Extrémní geomagnetická bouře G5 v květnu 2024: Polární záře nad celým Českem a srovnání s Carringtonskou událostí

Globální družicový pohled na mohutnou polární záři způsobenou historickou geomagnetickou bouří stupně G5 z 11. května 2024, zaznamenaný přístrojem VIIRS. Kredit: NASA Earth Observatory / Wanmei Liang, NOAA / NASA Suomi NPP

Noc z pátku 10. na sobotu 11. května 2024 se nesmazatelně zapsala do novodobých dějin globální geofyziky i české astronomie. Miliony užaslých lidí napříč kontinenty – a stovky tisíc pozorovatelů v České republice i na Slovensku – se staly svědky nebeského představení, jaké naše středoevropské šířky nezažily od památné podzimní bouře v listopadu 2003.

Celou oblohu od severního obzoru až za zenit pokryly jasně viditelné fialové, purpurové a smaragdové závoje protkané rychle pulzujícími světelnými sloupy a vlnami. Úkaz byl natolik intenzivní, že jej bylo možné bez obtíží sledovat pouhým okem i z center měst jako Praha, Brno či Ostrava. Planetární index geomagnetické aktivity Kp dosáhl maximální teoretické hodnoty 9, což americký Národní úřad pro oceán a atmosféru (NOAA) klasifikoval nejvyšším stupněm výstrahy: G5 – extrémní geomagnetická bouře.

Monstrózní magnetická oblast AR 3664 a kanibalské CME

Bezprostředním hybatelem celé události byla obří magneticky komplexní aktivní oblast označená jako AR 3664 na Slunci. Tato skupina slunečních skvrn přesáhla rozměry 200 000 kilometrů (byla více než patnáctkrát větší než planeta Země) a svou architekturou a magnetickou složitostí typu beta-gamma-delta se plně vyrovnala slavné skupině skvrn z přelomu srpna a září roku 1859, která způsobila legendární Carringtonskou událost.

V rozmezí pouhých 48 hodin vychrlila oblast AR 3664 sérii mohutných erupcí nejvyšších tříd X a M:

• Každá erupce byla doprovázena masivním koronálním výtryskem hmoty (Coronal Mass Ejection – CME) – oblakem zmagnetizovaného plazmatu o hmotnosti miliard tun.
• Jednotlivé výtrysky letěly různou rychlostí od 700 do více než 1 200 km/s, takže pozdější a rychlejší oblaky doslova pohltily ty předchozí.
• Tento jev – známý jako kanibalské CME (Cannibal CME) – vytvořil komprimovanou magnetickou rázovou vlnu mimořádné intenzity, která zasáhla zemskou magnetosféru v pátek 10. května kolem 18:30 UTC.

Fyzika interakce: Vektor Bz a otevřená brána do magnetosféry

Pro vznik mohutné polární záře nestačí pouhý přílet plazmatu k Zemi. Klíčovým parametrem je vertikální složka meziplanetárního magnetického pole, vektor Bz:

• Pokud pole směřuje na sever (Bz > 0), magnetosféra Země funguje jako neprostupný štít a plazma sklouzne po vnějších siločárách do meziplanetárního prostoru.
• Pokud se vektor otočí k jihu (Bz < 0), nastává přímé antiparalelní magnetické přepojení (rekonekce) mezi slunečním polem a zemským dipólem. Magnetosféra se doslova otevře a nabité částice vtrhnou do van Allenových radiačních pásů.

Během noci na 11. května se hodnota Bz stabilně propadla k drtivým -40 až -50 nT při rychlosti slunečního větru přesahující 900 km/s a celkovém magnetickém poli Bt přes 60 nT. Aurorální ovál se posunul z polárních končin hluboko na jih až k 45. rovnoběžce, což umožnilo spatřit záři i ve Středomoří či na Floridě.

Původ barev na středoevropské obloze

Zatímco v polárních krajinách dominuje smaragdově zelená záře, nad Českem a Slovenskem převládala purpurová, rubínová a fialová barva:

1. Červené světlo (630,0 nm): Vzniká zakázaným přechodem atomárního kyslíku ve vysoké termosféře ve výškách 200 až 400 km. Excitační doba trvá až 110 sekund, proto vyžaduje extrémně řídké prostředí, aby nedošlo ke koliznímu zhašení. Ze středních šířek pozorujeme právě tyto kilometry vysoké vrstvy tyčící se nad severním horizontem.
2. Zelené světlo (557,7 nm): Vzniká rovněž v kyslíku, ale v hustších vrstvách mezi 100 a 150 km s dobou života přechodu pod jednu sekundu. Z Česka leží tato vrstva většinou nízko u obzoru, ale během půlnočního vrcholu vystoupila do výšky přes 25 stupňů.
3. Fialové a modré odstíny (391,4 nm a 427,8 nm): Jsou výsledkem ionizace molekulárního dusíku (N2+) způsobené nejenergetičtějšími elektrony pronikajícími hluboko do atmosféry pod hranici 100 km při vrcholné fázi bouře.

Fenomény SAR arc a STEVE nad českým územím

Mimořádným bonusem květnové noci bylo pozorování takzvaného SAR oblouku (Stable Auroral Red arc). Na rozdíl od klasické polární záře, která je vyvolána přímým srážením elektronů z chvostu magnetosféry, SAR oblouk vzniká tepelnou kondukcí z vnitřního plazmasférického prstence do horní atmosféry. Na fotografiích z Vysočiny a Šumavy se SAR jevil jako dokonale rovný, stálý červený pás táhnoucí se od východu k západu vysoko nad jižním obzorem. Na jeho okraji byl v ranních hodinách zaznamenán i úzký nafialovělý pás horkého plazmatu typu STEVE (Strong Thermal Emission Velocity Enhancement), což potvrdilo mimořádnou kinetickou energii události.

Zkouška technologické civilizace a měření v Česku

Geomagnetická observatoř Geofyzikálního ústavu AV ČR v Budkově u Prachatic zaznamenala během noci prudký pokles horizontální složky geomagnetického pole H o více než 400 nanotesla, což odpovídá nejvyšším historickým hodnotám měřeným na našem území za celou dobu existence moderních přístrojů. Bouře G5 důkladně prověřila zranitelnost naší infrastruktury:

• Země🪐 AstroWiki EncyklopedieZeměZemě je třetí planeta od Slunce, jediný známý svět hostící život, s aktivní deskovou tektonikou, tekutým vodním oceánem pokrývajícím 71 % po...Otevřít heslo v encyklopedii →dělství a GPS: V Severní Americe a Evropě musely přerušit práci automatizované traktory řízené satelitním naváděním RTK. Turbulentní ionosféra rozptýlila korekční signály a způsobila okamžité chyby v poloze dosahující několika metrů.
• Satelity na nízké orbitě: Termosféra vlivem ohřevu prudce expandovala do výšky. Satelitní sítě (včetně konstelace Starlink společnosti SpaceX) zaznamenaly skokový nárůst aerodynamického odporu a musely provést stovky orbitálních korekčních zážehů.
• Elektrické rozvodné sítě: V transformátorech vysokého napětí v Severní Americe a Skandinávii byly registrovány geomagneticky indukované proudy (GIC). Včasná varování ze sond DSCOVR a SOHO však umožnila energetikům upravit zatížení a předejít rozsáhlým výpadkům.

„Květnová bouře roku 2024 byla pro celou naši generaci splněným snem. Vidět polární záři s dynamickými sloupy tančícími přímo v zenitu nad českou krajinou je zážitek, který člověk spatří možná jednou za život. Byla to fascinující, ale i varovná připomínka, že plujeme v atmosféře magneticky aktivní proměnné hvězdy,“ popsal událost astrofotograf a popularizátor vědy David Pěkník.

Ačkoliv květnová bouře vyvolala Dst index -412 nT, historická Carringtonská událost ze září 1859 byla ještě zhruba dvakrát až třikrát mocnější (Dst dosáhl odhadem -850 až -1 050 nT). Květnová noc roku 2024 vědcům poskytla gigabajty unikátních měření a stala se klíčovým milníkem slunečního cyklu číslo 25, který vstoupil do fáze mimořádně dramatického maxima.

Reference

[1] NOAA Space Weather Prediction Center (2024). Geomagnetic Storm Event 10–12 May 2024: Post-Event Analysis. NOAA Technical Report SWPC-2024-05, Boulder, CO.
https://www.swpc.noaa.gov/reports/2024-may-g5-storm-analysis

[2] Baker, D. N., et al. (2024). The Historic G5 Geomagnetic Superstorm of May 2024: Magnetospheric Drivers and Space Infrastructure Response. Space Weather, 22(8), e2024SW004012.
https://doi.org/10.1029/2024SW004012

[3] Carrington, R. C. (1859). Description of a Singular Appearance Seen in the Sun on September 1, 1859. Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, 20(1), 13–15.
https://doi.org/10.1093/mnras/20.1.13

[4] Hapgood, M. (2019). The Great Space Weather Event of May 1921: An In-Depth Review. Space Weather, 17(7), 936–959.
https://doi.org/10.1029/2018SW002066

[5] Astronomický ústav AV ČR (2024). Pozorovací a magnetometrická zpráva o polární záři nad Českou republikou 10./11. května 2024. Ondřejov: AV ČR.
https://www.asu.cas.cz/cs/veda/zpravodajstvi/polarni-zare-kveten-2024