Maksimum słoneczne już trwa. Czego należy się spodziewać? Czy powinniśmy się bać?

W filmach rosnąca aktywność słoneczna jest elementem doskonale nadającym się do budowania atmosfery grozy, czego przykładem jest produkcja Zapowiedź (Knowing), w której dochodzi do anormalnego wzrostu aktywności Słońca prowadzącego dosłownie do usmażenia Ziemi. W filmie Finch, z Tomem Hanksem w roli głównej, sytuacja jest mniej dramatyczna, ale też niebezpieczna. W tym przypadku rozbłysk słoneczny zniszczył ziemską warstwę ozonową, pozbawiając jej ochrony przed promieniowaniem ultrafioletowym. Ziemia staje się pustkowiem, a przebywanie na zewnątrz jest niebezpieczne dla człowieka.

Wizja Ziemi wraz z magnetosferą, którą kształtuje wiatr słoneczny, oraz wyrzutu materii, przed którym ostrzegać moga nas satelity w kosmosie. Skala nie jest zachowana, przez co dramatyzm zjawisk przybiera na sile. (fot: ESA)

Czy to są realne perspektywy? Przede wszystkim panika nie jest dobrym doradcą. Maksimum słoneczne jak każde kosmiczne zjawisko, które wiąże się z emisją potężnych wiązek energii i materii w pobliżu Ziemi, może budzić obawy wśród ludzi, ale istotniejsze jest zrozumienie czym ono (maksimum) faktycznie jest i co dzieje się w tym czasie ze Słońcem.

Co to jest cykl słoneczny?

Na początku tekstu celowo pada słowo kilkunastoletni, a nie jedenastoletni o czym zwykle się mówi. Powód jest prosty, cykl słoneczny to zjawisko, którego czas trwania nie jest ściśle określony. Raz słońce szybciej przechodzi z jednego cyklu do kolejnego, raz zmiana następuje nawet kilka lat później. Jedenaście lat to uśredniona długość cyklu słonecznego.

Jeden cykl to czas pomiędzy magnetycznym przebiegunowaniem Słońca. Gdy następuje maksimum następuje odwrócenie biegunów. Podobne zjawisko zdarza się na Ziemi, ale tu trwa ono znacznie dłużej i ma wpływ jedynie lokalny, natomiast maksimum słoneczne wywiera wpływ na cały Układ Słoneczny. W 2006 r. wyrzut materii ze Słońca odarł atmosferę Wenus ze sporej ilości tlenu. Efekty aktywności słonecznej sięgają daleko poza orbitę Neptuna, choć nie są już tak silne jak w pobliżu Ziemi.

Poniżej zdjęcia Słońca w ultrafiolecie z sondy ESA Solar Orbiter wykonane w lutym 2021 r. i w październiku 2023 r.. Widać wzrost aktywności na powierzchni.

Przebieg całego cyklu słonecznego to odzwierciedlenie zmian w jego polu magnetycznym. Słońce to bowiem ciało niebieskie, którego materia jest w bezustannym ruchu, co prowadzi do generacji pola magnetycznego. Linie tego pola biegną wewnątrz Słońca, ale też wydostają się na zewnątrz. Miejsca, gdzie to następuje szczególnie intensywnie objawiają się jako plamy słoneczne. Liczba tych plam, a więc i aktywność pola magnetycznego, sugeruje nam jak aktywne jest Słońce, bo mamy korelację ich liczby, a także położenia, z momentem słonecznego cyklu.

Gdy mamy minimum aktywności, plam jest niewiele, a nawet mogą one zniknąć. Potem zaczynają one pojawiać się w coraz większej liczbie, najpierw w pobliżu równika Słońca, potem lokalizacja rosnącej ich liczby przesuwa się w stronę okolic podbiegunowych. Wygląda to jakby plamy migrowały od równika w stronę biegunów (a dokładnie rejonów o szerokości geograficznej słonecznej równej 30 stopniom na północ i południe od równika).

Maksimum 25 cyklu słonecznego - wcześniej niż się spodziewano, ale…

Choć aktywność słoneczną monitorujemy od kilkuset lat, to wciąż nie mamy recepty na dokładne przewidzenie jej maksimum. Dopiero po fakcie, gdy aktywność spada, około poł roku po wystąpieniu maksimum, zorientujemy się, że to już nastąpiło. Jednakże znaczący wzrost aktywności Słońca pozwala z dużym prawdopodobieństwem powiedzieć, że ten moment nastąpi już zaraz.

Wedle najnowszych danych aktywność Słońca osiągnęła właśnie poziom maksimum. Rok wcześniej niż wynikałoby to ze średniej długości cyklu słonecznego. Przez najbliższe miesiące możemy spodziewać się wyjątkowo burzliwego zachowania naszej dziennej gwiazdy.

W przypadku 25 cyklu słonecznego, maksimum pojawiło się o rok wcześniej niż się tego spodziewaliśmy w 2019 roku. Wciąż nie wiemy ile ono potrwa i ile faktycznie wyniesie długość obecnego cyklu, ale mamy już pewność, że warto uważać na to co będzie w tym roku działo na Słońcu.

Zmierzona (linia fioletowa) i przewidywana (linia czerwona) liczba plam słonecznych od 2014 roku. (źródło: NOAA)

Aktywność słoneczna to element tak zwanej pogody kosmicznej, którą monitorują satelity na orbicie Ziemi, a także te umieszczone pomiędzy Ziemią a Słońcem. Dwie misje kosmiczne - Solar Orbiter i Parker Solar Probe - realizowane obecnie przez ESA i NASA badają największe tajemnice Słońca. Pierwsza poprzez dostarczenie jego obserwacji sponad biegunów, a druga zbliżając się bardzo blisko powierzchni naszej gwiazdy (na koniec 2024 r. będzie to niespełna 7 milionów km).

Co dzieje się w maksimum cyklu słonecznego?

Linie pola magnetycznego, które są niejako autostradami po których poruszają się naładowane cząstki tworzące Słońce. W pewnym momencie, co zdarza się tym częściej im bliżej maksimum Słonecznego, te następuje do przebudowy tego pola, co skutkuje powstawaniem rozbłysków słonecznych, koronalnych wyrzutów materii. Ich wystąpienie oznacza, że w danym kierunku wyemitowana jest skoncentrowana wiązka naładowanej materii. Na drodze takiej wiązki może znaleźć się planeta, w tym Ziemia.

Jeśli tak się stanie zaczyna działać ziemskie pole magnetyczne, które jest płaszczem chroniącym nas przed wiatrem słonecznym. Kieruje ono go w stronę podbiegunowych regionów naszej planety, czego spektakularnym efektem są kolorowe zorze polarne. Im większa aktywność Słońca i więcej wyrzutów materii, tym intensywniejsze zorze, które można obserwować nie tylko w okolicach podbiegunowych. Z tym mieliśmy do czynienia w ubiegłym roku, gdy zorze pojawiały się często nad Polską.

Wizualizacja szkód jakie może wywołać podniesiona aktywność słoneczna. (fot: ESA)

Gdy wiązka naładowanych cząstek ze Słońca jest wyjątkowo intensywna, dociera w okolice Ziemi, gdzie może wzbudzić aktywność elektryczną, która stanowi zagrożenie dla obiektów na orbicie, a także pracujących w otwartej przestrzeni kosmicznej astronautów (w krytycznych momentach są oni proszeni o ukrycie się w pojazdach powrotnych, by szybko reagować w razie rosnącego zagrożenia).

Może dojść do uszkodzeń satelitów (im większa ich liczba na orbicie Ziemi, tym większe ryzyko strat, w 2022 roku koronalny wyrzut masy uszkodził 49 nowo wystrzelonych Starlinków) lub przerw w ich funkcjonowaniu (na przykład sieci nawigacji satelitarnej GNSS), a nawet zakłóceń radiowej komunikacji naziemnej i uszkodzeń ziemskich sieci energetycznych.

Najbardziej poszkodowanym jest tutaj nasza cywilizacja techniczna. Wpływ na ziemski klimat w wyniku zmian aktywności słonecznej jest znikomy. Poziom promieniowania elektromagnetycznego, które dociera do Ziemi, a którego nie blokuje ziemska magnetosfera, zmienia się bowiem jedynie o maksymalnie 0,15 procenta pomiędzy minimum a maksimum słonecznym.

Cykl 25 osiągnął być może maksimum, ale czy będzie najsilniejszym?

Wiemy już, że do zjawiska maksimum słonecznego należy podchodzić ze zrozumieniem, a nie bojaźnią. Warto sobie zadać jeszcze jedno pytanie, czy jest to najsilniejsze maksimum w historii pomiarów? O tym świadczyć będzie liczba plam słonecznych rejestrowanych na powierzchni Słońca (jeśli dysponujecie filtrem przeciwsłonecznym, tak jak przy obserwacji zaćmienia, możecie sami spróbować je policzyć w danej chwili).

Zapis liczby rejestrowanych plam słonecznych od 1750 roku wraz z numeracją kolejnych cykli słonecznych. (źródło: NOAA)

Obecnie nie mamy absolutnej pewności, że liczba plam (obecnie około 125 w ciągu miesiąca) osiągnęła maksimum. Jeśli tak, to maksimum 25 cyklu nie będzie tym najsilniejszym. Będzie silniejsze niż poprzednie w 24 cyklu, ale nie tak silne, jak to w cyklu 19 na przełomie lat 50. i 60. XX wieku. Wtedy liczba plam słonecznych w ciągu miesiąca sięgała 285 i było to najsilniejsze zarejestrowane maksimum.

Lecz aktywność Słońca choć już duża i wskazuje na maksimum, może jeszcze wzrosnąć, a wtedy cykl 25 ma szansę stać się jednym z najsilniejszych. Tylko czas pokaże jaka będzie rzeczywistość, ale na pewno można i w tym roku liczyć na niezwykłe pokazy zorzy polarnych, które zobaczymy też z Polski.

Źródło: NASA, NOAA, inf. własna