Burza na Słońcu, mniej deszczu na Ziemi. Dziwny trop w danych zbieranych przez 67 lat

Słońce zwykle łączymy z pogodą w bardzo prosty sposób: świeci, ogrzewa i napędza atmosferę. Tymczasem nowe badanie podsuwa coś znacznie bardziej zaskakującego. Okazuje się, że krótkie, gwałtowne burze geomagnetyczne mogą w ciągu godzin lub dni wiązać się ze zmianami pogody przy powierzchni Ziemi. W części Ameryki Północnej po takich zdarzeniach notowano słabsze opady deszczu i śniegu. Brzmi trochę niewiarygodnie? Właśnie dlatego warto podejść do tego z ciekawością, ale i sporą ostrożnością.

Na Spider’s Web często wracaliśmy do aktywności Słońca, ale zwykle z innej strony. Pisaliśmy, że burza słoneczna nie spali telefonu, ale może wyłączyć świat, bo silne zaburzenia geomagnetyczne mogą uderzać w GPS, łączność radiową, satelity i sieci energetyczne. To był najbardziej oczywisty kontekst: Słońce jako zagrożenie dla infrastruktury, od której zależy codzienne życie.

Opisywaliśmy też konkretne zdarzenia, gdy coś pędziło ze Słońca w stronę Ziemi, a radio i łączność zaczynały trzeszczeć. W takich tekstach chodziło o koronalne wyrzuty masy, czyli ogromne obłoki plazmy i pola magnetycznego wyrzucane z atmosfery Słońca. Jeśli taki obłok trafi w ziemską magnetosferę, może wywołać burzę geomagnetyczną.

Pokazywaliśmy również efektowną stronę tego zjawiska, gdy Polska zapłonęła na purpurowo podczas zorzy polarnej. Zorza wygląda romantycznie, ale jest widzialnym śladem potężnych procesów magnetycznych. To piękny objaw tego samego układu, który w mniej przyjaznej wersji potrafi utrudnić pracę satelitów, zakłócić nawigację i obciążyć energetykę.

Nowe badanie dokłada do tej układanki jeszcze jeden poziom. Nie chodzi już tylko o to, czy burza słoneczna popsuje GPS albo wywoła zorzę. Coraz częściej pojawia się pytanie, czy bardzo silne zaburzenia geomagnetyczne mogą zostawiać krótkotrwały ślad także w pogodzie przy powierzchni Ziemi.

To nie jest oczywiście tak, że synoptycy zaraz zaczną sprawdzać rozbłyski słoneczne, żeby powiedzieć, czy jutro będzie padać. Pogoda przy powierzchni Ziemi to skomplikowana układanka, na którą wpływa mnóstwo rzeczy naraz. Jeden impuls ze Słońca nie przekłada się na konkretną prognozę typu: wczoraj indeks Dst spadł poniżej -100 nT, więc jutro nad Mazowszem nie będzie opadów.

Nowe badanie pokazuje raczej statystyczny trop. Chodzi o to, że po burzach geomagnetycznych, czyli zaburzeniach ziemskiej magnetosfery wywołanych aktywnością Słońca, w danych pogodowych pojawiały się powtarzalne anomalie. Dotyczyły one m.in. opadów, temperatury, ciśnienia przy powierzchni, wiatru i promieniowania.

To trochę przestawia akcenty w rozmowie o pogodzie kosmicznej. Do tej pory najłatwiej było mówić o niej przez pryzmat technologii: satelitów, radia, sieci energetycznych, GPS-u czy lotnictwa. Teraz pojawia się ostrożna myśl, że wpływ aktywności Słońca może czasem sięgać niżej, aż do troposfery, czyli tej warstwy atmosfery, w której dzieje się nasza codzienna pogoda.

Autor badania, Joachim Raeder, przeanalizował 67 lat danych z lat 1950-2017. Po jednej stronie miał indeks Dst, czyli jedną ze standardowych miar opisujących siłę burz geomagnetycznych. Po drugiej stronie były dane atmosferyczne ERA5 dla Ameryki Północnej, obejmujące m.in. opady, temperaturę przy powierzchni, ciśnienie, wiatr i promieniowanie. Reanaliza ERA5 łączy obserwacje z modelami numerycznymi, dzięki czemu pozwala odtwarzać stan atmosfery w przeszłości z dużą szczegółowością.

Następnie sprawdzano, co dzieje się z pogodą w godzinach i dniach po silniejszych zaburzeniach geomagnetycznych. Wynik nie był prosty ani równomierny. Nie wyszła jedna wielka plama nad kontynentem mówiąca: wszędzie pada mniej. Zamiast tego pojawiły się regionalne wzory.

Najmocniej zwróciły uwagę spadki opadów w rejonie Zatoki Hudsona w Kanadzie oraz w Górach Skalistych i zachodniej części USA. Co istotne, intensywność burzy geomagnetycznej miała znaczenie: im mocniejsze zaburzenie magnetosfery, tym wyraźniejsze były anomalie pogodowe. Pora roku również nie była obojętna, bo wzory zmian różniły się między sezonami.

Okazuje się, że po burzach geomagnetycznych w części Ameryki Północnej mogło spadać mniej deszczu i śniegu. Ale to zdanie wymaga dopowiedzenia. Chodzi o konkretne regiony, konkretne okresy i analizę statystyczną, a nie o uniwersalne prawo działające na całym świecie.

Badacz sprawdził również inne parametry pogody. Temperatura, ciśnienie przy powierzchni, prędkość wiatru i promieniowanie także wykazywały zmiany, ale były bardziej rozproszone i trudniejsze do ujęcia w prostą regułę. To akurat nie powinno dziwić. Atmosfera nie jest maszyną z jednym przełącznikiem. Jedna zmiana wysoko w układzie może zejść niżej różnymi drogami, zostać wzmocniona, osłabiona albo całkiem zagłuszona przez zwykłą dynamikę pogody.

Badanie sugeruje więc, że burze geomagnetyczne mogą być jednym z czynników wpływających na krótkoterminowe anomalie pogodowe. Nie jedynym, nie zawsze decydującym i nie takim, który da się prosto odczytać z jednego wykresu aktywności Słońca.

To wszystko jest szczególnie ciekawe w kontekście tego, o czym pisaliśmy przy okazji polskiego instrumentu GLOWS. W tekście Polski GLOWS złapał rozbłysk Słońca. Wnioski są mocne opisywaliśmy, jak jedna z silniejszych eksplozji słonecznych ostatnich lat uderzyła w okolice Ziemi, wywołując zorze i gwałtowny wzrost poziomu wysokoenergetycznych cząstek.

Tam chodziło o pomiar kosmicznej nawałnicy, czyli tego, co dzieje się w najbliższym otoczeniu Ziemi. Nowe badanie idzie krok dalej i pyta, czy takie zdarzenia mogą zostawiać ślad niżej, w mapach opadów, temperatury i ciśnienia. To nie unieważnia wcześniejszego sposobu myślenia o burzach słonecznych. Raczej go rozszerza. Skoro potrafimy coraz lepiej mierzyć, co Słońce robi z magnetosferą, naturalne staje się pytanie, czy część tego zaburzenia przenosi się dalej, do atmosfery.

Tekst o GLOWS i nowa analiza dobrze się uzupełniają. Jeden pokazuje, że kosmiczne zdarzenia da się rejestrować z coraz większą precyzją. Drugi sugeruje, że być może trzeba uważniej patrzeć nie tylko na satelity i zorze, ale też na dane meteorologiczne po dużych burzach geomagnetycznych.

Chyba najciekawsza jest próba wyjaśnienia mechanizmu. Badanie słabo pasuje do hipotezy, według której główną rolę miałyby odgrywać wysokoenergetyczne cząstki wpadające do atmosfery albo popularna, ale kontrowersyjna koncepcja wpływu promieniowania kosmicznego na zachmurzenie. W danych nie widać prostego układu, którego można by oczekiwać po bezpośrednim działaniu takiego mechanizmu.

Znacznie lepiej pasuje scenariusz z góry na dół. W uproszczeniu: zaburzenie zaczyna się w górnych warstwach atmosfery i w okolicach magnetosfery, a potem przez procesy cyrkulacyjne może wpływać na niższe warstwy atmosfery, w tym troposferę. Jednym z możliwych elementów takiego łańcucha jest wir polarny, czyli ogromny układ niskiego ciśnienia i zimnego powietrza krążący wokół biegunów, szczególnie ważny zimą.

Nie jest to oczywiście prosta rura, przez którą energia ze Słońca spływa na deszczomierz. To raczej wieloetapowa reakcja atmosfery. Właśnie dlatego temat jest trudny, bo mamy statystyczny sygnał, mamy sensowną hipotezę, ale nadal trzeba sprawdzić, czy modele potrafią odtworzyć ten efekt i czy podobne wzory pojawiają się poza Ameryką Północną.

Niedawno opisywaliśmy też nagrania, na których gigantyczne erupcje na Słońcu wyglądały jak kosmiczny pokaz siły. Misja PUNCH pokazała serie wyrzutów masy koronalnej, czyli ogromnych chmur plazmy wystrzeliwujących w przestrzeń. To są zjawiska, które łatwo pokazać wizualnie: coś wybucha, coś leci, coś może dotrzeć do Ziemi.

Nowa praca jest zdecydowanie mniej efektowna, ale w pewnym sensie ciekawsza. Nie chodzi w niej o sam obraz wyrzutu, lecz o możliwy ciąg dalszy po tym, jak zaburzenie dotknie ziemskiego otoczenia. Jeśli silna burza geomagnetyczna nie tylko wywołuje zorzę i zakłóca infrastrukturę, ale też statystycznie wiąże się ze zmianami opadów, to pogoda kosmiczna przestaje być sprawą tam u góry.

To wciąż nie znaczy, że Słońce steruje pogodą w prostym sensie. Raczej przypomina, że Ziemia nie jest zamkniętym akwarium. Nasza atmosfera jest częścią większego układu, który obejmuje magnetosferę, wiatr słoneczny, promieniowanie, cząstki energetyczne i aktywność gwiazdy, wokół której krążymy.

Prawdziwy test dopiero przed nami. Jeśli ten trop jest mocny, modele atmosferyczne i klimatyczne powinny nauczyć się odtwarzać podobne efekty. To znaczy, że po wprowadzeniu informacji o burzach geomagnetycznych powinny pokazywać anomalie zbliżone do tych wykrytych w danych. Jeśli nie potrafią tego zrobić, trzeba będzie sprawdzić, czy problem leży w modelach, w mechanizmie, czy w samej interpretacji danych.

Właśnie dlatego ten temat jest tak ciekawy. Nie dlatego, że łatwo zrobić z niego chwytliwy nagłówek o Słońcu zabierającym deszcz. Raczej dlatego, że przypomina, jak wiele wciąż nie rozumiemy z powiązań między kosmosem a ziemską atmosferą.

Przeczytaj także:

Oczywiście najlepsza reakcja na takie badanie to nie zachwyt ani szyderstwo, lecz naukowa nieufność połączona z ciekawością. Jeśli burze geomagnetyczne naprawdę potrafią w ciągu godzin lub dni zostawić ślad w opadach nad częścią kontynentu, to będzie to brakujący element układanki. Jednak dopóki nie znamy mechanizmu i nie umiemy tego dobrze odtworzyć w modelach, trzeba jasno sobie powiedzieć, że jest to obiecujący trop, nie nowa prognoza pogody. A najgorsze, co można zrobić, to zamienić go w prostą bajkę, że burza na Słońcu zabrała nam deszcz.

*Grafika wprowadzająca wygenerowana przez AI