Der ekstraordinær synlighet av nordlysets utslipp i Italia natt til 10. og 11. mai 2024 var et resultat av en eksepsjonell solaktivitet. Rosa og røde nordlys var tydelig synlige for det blotte øye så langt unna som til Sicilia.
Kjent som stormen av morsdagenhendelsen ble forårsaket av en tett sekvens av solutbrudd stammer hovedsakelig fra den aktive regionen som er navngitt AR 13664, en region av solflekker med høy magnetisk kompleksitet. Koronale masseutkast (kjent på engelsk som CMEeller koronal masseutkast) frigjort fra dette solområdet i rask rekkefølge de samhandlet med hverandre under reisen til jorden, produsere ekstreme forhold Av romvær (romvær).
NOAA (National Oceanic and Atmospheric Administration) klassifiserte det som et G5-arrangement, det høyeste nivået på din skalamed effekter fra satellitter (GPS-navigasjon og kommunikasjon) til teknologisk infrastruktur på jordens overflate.
En nylig studie har rekonstruert i detalj dynamikken til koronale masseutkastninger av den hendelsen ved hjelp av en ny magnetohydrodynamisk modell (den vitenskapelige disiplinen som studerer dynamikken i samspillet mellom plasmaer og magnetiske felt). Resultatene bekrefter at sammenslåing av CMEer det forsterket dramatisk den generelle energien til arrangementet. Forskerteamet hevdet at den nye modellen ville tillate forutsi en ny lignende hendelse til mai 2024 med en nøyaktighet på over 70 % sammenlignet med resultatene fra direkte observasjoner i sanntid.
Hendelser av denne størrelsesorden er fortsatt vanskelig å forutsi i god tid. Imidlertid ekstreme fenomener av denne typen kan oppstå selv når solaktivitet totalt sett det avtarsom i den historiske Halloween-stormen i 2003. Solen nådde maksimum av den nåværende solsyklusen (som varer i omtrent elleve år) på slutten av 2024 (syklus nummer 25 siden tellingen av solens aktivitet begynte i 1755) og gikk deretter inn i en fase med sakte nedgang i løpet av 2025, som fortsatt pågår.
Ti utbrudd på tre dager i en enkelt geomagnetisk storm
Ved bunnen av stormen i mai 2024 er det aktive solområdet AR 13664 som består av en gigantisk gruppe solflekker som i sitt øyeblikk av maksimal utvikling har nådd en total bredde lik ca 15 ganger jordens (i gjennomsnitt rundt 200 000 kilometer).
Innenfor denne regionen har utviklet seg flere sammenfiltrede magnetfelt og med en kompleks struktur som de genererte ti koronale masseutkast i rask rekkefølgeog sender enorme mengder ladede partikler ut i verdensrommet (CME-er består hovedsakelig av et veldig varmt og ionisert plasma som består av ladede partikler i bevegelse).
Samtidigheten til disse utbruddene er knyttet til det ekstreme magnetisk ustabilitet av AR 13664 som fortsatte å produsere flere omorganiseringer av magnetiske felt da solen nærmet seg maksimumsverdien for den 11-årige syklusen. De sammenfiltrede magnetlinjene danner bueformede strukturer. Disse strukturene de fanger solplasma og de stiger over de aktive områdene av solen (dvs. de der solflekker er tilstede). Når den akkumulerte spenningen er for høy, bryter magnetfeltlinjene og går sammen igjen i en mer stabil konfigurasjon, og frigjør strømmen av ladede partikler.
Forskere har bygget nye magnetohydrodynamiske modeller (i studieartikkelen blir de kort referert til som MHD, fra det engelske akronymet magnetohydrodynamisk) av solplasmaer og samspillet mellom partikkelstrømmer med jordens magnetfelt. For å rekonstruere denne evolusjonen brukte forfatterne en modell kalt EUHPHORIA (European Heliospheric Forecasting Information Asset, oversatt til italiensk som REuropeisk informasjonsressurs for heliosfærisk prognose), a tredimensjonal magnetohydrodynamisk modell designet for romvær og analyse av hendelser av denne typen.
Simuleringer med tidligere modeller hadde begrenset seg til tre interagerende CME-er. Med den nye modellen møtte forskerne for første gang et system med ti utbrudd. Ved å simulere deres forplantning med EUHFORIA klarte de å reprodusere stormens ankomsttid og trenden til magnetfeltet omtrent to timer i forveien.
Hvorfor det ble sett hele veien til Italia: de 3 grunnene
Normalt er nordlys konsentrert på høye breddegrader fordi energiske partikler kommer ledet mot atmosfæren langs magnetiske feltlinjer terrestrisk. I løpet av en stor geomagnetisk storm magnetosfæren kommer i stedet svært komprimert og deformert og nordlysstrømmen kan utvide seg mot mye lavere breddegrader enn tradisjonelle.
Synligheten av nordlyset fra Italia natten mellom 10. og 11. mai var konsekvensen av kombinasjon av tre fysiske fenomener som sjelden oppstår sammen med denne intensiteten.
Den første er nettopp kompresjonen av jordens magnetosfære. Den nesten samtidige ankomsten av de smeltede CME-ene traff planetens magnetfelt med en eksepsjonelt dynamisk trykk. Dette trykket komprimerte magnetopausen og presset nordlysovalen, båndet som polarlysene normalt er konsentrert i, mot mye lavere breddegrader enn vanlig.
Den andre faktoren gjelder utseendet til SAR-buer (fra engelsk Stabil Auroral Rød), Ofte forvirret med selve nordlyset men generert av en annen mekanisme. Mens nordlyset oppstår fra solpartiklers direkte innvirkning på atmosfæren, buer SAR oppstå fra varmen som sløyfestrømmen rundt jorden overføres til elektronene i ionosfærenproduserer en diffust og stabilt rødt lys i stand til å forbli synlig i timevis selv på breddegrader som den italienske. Mange av bildene som ble tatt den kvelden skildrer nettopp dette fenomenet.
Det tredje elementet er geometrisk i naturen og til perspektiveffekten knyttet til høyde av lysutslipp. De røde utslippene av atomært oksygen, ansvarlig for de fleste fargene som er observert, genereres kl høyder mellom 200 og 500 kilometeren høyde som er tilstrekkelig til at lyset deres forblir synlig selv hundrevis av kilometer unna punktet der det kommer fra.
Romvær og grensene for solstormprognoser
Ekstreme geomagnetiske stormer forblir un konkret risiko for teknologisk infrastruktur. I bane øker økningen i tettheten til den øvre atmosfæren på grunn av termisk oppvarming friksjonen på satellitter i lav høyde, bremser dem og endrer banene deres, nesten til det punktet forårsake en mulig deorbit og gjeninntreden i atmosfæren.
Stråling kan derimot skade elektronikken og deaktivere satellittsystemer som ikke er nøye skjermet. GPS-signaler og høyfrekvent radiokommunikasjon var også upålitelige i flere timer i flere deler av verden.
På jordens overflate er hovedfaren bekymringer elektriske nettverk. Geomagnetisk induserte strømmer kan overbelaste transformatorenejeg med risiko i de alvorligste tilfellene av utvidet blackout.
Når en CME forlater solen, kan retning, hastighet og ankomstvindu estimeres, selv med flere dagers varsel. Det er det skjønt mye vanskeligere å forutsi intensiteten. En grunnleggende variabel er orienteringen til magnetfeltet i solens aktive soner.
Denne informasjonen kan ikke oppnås med tilstrekkelig presisjon fra observasjoner av sonder nær solen (som NASAs Parker Solar Probe) alene. Sonder som måler solvinden blir avgjørende når CME er nær jorden, noe som reduserer tidsmarginen. MHD-modeller som EUHFORIA kan da hjelpe transformere direkte observasjoner av solen i ett fysisk simulering i sanntid av stormens utvikling, noe som utvider advarselsvinduet betydelig.
