Silna burza magnetyczna kategorii G3 (19.04.2024) - czyli rzecz o tym gdy lepiej być z południa, niż północy Polski: opracowanie wydarzenia

Nie pierwszy raz w ostatnich latach obserwowana aktywność geomagnetyczna okazuje się korzystniejsza, niż mogłoby wynikać z wydarzeń ją poprzedzających. Wprawdzie do rekordowych zaskoczeń nadal niniejszej burzy było bardzo daleko, ale nie ulega wątpliwości, że zorze polarne nad 35. stopniem szerokości geograficznych po uderzeniu słabego wyrzutu koronalnego niepoprzedzonego żadnym silniejszym rozbłyskiem, stanowić mogą jedno z przyjemniejszych zaskoczeń, jakie temat pogody kosmicznej potrafi nam od czasu do czasu przynieść.

To domino, którego ostatnim klockiem były wspomniane zorze nad tak niskimi szerokościami geograficznymi, ruszyło dość dawno - bo 15 kwietnia: 4 doby pomiędzy erupcją, a uderzeniem CME to zwykle zbyt długi okres aby oczekiwać, że tak powolny wyrzut zdoła cokolwiek namieszać. W poniedziałek 15 kwietnia doszło do kilku erupcji w pobliżu rozległego kompleksu kilku grup plam w południowo-wschodniej części tarczy, a niektórym z nich towarzyszyły pomniejsze koronalne wyrzuty masy. Wśród tych CME jeden z wyrzutów był na tyle rozległy, że z perspektywy koronografu LASCO (patrzącego z "ziemskiej" perspektywy w punkcie L1) zarysowała się struktura częściowego halo stwarzająca szansę na napłynięcie bocznego fragmentu tego CME.

  

Po lewej: moment jednej z wielu erupcji mających miejsce w pobliżu regionu 3636 na początku trzeciego tygodnia kwietnia. Sama erupcja nie była powiązana z żadnym poważniejszym rozbłyskiem. Credit: SDO. Po środku: koronalny wyrzut masy po erupcji z regionu aktywnego 3636. Był on najwyraźniejszym (choć wciąż subtelnym) CME spośród wielu wyrzutów wówczas rejestrowanych, w tym wypadku o strukturze typu partial-halo. Zarys wyrzutu pojawia się na obrazach LASCO C2 dopiero godzinę po erupcji i pozostaje widoczny przez pierwsze 4 godziny po uwolnieniu, które nastąpiło z niewielką energią. Brak pełnego halo czynił to zjawisko niegwarantowanym co do uderzenia w Ziemię - w wielu tego typu przypadkach dochodzi do rozminięcia CME z Ziemią albo wpływu pomijalnego. Credit: SOHO. Po prawej: dziura koronalna w centrum tarczy przekroczyła centralny południk we wtorek 16 kwietnia, emitując strumień wiatru słonecznego wysokiej prędkości (CHHSS) wprost ku Ziemi. Tym razem nie można było oczekiwać solidnego CHHSS z uwagi na bardzo niewielką rozpiętość dziury koronalnej i przez to znacznie ograniczoną porcję wiatru w porównaniu do znacznie rozleglejszych tego typu struktur, potrafiących niekiedy kształtować warunki wiatru słonecznego w otoczeniu naszej planety przez 5-7 dni. W tym przypadku prędkości po dotarciu CHHSS do Ziemi 19 kwietnia zaczęły maleć już następnego dnia. Credit: SDO. 

Był jednak pewien haczyk, właściwie nawet dwa: po pierwsze wyrzut okazał się bardzo powolny, wg systemu automatycznej detekcji CACTUS erupcja nie przekroczyła w maksimum 500 km/sek. co sugerowało, że nawet jeśli po drodze się nie rozproszy zbyt poważnie by w ogóle móc zostać wykrytym - to dotrze zbyt późno by cokolwiek sensownego po nim zostało. Po drugie był bardzo rozrzedzony - już na pierwszych obrazach z koronografu LASCO C2 ukazujących bliższe otoczenie Słońca względem C3 był niewyraźny, co zwykle oznacza, że zanim taki CME osiągnie odległość 1 AU (czyli Ziemię, o ile jest w nią wymierzony) to rozrzedzi się do takiego stopnia, że nie da się go odczuć względem poziomu tła w warunkach wiatru słonecznego napływającego na nas każdego dnia. Zwykle - ale niekoniecznie w bliskości równonocy wiosennej, od której w chwili impaktu nie minął jeszcze miesiąc (bez jednego dnia).

Modele agencji SWPC i NASA były jak rzadko kiedy ze sobą spójne co do sugerowanego czasu przybycia CME prognozując i w jednym (SWPC) i w drugim (NASA) przypadku uderzenie w noc z 17 na 18 kwietnia około godz. 00:00 UTC (02:00 CEST), jednak na tyle słabe, że oficjalna prognoza nie wykraczała poza możliwość słabej burzy magnetycznej kategorii G1. Trudno się temu dziwić w sytuacji, gdy wyrzut koronalny nawet ledwo po opuszczeniu Słońca gdy zawsze jest jeszcze najszybszy i najgęstszy - okazywał się być powolny i wysoce rozrzedzony; czegoż więc oczekiwać po kolejnych kilku dniach jego podróży gdy ulegnie jeszcze większemu rozproszeniu.

Noc ze środy na czwartek nadeszła i... wydarzyło się nic. Minęło okno prognozy obu modeli (mających 6-godzinny zakres błędu +/- względem sugerowanego czasu uderzenia), a po CME w pobliżu Ziemi nie było śladu. Skok parametrów nastąpił dopiero w piątek 19 kwietnia około godz. 05:00 UTC, niemal 30 godzin po czasie modelowanym przez obie wspomniane agencje. Pomimo wyraźnie opóźnionego dotarcia wyrzutu koronalnego do Ziemi i niewielkiej jak na CME prędkości wiatru nacierającego na Ziemię, która wzrosła z 320 do około 380 km/sek., chmura słonecznej materii niosła ze sobą wciąż wyraźne jak na tak niemrawy wyrzut pole magnetyczne, którego całkowite natężenie (Bt) wzrosło w chwili impaktu z dotychczasowych 6 do 13nT, przy skoku skierowania (Bz) z północnego rzędu +3nT na południowe -8 do -10nT. To nie jest silne uderzenie, ale jednak zauważalne na tle warunków dotychczas napływającego na Ziemię wiatru. Około godz. 08:00 UTC odnotowane zostały też najwyższe parametry gęstości wiatru na tle całego dnia, która osiągnęła w maksimum 30 protonów/cm³, podczas gdy przez resztę czasu utrzymywała się w pobliżu 10-15 protonów/cm³.

Dzięki stabilności w południowym kierunku pola magnetycznego rozwinęła się słaba burza magnetyczna kategorii G1, sklasyfikowana za okres 12-15 UTC. W ciągu dnia wraz z zanurzaniem się w głębsze warstwy CME prawdopodobnie nastąpiło nałożenie się na niego niewielkiego strumienia wiatru słonecznego z dziury koronalnej (CHHSS) oczekiwanego właśnie około 20 kwietnia +/- 1 dzień i objawiającego się wzrostem prędkości z 380 do 450, a później nawet 500 km/sek.. Skutkiem tego, aktywność geomagnetyczna została podtrzymana i za interwał 15-18 UTC ponownie zarejestrowaliśmy słabą burzę magnetyczną kategorii G1.

  

Po lewej: zorza polarna sfotografowana 19.04.2024 r. z Medvedje Brdo (Słowenia), szer. geograficzna 45°N. Credit: Javor Kac. Po środku: zorza polarna sfotografowana 19.04.2024 r. z Waszyngtonu, w stanie Missouri (USA), szer. geograficzna 38°N. Credit: Tyler Schlitt. Po prawej: zorza polarna sfotografowana 19.04.2024 r. ze Swan Hill, w Wiktorii (Australia), szer. geograficzna 35°S. Credit: Michael Mattiazzo

Nasilanie pola magnetycznego (Bt) postępowało i w maksimum około godz. 14:30 UTC osiągnęło natężenie 18nT (trzykrotność wartości sprzed uderzenia CME). Szczęśliwie dla obserwatorów działo się to przy niezachwianej dominacji korzystnie południowego kierunku pola (Bz) utrzymującego się przez kilkanaście godzin w pobliżu -16nT i czerpiącego niemal pełnię potencjału z napływającego wiatru, przez co CME władowało w magnetosferę dużą jak na swoją ogólną miałkość ilość energii, skutkiem czego odpowiedzią ziemskiego pola magnetycznego na niemal całodniowy napływ wiatru o południowej polaryzacji była silna burza magnetyczna kategorii G3, która zaszła pomiędzy godz. 18 a 21 UTC - tym razem ewidentnie jako opóźniona reakcja na wcześniejsze wzburzanie pola, aniżeli ponownie lepszy wiatr słoneczny.

Można tak sądzić z tego względu, iż paradoksalnie w czasie jej nasilenia z kategorii G1 do G3 o godz. 19:51 UTC parametry wiatru wyraźnie się pogorszyły. Natężenie całkowite zmalało do 10-12nT, południowe odchylenie składowej Bz osłabło do około -5, -10nT, gęstość opadła poniżej 10 protonów/cm³, jedynie prędkość nasiliła się powyżej 450 km/sek wspomnianym i oczekiwanym napływem CHHSS. W konsekwencji takie wzmożenie aktywności geomagnetycznej nie będące efektem poprawy głównych warunków wiatru, lecz spóźnionym odreagowaniem przez ziemskie pole magnetyczne całodniowego wzburzania okazało się pojedynczym i zarazem końcowym akcentem całej burzy, która po godz. 21 UTC zanikła.

Podczas zapadania zmroku nad Polską niemal 100% kraju pokryte było zachmurzeniem prowadzącym liczne, rozproszone opady deszczu. Krótkotrwałe i nieliczne przerwy w chmurach odsłaniające fragmentarycznie nieboskłon pojawiły się jedynie nad Podlasiem, Mazowszem oraz w południowej i południowo-wschodniej części Polski, nad Małopolską, Świętokrzyskiem i Lubelskiem. Na skutek takiego rozmieszczenia przerw w zachmurzeniu tym razem bardziej uprzywilejowane pod względem obserwacji zorzy polarnej były lokalizacje południowe, które dzięki wzburzeniu aktywności burzy do silnej kategorii G3 (Kp=7) miały zagwarantowaną możliwość rejestracji zjawiska w prześwitach między chmurami, podczas gdy normalnie korzystniejsze pod względem szerokości geograficznej obszary północne naszego kraju musiały mierzyć się z pełnym zachmurzeniem, opadami i dojmującym, zimnym wiatrem. Szczęściem w nieszczęściu dla mieszkających w północnych województwach obserwatorów było w wielu przypadkach natychmiastowe pozbycie się dylematu spod znaku "próbować czy zaniechać wyjścia w teren" gdyż - jak to przykładowo miało miejsce w przypadku piszącego te słowa - w deszczowych warunkach nie byłoby nawet mowy o rozstawianiu się z elektroniką w szczerym polu.

Zorza polarna 19.04.2024 nad Polską w obiektywie czytelników

 

Autor: Adam Koziński (Lekszyce, woj. świętokrzyskie)

Autorka: Aneta Bieryt (Radłów k. Tarnowa, woj. małopolskie)

 

Autor: Łukasz Wołos (okolice Pionek k. Radomia, woj. mazowieckie)

 

Autor: Łukasz Wołos (okolice Pionek k. Radomia, woj. mazowieckie)

Autor: Mar Qzma (Sokółka, woj. podlaskie)

Autor: Sylwia (Świdnik, woj. lubelskie)

Autor: Tomasz Madejski (okolice Tarnowa, woj. małopolskie)

Tam, gdzie jednak zachmurzenie się postrzępiło ujawniając lokalnie fragmenty nieba, zorze polarne zostały zarejestrowane na znacznej powierzchni firmamentu bez ograniczania się do wąskiego wału zorzowego nad samym horyzontem, ale dochodząc do kilkudziesięciu stopni wysokości i zabarwiając czerwienią i purpurą niebo na skalę godną miana silnej burzy magnetycznej. Co istotne, z większości relacji czytelników wynika, że pomimo możliwości łatwego zarejestrowania zorzy wyżej nad horyzontem nie oznaczało to równie łatwej jej dostrzegalności gołym okiem, a w wielu przypadkach wręcz jej niewidoczność - także wtedy, gdy aparatem w tym samym momencie już kilka sekund ekspozycji ujawniało jej obecność.

W pewnym stopniu jest to skutek braku idealnie rozpogodzonego nieba i wielu chmur wyższego piętra nawet tam, gdzie zorzę polarną udało się zarejestrować; nie bez znaczenia okazała się także obecność Księżyca wysoko na niebie oświetlonego w 82% i nieodległego już od kwietniowej pełni; wreszcie nie można zapomnieć o słabej gęstości wiatru słonecznego, który w epizodzie między 18 a 21 UTC zawierał się w przedziale jedynie 5-10 protonów/cm³ (to aż 6-krotna obniżka względem maksimum gęstości z poranka) oraz o tylko niewielkim południowym odchyleniu składowej Bz między -10 a 0nT, nawet z okresowymi wahaniami i przeskokami na kierunek północny do +8nT około 19:20 UTC, co w największej mierze odpowiadało za słabsze wówczas zorze względem poprzednich godzin.

Zestawienie danych wiatru słonecznego z DSCOVR z 19.04.2024 r. Uderzenie koronalnego wyrzutu masy (CME) widoczne 19.04 około godz. 05:00 UTC w postaci skokowego nasilenia wszystkich parametrów wiatru słonecznego: natężenia całkowitego (Bt) pola magnetycznego [1A] z 6 do 12nT, skierowania pola (Bz) do -11nT [1B], nasilenia gęstości [1C] z 2-3 do ponad 10 protonów/cm³, prędkości [1D] z 320 do blisko 380 km/sek. i temperatury wiatru [1E]. Dzięki stabilności głównych parametrów Bt/Bz w czasie napędzania aktywności geomagnetycznej [2,3] po kilku godzinach uruchomiona została słaba burza magnetyczna kategorii G1, która uległa pewnemu nasileniu po godz. 15 UTC gdy natężenie pola magnetycznego osiągnęło maksymalne wartości 18nT [4], a skierowanie maksymalne południowe odchylenie do -16nT [5] takim pozostając przez następne godziny. Jednocześnie można domniemywać, że wspomniana poprawa parametrów Bt i Bz była powiązana z nałożeniem się napływu na Ziemię słabego strumienia z dziury koronalnej (CHHSS), ponieważ nasileniu cech pola magnetycznego towarzyszył wzrost prędkości wiatru słonecznego do ponad 450 km/sek. [6] powiązany z kolejnym wzrostem temperatury wiatru [7] i przyspieszający w nocy z 19/20.04 do ponad 500 km/sek. [8]. W konsekwencji utrzymywania się takich warunków wieczorem po godz. 18:00 UTC magnetosfera odreagowała napływ takiego wiatru silną burzą magnetyczną kategorii G3 pomimo, że w tym samym czasie poszczególne parametry odpowiadające za napędzanie lub blokowanie aktywności geomagnetycznej zaczęły ulegać osłabianiu: natężenie całkowite obniżyło się do około 10nT [9], składowa Bz zaczęła wykazywać wahania w skierowaniu [10] przyjmując znacznie słabsze południowe odchylenie względem poprzednich godzin, a gęstość wytracona została z maksymalnych 30 protonów/cm³ o poranku [11] do zaledwie 8-10 protonów/cm³ [12]. Dalsze zbliżanie składowej Bz do zera [13], a następnie przejście na skierowanie północne [14] zakończyło stan burzy magnetycznej. Credit: DSCOVR/SWPC

W typowej sytuacji parametry wiatru słonecznego zarejestrowane w epizodzie silnej burzy G3 między 18 a 21 UTC nie wystarczyłyby do tak wyraźnego nasilenia aktywności geomagnetycznej. W drugiej połowie wiosny i latem często nawet na większe koronalne wyrzuty masy magnetosfera nie reaguje tak wyraźnie, jak w pobliżu obu równonocy, tym bardziej na wyrzuty znacznie mniej okazałe pod względem prędkości i gęstości, z jakim mieliśmy do czynienia 19 kwietnia. Sytuacja zmienia się jednak w przypadku, gdy przez kilkanaście godzin na Ziemię napływa jednostajnie korzystny pod względem parametrów magnetycznych wiatr, a tym bardziej, gdy dzieje się to w niewielkim oddaleniu od rozpoczęcia astronomicznej wiosny, gdy za sprawą efektu równonocy Russela-McPherrona wciąż mamy do czynienia ze zwiększoną podatnością Ziemi na solidniejsze wzburzanie pola magnetycznego nawet niewielkimi porcjami wiatru słonecznego w tym czasie do nas docierającymi.

Tej jakości wyrzut koronalny, który nas uderzył 19 kwietnia o poranku w przypadku dotarcia do Ziemi w czerwcu czy lipcu prawdopodobnie nie wznieciłby silniejszej niż słaba (G1) burzy magnetycznej, podobnie jak strumień z dziury koronalnej (CHHSS), która w połowie tygodnia przekroczyła centralny południk emitując strumień ku Ziemi - gdyż była strukturą o bardzo niewielkiej rozpiętości wpływając na warunki wiatru w otoczeniu Ziemi przez mniej, niż dobę. Nałożenie się słabego CME z niewielkim CHHSS i nieodległym terminem względem równonocy wiosennej wynoszącym niespełna miesiąc, przyniosło jednak skumulowanie efektów, które po raz kolejny pozwoliły przekonać się o prawdziwości przytaczanej w poprzednim opracowaniu ponad 70-letniej historycznej statystyki wskazującej, że kwiecień jest jednym z czterech kluczowych miesięcy z najczęstszymi okresami wzburzonej aktywności geomagnetycznej.

Po lewej: indeks zaburzeń ziemskiego pola magnetycznego w okresie 20-20.04.2024 r. Burza magnetyczna osiągająca w maksimum kategorię G3 trwała łącznie 9 godzin - tyle samo, co burza z 24 marca br., tyle że tym razem wykazywała się niższą względem marca aktywnością przez 2/3 okresu utrzymując się w słabej kategorii G1. Credit: SWPC. Po środku: zbiorcze zestawienie danych aktywności słonecznej i geomagnetycznej za okres 23-24.03.2024 r. z wyszczególnieniem aktywności rozbłyskowej, burz radiacyjnych i magnetycznych. Credit: SWPC. Po prawej: aktywność zorzy polarnej nad północną półkulą na podstawie modelu OVATION w godzinach dziennych 19.04.2024 r. Credit: SWPC

Podsumowując, burza magnetyczna trwała łącznie przez 9 godzin, na które złożyły się dwa epizody z burzą słabą (G1) pomiędzy 12:00 a 18:00 UTC oraz jeden epizod z burzą silną (G3) w zakresie od 18 do 21 UTC. Była to równie krótkotrwała burza co przed miesiącem w przypadku burzy kategorii G4, ale tym razem najsilniejsza aktywność geomagnetyczna zarysowała się pomiędzy 6. a 9. godziną zjawiska, co stanowi korzystną dla polskich obserwatorów odmianę na tle wydarzenia marcowego - była to jednak odpowiedź magnetosfery na skumulowanie kilkunastogodzinnego napływu korzystnego wiatru słonecznego, niż nadejście kolejnej poprawy jego parametrów, gdyż te zaczęły wówczas opadać, by zaraz po epizodzie silnej burzy zakończyć całą jej aktywność.

Tym razem to właśnie o zmierzchu aktywność burzy uległa największemu wzmożeniu, co niestety w związku z niemal całkowitym pokryciem Polski przez frontowe zachmurzenie nie przełożyło się na wielość relacji i pomyślnie zakończonych obserwacji. Była to druga z najsilniejszych burz magnetycznych w 2024 roku w tym pierwsza kategorii G3, a siódma w ogóle od początku roku. Niewykluczone, że dla okołobiegunowych szerokości geograficznych północnej półkuli był to ostatni lub jeden z ostatnich tak silnych epizodów aktywności geomagnetycznej w kończącym się sezonie obserwacyjnym 2023/24 przed nadejściem białych nocy. Już za kilkanaście dni pogłębianie wiosny nad północną półkulą przyniesie dzień polarny za kołem podbiegunowym, a na wysokich szerokościach praktyczny brak ciemności pozwalających myśleć o rejestracji zórz.

My także jako Polska niebawem przestaniemy posiadać dostęp do tak dobrych warunków, jakich doświadczamy w pierwszej połowie wiosny, choć w naszym przypadku zbliżający się wielkimi krokami sezon białych nocy wiąże się jedynie z utrudnieniem tego typu obserwacji, a nie ich uniemożliwieniem. Czasowy margines błędu, w którym można będzie liczyć na zorzowy sukces stawać się będzie coraz bardziej zawężony rosnącą długością dnia, tak więc miejmy nadzieję, że jeśli Słońce nie zdąży przed połową maja ponownie popisać się swoimi możliwościami, to że w dalszych tygodniach nie zabraknie zjawisk, po których zorze polarne nie będą miały trudności w konkurowaniu z jasnym tłem późnowiosennego i letniego firmamentu. Tym z Was, którym pogodowa loteria dopisała gratuluję pięknych zdobyczy i serdecznie dziękuję za wszystkie nadesłane materiały. Osobom, którym szczęście nie dopisało - w tym sobie samemu - życzę większego powodzenia następnym razem, a kiedy ów raz się pojawi przekonywać się będziemy już na bieżąco, śledząc dalszą aktywność słoneczną.

Autorski komentarz do bieżącej aktywności słonecznej - podstrona Solar Update
Warunki aktywności słonecznej i geomagnetycznej na żywo z objaśnieniami nt. interpretacji danych - podstrona 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.