Jev podobný polární záři na Slunci a sluneční aktivita

Vědci poprvé v historii zaznamenali signál rádiových vln odpovídající polární záři, který způsobily elektrony urychlené sluneční skvrnou na povrchu naší hvězdy. Sluneční světelná show se odehrála zhruba 40 000 kilometrů nad sluneční skvrnou – magneticky zdeformovanou tmavou skvrnou na povrchu naší hvězdy. Astronomové na Zemi detekovali záblesky radiových vln v průběhu jednoho týdne. Již v minulosti vědci detekovali rádiové signály podobné polární záři ze vzdálené hvězdy, ale tentokrát  poprvé zaznamenali signál tohoto druhu z našeho vlastního Slunce. Svá zjištění publikovali 13. listopadu v časopise Nature Astronomy.

 „Pozorovaný jev je zcela odlišný od typických přechodných slunečních rádiových záblesků, které obvykle trvají minuty nebo hodiny,“ řekl hlavní autor Sijie Yu, astronom z New Jersey Institute of Technology's Center for Solar-Terrestrial Research (NJIT-CSTR). „Je to vzrušující objev, který může změnit naše chápání magnetických procesů na hvězdách.“

Na Zemi jsou polární záře výsledkem energetických slunečních částic, které prolétají atmosférou v blízkosti pólů, kde je ochrana zemským magnetickým polem nejslabší (siločáry magnetického pole zde vstupují k pólům kolmo k povrchu Země, čili nebrání pohybu nabitých částic k Zemi), a excitují molekuly kyslíku a dusíku. Tyto molekuly pak uvolňují energii ve formě světla a generují na obloze pozorovatelné vlnící se barevné „záclony“. Částice slunečního větru (hlavně protony a elektrony) jsou obvykle vymrštěny daleko od Slunce, když se magnetická pole kolem slunečních skvrn zauzlí a poté náhle prasknou. Výsledné uvolnění energie vyvolává výbuchy záření nazývané sluneční erupce a explozivní výtrysky slunečního materiálu nazývané výrony koronární hmoty.

Frekvence deseti tisíckrát vyšší než na Zemi

Namířením radioteleskopu na sluneční skvrnu na povrchu naší hvězdy vědci detekovali emisi podobnou polární záři, o níž se domnívají, že ji způsobily elektrony ze slunečních erupcí, které jsou pak urychlovány podél magnetických siločar sluneční skvrny. Na rozdíl od zemských polárních září se emise ze slunečních skvrn vyskytují na frekvencích v rozmezí stovek tisíc kHz až zhruba do jednoho milionu kHz. Je to přímý důsledek elektromagnetického pole slunečních skvrn, které je tisíckrát silnější než zemské. Pro srovnání, typická polární záře na Zemi vyzařuje světlo o frekvencích mezi 100 až 500 kHz.

Vědci tvrdí, že jejich objev otevřel nové způsoby studia sluneční aktivity a začali se probírat archivními daty, aby našli skryté důkazy o slunečních polárních zářích v minulosti. Začínají odkrývat, jak energetické částice a magnetická pole interagují v systému dlouhotrvajících skvrn, nejen na našem vlastním Slunci, ale také na hvězdách daleko za hranicemi sluneční soustavy.

Sluneční maximum přichází

Z dálky se Slunce může zdát klidné a stabilní, ale ve skutečnosti je v neustálém pohybu, v opakujících se cyklech. Zhruba každých 11 let se magnetické pole Slunce zamotá a úplně převrátí – změní severní pól na jižní pól a naopak. V předstihu před tímto zvratem Slunce zesiluje svou aktivitu: chrlí ohnivé kapky plazmy, zvětšuje tmavé skvrny o velikosti planety a emituje proudy silného záření. Toto období zvýšené aktivity, známé jako sluneční maximum, je také potenciálně nebezpečným obdobím pro Zemi. Sluneční bouře bombardují Zemi a mohou narušit komunikaci, poškodit energetickou infrastrukturu, ohrozit některé živé tvory (včetně astronautů) a zlikvidovat satelity. Někteří vědci si myslí, že další sluneční maximum může přijít dříve a bude mnohem silnější, než jsme si mysleli.

Původní předpověď očekávala, že současný sluneční cyklus vyvrcholí v roce 2025. Ale rekordní úroda slunečních skvrn, slunečních bouří a vzácných slunečních jevů naznačuje, že sluneční maximum by mohlo přijít již do konce tohoto roku.

Sluneční aktivita

Přibližně každých 11 let se Slunce dostane z nejnižšího bodu sluneční aktivity, slunečního minima, do slunečního maxima a zpět. Není jasné, proč sluneční cykly trvají právě takto dlouho. Astronomové si všimli tohoto vzorce již od prvního cyklu pojmenovaného sluneční cyklus 1, který se odehrál mezi lety 1755 a 1766. Současný sluneční cyklus 25 podle NASA oficiálně začal v prosinci 2019. Při slunečním minimu je magnetické pole Slunce silné a organizované, se dvěma jasnými póly jako normální dipólový magnet. Magnetické pole působí jako „obří silové pole“, které obsahuje přehřátou sluneční plazmu nebo ionizovaný plyn v blízkosti povrchu a potlačuje sluneční aktivitu. Magnetické pole se však pomalu mění, některé oblasti se stávají magnetizovanějšími než jiné, magnetické pole postupně slábne a sluneční aktivita se začíná zvyšovat: Plazma stoupá z povrchu hvězdy a vytváří masivní podkovy, známé jako koronární smyčky. Tyto ohnivé stuhy se pak mohou zlomit, když se magnetické pole Slunce přeskupí a uvolní jasné záblesky záření, sluneční erupce. Někdy erupce přinášejí obrovská zmagnetizovaná mračna rychle se pohybujících částic, známá jako výrony koronární hmoty.

Několik let po maximu se magnetické pole Slunce úplně převrátí. To ohlašuje konec cyklu a začátek nového slunečního minima. K určení fáze slunečního cyklu se monitorují sluneční skvrny, tmavší a chladnější místa na povrchu hvězdy, kde se tvoří koronární smyčky. Sluneční skvrny téměř úplně chybí na slunečním minimu a jejich počet se zvyšuje při slunečním maximu.

Sluneční cyklus 25

V dubnu 2019 Solar Cycle 25 Prediction Panel, který se skládá z desítek vědců z NASA a Národního úřadu pro oceán a atmosféru (NOAA), zveřejnil předpověď pro sluneční cyklus 25, ale od začátku se zdálo, že předpověď není dobrá. Pozorovaných slunečních skvrn bylo mnohem více, než se předpokládalo. V prosinci 2022 dosáhl počet slunečních skvrn maxima. V lednu 2023 vědci pozorovali dvakrát více slunečních skvrn, než NASA předpovídala (143 pozorovaných oproti 63 odhadovaným), a čísla zůstala téměř stejně vysoká i v následujících měsících. Celkově počet pozorovaných slunečních skvrn překračuje předpoklad již 27 měsíců v řadě. Hojnost slunečních skvrn je hlavním varovným signálem, ale ne jediným důkazem.

Dalším klíčovým ukazatelem sluneční aktivity je počet a intenzita slunečních erupcí. V roce 2022 bylo pětkrát více slunečních erupcí třídy C a M než v roce 2021 a zvyšuje se i počet nejsilnějších slunečních erupcí třídy X. V první polovině roku 2023 bylo zaznamenáno více erupcí třídy X než za celý rok 2022 a nejméně jedna z nich přímo zasáhla Zemi. (Třídy označujeme A, B, C, M a X, přičemž každá třída je nejméně 10krát silnější než ta předchozí.)

Sluneční erupce mohou přinést geomagnetické bouře, velké poruchy zemské magnetosféry způsobené slunečním větrem nebo výrony koronární hmoty. Například 24. března 2023 zasáhl Zemi bez varování „skrytý“ výron a spustil nejsilnější geomagnetickou bouři za více než 6 let, která vytvořila rozsáhlé polární záře. Celkový nárůst počtu geomagnetických bouří v  roce 2023 také způsobil, že teplota v termosféře, druhé nejvyšší vrstvě zemské atmosféry, dosáhla dvacetiletého maxima. 9. března se nad Sluncem zvedl téměř 100 000 kilometrů vysoký plazmový vodopád a spadl zpět do Slunce; 2. února kroužil kolem severního pólu Slunce více než 8 hodin obrovský polární vír nebo ohnivý kruh. V březnu „sluneční tornádo“ vyšší než 14 Zemí na sobě zuřilo tři dny. Minulé cykly naznačují, že sluneční maximum může trvat jeden až dva roky, ale není to jisté.

Potenciální dopady na Zemi

Sluneční maximum tedy může přijít silněji a dříve, než jsme předpokládali. Proč na tom záleží? Odpověď závisí především na tom, zda sluneční bouře narazí na Zemi, tedy bude-li mířit správným směrem ve správný čas. Pokud sluneční bouře udeří, může ionizovat horní atmosféru Země a způsobit výpadky radiových a satelitních signálů. Velké bouře, které blokují spojení planety se satelity, mohou dočasně vyřadit z provozu rádiové a GPS systémy s dlouhým dosahem až pro polovinu planety. Samo o sobě je to jen drobná nepříjemnost, ale pokud by se dlouhý výpadek náhodou shodoval s velkou katastrofou, jako je zemětřesení nebo cunami, následky by mohly být katastrofální.

Silné sluneční bouře mohou také generovat pozemní elektrické proudy, které mohou poškodit kovovou infrastrukturu, včetně starších energetických sítí a železničních tratí.

Pasažéři a posádky letadel mohou být během slunečních bouří zasaženi vyšší úrovní radiace, i když není jasné, zda by byly dávky tak vysoké, aby měly nějaké zdravotní dopady. Takové špičky radiace by však byly mnohem významnější pro astronauty na palubě kosmických lodí, jako je Mezinárodní vesmírná stanice nebo chystaná mise Artemis na Měsíc.

Ionizovaná horní atmosféra se také stává hustší, což může vytvářet další odpor pro satelity na oběžné dráze Země. Tento dodatečný odpor může tlačit satelity k sobě nebo je vytlačit z oběžné dráhy. Například v únoru 2022 se den po svém vypuštění zřítilo  během geomagnetické bouře 40 satelitů Starlink společnosti SpaceX. Ve srovnání s minulými slunečními cykly se celkový počet satelitů exponenciálně zvýšil. Většina z nich je provozována komerčními společnostmi, které jen zřídka zohledňují kosmické počasí.

Pravděpodobnost superbouře, která se vyskytne jednou za století, jako byla Carringtonova událost v roce 1859, se během slunečního maxima také mírně zvyšuje. Taková bouře by dnes mohla způsobit škody v hodnotě miliard dolarů a výrazně ovlivnit každodenní život. Lidé mohou udělat jen málo, aby se ochránili před přímým zásahem sluneční bouře, ale lze se na ni připravit změnou trajektorií satelitů, uzemněním letadel a identifikací zranitelné infrastruktury.

O slunečních bouřích jsme psali již zde: https://www.3pol.cz/cz/rubriky/astronomie/22-odpojte-transformatory-blizi-se-slunecni-boure

Zdroj:

Astronomové poprvé spatřili polární záři na Slunci | Živá věda (livescience.com)

Sluneční maximum by nás mohlo zasáhnout tvrději a dříve, než jsme si mysleli. Jak nebezpečný bude chaotický vrchol Slunce? | Živá věda (livescience.com)