Słońce jest zdolne do potwornej eksplozji. Co kryje się w danych z 1947 roku?

Naukowcy z Instytutu Maxa Plancka Badań Układu Słonecznego i Uniwersytetu Kolorado w Boulder przyjrzeli się największym plamom słonecznym zapisanym w historii obserwacji. Najbardziej interesująca okazała się gigantyczna grupa z kwietnia 1947 r. Była tak wielka, że zajmowała około 0,6 proc. widocznej aktualnie tarczy Słońca, a jej rozmiar można porównać z mniej więcej 40 średnicami Ziemi. Nowe obliczenia pokazują, że region tej wielkości mógłby w sprzyjających warunkach uwolnić energię mieszczącą się już w kategorii superrozbłysku.

Natalie Krivova i jej współpracownicy nie próbowali po prostu policzyć, ile energii zmieści się w dużej plamie. Zaczęli od wydarzeń, które faktycznie obserwowaliśmy współczesnymi instrumentami.

Wykorzystali katalog ponad 300 silnych rozbłysków zarejestrowanych przez sondę Solar Dynamics Observatory między 2010 a 2016 r. Dla każdego z nich znany był rozmiar aktywnego regionu oraz powierzchnia tzw. wstęg rozbłyskowych, czyli jasnych struktur pojawiających się tam, gdzie podczas gwałtownej przebudowy pola magnetycznego uwalniana jest energia.

To szalenie istotne, bo sama wielka plama jeszcze niczego nie gwarantuje. Duży region aktywny może przez wiele dni wyglądać groźnie, a mimo to produkować znacznie słabsze erupcje, niż pozwalałby jego rozmiar. Liczy się również skomplikowanie pola magnetycznego i to, jaka jego część faktycznie weźmie udział w gwałtownej rekoneksji.

Badacze szukali więc nie przeciętnego zachowania, ale górnej granicy. Sprawdzali najbardziej energetyczne przypadki i pytali: jeśli region ma określoną powierzchnię, jak potężny rozbłysk mógłby z niego powstać w wyjątkowo sprzyjających warunkach? Dopiero tak zbudowaną zależność przenieśli na plamy z czasów, gdy nie mieliśmy jeszcze satelitów mierzących Słońce w promieniowaniu rentgenowskim i ultrafioletowym.

Dokładnie 8 kwietnia 1947 r. na Słońcu znajdowała się największa grupa plam w systematycznych zapisach prowadzonych od XIX w. Jej skorygowana powierzchnia przekraczała 6100 milionowych części widocznej półkuli słonecznej. W bardziej obrazowym przeliczeniu grupa obejmowała około 0,6 proc. tarczy widzianej z Ziemi. Instytut Maxa Plancka porównuje jej średnicę do około 40 średnic naszej planety.

Co chyba najważniejsze, w 1947 r. nie zaobserwowano superrozbłysku. Sama obecność gigantycznej plamy nie oznacza więc, że musi dojść do ekstremalnej eksplozji. Naukowcy wykorzystali ją jednak jako test granicznych możliwości Słońca. Z rozmiaru plam oszacowali powierzchnię całego aktywnego regionu, następnie możliwą powierzchnię wstęg rozbłyskowych, a na końcu ilość energii, którą w najbardziej ekstremalnym przypadku można byłoby uwolnić. Wyszło kilka razy 10 do potęgi 34 ergów, czyli kilka razy 10 do potęgi 27 dżuli. To już terytorium superrozbłysków.

Za granicę superrozbłysku przyjmuje się zwykle energię około 10 do potęgi 34 ergów. Najpotężniejsze rozbłyski Słońca dobrze zmierzone w erze kosmicznej były o ponad rząd wielkości słabsze.

Rozbłyski z potężnych burz z października i listopada 2003 r. osiągały łączne energie rzędu co najmniej 4 x 10 do potęgi 32 ergów. Były na tyle silne, że wpływały na satelity, łączność radiową i misje kosmiczne, ale wciąż pozostawały daleko od nowego teoretycznego maksimum.

Wcześniej opisywaliśmy już rozbłysk klasy X7.1, który w 2024 r. doprowadził do zakłóceń komunikacji radiowej nad częścią Pacyfiku. Takie zjawisko jest potężne w naszych codziennych standardach pogody kosmicznej, ale superrozbłysk byłby zupełnie inną skalą wydarzenia.

Nawet słynne zdarzenie Carringtona z 1859 r., przez lata traktowane jako wzorzec najgorszego scenariusza, prawdopodobnie nie osiągnęło energii superrozbłysku. Rekonstrukcje wskazują na kilka razy 10 do potęgi 32 ergów, a niektóre szacunki dochodzą w okolice 10 do potęgi 33 ergów.

W 2024 r. inny zespół przeanalizował dane teleskopu Keplera dotyczące 56 450 gwiazd podobnych do Słońca. Wykryto 2889 superrozbłysków na 2527 gwiazdach. Z tych statystyk wynika, że gwiazda o parametrach zbliżonych do Słońca może doświadczać rozbłysku o energii ponad 10 do potęgi 34 ergów średnio mniej więcej raz na 100 lat.

Nie oznacza to jednak, że nasze Słońce ma licznik ustawiony na jeden superrozbłysk na stulecie. To po prostu statystyka wyciągnięta z dużej populacji innych gwiazd. Nie wiadomo, czy wszystkie z nich są pod każdym istotnym względem rzeczywiście odpowiednikami Słońca. Nie można więc spojrzeć na kalendarz, policzyć lata od ostatniego wielkiego zdarzenia i ogłosić, że już powinno coś wybuchnąć. Nowe badanie odpowiada na pytanie, czy Słońce w ogóle potrafi stworzyć wystarczająco duży i energetyczny region aktywny, żeby taki rozbłysk był fizycznie możliwy. Plama z 1947 r. sugeruje, że tak.

Rozmiar regionu mówi nam, ile energii może być dostępne, ale nie mówi, czy energia rzeczywiście zostanie uwolniona. Dobrym przykładem jest aktywny region AR12192 z października 2014 r. Był jednym z największych w ostatnich dekadach i wyprodukował wiele rozbłysków klasy X i M. Mimo tego zachowywał się dość osobliwie. Jego najsilniejsze rozbłyski były w dużej mierze uwięzione i nie towarzyszyły im potężne koronalne wyrzuty masy.

To ważne także z punktu widzenia Ziemi. Rozbłysk i CME to nie to samo. Rozbłysk jest gwałtownym uwolnieniem promieniowania elektromagnetycznego. Koronalny wyrzut masy to ogromna chmura plazmy i pola magnetycznego wyrzucona w przestrzeń. Często występują razem, ale jedno nie oznacza automatycznie drugiego.

A właśnie potężny CME skierowany w Ziemię może wywołać groźną burzę geomagnetyczną, która uderza w sieci energetyczne, satelity czy systemy nawigacji. Dlatego stwierdzenie, że Słońce może wywołać superrozbłysk nie oznacza automatycznie, iż Słońce może zaraz wyłączyć prąd na całej Ziemi.

Nie mamy bezpośredniego zapisu superrozbłysku słonecznego, ale w przeszłości Ziemia doświadczała czegoś wyraźnie potężniejszego, niż typowa współczesna burza słoneczna. Naukowcy znajdują w słojach drzew oraz rdzeniach lodowych nagłe skoki stężenia izotopów powstających pod wpływem wysokoenergetycznych cząstek. Najsłynniejsze z nich pochodzą z lat 774-775 i są określane jako zdarzenia Miyake.

Prawdopodobnie były wynikiem ekstremalnych zjawisk słonecznych, ale nie wiadomo, czy za każdym z nich stał właśnie superrozbłysk. To jedna z przyczyn, dla których badacze wciąż nie potrafią powiedzieć, czy Słońce faktycznie zrobiło coś takiego w czasach historycznych.

Wcześniej wiedzieliśmy, że podobne do Słońca gwiazdy potrafią produkować superrozbłyski. Wiemy też, że na Ziemi zachowały się ślady ekstremalnych bombardowań cząstkami. Teraz okazuje się, że samo Słońce potrafi tworzyć regiony aktywne wystarczająco duże, żeby fizycznie zmieścić się w tym scenariuszu.

Badacze nie policzyli prawdopodobieństwa superrozbłysku na Słońcu w ciągu najbliższego roku, dekady czy stulecia. Ich metoda do tego nie służy, lecz pokazuje granicę możliwości. W ekstremalnym przypadku gigantyczny i odpowiednio skomplikowany magnetycznie region może uwolnić kilka razy 10 do potęgi 34 ergów. Co więcej, autorzy zwracają uwagę, że łączenie się kilku dużych regionów aktywnych mogłoby jeszcze podnieść górną granicę.

Zobacz także:

Przez długi czas jednym z argumentów uspokajających było to, że superrozbłyski widzimy wprawdzie na innych gwiazdach, ale być może nasze spokojniejsze Słońce zwyczajnie nie ma warunków, żeby zrobić coś podobnego. Olbrzymia plama z 1947 r. mocno to osłabia. Słońce nie pokazało nam jeszcze superrozbłysku, jednak wygląda na to, że potrzebne do niego części ma już w magazynie.

*Grafika wprowadzająca wygenerowana przez AI