powinno do stylu prezentowanego przez Słońce w 23. cyklu, aniżeli niewiele lepszej wersji słabego cyklu poprzedniego, nie zdziwmy się, jeśli pewnego razu się tego doczekamy - miejmy nadzieję, że tylko podczas bezchmurnej pogody.

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

  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.
* AGU.