W październiku i listopadzie 2003 roku na Słońcu niespodziewanie rozwinęły się dwa wyjątkowo potężne i długotrwałe sztormy aktywności słonecznej. Obu z nich towarzyszyły ekstremalne warunki w  wietrze słonecznym i oba spowodowały silne zaburzenia stanu przestrzeni wokółziemskiej. Zagrożenia dla infrastruktury satelitarnej i utrudnienia w radiokomunikacji transjonosferycznej były niekorzystnymi skutkami tych wydarzeń, z drugiej jednak strony można było zaobserwować ogromnie rzadkie a piękne zjawisko - intensywne zorze polarne na niskich i średnich szerokościach geograficznych.
Silne burze pogody kosmicznej

 X - XI  2003
 W okresie od 29 października do 7 listopada zaobserwowano miedzy innymi: 
- 17 silnych rozbłysków (>R2)
          -- od 19 X do 4 XI - 12 rozbłysków klasy X
- 6 burz radiacyjnych (>S1) 
- 4 burze geomagnetyczne (>G2)


Satelita SORCE (Solar Radiation and Climate Experiment), posiadający cztery instrumenty mierzące całkowite natężenie promieniowania (Total Solar Irradiance-TSI [W/m^2]) i rozkład spektralny promieniowania od miękkich promieni X, poprzez ultrafiolet, światło widzialne do bliskiej podczerwieni, zarejestrował, że podczas rozbłysku X17 o godzinie 11:00 UT w dniu 28 października natężenie promieniowania X i ultrafioletowego ze Słońca wzrosło 50-krotnie. Ten rozbłysk przyniósł także po raz pierwszy zmierzony wzrost całkowitego natężenia promieniowania TSI.

Zanotowano także jedne z największych w obecnym, 23 cyklu słonecznym strumienie energetycznych cząstek słonecznych (SEP- Solar Energetic Particles). Proton/Electron Telescope (PET), jeden z instrumentów misji SAMPEX zaobserwował podczas tych zjawisk strumienie elektronów o energiach powyżej 10 MeV, zwanych "killer electrons".


Jeszcze 17 października raport słonecznej i geofizycznej aktywności wydawany przez USAF/NOAA(US Air Force/National Oceanic and Atmospheric Administration) głosił, ze aktywność słoneczna jest bardzo niska a na dysku słonecznym obserwowane są tylko dwie małe grupy plam. Tymczasem w ciągu zaledwie tygodnia pojawiły się trzy ogromne, złożone grupy plam. Wśród nich znajdowała się największa w całym obecnym cyklu, a także największa zaobserwowana od 1991 roku grupa plam oznaczona numerem 486 (NOAA AR 0486).
Nie była ona jednak źródłem pierwszego rozbłysku. Pierwsza potężna eksplozja na powierzchni Słońca, której towarzyszyła emisja energii w postaci fal elektromagnetycznych (od fal radiowych do promieniowania Gamma i X), cząstek i strumienia plazmy, pojawiła się w pobliżu Regionu 484. Ta szybko rozwijająca się grupa plam znajdowała się wówczas na wschodnim brzegu tarczy słonecznej. Następnie zaczęły pojawiać się silne rozbłyski także z plam 486 i 488. 

Źródło:  NASA/SOHO Lasco Coronograph

  Pierwszy znaczący koronalny wyrzut masy (CME Coronal Mass Ejection), czyli wyrzut materii słonecznej w przestrzeń międzyplanetarną, nastąpił 22 października z regionu 484 w połączeniu z dość długo trwającym rozbłyskiem klasy M i był skierowany w stronę Ziemi. 

Pod koniec listopada trzy ogromne grupy plam odpowiedzialne za październikowe burze zaczęły znowu być widoczne na tarczy słonecznej i ponownie stały się Ÿródłem silnych rozbłysków. 

Konsekwencją tych zjawisk na Słońcu (zarówno w październiku jak i w listopadzie) było wystąpienie ekstremalnych warunków w wietrze słonecznym. Wiatr słoneczny docierający do Ziemi 29, 30 i 31 października charakteryzował się ogromną prędkością. Instrumenty satelity ACE służące do jej pomiaru (SWICS) w momencie przejścia fali uderzeniowej przestały działać. Jedyne dostępne pomiary to pomiary prędkości dla helu oraz  pomiary wielkości pola magnetycznego. Najwyższa zanotowana wartość prędkości to prawie 1900 km/s, podczas gdy typowa wartości prędkości wiatru słonecznego wynosi 400 km/s. Nie posiadamy także informacji o gęstości oraz ciśnieniu wiatru w całym tym okresie . Pewnych wskazówek dostarczyć mogły satelity będące w bliskiej odległości od Ziemi, które w momencie trwania burzy znalazły się poza magnetopauzą i czasowo przebywały w wietrze słonecznym (Geotail, GOES-10, GOES-12). Z takich szacunków wynika, ze gęstoœć wiatru słonecznego była naogół nieco tylko podwyższone w stosunku do wartości typowych, stąd też wzrost dynamicznego ciœnienia wiatru słonecznego i związana z tym kompresja magnetosfery nie były ekstremalnie duże przez cały czas.

Wiatr słoneczny, który spowodował nadzwyczaj silną burzę magnetyczną w dniu
20 listopada różnił się od październikowego. Przede wszystkim nie zawiodły detektory i posiadamy wszelkie dane o parametrach wiatru słonecznego. Był stosunkowo niezbyt szybki (około 700 - 800 km/s), za to o ogromnym ciśnieniu (30 nPa w porównaniu z wartością typową - kilka nPa), dużej gęstości (do 60/cm^3, gdy typowa wartość to kilka cząstek na cm^3)  i znacznej zawartości helu. Szczególnie charakterystyczny dla tego okresu jest jednak ogromny wzrost wartości pola magnetycznego. Całkowite pole wzrosło do ponad 50 nT (w październiku było to mniej niż 40 nT). Wzrost był największy dla składowej Bz pola magnetycznego (do -60 nT). Œrednio w wietrze słonecznym pole magnetyczne osiąga wartości kilku nT, a już przy BZ<-5 nT magnetosfera staje się bardzo niestabilna. (Znak "minus" oznacza, iż pole magnetyczne wiatru słonecznego jest skierowane na południe czyli przeciwnie niż ziemskie pole pole magnetyczne w punkcie podsłonecznym magnetosfery. Taka konfiguracja pól magnetycznych ułatwia wnikanie wiatru słonecznego do magnetosfery.)


Tak nietypowe warunki w wietrze słonecznym nie mogły pozostać bez wpływu na ziemską magnetosferę : 
* Konstelacja satelitów geostacjonarnych LANL, prowadząca pomiary przestrzennych i czasowych zmian  parametrów prądu pierścieniowego (takich jak gęstość i temperatura jonów i elektronów), zanotowały gwałtowne zmiany podczas obu burz. Na przykład 29 października wystąpiło "wstrzyknięcie" protonów do prądu pierścieniowego towarzyszące gwałtownemu wzrostowi amplitudy skierowanego na południe międzyplanetarnego pola magnetycznego. Zjawisko to trwało 7 minut.
* Magnetometry na całej kuli Ziemskiej zarejestrowały silne zaburzenia ziemskiego pola magnetycznego, a o ich wielkości najlepiej informują niezwykle wysokie wartości indeksów geomagnetycznych:
- Planetarny indeks Kp, który informuje o poziomie burzy magnetycznej, w okresie od 29 do 31 października oraz 20 listopada wynosił dziewięć (indeks ten jest liczbą z zakresu  0-9. Powyżej 5 mówi się o burzy magnetycznej, 9 to burza ekstremalnie silna).  
Inny wskaźnik aktywności - Dst -otrzymywany jest przy pomocy  sieci okołorównikowych obserwatoriów geomagnetycznych mierzących intensywność prądu pierścieniowego.  Prąd ten wywołuje na powierzchni Ziemi obniżenie wartości składowej horyzontalnej H pola geomagnetycznego podczas tzw. fazy głównej burzy magnetycznej. Podczas październikowo-listopadowych burz indeks Dst przyjął wartości ponadponiżej -400 nT. W warunkach normalnych jego wartość jest bliska zeru i rzadko spada poniżej kilkudziesięciu nT.  
Równie silne zaburzenia zanotowały stacje pomiarowe leżące w strefie zorzowej. Indeksy AE powstające przez uśrednienie wariacji  składowej horyzontalnej pola (pomierzonych przez 13 stacji leżących na półkuli północnej) mają wyraźnie podwyższone wartości. Indeks ten  jest miarą intensywności elektrojetów, czyli strumieni prądowych w jonosferze polarnej. Październikowe i listopadowe burze były tak silne, iż podobne jak na stacjach polarnych zaburzenia w polu magnetycznym zostały zanotowane także w polskich obserwatoriach w Helu i Belsku. Zdarza się to dość rzadko.


Widzialną i najbardziej spektakularną manifestacją zaburzeń geomagnetycznych były zorze polarne. W okresie października i listopada całe rzesze internautów informowały o zauważeniu tego niezwykłego zjawiska. Piękne zielono-czerwone październikowe zorze oraz dużo barwniejsze (błekitno-purpurowe, czerwone, pomarańczowe) zorze listopadowe były widziane w USA (od Kalifornii poprzez Houston aż do Florydy), Australii i Europie Środkowej, a także w całej Polsce  od morza aż po Bieszczady.
Zdjęcia z satelitów monitorujących położenie owalu zorzowego (IMAGE - Imager for Magnetopause-to-Aurora Global Exploration oraz TIMED - Thermosphere Ionosphere Mesosphere Energy and Dynamics) wyraźnie dowodzą, że owal zorzowy znacznie przesunął się ku równikowi i poszerzył w stosunku do typowego położenia, dlatego zorza była widoczna na niskich i średnich szerokościach geograficznych. 
Z obrazów TIMEDA dla 20 listopada wiemy, że w godzinach wieczornych Polska
znalazła się wyraŸnie w strefie owalu zorzowego. IMAGE znajdowal sie wtedy wysoko nad półkulą południową i zarejestrował cały południowy owal zorzowy, sięgający wybrzeży Australii.
W dnich 29-30 października w nocy TIMED znajdował się nad Azją i nie mamy potwierdzenia, iż czerwone zorze nad Bieszczadami to regularne zorze polarne w owalu, czy też zjawisko innego typu, tzw. zorze termiczne. Z TIMEDA widac wtedy było niezwykłe położenie owalu nad Azją, z zorzami sięgającymi Bajkału.

Oprócz tak spektakularnego i pięknego efektu wystąpił szereg innych, niekorzystnych.

* Wzrost promieniowania X spowodował znaczne zaburzenia w jonosferze. Dodatkowa jonizacja związana była także z wysypywaniem energetycznych cząstek i dyssypacją w jonosferze prądów elektrycznych. Analizy kilku burz, dla których Dst miało wartości poniżej -250 nT wykazały, że podczas fazy głównej takich burz występują silne tzw. podłużne prądy zamykające w jonosferze (FAC- magnetic Field Aligned Currents). Rezultatem wzrostu i anormalnej redystrybucji jonizacji w jonosferze były utrudnienia w komunikacji w paśmie wysokich częstotliwości. Przede wszystkim odbiło się to na transporcie lotniczym. Loty polarne odlatujące z Ameryki Północnej, używające VHF (30-300 MHz) musiały przejść na pasmo HF (3-30 MHz). Zaistniały problemy komunikacyjne z załogami jednostek pływających na Oceanie Atlantyckim oraz kilkoma wyprawami będącymi wówczas w Himalajach (problemy z satelitą komunikacyjnym Iridium). Trudności komunikacyjne wystąpiły także na wysokich szerokościach geograficznych np. lot z Chicago do Hong Kongu w czasie burz wydłużył się o 31 minut, co wymagało 8300 funtów paliwa więcej. Wiele innych lotów odbywało się na nieco zmodyfikowanych trasach. 
FAA (Federal Aviation Administration) poinformowało o wysokim poziomie radiacji stanowiącym pewne zagrożenie dla pasażerów odbywających w tym czasie loty samolotami na szerokościach powyżej 35 stopnia szerokości północnej i południowej, szczególnie dla kobiet w ciąży. 
* Za sprawą zmian całkowitej zawartości elektronów  (TEC total electron content) w jonosferze (20-25% wzrost TEC), który był odpowiedzią na zwiększony "dopływ" promieniowania X oraz ultrafioletowego, utrudniona została  jedno i dwu- kanałowa nawigacja GPS.
* Fluktuacje pola geomagnetycznego wygenerowały pola elektryczne na Ziemi oraz potencjalnie niszczące  prądy indukowane (GIC Ground Induced Currents), które mogły płynąć liniami energetycznymi niszcząc stacje transformatorowe.
* Największe jednak konsekwencje poniosły satelity znajdujące się wokół Ziemi i w przestrzeni kosmicznej. Aż 59% jednostek oraz 19% instrumentów doświadczyło jakiegoś negatywnego skutku złej pogody kosmicznej (uszkodzenie elektroniki, konieczność przełączenia w tryb uśpienia ze względów bezpieczeństwa, co wiąże się z utrata danych pomiarowych, degradacja baterii słonecznych pod wpływem oddziaływania protonów, zmiany orbit spowodowane zmianami w górnej atmosferze, wysoki poziom zakumulowanej radiacji). 
Burze odczuły także silnie satelity geostacjonarne, np., rejestrując silnie zwiększoną gęstość warstwy plazmowej (plasma sheet) lub wielokrotnie przekraczając magnetopauzę. Działo się tak, ponieważ okresowo magnetosfera była "ściskana" od strony dosłonecznej nawet do 4 promieni ziemskich (orbita geostacjonarna znajduje się w odległości około 6,6 promieni ziemskich). W tym samym czasie satelita WIND znajdujący się w dalekim ogonie zarejestrował, iż warstwa plazmowa była niezwykle gorąca.  
* Uszkodzeń doznały lub musiały zostać wyłączone między innymi: ADEOS-2 (zniszczeniu uległ instrument do pomiaru kierunku i prędkości wiatru ponad oceanami lodowymi o wartości 154 milionów dolarów), Stardust ( misja kometarna), Chandra ( satelita astronomiczny prowadzący obserwacje w promieniach X), GOES-9,10,12,(satelity geostacjonarne), SMART 1 (automatycznie wyłączył się w odpowiedzi na wysoki poziom radiacji na księżycowej orbicie transferowej), Integral (wyłączony jeden z instrumentów), Mars Odyssey -(28 X wyłączenie instrumentu MARIE), Kodama ( satelita wprowadzony w tryb bezpieczny na orbicie geostacjonarnej), NOAA 17 AMSU-A1 (stracił skaner), ACE i WIND (satelity służące do pomiaru wiatru słonecznego straciły obserwacje plazmowe), SOHO ( instrument SCDS przełączony w tryb bezpieczny na 3 dni) 
Astronauci realizujący misję na  stacji orbitalnej otrzymali polecenie wyłączenia niektórych urządzeń i specjalnego zabezpieczenia innych.
Wszystkie "ziemskie" misje NASA zostały wyłączone lub "uśpione" dla bezpieczeństwa (AQUA, Landsat,TERRA,TOMS i inne)
* Zmienny dopływ energii ze Słońca wywołał ważne reakcje chemiczne w atmosferze. Wystąpiły wielkoskalowe zmiany w strukturze i składzie neutralnej atmosfery.
 
 

 

 Strona będzie uzupełniana.
Kontakt:  bmania@cbk.waw.pl