Będziemy w stanie precyzyjniej przewidywać burze geomagnetyczne

Zakłócenia ziemskiego pola magnetycznego to zagrożenie przede wszystkim dla ludzi przebywających na orbicie, jak i znajdującej się tam elektroniki (na powierzchni Ziemi dotyczy to przede wszystkim funkcjonowania sieci energetycznych, telekomunikacji, transportu powietrznego). Walka o zminimalizowanie negatywnych skutków burz słonecznych odbywa się nie tylko po stronie technologów na Ziemi, ale także po stronie „kosmicznych meteorologów”.

Tworzone przez nich prognozy pogody kosmicznej to oczywiście źródło cennych informacji dla amatorów zórz polarnych, które są dostrzegalną wizualnie manifestacją burz geomagnetycznych wywoływanych przez docierającą do Ziemi plazmę słoneczną. Najsilniejsze zorze miają związek z koronalnymi wyrzutami masy (ang. CME). Jednak znacznie cenniejsze są kosmiczne prognozy dla operatorów infrastruktury satelitarnej, a także ludzi przebywających w kosmosie. Prognoza kosmiczna, podobnie jak prognoza naziemna, pozwala nam przygotować się odpowiednio na spodziewane warunki.

Naziemne i orbitalne stacje „meteorologiczne” (te ostatnie to przede wszystkim sondy stale obserwujące Słońce), dostarczają wielu danych, które umożliwiają scharakteryzowanie pogody kosmicznej. Określamy prędkość i gęstość wiatru słonecznego, stopień zakłóceń pola magnetycznego Ziemi, siłę pola magnetycznego w skali Układu Slonecznego, oceniamy aktywność na powierzchni naszej dziennej gwiazdy, rejestrujemy flary słoneczne i CME, czyli zjawiska powiązane z wyrzutami materii ze Słońca. Te ostatnie mają największy wpływ na pogodę kosmiczną w okolicy Ziemi.

Gdy dojdzie do CME, jesteśmy w stanie zmierzyć prędkość unoszonej z nim materii oraz określić kierunek wyrzutu, a w efekcie ocenić, kiedy plazma słoneczna dotrze w okolice Ziemi i wywoła burzę geomagnetyczną. I właśnie ocena czasu dotarcia CME jest elementem, którego dokładność można jeszcze znacząco poprawić. Obecnie bowiem jakakolwiek ilościowa ocena CME następuje już po jego nastąpieniu, choć możemy przewidzieć, gdzie do niego dojdzie. I to właśnie z tego powodu istnieją szanse, byśmy mogli o CME dowiedzieć się więcej, jeszcze zanim nastąpi.

Dr Harshita Gandhi z Uniwersytetu Aberystwyth wraz ze swoim zespołem zaproponowała technikę oceny siły, z jaką dojdzie do wyrzutu materii ze Słońca. Istotnym elementem jest tu tak zwany parametr „krytycznej wysokości”, czyli odległości od powierzchni gwiazdy, na której słoneczne pole magnetyczne staje się niestabilne i może dojść do uwolnienia CME. Im większa jest ta krytyczna wysokość w koronie słonecznej w aktywnym regionie, tym większej szybkości CME możemy się spodziewać - twierdzi badaczka Słońca.

Ocena parametru „krytycznej wysokości” nie wymaga zastosowania nowatorskich technik obserwacyjnych, bo już potrafimy zbierać odpowiednie dane. Monitorując aktywne regiony na powierzchni Słońca i to jak zmienia się tam siła pola magnetycznego.

Precyzyjniej i szybciej określona prędkość, z jaką CME porusza się w naszym kierunku, przełoży się na szybsze i dokładniej czasowo zlokalizowane alerty. To ważne, bo żyjemy w czasach, gdy pogoda kosmiczna ma coraz większy wpływ na funkcjonowanie naszej cywilizacji. Dla przykładu, tegoroczne majowe wyrzuty materii, najsilniejsze od dwóch dekad, były pierwszymi tak mocnymi w czasach, gdy orbita Ziemi jest mocno zatłoczona satelitami.

Gdy CME dociera do Ziemi, obiekty na niskiej orbicie ziemskiej, odczuwają efekt wywołanej przezeń burzy geomagnetycznej, w postaci krótkotrwałego rozszerzenia się ziemskiej termosfery. Co w konsekwencji prowadzi do zwiększenia oporu atmosferycznego na wysokościach, gdzie znajdują się satelity (dotyczy to przede wszystkim Starlinków, a także drobnicy pozostałej po zderzeniach różnych obiektów na wysokościach poniżej 1000 km). Większy opór przyśpieszyć może nawet kilkukrotnie opadanie niewielkiego satelity w stronę Ziemi (duże obiekty w mniejszym stopniu poddają się takim epizodycznym zmianom). By temu zapobiec, w dniach 10-13 maja 2024 r. tysiące aktywnych satelitów wykonało manewry podniesienia orbity.

Takie operacje, które przy rosnącej liczbie obiektów na orbicie wymagają coraz większej kontroli, można będzie lepiej przygotować, dysponując dokładniejszą wiedzą na temat tego, kiedy nastąpi burza geomagnetyczna. Oczywiście recepta dr Gandhi nie jest całkowitym rozwiązaniem problemu, bo prędkość CME może ulec zmianie w trakcie propagacji strumienia plazmy, ale dokładna znajomość parametrów początkowych ułatwia śledzenie późniejszych zmian.

Źródło: phys.org, inf. własna