Wyrzut plazmy w kierunku Ziemi. GPSy mogą zaszaleć

W kosmiczną podróż zabiera nas Michał Witek, współtwórca Astrohunters i Centrum Edukacji Kosmicznej AstroLab.

Zobaczyć to, czego nie widzi ludzkie oko

We wtorek, w czasie półkolonii dla dzieci w AstroLabie patrzyliśmy na Słońce dwoma teleskopami. Jeden łapie światło, które widzi nasze oko, to światło jest tysiące razy przyciemnione, żeby nie uszkodzić wzroku i żeby w ogóle można było na słońce popatrzeć. Przez ten teleskop wyraźnie było widać bardzo dużą grupę tzw. słonecznych plam. To zupełnie normalna sytuacja, że Słońce wysypuje się tymi plamami, chociaż zdarza się to tak intensywniej mniej więcej co 11 lat, to tak zwane cykle słoneczne. Przez około 11 lat Słońce jest spokojne i stosunkowo niewiele się na nim dzieje, a potem jest kolejne 11 lat, które są dość intensywne i tą intensywnością mogą być właśnie te grupy plam słonecznych, nie pojedyncze plamy, tylko wielkie grupy plam.

Trzeba też wspomnieć o CME, czyli "koronalnych wyrzutach masy", co prościej można nazwać jako wielkie wybuchy słoneczne, choć to niedokładna nazwa dla oddania charakteru tego zjawiska.

W tym miejscu przejdziemy do drugiego teleskopu, który patrzy na Słońce inaczej niż większość sprzętów astronomicznych - to jest teleskop słoneczny. On łapie światło takie, którego nie widzi nasze oko, którego nie widzi żaden aperat czy kamera bez specjalistycznego filtra. Dzięki temu teleskopowi możemy popatrzeć na słońce w paśmie wodoru. W nim obserwujemy słońce inaczej i wtedy dopiero możemy dostrzec tę tzw. aktywność słoneczną, czyli oprócz wyżej wspomnianych plam, takich ciemnych kropek na tarczy słonecznej, możemy jeszcze zaobserwować właśnie te tzw. protuberancje słoneczne.

Kilka faktów o słońcu

Słońce, czyli normalna gwiazda, jak wszystkie inne gwiazdy we wszechświecie, które oczywiście różnią się między sobą wielkością, masą i trochę składem oraz temperaturą. Nasze słońce jest zupełnie zwyczajną gwiazdą, składa się całkowicie z czegoś, co się nazywa "plazma".

Plazma to czwarty stan skupienia. Na Ziemi, na przykładzie wody, świetnie obserwujemy stan ciekły, stały i gazowy - i na tym, jeśli chodzi o nasze ziemskie środowisko - koniec. Natomiast jeśli chodzi o wszechświat - tam się dzieje wszystko inaczej. Słońce zbudowane jest z pierwiastków - wodoru i helu. Na ziemi powiedzielibyśmy, że mogą one być w stanie gazowym, albo ewentualnie - w odpowiednich warunkach - w stanie ciekłym. Na Słońcu to wszystko razem jest w stanie plazmy. Dlatego, że Słońce, czy to na jego tzw. powierzchni, czy też wewnątrz, w głębszych warstwach jest niesamowicie gorące.

Na przykład, ta tzw. powierzchnia Słońca, czyli fotosfera, może mieć temperaturę dochodzącą do 5500-6000 stopni, to ekstremalne temperatury dla nas, ale gdybyśmy mogli zmierzyć temperaturę jądra słonecznego - tam dochodzi ona już do 15 milionów stopni. Tam wszystko jest w stanie plazmy, trudno określić jak ona wygląda. Jest to jednak bardzo gorąca mocno naładowana energetycznie substancja.

Naukowe próby stworzenia plazmy

Naukowcy od lat marzą, by stworzyć laboratoria ze stabilną plazmą, bo to najlepsze, najbardziej wydajne i najbardziej ekologiczne źródło energii dla naszej cywilizacji. Powstają bardzo drogie laboratoria, gdzie próbuje się wyprodukować plazmę, ale z jakiegoś powodu - jeszcze ludzkości nieznanego, nawet jeśli by się choć na krótki moment udało taką plazmę wyprodukować w ziemskich laboratoriach, to niestety jakieś naturalne zjawisko, którego nie znamy, powoduje, że ona jest niestabilna, nie utrzymuje się, jakiś naturalny mechanizm blokuje te reakacje, które powodują utrzymywanie tej plazmy.

Natomiast na Słońcu i w gwiazdach dzieje się to w stabilny sposób, zupełnie naturalnie. I gwiazdy, w nieprzerwany sposób, mogą istnieć nawet kilkanaście miliardów lat, jak nasze słońce, bo tyle mają paliwa, czyli tzw. wodoru.

Protuberancje

Obserwując Słońce możemy zaobserwować różne zjawiska, najłatwiej zaobserwować te ciemne plamy, przez taki filtr, który można kupić za kilkanaście złotych i umieścić przed lornetkę czy teleskop, jeśli ktoś ma - wtedy można zobaczyć białą kulę Słońca i na niej te małe kropki. Te małe kropki nam się wydają ciemne, dlatego, że są o jakieś 500-600 stopni chłodniejsze od reszty Słońca i przez filtr wydają się być ciemniejsze. Gdyby jednak taką pojedynczą plamę czy grupę plam zabrać ze Słońca i postawić na nocnym niebie, to by świeciła o wiele, wiele jaśniej niż księżyc w pełni. One też promieniują, tylko, że słabiej.

Gdybyśmy mieli z kolei specjalistyczny teleskop, z odpowiednio wyspecjalizowanym filtrem, który pokaże nam Słońce w linii wodoru (Słońce składa się z wodoru w 70%), widzielibyśmy zupełnie inne zjawiska, tzw. protuberancje, czyli jakby pasma czy języki odrywające się ze Słońca. To jest właśnie ta rozgrzana do 5500 stopni plazma słoneczna, wygląda trochę tak jakby słońce bulgotało - jak wulkan wyrzuca z siebie lawę, to strzela takimi fontannami, to jest trochę podobne i to są właśnie protuberancje.

Protuberancje są ogromne, pojedyncza może mieć wysokość nawet 250 tysięcy kilometrów, co jest nieporównywalnie większe od całej naszej planety. Słońce od ziemi jest oddalone ok. o 150 milionów kilometrów, to wielkości i odległości trudne do wyobrażenia, ale można spróbować np. tak - do kuli słońca spakowalibyśmy milion 300 tys. takich planet jak Ziemia.

Te plamy, jak i protuberancje są związane z gigantycznym polem magnetycznym Słońca, bo Słońce to taki ogromny kosmiczny magnes - mówiąc w bardzo dużym uproszczeniu. Nasze Słońce przez całe swoje życie jest aktywne i będzie aktywne, cały czas będzie się z nim coś działo.

Czasami zdarzają się wyrzuty plazmy dużo potężniejsze niż przeciętnie, czasem pojawiają się nawet rozbłyski, to już w ogóle jest mocno energetyczne. Przepotężne linie pola magnetycznego, które powstają we wnętrzu Słońca, one jakby przecinają całą naszą gwiazdę i wychodzą nawet daleko poza jej krawędź, poza jej powierzchnię. Oczywiście linie pola magnetycznego są dla nas niewidoczne, na Ziemi możemy je zobaczyć przez małe opiłki żelaza. Protuberancje słoneczne troszeczkę nam pokazują, czy też odwzorowują te potężne linie pola magetycznego Słońca. Jak leci sobie taka potężna wiązka pola magnetycznego i ona zabiera ze sobą kawałek tej rozgrzanej plazmy, bo one ze sobą oddziałują, to ta plazma ma kształt zbliżony do tych linii pola magnetycznego.

Na poniższym filmie widać, jak protuberancja odrywa się ze Słońca - ma taki łukowaty kształt, układa się wzdłuż tych linii pola magnetycznego właśnie. I jeżeli ta protuberancja jest na tyle silna, to wtedy duża ilość tej bardzo gorącej plazmy jest wyrzucana w przestrzeń kosmiczną i to się dzieje ciągle, czasami bardziej i znaczenie ma również to, w jakim kierunku jest wyrzut tej plazmy.

Earlier today a filament in AR3076 erupted and is associated with a partial halo CME. Here, 211 Å is in red, 193 Å is in green, and 171 Å is in blue. (Footage courtesy of NASA/SDO and the AIA science team. Footage processed with JHelioviewer.) pic.twitter.com/jwfxKKcT29

— Trestan Simon (@TrestanSimon) August 14, 2022

I tu wracając do obserwacji Słońca, o których mówiłem na początku, to właśnie blisko tej grupy plam słonecznych było widać, na tle bardzo czerwonego Słońca, dwie takie dosyć długie, ciemne, wyglądające jak szare wstęgi, czy poskręcany słup dymu - i to były prawdopodobnie dwa olbrzymie wyrzuty tej słonecznej plazmy - w naszym kierunku, w kierunku ziemi.

Najpotężniejsza zarejestrowana w historii ludzkości protuberancja lecąca ze Słońca miała miejsce w 1859 roku, kiedy jeden z angielskich astronomów oglądał Słońce przez teleskop i widział właśnie taki wyrzut. I po 18 godzinach, a zazwyczaj trwa to 3-4 dni, a tu już po 18 godzinach od jego obserwacji, ta materia słoneczna gorąca dotarła do Ziemi i zorze polarne było widać praktycznie z każdego miejsca na kuli ziemskiej. Bo właśnie zorza polarna to finalny efekt docierania do ziemi tego tzw. wiatru słonecznego z tej protuberancji.

Na szczęście Ziemia to też taki magnes, tylko słabszy i mniejszy, ma magnetosferę, czyli taką niewidzialną dla nas warstwę ochronną, która właśnie chroni nas przed takimi zagrożeniami ze Słońca, ale nie w 100%. Część tej docierającej mocno naładowanej plazmy słonecznej przedziera się przez warstwę ochronną Ziemi, reaguje z gazami naszej atmosfery i powoduje świecenie tych gazów na pewnych wysokościach, co my nazywamy zorzą polarną.

Jeżeli bardzo dużo przdostanie się do atmosfery tych naładowanych cząstek ze Słońca, wówczas zorze polarne mogą być widoczne z nawet bardzo niskich szerokości geograficznych.

Dlatego też jest sensacja, że jak to CME dotrze do ziemi, a właściwie dwa CME, które się nakładają, bo podobno są dwa różne wybuchy, czyli te wiązki, które do nas lecą, najpierw jeden, potem drugi z odstępem chyba kilkunastu godzin, ale ten drugi jest silniejszy i szybszy, więc one przed dotarciem do ziemi prawdopodobnie się zderzą i złączą ze sobą. Jak takie skumulowane dotrą do nas, to prawdopodobnie, jeśli nas nie ominą, to wywołają dużą burzę magnetyczną w atmosferze i wtedy jest szansa, że to co wleci może spowodować widoczność zorzy polarnej nawet z Polski.

Pogoda słoneczna, kosmiczna jest nieprzewidywalna, więc to się może zdarzyć z godziny na godzinę, fala pójdzie nagle i wtedy wszystkie wskaźniki pójdą do góry, wywoła się w atmosferze burza magnetyczna i wtedy mogą nam nawet zakłócać GPSy, fale radiowe. Kiedy wskaźniki będą naprawdę wysoko, można się wybrać na próbę zobaczenia zorzy polarnej z naszych szerokości geograficznych. Na południu mamy nieco utrudnione zadanie, na pewno łatwiej będzie ją zobaczyć osobom, które są na północy kraju, na wybrzeżu. Tam wiele razy w ciągu roku udaje się zaobserwować daleko na horyzoncie to ciekawe pojaśnienie. Ale nie należy wykluczać, że i tutaj zobaczymy, jak to było w 2015 roku, kiedy w czasie potężnej burzy magnetycznej, było widać zorzę z kilku kilometrów za Raciborzem.