Superburze geomagnetyczne. Jak wielkim zagrożeniem są dla Ziemi?
Astronomowie dowiedzieli się więcej o tym jak groźne są superburze geomagnetyczne dla naszej planety, dzięki analizie ostatniego tego rodzaju niezwykłego wydarzenia, które miało miejsce w 2024 roku.
.Jak tłumaczą naukowcy superburze geomagnetyczne to ekstremalne zjawiska pogody kosmicznej, które występują, gdy Słońce wyrzuca ogromne ilości energii i naładowanych cząstek w kierunku Ziemi. Są one niezwykle rzadkie i występują mniej więcej raz na 20–25 lat. W dniach 10–11 maja 2024 r. Ziemię nawiedziła najsilniejsza superburza od ponad 20 lat, która została nazwana Gannon.
W ramach nowego badania, naukowcy z Nagoya University, pod kierownictwem Atsuki Shinbori, przyjrzeli się bliżej temu ekstremalnemu zjawisku i zaobserwowali jak superburza wpłynęła na plazmosferę Ziemi – obszar wewnątrz ziemskiej magnetosfery, który stanowi ochronną warstwę naładowanych cząstek otaczającą naszą planetę. Badanie zostało opublikowane w czasopiśmie „Earth, Planets and Space”.
Dzięki obserwacjom astronomowie dowiedzieli się więcej jak plazmosfera i jonosfera reagują na najsilniejsze burze słoneczne, co pomoże prognozować zakłócenia w działaniu satelitów, systemów GPS i sieci komunikacyjnych podczas ekstremalnych zjawisk pogody kosmicznej.
Wystrzelony przez Japońską Agencję Kosmiczną (JAXA) w 2016 roku satelita Arase orbituje wokół plazmosfery Ziemi, mierząc fale plazmowe i pole magnetyczne. Podczas superburzy w maju 2024 roku znajdował się on w idealnym położeniu, aby obserwować ekstremalne ściśnięcie i powolny powrót plazmosfery do pierwotnego kształtu z niespotykaną dotąd szczegółowością. Był to pierwszy przypadek, kiedy naukowcy uzyskali bezpośrednie pomiary kurczenia się tego obszaru atmosfery do niezwykle niskiej wysokości podczas burzy geomagnetycznej.
„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 skurczyła się plazmosfera i dlaczego jej powrót do normy trwał niezwykle długo” – mówi Atsuki Shinbori.
Plazmosfera wraz z polem magnetycznym, pomaga chronić Ziemię przed szkodliwymi naładowanymi cząsteczkami pochodzącymi ze Słońca i przestrzeni kosmicznej i wspiera również naturalny system osłonowy naszej planety przed intensywnym promieniowaniem. Zwykle rozciąga się daleko od powierzchni globu, ale podczas superburzy jej zewnętrzna granica przesunęła się z około 44 tysięcy km nad powierzchnią Ziemi do zaledwie 9600 km.
Superburza geomagnetyczna została wywołana przez wiele potężnych erupcji słonecznych, które wyrzuciły w kierunku Ziemi miliardy ton naładowanych cząstek. W ciągu dziewięciu godzin burza zmniejszyła plazmosferę do około jednej piątej jej normalnej wielkości. Powrót do poprzedniego stanu był bardzo powolny i trwał ponad cztery dni, co stanowi najdłuższy okres odnotowany przez astronomów od czasu rozpoczęcia monitorowania plazmosfery za pomocą satelity Arase w 2017 roku.
„Odkryliśmy, że burza najpierw spowodowała intensywne ogrzanie w pobliżu biegunów, ale później doprowadziło to do znacznego spadku liczby naładowanych cząstek w jonosferze, co spowolniło proces odbudowy. To przedłużające się zakłócenie mogło wpływać na dokładność działania GPS, zakłócić działanie satelitów i utrudnić prognozowanie pogody kosmicznej” – podkreśla Atsuki Shinbori.
W najbardziej intensywnej fazie superburzy ekstremalna aktywność słoneczna spowodowała kompresję pola magnetycznego Ziemi, umożliwiając naładowanym cząstkom przemieszczanie się znacznie dalej wzdłuż jego linii w kierunku równika. Spowodowało to powstanie zorzy polarnych na niezwykle niskich szerokościach geograficznych.
Jak twierdzą badacze, zorze polarne występują zazwyczaj w pobliżu regionów polarnych, ponieważ pole magnetyczne Ziemi kieruje cząstki pochodzące ze słońca do właśnie tych obszarów atmosfery, ale siła tej burzy spowodowała przesunięcie strefy ze zwykłej pozycji w pobliżu kręgów polarnych Arktyki i Antarktydy do regionów znajdujących się na średnich szerokościach geograficznych, takich jak Japonia, Meksyk i południowa Europa – miejsc, w których zorze polarne są rzadko widoczne. Im silniejsza burza geomagnetyczna, tym dalej w kierunku równika te zjawiska mogą wystąpić.
Około godziny po uderzeniu burzy, ilość naładowanych cząstek w górnych warstwach atmosfery ziemskiej gwałtownie wzrosła szczególnie w pobliżu biegunów. Kiedy burza zaczęła słabnąć, plazmosfera zaczęła ponownie wypełniać się cząstkami z jonosfery. Zwykle proces ten trwa dzień lub dwa, ale w tym przypadku powrót do normy trwał aż cztery z powodu zjawiska zwanego burzą negatywną (negative storm). Podczas tego rodzaju wydarzenia poziom cząstek w jonosferze gwałtownie spada na szerokim obszarze, gdy intensywne ogrzewanie zmienia skład chemiczny atmosfery. Powoduje to zmniejszenie ilości jonów tlenu, które pomagają wytwarzać cząsteczki wodoru potrzebne do ponownego wypełnienia plazmosfery. Burze te są niewidoczne i naukowcy wykrywają je tylko dzięki satelitom.
„Negatywna burza spowolniła proces regeneracji, zmieniając skład chemiczny atmosfery i odcinając dopływ cząstek do plazmosfery. Związek między tymi wydarzeniami, a opóźnioną regeneracją nigdy wcześniej nie został wyraźnie zaobserwowany” – twierdzi Atsuki Shinbori.
.Jak zaznaczają astronomowie, analizy te pomagają lepiej zrozumieć jak groźne są superburze geomagnetyczne i jak w ich czasie zmienia się plazmosfera, oraz jak przepływa przez nią energia. Podczas ostatniej kilka satelitów doświadczyło problemów ze swoimi urządzeniami lub przestało przesyłać dane, zakłócone zostały sygnały GPS oraz komunikacja radiowa. Wiedza o tym, ile czasu zajmuje regeneracja plazmosfery Ziemi po takich zdarzeniach, ma kluczowe znaczenie dla prognozowania pogody kosmicznej i ochrony infrastruktury na orbicie.
Oprac. EG
