Spektakl na niebie

Pojedyncza klatka z wielu godzin nagrań zorzy polarnej w Narusie

To, co 19 stycznia późnym wieczorem wyprawiało się na niebie Narusy przebija wszelkie sylwestrowe fajerwerki. Piękno i potęga Kosmosu przyjęły kształt rozbieganych kolorowych smug, które ogarnęły w kilka minut całe nasze niebo. Masy naładowanych, słonecznych cząstek uwolnione wskutek wybuchu na Słońcu dotarły do Ziemi wyjątkowo szybko i gęsto. Jeszcze kilkadziesiąt godzin wcześniej były częścią gwiazdy, więc nie łatwo przygotować się na ich uderzenie! Przemierzyły 150 milionów kilometrów i wzbudziły naszą atmosferę do tak niezwykłego świecenia. 

Znów nic nam nie umkneło z cudów nieba dzięki kamerom sieci Skytinel, których operatorem jest Fundacja Astrum Narusa. Dziękujemy Mateuszowi Żmiji, koordynatorowi sieci stacji bolidowych,  za pomoc w błyskawicznym przygotowaniu materiału wideo. Złożone na gorąco nagranie cieszyło się bardzo dużym zainteresowaniem w sieci. Teraz, gdy emocje nieco opadły, czas na szczegółową analizę tego, co właściwie wydarzyło się na Słońcu oraz na dokładny opis przebiegu zorzy polarnej nad Narusą. Więc wróćmy do początku...

Kilka dni z życia Słońca w zakresie widzialnym z Ziemi z zaznaczeniem położenia imponującej grupy plam Źródło: Spaceweatherlive.com

Obraz Słońca zmienia się nieustannie i każdego dnia jego tarcza wygląda inaczej. Najłatwiej się o tym przekonamy, obserwując plamy słoneczne. W świetle dostępnym naszym oczom, czyli w zakresie widzialnym, są to lokalne obszary na Słońcu, znacznie ciemniejsze niż ich otoczenie. Plamy pojawiają się samoistnie i sprawiają, że Słońce obserwowane przez teleskop z przyciemniającym filtrem, bywa mniej lub bardziej piegowate. To, ile naliczymy plam na Słońcu związane jest z jego aktywnością oraz ustawieniem jego powierzchni względem Ziemi. Przyglądając się naszej gwieździe dokładniej, np. w zakresie ultrafioletowym albo rentgenowskim, zobaczymy że z plamami są związane nieprzewidywalne i gwałtowne zjawiska. Z pozoru spokojne dla obserwacji z Ziemi, dla obserwatoriów kosmicznych są to miejsca, gdzie wyzwalane są ogromne ilości energii. Jednocześnie Słońce obraca się z okresem 25 - 27 dni, pociągając ze sobą plamy. Największe plamy dorównują bez trudu rozmiarami  Ziemi, bo samo Słońce jest ponad 100 razy większe od naszej planety. 

Obserwujemy z Ziemi, jak kolejna plama powoli wyłania się przy wschodniej krawędzi tarczy. Wraz z  obrotem Słońca, przez około dwa tygodnie taki aktywny obszar defiluje przed nami, rozrastając się lub słabnąc. Jeżeli w tym czasie plama nie zaniknie, to schowa się dla nas po zachodniej stronie tarczy Słońca. Duże plamy potrafią przetrwać na Słońcu ponad miesiąc i wracają ponownie dla obserwacji z Ziemi, gdy Słońce wykona pełen obrót.  Aby nie pomylić ich z zupełnie nowymi plamami, każda struktura tego typu otrzymuje numer. 14 stycznia 2026 roku, grupa plam o numerze 4341 po raz pierwszy wyłoniła się zza wschodniej krawędzi tarczy słonecznej. Liczyła kilkanaście plam i spokojnie połknęłaby trzy obiekty takie, jak Ziemia. Przez następne  dni, w miarę jak grupa plam odsuwała się od krawędzi w kierunku środka tarczy, coraz wyraźniej obserwowano jej skomplikowane struktury.

Wybuch klasy X1.9 w rejonie grupy plam 4341 Źródło: nesdis.noaa.gov

Gdy interesuje nas wpływ Słońca na Ziemię, to najciekawsze są plamy, które w szczycie swojej aktywności znajdują się akurat w pobliżu środka tarczy Słońca.  Czyli dla najsilniejszego efektu na Ziemi  muszą się zbiec dwie okoliczności związane ze skomplikowaną fizyką plamy i geometrią układu Słońce - Ziemia.  Po pierwsze w plamie dochodzi do nagłego wyzwolenia energii w postaci lokalnego wybuchu. Z tego miejsca gwałtownie ulatuje w przestrzeń kosmiczną część słonecznej materii, ale to nie wystarczy, aby trafiła ona w Ziemię.  Drugi warunek, to strumień cząstek skierowany w naszą stronę, a jest to możliwe, gdy plama jest ustawiona na wprost Ziemi. Gdy wybuch zastanie plamę w pobliżu krawędzi tarczy, to strumień najpewniej ominie Ziemię.

18 stycznia,  o godz. 19:09  nasza grupa plam znajdowała się  pobliżu środka tarczy, gdy wytworzyła rozbłysk najwyższej energii.  Wydarzenie klasy X1.9 oznacza najsilniejszy strumień  wysokoenergetycznego promieniowania w zakresie rentgenowskim.  Siłę rozbłysku opisujemy za pomocą pięciostopniowej skali, której kolejne, coraz silniejsze  poziomy opisywane są literami A,B,C,M oraz X. Natężenie mierzone jest całodobowo przez kosmiczne obserwatorium rentgenowskie GOES, umieszczone ok. 35 tys. km nad Ziemią. Rozbłysk wyjątkowo długo, bo przez około godzinę utrzymywał się na poziomie nieosiągalnym od 11 listopada, gdy zarejestrowano rozbłysk klasy X5.1 najsilniejszy w 2025 roku, a przez około 3 godziny nie schodził z  poziomu M.

Wydarzenia  o nieco mniejszej sile niż X nie są rzadkością i występują kilka, a nawet kilkanaście razy w roku. Najsilniejszy znany ludzkości rozbłysk miał miejsce w 1859 roku i oceniając po tym co kilkanaście godzin później działo się na Ziemi, musiał być daleko poza stosowaną w dzisiejszych czasach skalą. Gdyby zdarzył się dzisiaj i miał podobny efekt na naszą planetę,  to przy obecnym uzależnieniu od czułej elektroniki, skończyłoby się to globalną katastrofą. 

Koronalny wyrzut masy związany z wybuchem  Źródło: soho.nascom.nasa.gov

Rozbłyski możemy ze sobą porównywać,  podobnie ich efekty na Ziemi. Najtrudniej opisać sam wyrzut związany z wybuchem na Słońcu, gdy zmierza w stronę Ziemi. 18 stycznia, kosmiczne obserwatorium SOHO pokazało niejednorodne masy o różnych gęstościach i trajektorach ulatujące ze Słońca, które z tej perspektywy wydawały się rozchodzić we wszystkie strony. Sonda wyposażona  w koronograf, który blokuje światło z samej tarczy, skupiając się tylko na najbliższej okolicy Słońca, dostarczyła wiele szczegółów. Na nagraniu zobaczymy miliardy ton naładowanych cząstek, poruszających się z wyjątkowo dużą prędkością nawet jak na silne rozbłyski, wynoszącą prawie 2 tys. km/s. Charakterystyczne halo cząstek wokół Słońca podpowiada, że spora część  z nich poruszała się w kierunku Ziemi. Przy okazji sonda utrwaliła obraz gwiazd w tle oraz trzy planety - Marsa, Merkurego i Wenus. Planety, to najjaśniejsze, nieco przepalone obiekty poniżej Słońca. Łatwo rozpoznać moment, gdy chmura cząstek dotarła do sondy, bo pojawia się wyraźne śnieźenie w matrycy kamery.

Chmura naładowanych cząstek szybko omiotła sondę Solar Orbiter,  która również znajduje się blisko Słońca, zaburzając pracę jej instrumentów. Magnetometr sondy wskazywał absurdalne wartości  pola magnetycznego w pobliżu gwiazdy. Instrumenty kolejnych sond rejestrowały absolutnie historyczne wartości energii, niespotykane od 35 lat.  Stąd pierwsze prognozy dawały szansę na nadejście ekstremalnej burzy geomagnetycznej na Ziemi, bo kategorii co najmniej G4 w pięciostopniowej skali. Odpowiada to planetarnemu indeksowi magnetycznemu Kp = 8 - 9.

Wszystko wyjaśniło się po 25 godzinach, gdy strumień dotarł do Ziemi, pokonując 150 milionów kilometrów. Ostatecznie ustawienie pola chmury cząstek wzgledem pola magnetycznego naszej planety przyniosło na Ziemi silną, ale nie ekstremalną burzę geomagnetyczną kategorii G4. Charakterystyczne są dla tej kategorii zorze polarne, widoczne bez trudu nawet na niższych szerokościach geograficznych, m.in. w całej Polsce. A negatywnym skutkiem są zakłócenia komunikacji radiowej i satelitarnej, przeciążenie sieci przesyłowych z lokalnie występującymi problemami z utrzymaniem zasilania w energię elektryczną. Sprzężenie pól magnetycznych strumienia cząstek i Ziemi było ekstremalnie silne, ale krótkotrwałe w porównaniu z największymi burzami z ostatnich dziesięcioleci. Potencjał wyrzutu został zablokowany już po dwóch godzinach, gdy gwałtownie zmienił się kierunek jego pola. Atmosfera Ziemi przestała przyjmować nowe porcje cząstek, znów efektywnie chroniona  przez  nasze pole magnetyczne. Szybkie uderzenie przyniosło w pierwszej połowie nocy krótkotrwałe epizody z niezwykle rozbudowaną zorzą, bogatą w struktury niespotykane dotąd nad Polską. 

Początek zorzy nad Narusą

W dalszej części skupimy się na rozwoju i wyglądzie zorzy na niebie Narusy. Uderzenie sięgnęło najpierw okolic podbiegunowych, skąd naładowane cząstki w ciągu nocy spływały wzdłuż linii pola magnetycznego m.in. nad Polskę. Po drodze wzbudzały do świecenia cząsteczki powietrza, głównie tlenu. To atmosferyczny tlen odpowiadał za intensywne czerwone i zielone kolory. Około 21:30 pojawiły się, jako pierwsze na naszym niebie, czerwone filary. Czerwienie powstają najwyżej w atmosferze, nawet na wysokości 200-300 km, tam gdzie tlen jest już bardzo rozrzedzony. Tak wysoko rzadziej dochodzi do zderzeń między cząsteczkami i jest dosyć czasu na emisję czerwonego światła zorzy, zanim cząstki zdąrzą je zredukować do zera wskutek wzajemnego oddziaływania.

W momencie pierwszego uderzenia, obserwowaliśmy z Narusy świecenie wzbudzone daleko nad biegunem północnym, ale też bardzo wysoko nad powierzchnią Ziemi. Dzięki temu czerwone filary od samego początku sięgały w Narusie ponad krzywiznę planety. Gdy inni szykowali się na najlepszą część widowiska, to Obserwatorium w Narusie było przygotowane do łapania zorzy od samego jej początku.  Nasze czułe kamery działają bez przerwy, rejestrując wszystko nad ciemnym, odsłoniętym dla obserwacji północnym horyzontem. Z początku blade, filary wspinały się coraz wyżej po naszym niebie, by jeszcze w pierwszej części nocy ustąpić znacznie bardziej intensywnym, zielonym kolorom. Zielenie wyłaniały się zaraz za czerwonymi smugami spod północnego horyzontu w postaci pofalowanych kurtyn. Ten czas z zorzą został najlepiej udokumentowany przez obserwatorów w całej Polsce dzięki korzystnej porze dla obserwacji. Błyskawicznie przekazywane  informacje w mediach społecznościowych, zwróciły uwagę bardzo wielu osób na niezwykłe wydarzenia na niebie. 

Maksimum zorzy nad Narusą

Intensywnie falujące, zielone kurtyny wzbudzonego do świecenia tlenu, dobrze znane ze Skandynawii lub Alaski, pochodziły z niższych warstw atmosfery. Napływający strumień wnikał w atmosferę na różnych wysokościach malując niebo kolorami. Zostawiał charakterystyczne smugi tam, gdzie kosmiczne cząstki poruszały się wzdłuż mocno zniekształconych linii pola magnetycznego Ziemi. W momencie największego natężenia, ok. godz. 22:30 "światła północy" przekroczyły zenit i objęły również południowe niebo Narusy. Pół godziny później zorza zaczęła systematycznie słabnąć, a jej szczegóły  mogły pokazać już tylko zdjęcia wykonane z dłuższym czasem naświetlania. Tak było aż do rana, pomijając krótkie kilkuminutowe, ale bardzo intensywne epizody,  jak ten z ok. 1:45. 

Nasze kamery, odporne na zimno i zmęczenie, nie przegapiły nawet sekundy z tej wyjątkowej nocy. Za to późna pora, silny mróz oraz słabnące zjawisko na pewno zniechęciło zdecydowaną większość obserwatorów do trwania na posterunku. Tutaj jest zdecydowana przewaga naszego obserwatorium. Jeszcze doskonała lokalizacja nad Zalewem Wiślanym sprawia, że jesteśmy najlepszą stacją obserwacyjną, przygotowaną do ciągłej rejestracji przebiegu zorzy polarnej w Polsce. Tego typu obserwacje są bezcenne, ponieważ zajmujemy się zjawiskami, które w tym samym kształcie nie mają szansy się powtórzyć. To trzecia zorza w kilkumiesięcznej historii naszego obserwatorium, zarejestrowana w całości i w tych samych warunkach pracy kamer. Możemy obiektywnie zestawić je ze sobą, porównując intensywność kolorów i bogactwo kształtów - zawsze jednak każde takie zjawisko będzie dla nas wyjątkowe.

Poniżej udostępniamy linki do wszystkich nagrań z tej i kolejnej nocy w wysokiej rozdzielczości: