Potężna burza o rekordowych parametrach
Burza geomagnetyczna z 10-11 maja 2024 osiągnęła wartość indeksu Kp równą 9, podczas gdy minimalna wartość wskaźnika SYM-H spadła do -518 nanotesli. Te liczby plasują ją na drugim miejscu pod względem siły wśród wszystkich burz od 1981 roku, kiedy zaczęto systematycznie rejestrować te parametry. Pod względem intensywności przewyższyła wszystkie podobne zjawiska z ostatnich dwudziestu lat, dając naukowcom wyjątkową okazję do obserwacji ekstremalnych procesów w ziemskiej magnetosferze. Satelita Arase, wystrzelony przez Japońską Agencję Eksploracji Kosmicznej, odegrał kluczową rolę w tych badaniach. Atsuki Shinbori z Uniwersytetu Nagoya wyjaśnia metodologię:
Śledziliśmy zmiany w plazmosferze za pomocą satelity Arase i wykorzystaliśmy naziemne odbiorniki GPS do monitorowania jonosfery – źródła naładowanych cząstek, które uzupełniają plazmosferę. Monitorowanie obu warstw pokazało nam, jak dramatycznie plazmosfera skurczyła się i dlaczego odbudowa trwała tak długo.
Czytaj też: Ten silnik łączy Ziemię z kosmosem. Wytwarza energię w niewyobrażalny sposób
Połączenie danych satelitarnych z pomiarami z naziemnych stacji GPS po raz pierwszy umożliwiło tak szczegółową analizę reakcji różnych warstw atmosfery na ekstremalną aktywność słoneczną. Badacze z Uniwersytetu Nagoya opublikowali wyniki w czasopiśmie Earth, Planets and Space, dostarczając pierwszych dokładnych obserwacji mechanizmów kompresji i regeneracji plazmowej osłony Ziemi.
Dramatyczne skurczenie w zaledwie dziewięć godzin
Zmiany w plazmosferze podczas burzy przeszły najśmielsze oczekiwania naukowców. Zewnętrzna krawędź tej warstwy, normalnie rozciągająca się na około 44 000 kilometrów od powierzchni planety, została ściśnięta do zaledwie 9600 kilometrów. Cały ten proces zajął jedynie dziewięć godzin, podczas których plazmosfera zmniejszyła się do około 20% swoich typowych rozmiarów. Ekstremalne ściśnięcie ziemskiego pola magnetycznego przyniosło spektakularne efekty wizualne. Zorze polarne, które zwykle można obserwować tylko w pobliżu biegunów, pojawiły się na nietypowo niskich szerokościach geograficznych. Mieszkańcy Japonii, Meksyku i południowej Europy mogli podziwiać zjawiska świetlne normalnie zarezerwowane dla regionów polarnych. To przesunięcie strefy zórz świadczyło o ogromnej sile burzy i jej wpływie na geometrię magnetosfery.
Pomiary z satelity Arase ujawniły również inne ciekawe zjawiska. W jonosferze na wysokich szerokościach geograficznych (50-70 stopni magnetycznej szerokości geograficznej) zaobserwowano zwiększoną gęstość burzową, znaną jako SED. Jednocześnie w regionie czapy polarnej pojawił się tak zwany język jonizacji, czyli struktura związana ze wzmocnieniem dwukomórkowej konwekcji podczas głównej fazy burzy geomagnetycznej.
Rekordowo długa regeneracja
Jeśli samo skurczenie plazmosfery było imponujące, to proces jej odbudowy okazał się jeszcze bardziej zaskakujący. Regeneracja trwała ponad cztery dni – dokładnie 4,70 dnia dla jednego przejścia satelity i 4,31 dnia dla drugiego. To najdłuższy okres odbudowy zarejestrowany przez satelitę Arase od początku systematycznych obserwacji w 2017 roku, znacznie przekraczający typowe dwa dni potrzebne na regenerację po standardowych burzach geomagnetycznych. Przyczyną tak długiego czasu odbudowy było zjawisko zwane burzą negatywną. Intensywne ogrzewanie atmosfery w pobliżu biegunów doprowadziło do gwałtownego spadku ilości naładowanych cząstek w jonosferze. Zmieniła się chemia atmosfery, a ilość jonów tlenu – kluczowych dla uzupełniania plazmasfery – znacząco zmalała. Zjawisko to osiągnęło szczyt 11 maja o godzinie 18:00 czasu uniwersalnego i utrzymywało się aż do późnej fazy odbudowy burzy.
Czytaj też: Spadochroniarz na tle Słońca uchwycony w niezwykłym kadrze. Sześć prób i jeden perfekcyjny strzał
Stwierdziliśmy, że burza najpierw spowodowała intensywne ogrzewanie w pobliżu biegunów, ale później doprowadziło to do dużego spadku naładowanych cząstek w jonosferze, co spowolniło odbudowę. To przedłużające się zakłócenie może wpływać na dokładność GPS, zakłócać działanie satelitów i komplikować prognozowanie pogody kosmicznej.- relacjonują badacze
Shinbori podkreśla, iż związek między burzami negatywnymi a opóźnioną odbudową plazmosfery nigdy wcześniej nie był tak wyraźnie obserwowany. To odkrycie ma fundamentalne znaczenie dla zrozumienia długoterminowych skutków ekstremalnej pogody kosmicznej.
Realne konsekwencje dla technologii
Efekty superburzy Gannon nie ograniczyły się do zjawisk atmosferycznych. Kilka satelitów doświadczyło problemów elektrycznych bądź tymczasowo przestało przesyłać dane. Sygnały GPS były zakłócane, a komunikacja radiowa na całym świecie napotykała trudności. Te praktyczne problemy pokazują, jak bardzo współczesna cywilizacja zależy od infrastruktury kosmicznej i jak wrażliwa jest ona na ekstremalne zjawiska pogody kosmicznej. Badania przeprowadzone przez zespół z Uniwersytetu Nagoya dostarczają cennych wskazówek dla prognozowania przyszłych burz geomagnetycznych. Zrozumienie mechanizmów skurczenia i regeneracji plazmosfery, a także roli burz negatywnych w opóźnianiu odbudowy, może pomóc w lepszym przygotowaniu systemów satelitarnych i naziemnych na kolejne ekstremalne zdarzenia. Burze geomagnetyczne o takiej sile występują średnio raz na 20-25 lat, więc każda okazja do ich zbadania ma ogromną wartość.
Dane zgromadzone podczas burzy Gannon stanowią bezcenny materiał badawczy, który będzie analizowany przez lata. Naukowcy dysponują teraz lepszymi narzędziami do przewidywania, jak długo potrwa regeneracja plazmowej osłony Ziemi po kolejnych superburzach i jakie mogą być konsekwencje dla technologii kosmicznych. W dobie rosnącej zależności od satelitów – od nawigacji GPS, przez telekomunikację, po obserwację Ziemi – ta wiedza staje się kluczowa dla zapewnienia ciągłości działania krytycznej infrastruktury. Chociaż burza z maja ubiegłego roku dostarczyła bezcennych danych naukowych, to jednocześnie ujawniła naszą podatność na kaprysy kosmicznej pogody. Warto pamiętać, że podobne zdarzenia występują cyklicznie, a wraz z rosnącą zależnością od technologii satelitarnych, ich potencjalny wpływ na nasze życie może być coraz większy.