Uwaga redaktora: Zapisz się do biuletynu naukowego CNN Wonder Theory. Odkrywaj wszechświat dzięki wiadomościom o fascynujących odkryciach, postępach naukowych i nie tylko.

CNN
—

Gdy Słońce zbliża się do szczytu obecnego cyklu słonecznego, nasza gwiazda staje się coraz bardziej aktywna. Zdaniem naukowców ten szczyt może nastąpić wcześniej niż przewidywano.

Mniej więcej co 11 lat słońce doświadcza okresów niskiej i wysokiej aktywności słonecznej, co jest związane z ilością plam słonecznych na jego powierzchni. Te ciemne regiony, z których niektóre mogą osiągnąć rozmiary Ziemi lub większe, są napędzane przez silne i stale zmieniające się pola magnetyczne Słońca.

W trakcie cyklu słonecznego słońce przechodzi od spokojnego do intensywnego i aktywnego okresu. Podczas szczytu aktywności, zwanego maksimum słonecznym, bieguny magnetyczne Słońca odwracają się. Następnie, podczas minimum słonecznego, słońce znów się uspokoi.

Początkowo przewidywano, że szczytowa aktywność rozpocznie się w lipcu 2025 r. Obecnie eksperci uważają, że cykliczny szczyt najprawdopodobniej nastąpi w połowie lub pod koniec 2024 r.

Obecny cykl słoneczny, znany jako Solar Cycle 25, był pełen aktywności, bardziej niż oczekiwano. Naukowcy z Centrum Przewidywania Pogody Kosmicznej National Oceanic and Atmospheric Administration w Boulder w stanie Kolorado wyśledzili już więcej plam słonecznych niż w szczytowym okresie poprzedni cykl.

„Nie ma dwóch takich samych cykli słonecznych” – powiedział Mark Miesch, naukowiec z Space Weather Prediction Center. „To maksimum słoneczne jest ekwiwalentem pogody kosmicznej sezonu huraganów. To wtedy obserwujemy największe burze. Ale w przeciwieństwie do sezonu huraganów, który trwa kilka miesięcy, maksimum słoneczne trwa kilka lat”.

Zwiększona aktywność obejmowała również silne rozbłyski słoneczne i koronalne wyrzuty masy lub duże obłoki zjonizowanego gazu zwanego plazmą i pola magnetyczne, które wybuchają z zewnętrznej atmosfery Słońca. Burze słoneczne generowane przez słońce mogą wpływać na sieci energetyczne, GPS i lotnictwo oraz satelity na niskiej orbicie okołoziemskiej. Zdarzenia te powodują również przerwy w dostawie energii elektrycznej, a nawet stanowią zagrożenie dla załogowych misji kosmicznych.

Dobrze znany przykład miał miejsce, gdy 29 stycznia 2022 r. ze Słońca wybuchła seria koronalnych wyrzutów masy, powodując ogrzanie i rozszerzenie zewnętrznej atmosfery Ziemi. Ta ekspansja spowodowała 38 z 49 Starlink satelity wystrzelone przez SpaceX spłoną.

Ale wzrost aktywności nie jest niczym niezwykłym i będzie trwał tylko wtedy, gdy zbliża się maksimum słoneczne.

„To całkowicie normalne”, powiedział dr Alex Young, zastępca dyrektora ds. nauki w Wydziale Nauk Heliofizyki NASA w Centrum Lotów Kosmicznych Goddard w Greenbelt w stanie Maryland. „To, co widzimy, jest ogólnie całkowicie oczekiwane. Gdy zbliżasz się do maksimum słonecznego, widzisz więcej plam słonecznych pojawiających się w skupiskach. Te grudki będą czasem większe i będą trwać dłużej”.

W miarę zbliżania się maksimum słonecznego skupiska plam słonecznych będą tworzyć się z coraz większą częstotliwością, prowadząc do zwiększenia aktywności.

„W miarę jak stajemy się coraz bardziej zależni od technologii, sieci elektroenergetycznych, satelitów, samolotów i GPS, wpływ pogody kosmicznej wzrasta, ponieważ burze słoneczne wpływają na tego rodzaju systemy” – powiedział Miesch. „Chociaż ten konkretny cykl nie jest niczym niezwykłym z punktu widzenia Słońca, to z naszego punktu widzenia”.

Nowe prognozy dotyczące maksimum słonecznego były prowadzone przez Scotta McIntosha, zastępcę dyrektora National Center for Atmospheric Research oraz Roberta Leamona, naukowca z Goddard Planetary Heliophysics Institute, wraz ze współpracownikami. Instytut jest partnerstwem University of Maryland, Baltimore County, University of Maryland, College Park i American University z NASA.

Zamiast śledzić plamy słoneczne, naukowcy skupili się na tym, co nazywają „terminatorem”, czyli punkcie, w którym aktywność z jednego cyklu słonecznego znika z powierzchni Słońca, po czym następuje gwałtowny wzrost aktywności słonecznej w nowym cyklu.

Plamy słoneczne są uważane za kamień węgielny przewidywania cyklu słonecznego, ale Leamon powiedział, że on i jego koledzy uważają, że śledzenie aktywności magnetycznej, która prowadzi do plam słonecznych, może dać dokładniejsze prognozy.

Po osiągnięciu maksimum słonecznego aktywność może utrzymywać się przez lata.

W rzeczywistości liczba rozbłysków słonecznych osiąga szczyt po maksimum, powiedział Leamon. Wzrost występuje w fazie wznoszącej parzystych cykli słonecznych oraz w fazie spadkowej cykli nieparzystych.

„Szczyt konsekwencji następuje po maksimum o kilka lat, więc największe skutki tutaj na Ziemi nastąpią po maksimum” – powiedział. „Wtedy spodziewasz się zobaczyć największe fajerwerki. Nawet jeśli plam słonecznych jest mniej, są one bardziej produktywne”.

Chociaż przejście od minimum słonecznego do maksimum słonecznego zwykle zajmuje około czterech lat, nie ma prostego szczytu dla maksimum, ponieważ słońce jest tak zmienne, powiedział Miesch.

Czasami dwa szczyty występują podczas niektórych cykli słonecznych, gdy północna i południowa półkula Słońca nie są zsynchronizowane, powiedział Young. Może się to zdarzyć, gdy liczba plam słonecznych na jednej półkuli osiągnie szczyt w innym czasie niż na drugiej półkuli, powodując przedłużone maksimum.

Maksimum słoneczne może trwać około dwóch lat zanim wszystko ucichnie, co oznacza, że ​​​​szansa na burze słoneczne może pozostać wysoka dłużej niż rzeczywisty szczyt, powiedział Miesch.

Światła północne i południowe

Jednak bardziej pozytywnym skutkiem ubocznym zwiększonej aktywności słonecznej są zorze polarne tańczące wokół biegunów Ziemi, znane jako zorza polarna lub zorza polarna oraz zorza polarna lub aurora australis.

Kiedy naładowane cząstki z koronalnych wyrzutów masy docierają do pola magnetycznego Ziemi, wchodzą w interakcję z gazami w atmosferze, tworząc różnokolorowe światło na niebie.

Burze geomagnetyczne napędzane przez słońce w lutym i kwietniu spowodowały, że zorze polarne były widoczne w miejscach, w których są rzadko spotykane, w tym na południu, w Nowym Meksyku, Missouri, Karolinie Północnej i Kalifornii w Stanach Zjednoczonych oraz w południowo-wschodniej Anglii i innych częściach Wielkiej Brytanii.

W zależności od lokalizacji zorze mogą nie zawsze być widoczne nad głową, ale mogą również powodować kolorowy pokaz na horyzoncie, powiedział Young.

Osoby zainteresowane zobaczeniem bardziej intensywnych zórz polarnych w przyszłości mogą być warte podróży na Alaskę, do Kanady, Islandii, Norwegii, Skandynawii lub na górny półwysep Michigan, powiedział Young.

„Widząc zorzę polarną, są jedną z najbardziej niesamowitych rzeczy, jakich kiedykolwiek doświadczyłem” – powiedział.

Chociaż najbardziej prawdopodobny czas wystąpienia burz słonecznych przypada na maksimum, mogą one wystąpić w dowolnym momencie cyklu, powiedział Miesch.

Zespoły z Centrum Przewidywania Pogody Kosmicznej wykorzystują dane z obserwatoriów naziemnych i kosmicznych, mapy magnetyczne powierzchni Słońca oraz obserwacje zewnętrznej atmosfery Słońca w ultrafiolecie, aby określić, kiedy Słońce najprawdopodobniej wyśle ​​rozbłyski słoneczne, koronalne wyrzuty masy i inną pogodę kosmiczną, która może mieć wpływ na Ziemię.

Centrum zapewnia prognozy, obserwacje, ostrzeżenia i alarmy tak szybko, jak to możliwe dla osób dotkniętych pogodą kosmiczną, z różnym wyprzedzeniem godzinowym lub tygodniowym, powiedział Bill Murtagh, koordynator programu centrum.

Rozbłyski słoneczne mogą niemal natychmiast wpłynąć na komunikację i GPS, ponieważ zakłócają ziemską jonosferę lub część górnych warstw atmosfery.

Energetyczne cząstki uwalniane przez słońce mogą również zakłócać elektronikę w statkach kosmicznych i wpływać na astronautów bez odpowiedniej ochrony w ciągu 20 minut do kilku godzin.

Materiał wysłany z dużą prędkością ze Słońca podczas koronalnych wyrzutów masy może dotrzeć na Ziemię między 30 a 72 godzinami później, powodując burze geomagnetyczne, które wpływają na satelitów i wytwarzają prądy elektryczne w górnych warstwach atmosfery, które przemieszczają się przez ziemię i mogą mieć wpływ na sieci elektroenergetyczne.

Regiony na wschód od Appalachów, na Górnym Środkowym Zachodzie iw północno-zachodnim Pacyfiku są bardziej podatne na zakłócenia w sieci energetycznej, ponieważ ziemia przewodzi prąd inaczej na tych obszarach w zależności od jej składu, wynika z badań przeprowadzonych przez US Geological Survey.

Burze wpływają również na schematy lotów komercyjnych linii lotniczych, którym polecono trzymać się z dala od biegunów Ziemi podczas burz geomagnetycznych z powodu utraty zdolności komunikacyjnych lub nawigacyjnych.

Przewidywanie, kiedy następna wielka burza słoneczna będzie miała wpływ na Ziemię, jest trudne. Ekstremalne burze zdarzały się już wcześniej, na przykład ta, która zerwała sieć energetyczną w Quebecu w 1989 r.

Ta ostatnia pozostaje najbardziej intensywną burzą geomagnetyczną, jaką kiedykolwiek zarejestrowano, powodując iskry i pożary stacji telegraficznych.

Gdyby takie zdarzenie miało miejsce dzisiaj, mogłoby spowodować szkody warte biliony dolarów i spowodować awarię niektórych sieci energetycznych przez znaczną ilość czasu.

„Nie wiemy, kiedy nastąpi następny duży” – powiedział Murtagh. „Może się to zdarzyć za kilka tygodni lub za 50 lat”.

Odkrycie pozostałych tajemnic Słońca poprzez misje, takie jak Parker Solar Probe NASA i Solar Orbiter Europejskiej Agencji Kosmicznej, może poprawić prognozy. A naukowcy będą mieli okazję badać Słońce podczas całkowitego zaćmienia Słońca 8 kwietnia 2024 roku.

Słońce i jego tajemnice fascynowały ludzkość od tysiącleci. Słońce zakotwicza nasz Układ Słoneczny i zapewnia ciepło i światło potrzebne do przetrwania życia, jednak pozostaje wiele pytań dotyczących jego wnętrza, które napędza jego aktywność magnetyczną.

„Z jednej strony wpływa to na nasze codzienne życie” – powiedział Miesch. „Od początku zorganizowaliśmy nasze społeczeństwa wokół pór roku. Ale jednocześnie jest to okno na kosmos”.