Czym są cykle słoneczne i jak wpływają na pogodę?

Pogoda kosmiczna i ziemska – pogoda, którą odczuwamy na powierzchni – są pod wpływem niewielkich zmian, jakim podlega Słońce podczas swojego cyklu słonecznego.

Co to jest cykl słoneczny?

Najprostsza definicja cyklu słonecznego brzmi: „Cykl słoneczny to cykl, przez który pole magnetyczne Słońca przechodzi mniej więcej co 11 lat.”

Wyjaśnijmy to: Pamiętajmy, że Słońce to gorąca kula rozżarzonych, naładowanych elektrycznie gazów. Wysoka temperatura Słońca powoduje, że te elektrycznie naładowane gazy nieustannie się przemieszczają, generując obszary potężnych sił magnetycznych lub pól. Ten ruch powoduje dużą aktywność na powierzchni Słońca, zwaną aktywnością słoneczną.

W obszarach, gdzie pola magnetyczne są szczególnie silne, możemy zaobserwować pojawienie się na powierzchni Słońca czarnej plamy, zwanej plamą słoneczną. Świadczy to o burzy słonecznej i dużej aktywności pod powierzchnią Słońca. Więcej plam słonecznych oznacza większą aktywność słoneczną.

Wydaje się, że istnieje pewien „cykl” tego magnetycznego przepływu i ruchu. Całkowita liczba plam słonecznych od dawna jest znana z tego, że zmienia się z około 11-letnią powtarzalnością znaną jako cykl słoneczny – przechodząc od niskiego do wysokiego poziomu, a następnie wysokiego do niskiego. Szczyt aktywności plam słonecznych jest znany jako maksimum słoneczne, a niskie jest znane jako minimum słoneczne.

Uwaga: Dokładna długość cyklu nie zawsze wynosi 11 lat; była tak krótka jak osiem lat i tak długa jak 14.

Siedem lat w życiu Słońca od 1980 (początek maksimum słonecznego) do 1986 (bliskie minimum) do 1989 (znów bliskie maksimum). Credit: NASA

Burze słoneczne, rozbłyski i erupcje!

Nasza płonąca gwiazda może wydawać się stałą, niezmienną kulą, zawsze wyglądającą tak samo. Jednak, tak jak planeta Ziemia, Słońce ma swoją pogodę. Ma gigantyczne burze! Wybuchają na nim rozbłyski! Wyrzuca ogromne bańki gazu z powierzchni w kierunku przestrzeni kosmicznej i naszej planety. Oto kilka definicji:

• Plamy słoneczne wskazują na aktywne pola magnetyczne. Ciemne plamy są chłodniejsze niż otaczające je obszary. Pomyśl o nich jak o czapkach do burzy magnetycznej, która rozwija się tuż pod powierzchnią Słońca. Pola magnetyczne Słońca poruszają się, skręcają i koncentrują w tych regionach. Dowiedz się więcej w „Czym są plamy słoneczne?”
• Rozbłyski słoneczne pojawiają się jako błyski światła na Słońcu i są związane z plamami słonecznymi. Czasami, gdy potężne pola magnetyczne ponownie się połączą, eksplodują i przebijają się przez powierzchnię Słońca! Następuje nagły wybuch energii świetlnej i promieniowania rentgenowskiego. Rozbłyski są klasyfikowane według ich siły. Najmniejsze z nich są klasy B, następnie C, M i X, największe. Rozbłyski klasy M mogą powodować krótkie przerwy w łączności radiowej na biegunach i niewielkie burze radiacyjne, które mogą zagrażać astronautom.
• Koronalne wyrzuty masy (CME) to masywne chmury cząstek, które rozprzestrzeniają się w przestrzeni kosmicznej! Duże kawałki energii magnetycznej są wyrzucane ze Słońca w przestrzeń międzyplanetarną z prędkością do kilku milionów mil na godzinę. CME mogą powstawać, gdy filamenty/promienie stają się niestabilne i odlatują od Słońca. Nazywamy to erupcją filamentu/prominencji.
• Inne zjawiska słoneczne obejmują strumienie wiatru słonecznego, które pochodzą z dziur koronalnych na Słońcu oraz słoneczne cząstki energetyczne, które są głównie uwalniane przez CME.

Rozbłyski słoneczne, CME i inne eksplozje mają tendencję do występowania w pobliżu grup plam słonecznych, kiedy Słońce jest bardziej aktywne. Naturalnie, cała ta aktywność słoneczna zbiega się z maksimum słonecznym.

Zobacz rozbłyski słoneczne kontra CME

Dlaczego cykle słoneczne się zdarzają?

Słońce przechodzi przez te cykle z powodu swojej magnetycznej natury. Samo Słońce posiada północny i południowy biegun magnetyczny.

Ponieważ gazy słoneczne są w ciągłym ruchu, materiały magnetyczne stale się plączą, rozciągają i skręcają. Z czasem te ruchy w końcu prowadzą do odwrócenia biegunów.

Cykl słoneczny dzieje się z powodu tego odwrócenia biegunów! Północ staje się południem, a południe północą co około 11 lat.

Pole bieguny odwracają się z powrotem do miejsca, w którym się zaczęły, co sprawia, że pełny cykl słoneczny jest zjawiskiem trwającym 22 lata.

Jak aktywność słoneczna wpływa na pogodę?

Słońce wpływa zarówno na pogodę jak i na technologię (od której jesteśmy coraz bardziej zależni) tu na Ziemi. Na przykład:

• GPS, satelity i inne zaawansowane technologicznie systemy w kosmosie mogą zostać dotknięte przez aktywne Słońce. Niektóre z tych systemów nie są chronione przez ziemskie warstwy atmosferyczne, więc duże rozbłyski słoneczne mogą potencjalnie spowodować miliardy dolarów szkód w światowej infrastrukturze high-tech – od nawigacji GPS do sieci energetycznych do podróży lotniczych do usług finansowych.
• Zagrożenia promieniowaniem dla astronautów mogą być spowodowane przez spokojne Słońce. Słabe wiatry słoneczne wpuszczają więcej galaktycznych promieni kosmicznych do wnętrza Układu Słonecznego. Nawet piloci linii lotniczych i załoga mogą otrzymać większą dawkę promieniowania podczas burz słonecznych.
• Pogoda na Ziemi również może ulec zmianie. Według Boba Bermana, astronoma dla The Old Farmer’s Almanac, naukowcy NOAA doszli do wniosku, że cztery czynniki określają globalne temperatury: poziom dwutlenku węgla, erupcje wulkanów, wzór Pacific El Niño i aktywność Słońca.
• Na globalne zmiany klimatu, w tym długoterminowe okresy globalnego chłodu, opadów, suszy i innych zmian pogodowych, może mieć również wpływ aktywność cyklu słonecznego.

Malarstwo Abrahama Hondiusa, „The Frozen Thames, looking Eastwards towards Old London Bridge”, 1677. Image credit: Museum of London.

Minimum Maundera i „Mała Epoka Lodowa”

Czasy obniżonej aktywności słonecznej wydają się odpowiadać czasom globalnego zimna w historii. Najsłynniejszym przykładem jest „Mała Epoka Lodowa”.”

• Pomiędzy 1645 a 1715 rokiem – podczas tego, co obecnie nazywamy „Minimum Maundera” – plamy słoneczne były niezwykle rzadkie.
• W szczególności, było tylko około 50 plam słonecznych (zamiast zwykłych 40-50 tysięcy) i ostre zimy.
• Przez 70 lat temperatury spadły o 1,8 do 2,7 stopni Fahrenheita.
• Siedem dekad mroźnej pogody, odpowiadającej najzimniejszemu okresowi Małej Epoki Lodowej, doprowadziło do skrócenia pór roku i ostatecznie do niedoborów żywności.

Odwrotnie, okresy zwiększonej aktywności słonecznej odpowiadały globalnemu ociepleniu. W XII i XIII wieku Słońce było aktywne, a europejski klimat był dość łagodny.

Eksperci nie wiedzą jednak na pewno, co spowodowało Małą Epokę Lodową; teorie sugerują, że była ona prawdopodobnie wynikiem splotu wydarzeń. Niektórzy naukowcy badają inne czynniki, takie jak wzmożona aktywność wulkaniczna, która odpowiadała czasowi Minimum Maundera.

What Solar Cycle Are We In Now?

Jesteśmy teraz w 25 cyklu słonecznym. Rejestrowanie cykli słonecznych rozpoczęło się w 1755 roku od Cyklu Słonecznego 1.

W grudniu 2019 roku liczba plam słonecznych osiągnęła minimum słoneczne i „dno”, a Słońce przeszło z Cyklu 24 do Cyklu 25. Przewiduje się, że maksimum lub szczyt słoneczny nastąpi w lipcu 2025 roku.

• Przez minimum słoneczne rozumiemy najniższą liczbę plam słonecznych. Po kilku latach wysokiej aktywności, Słońce obniży się z mniejszą liczbą plam słonecznych lub prawie ich brakiem. Temperatura ulega ochłodzeniu.
• Odwrotnie, maksimum słoneczne to najwyższa liczba plam słonecznych w danym cyklu. Nowy cykl zaczyna się od „maksimum słonecznego” usianego burzami słonecznymi i plamami słonecznymi. Temperatura wzrasta.

Jako, że cykle mogą się nakładać, może być trudno przewidzieć, kiedy nowy cykl się rozpocznie. Jednakże, istnieją pewne wskazówki. Na przykład, plamy słoneczne mają tendencję do tworzenia się bliżej równika Słońca, gdy cykl się zmniejsza (i na wyższych szerokościach geograficznych, gdy zaczyna się nowy cykl). Naukowcy mierzą cykle słoneczne poprzez śledzenie liczby plam słonecznych pojawiających się na powierzchni Słońca, jak również odnotowując ich lokalizację. Nowy cykl słoneczny uważa się za rozpoczęty, gdy plamy słoneczne grupują się na wyższych szerokościach geograficznych, a bieguny magnetyczne wiodących plam są przeciwne do tych z poprzedniego cyklu.

Czy Cykl Słoneczny 25 będzie spokojny czy dziki? Zobacz prognozy dla Cyklu Słonecznego 25.