Skandynawska zieleń nad Polską. Rok po pierwszej burzy magnetycznej kategorii G4 (Kp9-) od 2005 roku - wspomnienie i nowe spojrzenie

Jesienne niebo potrafi być zwodniczo spokojne. Północna półkula już niemal miesiąc temu weszła w okres dłuższych nocy, a Słońce, choć wciąż aktywne, zdawało się wtedy mieć przed sobą raczej typowy tydzień. A jednak to właśnie wtedy - 10 października 2024 roku rozpoczęła się burza magnetyczna, która zaskoczyła na plus intensywnością nawet najbardziej wyczekujących obserwatorów. Po roku od tamtej nocy można śmiało powiedzieć: był to moment, w którym 25. cykl aktywności słonecznej pokazał pełnię swoich możliwości, a granica w oficjalnym klasyfikowaniu, między kategorią G4 i G5 okazała się bardziej umowna, niż kiedykolwiek.

Początek października 2024 roku przyniósł dobrze rozbudowaną grupę plam we wschodniej części tarczy słonecznej. Region aktywny AR3848 wyemitował 9 października silny rozbłysk klasy X1.8 połączony z wyjątkowo symetrycznym i dobrze ukierunkowanym koronalnym wyrzutem masy (CME) typu full-halo, który musiał trafić w przysłowiową "dziesiątkę" - tą dziesiątką była Ziemia. Właśnie ten CME, iście „modelowy” pod względem struktury i trajektorii, wyruszył w stronę Ziemi i dotarł do nas już następnego dnia, w godzinach popołudniowych 10 października.

Wtedy to natychmiastowo rozpoczęło się jedno z najpotężniejszych wydarzeń 25. cyklu słonecznego - ciężka burza magnetyczna kategorii G4, która balansowała na granicy z burzą ekstremalną. Choć od tamtych wydarzeń mija dziś rok, pozostają one jednym z najbardziej książkowych przykładów tego, jak powinna wyglądać perfekcyjna reakcja Ziemi na koronalny wyrzut masy skierowany prosto w naszym kierunku.


Perfekcyjna geometria uderzenia i zorze, które nie znały granic

Burza z 10-11 października 2024 r. rozpoczęła się od CME o wzorcowej trajektorii - wyrzut został wyemitowany z centrum tarczy słonecznej, co sprawiło, że jego główna część uderzyła w Ziemię czołowo. W większej ilości przypadków wyrzuty plazmy często kierują się obok naszej planety, mijając ją „po krawędzi” lub uderzając nas tylko skrajną flanką. Tym razem jednak układ był idealny - kąt uderzenia, prędkość oraz struktura magnetyczna CME stworzyły niemal książkowy przykład pełnego oddziaływania obłoku słonecznej materii i ziemskiego pola magnetycznego.

Dzięki temu w momencie dotarcia czoła CME do Ziemi rozpoczęło się szybkie i trwałe zaburzenie magnetosfery. Dane z sond ACE i DSCOVR wykazały wówczas szybki wzrost prędkości wiatru słonecznego i bardzo silne południowe skierowanie pola magnetycznego (Bz) - czynnik decydujący o tym, czy zorze polarne zstąpią daleko na południe, a burza skorzysta z potencjału (Bt) niesionego wiatrem słonecznym. Tym razem wartości te utrzymywały się na poziomie, który z miejsca zapowiadał solidną, długotrwałą burzę, mimo, że byliśmy dopiero w najbardziej zewnętrznych warstwach CME. Indeks Kp w szczytowym momencie burzy wzrósł do wartości 8,66, czyli granicznej dla kategorii G4, plasując burzę zdecydowanie bliżej progu ekstremalnej G5. Burza trwała dobę bez chwili przerwy, a zorze polarne pojawiły się w całej Polsce - od Pomorza po Podkarpacie.

W ciągu tamtej nocy barwne zjawisko na niebie widziano praktycznie w całej Europie Środkowej i dalej - od Skandynawii po Węgry, od Francji po Afrykę. Z uwagi na długotrwałość wysokiej aktywności geomagnetycznej na pokaz załapała się także przeciwległa półkula za Atlantykiem. Polska znalazła się niemal w samym centrum strefy widoczności. W wielu miejscach zorze pojawiały się już o zmierzchu i utrzymywały przez większą część nocy, przyjmując zdecydowanie bardziej arktyczne formy - pulsujące pasma i zasłony, zdominowane przez intensywną zieleń i czerwienie o spektakularnym zasięgu.

Sony A7SII, Samyang 18mm f/2.8, ISO 1250-2500, eksp. 2,5-5 sek.

Sam nigdy jeszcze nie widziałem tak wyraźnej zieleni gołym okiem, o jasności na pół nieba, kiedy to zorzę przy pobieżnym spojrzeniu osoba postronna mogłaby wziąć za zachmurzenie. Zjawisko dotarło nad szerokości zwrotnikowe, po raz drugi w 2024 roku zbliżając się do równika tak bardzo, jak to możliwe jedynie przy najsilniejszych burzach. Analogicznie jak podczas majowej burzy ekstremalnej, tak i tym razem zorza została zarejestrowana z Nowego Meksyku, Kuby na Karaibach czy Portoryko - na szerokości geograficznej 18,4°N. Relacje obserwatorów mówiły o zjawisku widocznym gołym okiem nawet z centrów dużych miast, co przy rodzimych warunkach świetlnych należy do rzadkości. Dla wielu była to pierwsza zorza w życiu - dla innych, obserwujących od dekad, jedna z najpełniejszych wizualnie i najbardziej dynamicznych w ogóle.


Magnetyczny rdzeń CME - moment kulminacyjny

O sukcesie burzy zdecydowały parametry pola magnetycznego wiatru słonecznego. Pierwsze uderzenie w magnetosferę, około 15:00 UTC 10 października, stanowiło jedynie początek akcji. Po kilku godzinach, w noc z 10 na 11 października, wraz z coraz głębszym zanurzaniem się Ziemi w wyrzut koronalny, do naszej planety dotarł jego magnetyczny rdzeń - najbardziej wewnętrzna część CME o znacznie silniejszym i stabilniejszym polu magnetycznym, skręconym niczym lina i wykazującym przez to większą przewidywalność na kilkanaście godzin wprzód, zależnie od skrętu linii i kierunku w jakim się one zmieniają.

To właśnie wtedy parametry międzyplanetarnego pola magnetycznego osiągnęły wartości maksymalne dla tej burzy: siła Bt wzrosła do 46 nT, a składowa Bz utrzymywała się nieprzerwanie w zakresie -40 do -45 nT przez kilka godzin. Dla porównania: wiele burz kategorii G4 powstaje przy Bz rzędu -25 nT i Bt około 25-30 nT. Tutaj mieliśmy wartości niemal dwukrotnie większe, momentami właśnie wręcz dwukrotnie wyższe, stąd burza z października 2024 znalazła się na granicy ekstremalności, mimo formalnego zakwalifikowania jej do G4.


Ta długotrwała, konsekwentna orientacja południowa Bz sprawiła, że energia niesiona wyrzutem koronalnym mogła przenikać do ziemskiej magnetosfery z maksymalną skutecznością, powodując gwałtowne osłabienie pola magnetycznego i minimum indeksu Dst do -333nT. To właśnie moment dotarcia rdzenia CME przesądził o tym, że październikowa burza przeszła do historii jako jedno z najbardziej „modelowych” zjawisk 25. cyklu - idealne w swoim przebiegu i w strukturze pola.

Najbardziej fascynujące w całym wydarzeniu było to, jak długo trwała wysoka aktywność geomagnetyczna. Po pierwszym, gwałtownym uderzeniu magnetosfera nie zdołała wrócić do równowagi - kolejne godziny przyniosły najbardziej pożądane ustabilizowanie warunków, a zjawisko utrzymywało się niemal do popołudnia następnego dnia. Dla obserwatorów oznaczało to nie tylko długą noc z zorzami, ale też wyjątkowo stabilny okres wysokiego Kp, na skalę rzadko spotykaną nawet przy silniejszych wydarzeniach.


Pomiędzy kategoriami, czyli gdy sztywne zasady nie mają przełożenia na praktykę 

Wspominając o miejscu tej burzy w szerszej perspektywie, warto zwrócić uwagę na granice umowne między kategoriami G4 i G5. Oficjalna skala NOAA opiera się na operacyjnym indeksie Kp, który w trakcie burzy potrafi różnić się od późniejszych, naukowych wartości publikowanych przez GFZ w Poczdamie, niekiedy przyjmujących ostateczne wartości długi czas po ustaniu zjawiska. Właśnie ta różnica sprawia, że niektóre burze - jak m.in. listopadowa z 2003 i 2004 roku - określane są raz jako G4, raz jako G5, zależnie od wybranego źródła. W praktyce jednak, jeśli spojrzeć na rzeczywisty wpływ na magnetosferę i dane Dst, październik 2024 roku był burzą o wiele bliższą progu ekstremalnego. Zdecydowanie wyprzedzał typowe burze G4 z tego i poprzedniego cyklu, ustępując jedynie burzy G5 z maja 2024. Tym samym była to druga najsilniejsza burza 25. cyklu i jedna z największych po 2005 roku.

Nie zawsze też „kategoria G” - jedna z trzech oficjalnych skal, obok burz radiacyjnych i radiowych - jest jednoznaczna, ale w przypadku burzy październikowej panowała wyjątkowa zgodność. Zarówno NOAA/SWPC, jak i GFZ Poczdam określiły maksymalny indeks Kp na 8,66 w 9-cio punktowej skali, odpowiadający górnej granicy ciężkiej burzy magnetycznej, ale już powyżej wartości określanej jako G4+ przynależnej Kp równemu 8,33. W opisie indeksu Kp wydarzenie to figuruje jako 9-, co stanowi praktycznie już taką samą wyjątkowość, co w przypadku burz ekstremalnych. Pomijając pełnoskalową burzę G5 z maja 2024, wydarzenie z 10-11 października 2024 roku, o maksymalnym indeksie Kp9- było bowiem dopiero pierwszym takim przypadkiem burzy od 24 sierpnia 2005 roku.


Gdy indeks Dst mówi więcej od Kp: TOP-10 burz G4 w 25. cyklu (jak dotąd)

W odróżnieniu od Kp, który jest wskaźnikiem globalnej aktywności geomagnetycznej w 3-godzinnych przedziałach zawsze liczonych od 00:00 do 23:59 UTC danego dnia, indeks Dst (Disturbance Storm Time) opisuje średnie osłabienie ziemskiego pola magnetycznego, również w nanoTeslach (nT) nie mając przy tym odgórnie zamkniętej skali (podobnie jak indeks Hp30/60 o jakim więcej pisałem w ubiegłorocznym opracowaniu). Jest on głównym wskaźnikiem do pomiaru globalnej intensywności burzy magnetycznej, obliczanym na podstawie pomiarów pola magnetycznego Ziemi przy równiku i wskazuje na siłę prądu pierścieniowego - strumienia naładowanych cząstek, który wzmacnia się po uderzeniu wiatru słonecznego. Ponieważ pole prądu pierścieniowego jest skierowane przeciwnie do pola Ziemi, jego wzmocnienie objawia się gwałtownym spadkiem Dst do wartości ujemnych. Im bardziej ujemna jego wartość, tym silniejsza burza.

Podczas zeszłorocznej burzy indeks Dst osiągnął minimum -333 nT, co czyni to wydarzenie drugim najsilniejszym zarejestrowanym w 25. cyklu słonecznym, ustępującym jedynie ekstremalnej burzy G5 z 10-12 maja 2024 roku (-406nT) i jednym z najsilniejszych w tym wieku. Dla ciekawego i dla wielu pewnie bardzo zaskakującego porównania, ekstremalna burza magnetyczna kategorii G5 z 15 lipca 2000 roku („Burza Dnia Bastylii") opisana latem z okazji jej 25. rocznicy zakończyła się spadkiem indeksu Dst do jedynie -301nT, a więc paradoksalnie mimo wyższej kategorii aktywności cechowała się słabszą reakcją Dst od tej sprzed roku.

Z kolei następna w kolejności wśród najsilniejszych jak dotąd ciężkich burz, G4 z 24 kwietnia 2023 roku zajmująca obecnie trzecie miejsce na podium 25. cyklu osiągnęła "ledwo" -213nT, co daje różnicę aż 120nT w stosunku do wspominanej dziś burzy sprzed roku. To jest tak potężna różnica, że normalnie dzieli nas ona między zupełnym spokojem w polu magnetycznym, a właśnie stanem ciężkiej burzy. Prywatnie przyznam się Wam, że gdyby zależało to tylko ode mnie, przypadki takie jak zeszłoroczny klasyfikowałbym w oficjalnych statystykach jako kategorię G5- z jednej strony dla zachowania respektu i wyjątkowości wobec pełnoskalowych burz ekstremalnych, ale zarazem z drugiej strony dla konieczności wyraźnego odróżnienia takich przypadków od typowych burz G4, bo są to wydarzenia niemal równie wyjątkowe co normalne burze G5, co najdobitniej podkreśla fakt, że na taką burzę musieliśmy czekać od 2005 roku, mimo, że kategorię G4 w międzyczasie osiągaliśmy wielokrotnie. W obecnym kategoryzowaniu burze o skali z 10-11 października 2024 roku łatwo mogą ginąć pośród innych przypadków skatalogowanych w tej samej kategorii. Dalsze lokaty wśród jeszcze tylko ośmiu innych burz G4 w tym cyklu to na chwilę obecną kolejno:

- miejsce 3: -212nT (01.01.2025),
- miejsce 4: -188nT (12.08.2024),
- miejsce 5: -163nT (24.03.2023),
- miejsce 6: -138nT (15.04.2025),
- miejsce 7: -128nT (24.03.2024),
- miejsce 8: -121nT (17.09.2024*),
- miejsce 9: -119nT (01.06.2025),
- miejsce 10: -107nT (28.06.2024).

* - burza G3 (Kp=7,33) wg GFZ Poczdam

Warto tu dodać, że mieliśmy również w tym cyklu już podobny przypadek z zaledwie silną burzą kategorii G3 o minimalnym Dst rzędu -163nT (05.11.2023) czyli o zauważalnie silniejszej odpowiedzi pola magnetycznego na uderzenie CME, niż w niejednej burzy G4. Burza z października 2024 nie jest więc jedyną niesprawiedliwie zaniżoną w statystyce, kiedy realna aktywność geomagnetyczna umyka sztywnym ramom klasyfikowania tych wydarzeń prezentując w praktyce więcej, niż po danej kategorii aktywności można by oczekiwać. Muszę jeszcze w tym miejscu nadmienić, że podane wartości indeksów Dst dla burz po 2020 roku są tymczasowe i mogą jeszcze ulec pewnym wahaniom, zanim zostaną przyjęte jako ostateczne.

Wspominam o tych burzach nie tylko dlatego, że aktualnie mamy na koncie 10 burz magnetycznych kategorii G4 w 25. cyklu słonecznym (plus jedną ekstremalną), choć to też oczywiście dobry moment na mały ranking, jaki wyżej przytoczyłem, jednak przede wszystkim po to aby unaocznić jeszcze bardziej jakiej skali różnica zachodzi między bardzo "zwyczajną" burzą G4 jaką mamy niemal zawsze przy osiągnięciu tej kategorii, o Dst wahającym się typowo od około -100 do -200nT, a tą sprzed roku, która tylko przez drobny niefart (po prostu rozminięcie w czasie przeliczania stałych interwałów indeksu Kp z maksymalną aktywnością) nie jest klasyfikowana jako ekstremalna. Więcej o tych powodach i niuansach możecie czytać w zeszłorocznym opracowaniu z najbogatszą zorzową galerią czytelników jak do tej pory. Wynik -333nT burzy z 10-11 października 2024 roku sytuuje zatem to wydarzenie w czołówce burz magnetycznych XXI wieku, potwierdzając, że mimo klasyfikacji jako G4 była to burza faktycznie tożsama z aktywnością ekstremalną. Potwierdzają to również intensywność zórz, ich rzadko obserwowane zielone barwy na umiarkowanych i niskich szerokościach geograficznych wysoko nad horyzontem, co normalnie zarezerwowane jest dla szerokości okołobiegunowych widzących zorzę bardziej nad głową i z mniejszej odległości, oraz zasięg widoczności zjawiska, które dotarło aż do 18. równoleżnika.

Sony A7SII, Samyang 18mm f/2.8, ISO 1250-2500, eksp. 2,5-5 sek. (zdjęcia SAR eksp. 10 sek.)

Burza na miarę szczytu cyklu słonecznego - spojrzenie z rocznej perspektywy mówi więcej

Choć formalnie burza z 10-11 października 2024 r. została sklasyfikowana jako G4, jej parametry i skutki plasują ją znacznie bliżej progu ekstremalnego G5. Oprócz znakomitych wartości Bt/Bz i Dst, wyróżniała się długotrwałością oraz stabilnością - utrzymując pełną siłę przez ponad 18 godzin. Tak długi i intensywny napływ energii słonecznej do ziemskiej magnetosfery zdarza się wyjątkowo rzadko, a jeszcze rzadziej w sposób tak czysty i przewidywalny.

Burza ta pozostanie jednym z tych wydarzeń, które zawsze będą mogły być przywoływane jako wzorzec efektywnego oddziaływania CME z magnetosferą Ziemi. Połączenie idealnej trajektorii wyrzutu, jego wysokiej energii uwolnienia i szybkiego dotarcia do Ziemi, długotrwałego skierowania południowego Bz, wysokiej siły pola magnetycznego i zgodności prognoz z rzeczywistym przebiegiem uczyniło z niej przykład podręcznikowy - z CME, chciałoby się powiedzieć - niemal laboratoryjnie czystym, a przy tym skrajnie spektakularnym w swoich skutkach.

Z naukowego punktu widzenia była to burza, jaką każdy badacz pogody kosmicznej chciałby obserwować: intensywna, przewidywalna i doskonale udokumentowana, przebiegająca w podręcznikowy dla klasycznego CME sposób. Z perspektywy obserwatorów - jedna z najpiękniejszych nocy z zorzami polarnymi widocznymi w całej Polsce w ostatnich dekadach, zdaniem wielu bardziej nasyconymi barwą i jasnością, niż w burzy ekstremalnej równo pięć miesięcy wcześniej. Zorzami tętniącymi zielenią i intensywnością kojarzoną raczej z krajami skandynawskimi, niż z większością przypadków burz magnetycznych wymagających aparatu do przekonania się o obecności zjawiska na naszym niebie.

Z dzisiejszej perspektywy widać wyraźnie, że wydarzenie to idealnie zbiegło się ze szczytem 25. cyklu aktywności słonecznej. Dane z bieżącego roku, obejmujące już trzeci kwartał 2025, pokazują coraz wyraźniej, że cykl ten osiągnął swoje maksimum właśnie w październiku 2024 roku. Czy było to jedyne maksimum, czy dopiero pierwsze - tego dziś nie wiemy; nie oznacza to też końca intensywnych zjawisk. Pewne jest jednak, że o wyjątkowości tej burzy świadczyć będzie nie tylko rzadko osiągany indeks maksymalnych zaburzeń równy Kp9-, ale też idealne pokrycie się w czasie z miesiącem, jaki wyznaczać będzie ścisły szczyt 25. cyklu aktywności słonecznej pod względem najważniejszego w tym względzie parametru, czyli wygładzonej 13-miesięcznej liczby Wolfa obrazującej produkcję plam w dłuższej skali czasu, odpornej na krótkoterminowe wahania.

Quasi-ekstremalna burza magnetyczna z 10-11 października 2024 r. pozostanie w pamięci nie tylko jako spektakularne zjawisko widoczne gołym okiem w całej Polsce, ale też jako naukowy wzorzec skutecznego uderzenia CME. Jej przebieg, czysta struktura magnetyczna i znakomita zgodność prognoz z rzeczywistą aktywnością sprawiły, że była to burza, jaką już zawsze będziemy wspominać z wielkim sentymentem i kto wie czy nie jako najbardziej "elegancką" w swoim przebiegu burzę 25. cyklu słonecznego - idealnie książkową w pełnym tego słowa znaczeniu. Tęsknię. Tęsknimy wszyscy. I prosimy Słońce o więcej.


Autorski komentarz do bieżącej aktywności słonecznej - podstrona Solar Update
Warunki aktywności słonecznej i geomagnetycznej na żywo - podstrona Pogoda kosmiczna

Powiązane:


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

Dane Dst za: WDC Kyoto | Dane Kp za: NOAAGFZ

Komentarze