Na zatłoczonej drodze szybszy samochód może zderzyć się z wolniejszym, a wpadające na nie kolejne pojazdy utworzyć trudny do rozplątania karambol. W przestrzeni między Słońcem a Ziemią dzieje się coś podobnego. Wyrzucone w różnym czasie obłoki plazmy poruszają się z różnymi prędkościami. Szybsze doganiają wolniejsze, spychają je, ściskają ich pola magnetyczne i zmieniają dalszy ruch całej grupy.

Taki łańcuch zdarzeń poprzedził burzę geomagnetyczną z maja 2024 r. W Polsce zapamiętaliśmy ją przede wszystkim dzięki zorzom widocznym daleko od obszarów polarnych. Dla badaczy pogody kosmicznej była to jednak przede wszystkim najsilniejsza burza od około dwóch dekad i wyjątkowo trudny sprawdzian możliwości prognozowania.

Między 8 a 11 maja ze Słońca w krótkich odstępach wyruszyło co najmniej dziesięć koronalnych wyrzutów masy, czyli ogromnych obłoków namagnesowanej plazmy. Nie dotarły one do Ziemi jako dziesięć niezależnych fal. Po drodze doganiały się i częściowo łączyły, a urządzenia w pobliżu Ziemi zarejestrowały ostatecznie pięć złożonych struktur magnetycznych.

Przebieg tego kosmicznego karambolu odtworzyli naukowcy z USA, Indii, Belgii i Polski. Współautorem publikacji jest Stefaan Poedts, afiliowany przy Instytucie Fizyki UMCS w Lublinie oraz KU Leuven. Wyniki ukazały się w „The Astrophysical Journal”.

Badacze zestawili obrazy wykonane przez dwa obserwatoria kosmiczne: SOHO, znajdujące się około 1,5 mln km od Ziemi w stronę Słońca, oraz STEREO-A, krążące wokół Słońca po orbicie zbliżonej do ziemskiej. Obserwacje z dwóch różnych kierunków pozwoliły odtworzyć trójwymiarowy kształt i tor wyrzutów. Następnie wprowadzili te dane do modelu EUHFORIA, który opisuje przepływ plazmy wraz z niesionym przez nią polem magnetycznym.

Symulacje pokazały, że o sile burzy nie zdecydowała wyłącznie prędkość wyrzutów. Ważne było to, co działo się pomiędzy nimi. Pierwsze obłoki połączyły się stosunkowo blisko Słońca, kolejne je doganiały, przyspieszały albo ściskały. Jeden z bocznych kontaktów zmienił ruch wolniejszego wyrzutu na tyle, że ten dołączył do wcześniejszej struktury. Następne fale wlatywały natomiast w obszary o mniejszej gęstości, pozostawione przez poprzedników, i mogły przemieszczać się w nich szybciej.

Szczególnie istotny okazał się kierunek pola magnetycznego docierającego do Ziemi. Gdy jego składowa była skierowana na południe, przeciwnie do ziemskiego pola po dziennej stronie magnetosfery, energia łatwiej przenikała do jej wnętrza. Kolejne wyrzuty wydłużały okres takiego niekorzystnego ustawienia i wzmacniały zaburzenie. Kilka umiarkowanych zdarzeń mogło więc wspólnie wywołać skutki znacznie poważniejsze niż sugerowałaby ocena każdego z nich osobno.

Najlepsza symulacja wykorzystująca dane, którymi można było dysponować podczas prognozowania, wyznaczyła nadejście pierwszej fali z różnicą około dwóch godzin względem obserwacji. Odtworzyła jednak tylko około dwóch trzecich zmierzonej siły burzy. Po dokładniejszej analizie przeprowadzonej już po zdarzeniu model osiągnął około 70 proc. obserwowanej intensywności. Inny uzasadniony wybór prędkości początkowych przesuwał przewidywane nadejście burzy aż o siedem–osiem godzin.

To pokazuje zarówno możliwości, jak i słabości obecnych prognoz. Kiedy wyrzutów jest dziesięć, niewielka niepewność dotycząca kierunku lub prędkości każdego z nich wpływa na wszystkie późniejsze zderzenia. Model upraszcza ponadto kształt i wewnętrzną budowę obłoków, przyjmuje spokojniejsze tło wiatru słonecznego i nie odtwarza części procesów zachodzących w mniejszych skalach.

Badanie jest analizą jednego zdarzenia wykonaną w dużej mierze po fakcie, a nie gotowym systemem ostrzegawczym. Pokazuje jednak, czego taki system powinien się nauczyć. Nie wystarczy wykryć największy wyrzut i obliczyć czas jego podróży. Trzeba śledzić całą serię oraz przewidywać, jak jej części będą się wzajemnie wpływać na siebie. W przypadku pogody kosmicznej największe zagrożenie może bowiem powstać dopiero po drodze. (PAP)

kmp/ agt/