A 2024. májusi fler tüzijáték
Rég nem látott napkitörés sorozat tartotta izgalomban az űrfizika iránt érdeklődőket május első felében. A jelenlegi, 25-ös számot viselő napciklus maximuma környékén nagy napfoltcsoport vonult végig a napkorongon mely számos nagy energiájú napkitörést, más néven flert produkált. Ezek következtében többször is látványos sarkifény jelenség volt észlelhető, ami a mi szélességünkön ritkább élmény, mint a sarkkör közelében. Érdemes összefoglalni, hogy mi tette ezt lehetővé, mi a forrása a flereknek, ezek milyen hatást gyakorolhatnak a Földre és mikor észlelhetünk mi is sarkifényt.
A napkitörések forrásvidékei a napfoltcsoportok, más néven a mágneses aktív vidékek. Ezeket úgy kell elképzelni, hogy a Nap belsejéből mágneses fluxuskötegek (köznapi néven erővonal-kötegek) bukkannak fel és ahol ezek metszik a felszínt, ott napfoltokat észlelünk, melyekben tehát erős mágneses tér van. Egy egyszerű foltcsoportban értelemszerűen pozitív (felénk irányuló) illetve negatív (ellenkező irányú) foltok vannak a forgásirányhoz közeli irányban elkülönülve egymástól. Flerek nem ilyen egyszerű, szeparált konfigurációtól várhatók, hanem olyanoktól, mint az itt tárgyalt, 3664 számot viselő alakzat, mely tulajdonképpen két egymáshoz közel felbukkant mágneses fluxusköteg összetorlódva, ahol pozitív és negatív polaritású foltok nem különülnek el egymástól, hanem szoros közelségbe kerülve instabil konfigurációt alkotnak és ennek dinamikája vezethet napkitöréshez. Rendszeresen lehet hallani azt a kijelentést, hogy egy nagy napfolt nagy flert produkált, miközben egyetlen folt nem produkál napkitörést, sőt jelentős eseményt még egy nagy, de elkülönült polaritású csoport sem. A jelen esetnek az a különlegessége, hogy mindkét összetorlódott aktív vidék külön-külön is jelentős méretű és pozitív-negatív polaritású foltok szoros közelségben vannak. Ezt az alábbi 1. ábra szemlélteti. Baloldalt a teljes napkorong látható a Solar Dynamics Observatory nevű űrlaboratórium észlelésén május 9-én, mellette kinagyítva a nagy foltcsoport-komplexum, ez alatt pedig az egyidejűleg készített magnetogramon e terület mágneses tér eloszlása. Fehér területek a felénk irányuló (pozitív) fekete területek az ellentétes (negatív) polaritást jelölik. Az ilyen összekeveredett polaritású mágneses konfigurációk ránézésre is fler-esélyesek.
1. ábra: A teljes napkorong 2024. május 9-én és a nagy foltcsoport képe és magnetogramja a Solar Dynamics Observatory észlelésén
A flerek osztályozása a lágy röntgentartományban (1-8 Å) földkörüli pályán mért maximális intenzitás meghatározásával történik. Ha a csúcs a 10-4 watt/m2 értéket meghaladja, akkor X-osztályú flernek nevezik, például 5.2·10-4 watt/m2 értékű csúcs esetén X5.2 flernek, az egy nagyságrenddel alacsonyabb osztályt M-mel jelölik. A röntgentartományban mért intenztitás változása a 2. ábrán látható május 6 és 12 között a GOES űreszköz mérései alapján. Ezen a néhány napon számos X- és M-osztályú csúcs azonosítható, és napkorong képe alapján nagy biztonsággal kijelenthető, hogy mind ehhez a 3664 számú aktív vidékhez köthető.
Mi közünk az eseményekhez? Erről elsősorban a geomágneses regisztrátumok tanúskodnak. Az erős felfénylés önmagában csak jelzi számunkra a nagy energia felszabadulást, de a legnagyobb napkitörések jellemzően mágneses plazmafelhő – plazmoid – kidobásával is járnak. Ezek nem feltétlenül a Föld irányába haladnak, de ha igen és kölcsönhatásba lépnek a Föld mágneses környezetével, a magnetoszférával, akkor arról a földfelszíni mágneses mérések is tanúskodnak. A legismertebb ilyen paraméter a planetáris K index (Kp), melynek három napi változását a 2. ábra jobb oldali oszlopdiagramja mutatja. Itt egy oszlop három órányi mágneses tér változást képvisel logaritmikus skálázással. A színezés segít ránézésre felmérni, hogy milyen mértékű aktivitásról van szó. A zöld oszlopok alacsony aktivitást jelölnek, a narancs színűek közepeset, a vörösek pedig nagy energiájú események következményeit jelzik. Itt több mint 24 órán keresztül voltunk vörös tartományban, ez igen ritka, de a bal oldali ábrából láthatóan nem egyetlen eruptív esemény okozta. Fontos megjegyezni, hogy a napkitörés hatása nem egyből érződik a mágneses regisztrátumokon, a plazmaanyagnak ~ 2 napra van szüksége, hogy elérje a Föld körüli térséget, és geomágneses háborgást (vörös és narancs színnel jelzett időszak) okozzon.
2. ábra: A GOES_ lágy röntgen tartományban észlelt diagramjai és a Kp index változása
A nagyközönség érdeklődését leginkább a sarkifény, más néven auróra hazai észlelhetősége szokta a flerek felé irányítani. Itt el kell mondani, hogy a jelenség a mi szélességünkön nem feltétlenül észlelhető minden fler esetén. Ennek nemcsak az esemény nagy energiája a feltétele, hanem az is, hogy az ennek kapcsán kidobott mágneses plazmafelhő, más néven koronaanyag-kidobódás (angol nevén betűszóval CME) olyan irányban halad-e, hogy köcsönhatásba léphet a Föld mágneses környezetével, a magnetoszférával. A Nap rotációjának Carrington-periódusa 27.28 nap, ennek fele az ameddig láthatunk egy aktív vidéket, amely ennek felét a napkorong keleti felén tölti. A rotáció miatt a Napból kiinduló mágneses erővonalak spirális torzulást szenvednek, ami ilyen pályára tereli a kidobott plazmát. Ez azt jelenti, hogy a keleti oldalon kidobott CME elkerülheti a Földet, a nyugati oldalon kidobottak nagyobb eséllyel kerülnek kölcsönhatásba a magnetoszférával. Ha a beérkező energia elég nagy, továbbá a mágneses tér topológiája is megfelelő, akkor a plazmarészecskék bonyolult pályán a póluskörnyéki gyűrűbe záporoznak, ahol ütközések révén fényhatást keltenek. Ez nagy magasságban oxigénatomok révén vörös sugárzást jelent, ezek látszhatnak tőlünk a sarkvidéki zóna felett. Ha az energia igen nagy, akkor az auróragyűrű az alacsony szélességek felé is kiterjed, ilyenkor itt is lehet látni a kisebb magasságban keletkező zöld sugárzást, mely szintén oxigénatomoktól származik. Mivel most minden feltétel teljesült, a nyugati oldalon keletkezett nagyenergiájú események látványos eredménnyel jártak.
Az is foglalkoztatja a közönséget, hogy valamilyen értelemben rekorder események történtek-e és ilyenkor mindig felmerül, hogy mérhetők-e a legendás Carrington eseményhez, ráadásul számunkra leginkább a geoeffektív események, vagyis a földi hatások fontosak, amelyek a fentiek szerint több körülmény szerepe miatt nem egyértelmű függvényei a kiváltó fler energiájának. Néhány nagy és dokumentált eset összehasonlítása lehet tanulságos néhány észlelés képével illusztrálva.
1859. szeptember 1.
Az esemény tudománytörténeti jelentőségű, ugyanis Richard Carrington az általa 1859. szeptember 1-én vizuálisan észlelt és grafikusan rögzített fler valamint a másnap észlelt sarkifény-jelenség között oksági kapcsolatot sejtett meg, vagyis azt, hogy a Napon történt erupció hatása elérheti a Földet. Ez a lépés az űrfizika születésének tekinthető. Az esemény földi hatása rendkívüli volt, a kiváltott auróra az egyenlítőhöz közel is látszott és a kiváltott mágneses vihar az akkori egyszerű elektromos berendezések vezetékeiben is jelentős áram indukált. Minden jel szerint manapság egy ilyen jelenség rendkívül nagy pusztítást végezne az elektromos berendezésekben. Az eredeti észlelés így néz ki, a hosszúkás fehér foltok a fler részei, a foltok mágneses polaritása nyilván nem ismert, de egyértelműen összezsúfolt ellentétes polaritásokról van szó:
3. ábra: Richard Carrington napfolt-észlelése 1859. szeptember 1-én
1972. augusztus 7.
Három igen nagy flert produkált a 4. ábrán látható aktív vidék, melynek képén a Mount Wilson Observatory észlelése alapján piros P jelöli a pozitív polaritást, kék N negatívat. Mellette a Big Bear Observatory sokszor idézett fler észlelése látható, mely a hidrogén legerősebb látható, H-alfa nevű spektrumvonalának hullámhosszán készült. Akkoriban még nem a lágy röntgen csúcs volt a klasszifikáció alapja, hanem a H-alfa felfénylés adata, a már működő röntgen műszer pedig telítésbe ment, de a becsült csúcs X20 lehetett, vagyis az X osztálynál egy nagyságrenddel nagyobb. Ez is okozott zavarokat az elektronikus rendszerekben, de az egyik legdrámaibb következménye az volt, hogy a vietnami háborúban a Haiphong öbölben telepített aknák hajóktól távol is felrobbantak, mert érzékelték a mágneses vihart.
4. ábra: Bal oldal: a fler-produktív napfoltcsoport képe 1972 augusztus 7-én az MTA Napfizikai Obszervatórium Gyulai Megfigyelő Állomásának észlelésén. Ekkor nem állt rendelkezésre magnetogram, a pozitív és negatív polaritások a Mount Wilson Observatory kézzel rögzített adatai alapján vannak jelölve. Jobb oldal: a foltcsoportban észlelt H-alfa fler jól ismert képe.
1989. március 3.
Technikai berendezésekre nézve az eddigi legpusztítóbb hatású esemény, a kiváltott mágneses vihar hatalmas károkat okozott többek között a kanadai Hydro-Québec elektromos hálózatában.
2000. július 14.
A francia nemzeti ünnep katonai parádéja alatt történt a X5.7 osztályú napkitörés, erről kapta a Bastille day flare nevet. Gyakorlatilag a napkorong közepén lévő aktív vidék volt a forrása, a Kp index három egymás utáni háromórás intervallumban a maximális 9 értékű volt, ez igen ritka, a mostani eseménysorhoz hasonló.
2003. október-november
Az időpontról Halloween-flereknek nevezett események az űrkorszakban eddig észlelt legintenzívebbek voltak, a GOES műszer telítettsége miatt csak becsülni lehetett az X45-ös maximumot. A kiváltott geomágneses vihar Svédországban egy órás áramkimaradást okozott, ennek leginkább az északi országok vannak kitéve.
5. ábra: A Halloween flerek forrása, a NOAA10486 számú foltcsoport intenzitás képe és magnetogramja a SOHO/MDI műszer észlelésein 2003 október 29-én.
A rendkívül nagy események összehasonlítása azért nehéz, mert igen ritkák és a megfelelő észleléstechnika nem fed le egy évszázadot. Ezért a geoeffektív események összhasonlítására egy lehetséges módszer az, hogy az úgynevezett gyűrűáram maximális értékét tekintjük, erre régebbi eseményekre vontakozóan becslések tehetők. A beérkező plazmafelhő közelebb nyomja a magnetoszféra határát a Földhöz és erre válaszul a magnetoszféra belsejében az egyenlítő síkjának közelében nyugati irányú driftáram, a gyűrűáram indul meg. Ez a Dst index (disturbance during storm time) paraméter mérésével észlelhető, ami az áramnak a földfelszínen mérhető mágneses hatását jellemzi nanoTesla mértékegységben kifejezve. A 6. ábrán az itt említett kiemelkedő események Dst diagramjai láthatók. Ezek azt mutatják, hogy a mostani eseménysor e mérőszám szerint is a jelentősek közé tartozik, de azt érdemes számon tartani, hogy a Carrington-eseményre vonatkozóan közvetett információk alapján becsült Dst maximum elérhette akár a -1700 nT értéket is.
6. ábra: A Dst index lefutása a fent említett események során