Dziury koronalne

Nie każde zaburzenie zmierzające w kierunku Ziemi zaczyna się od wybuchu. Niektóre z najbardziej regularnie powtarzających się aktywności geomagnetycznych pochodzą z czegoś, co na obrazach Słońca wygląda jak nic — ciemnego, spokojnego obszaru na Słońcu zwanego dziurą koronalną. To nie erupcja. To otwór, a to, co z niego wypływa, może zakłócać pole magnetyczne Ziemi przez wiele dni.

Czym jest dziura koronalna

Dziura koronalna to obszar korony słonecznej, który na zdjęciach w ekstremalnym ultrafiolecie (EUV) i miękkim promieniowaniu rentgenowskim wydaje się ciemny, ponieważ jest rzeczywiście chłodniejszy i mniej gęsty niż otaczająca go plazma. Ta mniejsza gęstość wynika z tego, że pole magnetyczne w dziurze koronalnej jest otwarte i jednobiegunowe — linie pola rozciągają się w przestrzeń kosmiczną zamiast zawracać z powrotem do powierzchni, dając naładowanym cząstkom wyraźną drogę ucieczki zamiast bycia uwięzionymi w zamkniętej pętli magnetycznej.

Ta otwarta struktura jest właśnie tym, co sprawia, że dziury koronalne mają znaczenie dla pogody kosmicznej: umożliwia wiatrowi słonecznemu ucieczkę znacznie swobodniej niż z otaczających obszarów, generując strumień niezwykle szybkiego wiatru słonecznego, zwykle 500–800 km/s, skierowanego w kierunku, w którym akurat znajduje się dziura.

Gdzie się tworzą

Dziury koronalne są najbardziej trwałe i stabilne na północnym i południowym biegunie Słońca, gdzie duże dziury polarne są prawie stałym zjawiskiem. Mogą również rozwijać się w izolacji z dala od biegunów — tworząc się niezależnie lub odrywając jako przedłużenie dziury polarnej, która dryfuje do niższych szerokości geograficznych — a te izolowane dziury są najbardziej narażone na to, że będą skierowane w stronę Ziemi. Dziury koronalne są ogólnie bardziej powszechne i długowieczne w latach wokół minimum słonecznego, chociaż izolowane dziury pojawiają się regularnie również podczas maksimum słonecznego, po prostu konkurując o uwagę z rozbłyskami i CME, które dominują w aktywnej fazie.

Od dziury koronalnej do CIR: jak faktycznie dociera zaburzenie

Stały szybki wiatr z dziury koronalnej napotyka wolniejszy, bardziej typowy wiatr słoneczny przed sobą, a ponieważ szybki strumień dogania go, zamiast zaczynać od nowa, oba nie przenikają się po prostu — gromadzą się w skompresowaną, turbulentną granicę zwaną obszarem współrotacyjnej interakcji (CIR). CIR dociera pierwszy, charakteryzując się rosnącą gęstością cząstek i silniejszym międzyplanetarnym polem magnetycznym, a następnie sam strumień o wysokiej prędkości, z rosnącą prędkością wiatru słonecznego i temperaturą, podczas gdy gęstość ponownie spada. To przejście — najpierw gęstość i siła pola, potem prędkość — jest sygnaturą, której prognostycy szukają, aby potwierdzić, że ma miejsce CIR, a nie inne zaburzenie.

Dlaczego ta sama dziura koronalna wraca

Ponieważ Słońce wykonuje pełny obrót mniej więcej co 27 dni, trwała dziura koronalna nie wpływa na Ziemię tylko raz — wraca do pozycji skierowanej w stronę Ziemi, czyli „geoeffective”, według mniej więcej tego samego harmonogramu, czasami przez kilka kolejnych obrotów słonecznych. To najbardziej przewidywalny wzór w całej pogodzie kosmicznej: gdy dziura okaże się geoeffective, prognostycy mogą rozsądnie spodziewać się jej następnego przejścia za około cztery tygodnie, na długo zanim to nastąpi.

Co się dzieje, gdy dociera do Ziemi

Strumienie szybkiego wiatru z dziur koronalnych i ich wiodące CIR zazwyczaj powodują burze geomagnetyczne G1–G2 (słabe do umiarkowanych), choć rzadsze, silniejsze zdarzenia są możliwe, zwłaszcza gdy CIR oddziałuje z niezwiązanym z nim CME nadchodzącym w tym samym czasie. Biegunowość magnetyczna strumienia (czy jest klasyfikowana jako dodatnia czy ujemna) również wpływa na to, jak oddziałuje z polem magnetycznym Ziemi, obok bardziej znanej orientacji Bz, która determinuje siłę ewentualnej burzy.

Ustalone skutki

Burza G1–G2 wywołana przez strumień z dziury koronalnej może powodować słabe fluktuacje napięcia w sieci energetycznej, niewielkie opóźnienie satelitów i ładowanie powierzchniowe oraz widoczność zorzy polarnej sięgającą do około 60° szerokości geomagnetycznej lub, podczas silniejszych warunków G2, jeszcze dalej na południe — do północnych stanów USA, Wysp Brytyjskich i środkowej Skandynawii. To te same kategorie ustalonych skutków opisane w tym wiki w haśle o burzach geomagnetycznych, tylko zazwyczaj w łagodniejszym zakresie, utrzymujące się przez dłuższy okres dni, a nie skoncentrowane w jednym ostrym zdarzeniu.

Czym jest dziura koronalna?
Dziura koronalna to obszar korony słonecznej, który na zdjęciach w ultrafiolecie i promieniowaniu rentgenowskim wydaje się ciemny, ponieważ jest chłodniejszy i mniej gęsty niż otoczenie. Dzieje się tak, ponieważ jej linie pola magnetycznego są otwarte, umożliwiając wiatrowi słonecznemu ucieczkę swobodniej niż z reszty korony.
Gdzie powstają dziury koronalne?
Najbardziej trwałe są na północnym i południowym biegunie Słońca, ale mogą również powstawać w izolacji na niższych szerokościach geograficznych, niezależnie lub jako przedłużenie dziury polarnej. Izolowane dziury na niższych szerokościach to te, które najprawdopodobniej zwrócą się w stronę Ziemi.
Czym jest obszar oddziaływania współobrotowego (CIR)?
CIR to ściśnięta, burzliwa granica, która powstaje, gdy szybki strumień wiatru słonecznego z dziury koronalnej dogania wolniejszy wiatr przed sobą. Pojawia się jako pierwszy, charakteryzując się wzrostem gęstości i siły pola magnetycznego, a następnie sam szybszy strumień.
Dlaczego dziury koronalne powodują powtarzającą się aktywność geomagnetyczną?
Ponieważ Słońce obraca się mniej więcej co 27 dni, trwała dziura koronalna powraca w pozycję zwróconą w stronę Ziemi zgodnie z tym samym harmonogramem, czasami przez kilka kolejnych obrotów, co czyni jej skutki jednym z bardziej przewidywalnych wzorców w pogodzie kosmicznej.
Jak silne są burze geomagnetyczne wywołane przez dziury koronalne?
Większość szybkich strumieni z dziur koronalnych powoduje burze G1 do G2 (słabe do umiarkowanych), chociaż możliwe są silniejsze zdarzenia, szczególnie gdy strumień oddziałuje z niezwiązanym z nim CME, który dociera mniej więcej w tym samym czasie.
Czy dziury koronalne są częstsze podczas minimum czy maksimum słonecznego?
Dziury koronalne są zazwyczaj najbardziej trwałe i powszechne podczas minimum słonecznego, ale izolowane dziury koronalne regularnie pojawiają się również podczas maksimum słonecznego, często nakładając się na aktywność rozbłysków i CME z bardziej aktywnej fazy cyklu.