Silna burza magnetyczna kategorii G3 (03-04.11.2021). Opracowanie wydarzenia

Do trzech razy sztuka. Po dwukrotnym w tym młodym jeszcze 25. cyklu aktywności słonecznej ogłoszeniu stanu gotowości zorzowej, które okazały się przeszacowanymi oczekiwaniami, nadszedł trzeci taki przypadek, który wreszcie zaowocował głównym alarmem dla polskich obserwatorów i zaistnieniem silnej burzy magnetycznej kategorii G3 w godzinach nocnych dla naszego kraju. Niestety - przy sprzyjającej jak nigdy dotąd w tym cyklu pogodzie kosmicznej, ta ziemska okazała się typowo listopadowa, skutecznie pozbawiając większość regionów szans na podjęcie jakichkolwiek prób obserwacji ulotnego zjawiska znad biegunów, które w tej burzy "zeszło" ze swoim zasięgiem do bagatela 39. równoleżnika (!). Pora zatem na pierwsze opracowanie burzy magnetycznej dla 25. cyklu słonecznego zakończonej alarmem zorzowym dla Polski.

1 listopada grupa plam 2887 wyemitowała rozbłysk klasy M1.5 połączony z koronalnym wyrzutem masy (CME). W chwili rozbłysku plamy tego regionu przebywały jednak bardzo blisko południowo-zachodniej krawędzi tarczy słonecznej, skutkiem czego uwolnienie CME nastąpiło w bardzo dalekiej od satysfakcjonującej nas trajektorii, wyraźnie na zachód i południe od linii Słońce-Ziemia. Wyrzut okazał się jednak na tyle rozległy, że 4 listopada oczekiwane było dotarcie do Ziemi jego skrajnej, najsłabszej bocznej części, która miała nas ledwie "musnąć", podczas gdy główna i przeważająca jego część skierowana została wyraźnie poza Ziemię. Jednak już 2 listopada doszło do kolejnego, silniejszego niż dzień wcześniej rozbłysku klasy M1.7 o długotrwałym kilkugodzinnym czasie trwania, który na dodatek powstał w obszarze aktywnym 2891 przebywającym wówczas niemal idealnie w samym centrum tarczy słonecznej, będąc ukierunkowanym wprost ku Ziemi.

Jak zwykle bywa w przypadku długotrwających rozbłysków, doszło do koronalnego wyrzutu masy, tym razem bardzo rozległego o sygnaturze "full-halo", świadczącej w przypadku takiego położenia grupy 2891 o bezpośrednim skierowaniu CME ku naszej planecie. Prędkość uwolnienia nie była imponująca, jednak istniała szansa, że wcześniejszy wyrzut z 1 listopada w jakimś stopniu "oczyści" przestrzeń sprawiając, że drugi, rozleglejszy wyrzut dogoni poprzednika i efekty obu CME zostaną skumulowane w ramach jednego solidnego uderzenia w Ziemię. Tego typu wyrzuty niekiedy noszą miano "kanibali", gdyż w praktyce wygląda to niczym pożarcie jednego CME przez drugi, który uwolniony później jest w stanie dogonić ten wcześniejszy i w konsekwencji spotęgować efekty geomagnetyczne po dotarciu całej porcji wiatru do naszej planety.

Animacja z obrazów koronografu LASCO C3 ukazująca koronalny wyrzut masy typu full-halo po rozbłysku klasy M1.7 z 2 listopada - w takiej sytuacji gdy region aktywny emitujący zjawisko przebywa niemal w centrum tarczy na wprost Ziemi wyrzut koronalny kierowany jest bezpośrednio w naszą stronę. Credit: SOHO.

W efekcie w noc z 3 na 4 listopada około godz. 23:00 CET spodziewane było uderzenie CME, które miało przynieść wzrost prędkości wiatru słonecznego z około 480 do 700 km/sek. i gęstości z 5 do ponad 25 protonów/cm³. Co ciekawe, oficjalna prognoza pierwotnie sugerowała co najwyżej słabą burzę magnetyczną kategorii G1, mimo bardzo obiecujących okoliczności. 3 listopada po południu została jednak podniesiona do kategorii G2, wiążącej się już z 50% prawdopodobieństwem wystąpienia zorzy polarnej nad północnymi regionami Polski. Skutkiem tego na blogu po raz trzeci w tym cyklu słonecznym został wprowadzony stan gotowości zorzowej, a drugi w odstępie zaledwie jednego tygodnia.

Uderzenie CME nastąpiło 3 listopada około 21:00 CET, mniej więcej 40 godzin od zaistnienia rozbłysku i dwie godziny wcześniej, niż oficjalny model WSA-Enlil przewidywał (choć z czasem uderzenia trafił solidnie, jako, że margines błędu wynosi +/-7 godzin). Od początku skok warunków wiatru słonecznego uderzającego w Ziemię był znacznie wyraźniejszy, niż przy uderzeniu CME z rozbłysku klasy X1.0 z 28.10, które dotarło z dużym opóźnieniem 31.10 około 10:00 CET przynosząc zaledwie 3-godzinną słabą burzę magnetyczną w godzinach dziennych dla Europy.

Widoczne uderzenie CME 03.11 około 21:00 CET po skokowej zmianie wszystkich parametrów wiatru. Z uwagi na wzmożenie Bt do prawie 20nT, południowy Bz - na razie umiarkowanie korzystny, ale stabilnie ujemny oraz skok prędkości wiatru możemy mówić o uderzeniu w Ziemię znacznie silniejszym, niż w ostatni weekend - niewykluczone, że najbliższa noc przyniesie co najmniej umiarkowaną burzę magnetyczną kategorii G2 i raporty o widoczności zorzy polarnej z Polski, o ile tylko sytuacja się utrzyma lub pogłębi. Credit: DSCOVR

Sonda DSCOVR zarejestrowała skok parametrów świadczący o silnym uderzeniu i rodzącym dużo optymizmu wśród miłośników tematu. Prędkość wiatru słonecznego wzrosła momentalnie z dotychczasowej rzędu 500 km/sek. do ponad 700 km/sek., przy gęstości wiatru z 5 do ponad 15 protonów/cm³, lecz przede wszystkim wzmocnienie całkowitej siły pola magnetycznego (Bt) z dotychczasowych 5 do blisko 20nT pokazywało, że mamy do czynienia z CME o wyraźnym potencjale do wzburzania pogody kosmicznej. Potencjale, który będzie mógł być wykorzystywany o ile tylko druga składowa pola magnetycznego - jego skierowanie (Bz) - przybierze wyraźne i stabilne południowe skierowanie uruchamiające aktywność geomagnetyczną.

Po lewej: zapis warunków wiatru słonecznego rejestrowanych przez sondę DSCOVR wg stanu z 04.11.2021 z godz. 05:00 CET (po nocy z 3 na 4 listopada). Widoczne epizody z silną burzą magnetyczną kategorii G3 i umiarkowaną kategorii G2, podczas których całkowite natężenie pola magnetycznego wiatru słonecznego wzrosło do blisko 20nT przy dominacji wyraźnego południowego skierowania maksymalnie rzędu -15nT, połączonego ze skokiem prędkości z 480 do ponad 700 km/sek. Credit: DSCOVR. Po prawej: zapis warunków wg stanu z 04.11.2021 z godz. 20:50 CET (po godzinach dziennych 4 listopada). Widoczna dominacja wyraźnego południowego skierowania Bz, niemal w całości wykorzystującego duży potencjał -18,-19nT przy wzrostach prędkości powyżej 750 km/sek., a momentami dochodzącej do 800 km/sek. przy zmiennej gęstości od 20 do 30 protonów/cm³ w szczytowych momentach burzy. Wraz z nadejściem popołudniowych godzin widoczne słabnięcie siły pola magnetycznego (Bt) do około 10nT połączone ze słabnącym południowym skierowaniem Bz, które po godz. 14:00 CET przeszło na północne i dalej plasowało się w wartościach około +8 do +10nT, co po godzinie 16:00 poskutkowało wygaszeniem burzy magnetycznej. Jej ponowne zaistnienie już nie nastąpiło za sprawą malejącego Bt i Bz nieustannie o północnym skierowaniu, pomimo podwyższonej prędkości wiatru przekraczającego 600 km/sek. jeszcze przez prawie całą następną noc. Credit: DSCOVR

Tak się stało - składowa Bz od razu przybrała skierowanie południowe, choć wyraźny potencjał wiatru wykorzystywany był stopniowo. Początkowo były to wartości rzędu -7, do -10nT, które wystarczyły dla zaistnienia słabej burzy magnetycznej. Wzmacnianie południowego Bz do -12nT poskutkowało kwadrans później zaistnieniem umiarkowanej burzy magnetycznej kategorii G2, a po krótkorwałym pogorszeniu sytuacji i powrocie Bz do ujemnych wartości rzędu -14,-16nT zaistniała silna burza magnetyczna kategorii G3 wiążąca się z ogłoszeniem pierwszego w tym cyklu słonecznym alarmu zorzowego dla Polski. W tym momencie zachodziła w pogodzie kosmicznej jednoznacznie korzystna sytuacja gwarantująca widoczność zorzy polarnej co najmniej z północnej połowy kraju, choć najczęściej także z większości województw, łącznie z południowymi. Niestety - ziemska aura była niesprzyjająca - mnóstwo zachmurzenia, liczne zamglenia i opady mżawki pogarszające widoczność sprawiły, że Polska nie miała powodów do radości.

W momencie gdy burza osiągała swoje maksimum przy Kp=7 prędkość wiatru momentami przekraczała 760 km/sek., przy Bt rzędu 20nT i południowym skierowaniu Bz do -15nT. Gdy nad Europą świtał już nowy dzień 4 listopada, burza po obniżeniu na trzy godziny aktywności do umiarkowanej kategorii G2 i słabej G1 ponownie otrzymała dodatkowego "kopniaka" za sprawą silniejszego południowego skierowania Bz dochodzącego do -18nT i wykorzystującego niemal cały dostępny potencjał, co poskutkowało powrotem do stanu silnej burzy kategorii G3, który utrzymał się przez kolejnych sześć godzin. 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. Widać zatem, że przez połowę swojej aktywności istniała pewność występowania zorzy polarnej nad umiarkowanymi szerokościami geograficznymi, w tym Polską, a prócz tego 6 godzin ze stanem, który często wystarcza na ujrzenie zórz przynajmniej z północnych województw.

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

Podczas maksimum, gdy burza osiągała kategorię G3 w godzinach dziennych dla Europy (podczas dwóch ostatnich zarejestrowanych epizodów z zaburzeniami na poziomie Kp=7) po drugiej stronie Atlantyku zorze polarne zdołały zejść z zasięgiem widoczności do bagatela 39. stopnia szerokości geograficznej północnej, co w obrębie Stanów Zjednoczonych odpowiada m.in. północnym regionom stanu... Kalifornia (!). Poniżej kilka przykładów efektów silnej burzy magnetycznej z 3-4 listopada.

Po lewej: zorza polarna sfotografowana 04.11.2021 r. z Bangor, w Irlandii Północnej. Credit: Andy McCrea. Po środku: zorza polarna nad Stenbjerg w Danii. Credit: Finn Hyldgaard. Po prawej: zorza polarna nad Anacortes w stanie Waszyngton w USA. Credit: Shelley Johnson.

Po lewej: zorza polarna nad Lincoln, w Kalifornii w USA. Credit: Hongming Zheng. Po środku: zorza polarna nad Minnesotą w USA. Credit: Peter Jongewaard. Po prawej: zorza polarna nad Walią (Anglia). Credit: Karl McCarthy.

Po lewej: zorza polarna nad Nowym Meksykiem w USA. Credit:  A Hwang. Po środku: zorza polarna nad Dunedin w Nowej Zelandii. Credit: Linus Molteno. Po prawej: zorza polarna nad Ontario w Kanadzie. Credit:  Lauri Kangas.

Była to druga silna burza magnetyczna kategorii G3 w trakcie 25. cyklu aktywności słonecznej, jednak pierwsza, która przynajmniej częściowo pokryła się w czasie z nocnymi godzinami dla Polski, skutkując pierwszym w tym cyklu ogłoszeniem alarmu zorzowego dla polskich obserwatorów, po dwukrotnych "gotowościach" jakie nie awansowały w główny alarm na skutek niesprzyjających cech wiatru słonecznego przynoszącego zmianę warunków pogody kosmicznej na znacznie słabszą skalę od oczekiwanej (jak choćby przypadek z ubiegłego tygodnia) bądź przez rozpoczęcie i szybkie zakończenie burzy w godzinach dziennych zanim noc dotarłaby nad Polskę (jak przy pierwszej w tym cyklu silnej burzy kategorii G3 z 12 maja br., która trwała ledwie 6 godzin między 14:00 a 19:00 CEST).

Po 18 godzinach od uderzenia CME, warunki aktywności geomagnetycznej powróciły do stanu poniżej burzy magnetycznej, a następnie całkowitego uspokojenia. Na tę chwilę była to najsilniejsza burza magnetyczna młodziutkiego jeszcze cyklu słonecznego i nie ma co liczyć na to, że utrzyma ona pozycję lidera przez cały cykl. Jednocześnie mimo efektownej zmiany warunków wiatru słonecznego trzeba zauważyć, że burzowa pogoda kosmiczna nie trwała zbyt długo - zakończenie burzy po 18 godzinach sprawia, że w całościowym ujęciu mieliśmy do czynienia z dość typowym wydarzeniem, nie wyróżniającym się pod względem czasu trwania ani na korzyść ani na minus wobec większości burz magnetycznych o tej samej aktywności.

Kiedy przypadnie nam kolejna okazja do ekscytowania się wyczynami Dziennej Gwiazdy? Na podobną skalę - prawdopodobnie nie prędko, na mniejszą - niewykluczone, że już niebawem. W najbliższych dniach do Ziemi powinien dotrzeć wąski strumień wiatru słonecznego wysokiej prędkości (CHHSS) uwalniany z niewielkiej dziury koronalnej, jaka przez kilka ostatnich dni przemierzała centralne regiony tarczy słonecznej. O tym, na ile zdoła ona odmienić warunki spokojnej pogody kosmicznej, będę jednak już wspominać na bieżąco w komentarzach Solar Update.

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   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.

Zdjęcia za: SpaceWeather Gallery.