Koronalny wyrzut masy (ang. coronal mass ejection, CME) to wielki, często kilkakrotnie większy od Ziemi, silnie namagnesowany obłok plazmy, przyspieszany w obszarze korony słonecznej i z dużą prędkości wyrzucany w przestrzeń międzyplanetarną. CME to jedne z najważniejszych czynników kształtujących pogodę kosmiczną. Okazuje się, że mogą też charakteryzować zmienność aktywności Słońca w dłuższych skalach czasowych.
Słońce wpływa na otoczenie Ziemi na wiele różnych sposobów. Związana z nim zmienność pogody kosmicznej może być krótko lub długookresowa. Słońce nie tylko warunkuje życie na Ziemi, ale i reguluje jej globalny bilans energetyczny. Obserwacje satelitarne prowadzone w ciągu ostatnich 40 lat wykazują, że długo i krótkoterminowe wahania aktywności Słońca powodują niewielkie zmiany w produkcji energii słonecznej docierającej do Ziemi: mniejsze nawet niż 0,1%. Zmiany irradiancji słonecznej w tej skali czasu nie mają też znaczącego wpływu na klimat. Nieco inaczej sytuacja wygląda, gdy przyjrzymy się słonecznej aktywności w dłuższym okresie. Okazuje się, że najprawdopodobniej Słońce doświadcza obecnie znacznego spadku ogólnej aktywności. Może to oznaczać, że wchodzi ono w długi okres niskiej aktywności, czyli tak zwane wielkie minimum współczesne.
Jest to o tyle ciekawe, że po raz ostatni w zapisanej historii taki okres w aktywności słonecznej można było obserwować w XVII wieku. Wówczas, podczas tak zwanego Minimum Maundera, natężenie promieniowania słonecznego spadło o około 0,22%, powodując spadek średniej temperatury Ziemi o 1-1,5 stopnia Celsjusza i doprowadzając do zamarzania rzeki i akwenów, długich mroźnych zim i chłodnych lat.
Choć 11-letnie cykle słoneczne obserwujemy już od kilkuset lat, wciąż nie do końca wiemy, co stoi za ich powtarzalnością. Pewne jest, że aktywność naszej gwiazdy odzwierciedla dynamiczne procesy, które są nieliniowe, przez co z kolei związek między wszystkimi zjawiskami fizycznymi zachodzącymi na Słońcu jest bardzo złożony, a przewidywanie w czasie nawet tych najbardziej zauważalnych procesów, takich jak właśnie cykle 11-letnie, obarczone dużą niepewnością.
Liczba Wolfa dla cykli 22, 23 i 24. Czerwona linia przedstawia średnie miesięczne ilości plam słonecznych, czarna odzwierciedla 13-miesięczną, wygładzoną średnią liczbę plam słonecznych. Źródło: Smolark, K., Michałek, G., The last two solar cycles 23 and 24, 277, Annales Astronomia Novae, vol 2, 277, 2021.
Istnieje wiele metod przewidywania kolejnych cykli aktywności słonecznej. Z obecnych prognoz dotyczących nasilenia 25 cyklu aktywności słonecznej wynika, że cykl ten powinien być od połowy do nawet dwa razy silniejszy od poprzedniego, 24 cyklu. W badaniach przeprowadzonych niedawno przez międzynarodowy zespół, w skład którego wchodzi profesor Grzegorz Michałek z Obserwatorium Astronomicznego Uniwersytetu Jagiellońskiego w Krakowie, zastosowano nowe metody oszacowania intensywności 25 cyklu. Częstotliwość występowania tzw. halo koronalnych wyrzutów masy (HCME) porównano z pozostałymi charakterystykami Słońca, obserwowanego podczas fazy wzrostu trzech ostatnich cykli (23, 24 i 25).
W obserwacjach koronograficznych (są to obserwacje korony słonecznej z zakrytą tarczą Słońca) halo CME pojawia się zwykle jako jasny obszar wokół jeszcze jaśniejszej, ale w tym momencie przesłanianej tarczy Słońca. Aby jednak ukazać się nam jako halo, same koronalne wyrzuty materii muszą wcześniej powstać w pobliżu południka centralnego, w przedniej lub tylnej części Słońca, gdy patrzymy na nie z Ziemi. A takie frontalne halo CME, obserwowane wzdłuż linii widzenia Słońce-Ziemia, z dużym prawdopodobieństwem uderzy po kilku dniach w Ziemię i wywoła burze geomagnetyczne, które mogą uszkodzić nasze satelity, a nawet elektrownie i inne systemy naziemne.
Obserwacje występujących w 24 cyklu słonecznym koronalnych wyrzutów masy, wykonane dzięki słynnemu satelicie SOHO, pokazały, że było wtedy coś bardzo szczególnego w częstości występowania halo CME w porównaniu z wcześniejszym cyklem 23. Liczba halo CME w cyklu 24 była podobna do tej z 23, ale liczba zaobserwowanych plam słonecznych spadła wówczas o ponad 40% (co oznacza, że aktywność magnetyczna w cyklu 24 spadła o około 40%). Większa liczba obserwowanych halo CME w cyklu 24 może być uznana za wskaźnik tygodniowego stanu heliosfery, szczególnie po długim i głębokim minimum aktywności słonecznej, jakie obserwowano między cyklami 23 i 24. Zmniejszone ciśnienie w heliosferze sprawiło wtedy, że CME ekspandowały bardziej, stając się jak gdyby "aureolami" halo, i to nawet gdy pochodziły z większych odległości heliograficznych od centrum Słońca. Co więcej, w cyklu 24 koronalne wyrzuty materii przekształcały się w halo wcześniej (i bliżej Słońca) oraz z mniejszą prędkością niż w cyklu 23. Wyniki te sugerują, że możliwe jest wnioskowanie o względnej intensywności cykli słonecznych na podstawie samej częstości występowania zjawisk typu HCME.
Co jeszcze wiadomo? Choć ilości halo CME widocznych w cyklu 23, 24 i 25 podczas fazy wzrostu aktywności były w przybliżeniu takie same, średnia liczba plam słonecznych była znacznie niższa w cyklach 24 i 25. Ogólna korelacja między częstotliwością występowania CME a ilością plam jest wyraźna dla populacji CME i HCME obserwowanej w fazie wzrostu aktywności Słońca. Dla większości parametrów porównania cykli cykl 25 wydaje się pośredni między cyklami 23 i 24, ale bliższy cyklowi 24, co potwierdza hipotezę, że cykl 25 jest podobny lub tylko nieznacznie silniejszy od cyklu 24, ale już znacznie słabszy od 23. Wynik ten może zatem oznaczać, że Słońce będzie nadal wykazywać tendencję obserwowaną w cyklu 24, a więc znaczny spadek długoskalowej aktywności.
Czytaj więcej:
- Oryginalna publikacja: Nat Gopalswamy, Grzegorz Michałek, Seiji Yashir et al., What Do Halo CMEs Tell Us about Solar Cycle 25?, The Astrophysical Journal Letters, 952, 1 (2023)
