Europejska Agencja Kosmiczna (ESA) odnotowała podczas silnej burzy słonecznej w listopadzie 2025 roku jeden z najbardziej uderzających „ataków” cząstek na tarczę magnetyczną Ziemi w ostatnich latach. Kluczową rolę odegrała misja Swarm, konstelacja trzech satelitów dedykowana precyzyjnemu pomiarowi pola magnetycznego Ziemi. Obok typowych instrumentów naukowych, tym razem na pierwszy plan niespodziewanie wysunęły się kamery nawigacyjne – tzw. star trackery – które zamiast gwiazd „ujrzały” napór wysokoenergetycznych protonów z erupcji słonecznej.

Burza była następstwem wyjątkowo aktywnego regionu słonecznego NOAA AR 14274, który między 11 a 14 listopada 2025 roku wyrzucił cztery silne rozbłyski słoneczne i taką samą liczbę koronalnych wyrzutów masy (CME), z których trzy były skierowane w stronę Ziemi. Najsilniejszy rozbłysk, klasy X5.1, wybuchł 11 listopada, a towarzyszący mu CME dotarł do naszej planety następnego dnia około 18:50 UTC, wywołując silną burzę geomagnetyczną, która przez kilka godzin wstrząsała powłoką magnetyczną Ziemi.

Chociaż ten epizod nie spowodował poważnych uszkodzeń infrastruktury na ziemi, przyniósł dwie kluczowe lekcje: jak szybko Słońce może zmienić warunki w naszym kosmicznym sąsiedztwie i jak cenne są dane z misji takich jak Swarm dla zrozumienia i przewidywania pogody kosmicznej.

Swarm – magnetyczny stetoskop dla Ziemi

Swarm to misja ESA uruchomiona w 2013 roku w ramach programu Earth Explorer, zaprojektowana, aby za pomocą trzech identycznych satelitów na orbicie polarnej szczegółowo zmierzyć strukturę i zmiany pola magnetycznego Ziemi. Satelity latają na wysokościach od około 450 do 530 kilometrów i nieprzerwanie mapują wkład jądra, płaszcza, litosfery, oceanów i jonosfery do całkowitego sygnału magnetycznego naszej planety.

Każdy satelita niesie kilka kluczowych instrumentów: magnetometry wektorowe i skalarne do pomiaru siły i kierunku pola magnetycznego, sondy elektryczne i plazmowe, akcelerometry oraz retroreflektory laserowe do precyzyjnego określania orbity. W tle pracy prawie wszystkich tych instrumentów znajdują się star trackery – kamery optyczne, które fotografują niebo i, porównując pozycję gwiazd z wbudowanym katalogiem, nieustannie obliczają orientację satelity w przestrzeni.

Te systemy nawigacyjne są zazwyczaj „niewidoczne” dla opinii publicznej, ponieważ nie mają bezpośredniej roli naukowej. Jednak to właśnie one stały się niespodziewanymi bohaterami listopada 2025 roku, zamieniając się w improwizowane detektory promieniowania, które inżynierowie potrafili wykorzystać.

Listopad 2025: burza trzech koronalnych wyrzutów

Okres wokół 11 listopada 2025 roku rozgrywał się w momencie, gdy Słońce weszło już w fazę maksimum słonecznego, szczyt 11-letniego cyklu aktywności, w którym silne rozbłyski i koronalne wyrzuty są częstsze. W ciągu niespełna 48 godzin aktywny region NOAA AR 14274 wyrzucił trzy kolejne CME w stronę Ziemi. Kombinacja tych wyrzutów stworzyła warunki do silnej burzy geomagnetycznej, gdy główne uderzenie plazmy trafiło w pole magnetyczne Ziemi 12 listopada.

W momentach największej aktywności burza geomagnetyczna wywołała znaczne fluktuacje w magnetosferze i w górnych warstwach atmosfery. Modele ESA i pomiary satelitarne wykazały, że nieregularności magnetyczne we wczesnych fazach burzy nasiliły się nawet dziesięciokrotnie w stosunku do typowych wartości, co jest bardzo wyraźnym sygnałem, że tarcza obronna Ziemi znajduje się pod silnym naciskiem wiatru słonecznego i frontu uderzeniowego CME.

Najbardziej bezpośrednim skutkiem było poważne zakłócenie komunikacji radiowej. W obszarach, które w momencie wybuchu rozbłysku były oświetlone przez Słońce – przede wszystkim w Europie, Afryce i Azji – odnotowano silny „blackout” radiowy na częstotliwościach krótkofalowych, który trwał mniej więcej od 30 minut do jednej godziny. Takie zdarzenia bezpośrednio wpływają na trasy lotnicze na dużych dystansach, komunikację morską i część systemów wojskowych, które polegają na jonosferze jako warstwie odbijającej dla fal radiowych.

Jeszcze jednym wskaźnikiem wyjątkowej siły tej burzy było rzadkie zdarzenie Ground Level Enhancement (GLE) – wzrost strumienia cząstek wysokoenergetycznych wystarczająco silnych, aby część z nich przeniknęła głęboko do atmosfery i została odnotowana przez detektory promieniowania kosmicznego na ziemi. Statystyka mówi, że takie zdarzenia odnotowuje się zaledwie raz lub dwa razy w roku i że ten listopadowy GLE jest dopiero 77. odnotowanym od lat 40. XX wieku, co dodatkowo podkreśla jego wyjątkowość.

Od gwiazd do protonów: jak star trackery stały się detektorami promieniowania

Podczas gdy magnetometry Swarm starannie rejestrowały każde „drżenie” pola magnetycznego, star trackery podczas burzy rejestrowały coś zupełnie innego: bombardowanie wysokoenergetycznymi protonami. Każdy tracker składa się z trzech wzajemnie prostopadle ustawionych modułów „camera head”, których czujniki są wrażliwe również na promieniowanie jonizujące. Kiedy przez czujnik przejdzie proton o wystarczająco wysokiej energii, zostawia charakterystyczną białą kropkę na obrazie, tzw. energetic particle detection.

Takie „kropeczki” są w normalnych warunkach jedynie zakłóceniem dla algorytmów, które szukają czystych wzorców gwiezdnych do nawigacji. Jednak inżynierowie Swarm wcześniej opracowali oprogramowanie, które zliczanie tych detekcji zamienia w dane o strumieniu protonów nad określoną lokalizacją. Na orbicie około 500 kilometrów, gdzie znajduje się satelita Swarm Bravo z najwyższą trajektorią w konstelacji, star trackery mogą w ten sposób ciągle mierzyć, jak często przez ich czujniki przechodzą protony o energiach większych niż 100 MeV.

Podczas burzy w listopadzie 2025 roku właśnie na podstawie tych danych odnotowano wyjątkowe wzmocnienie strumienia protonów nad obszarami polarnymi. Ponieważ tarcza magnetyczna Ziemi była tymczasowo „zgnieciona” i naruszona, część wysokoenergetycznych cząstek, które normalnie pozostają uwięzione we wzajemnym „splątaniu” linii magnetycznych lub są odchylane przez pole magnetyczne dalej od planety, zdołała przeniknąć do wysokości niskiej orbity okołoziemskiej.

Star trackery Swarm posłużyły w ten sposób po raz pierwszy w praktyce operacyjnej jako swego rodzaju sieć do detekcji protonów w czasie rzeczywistym. Dane z tego wydarzenia stanowią jedną z pierwszych demonstracji nowego produktu Swarm do monitorowania cząstek wysokoenergetycznych, który od niedawna jest wykorzystywany do bardziej szczegółowego śledzenia aktywności słonecznej z perspektywy niskiej orbity.

Zorze protonowe i „niewidzialne” zagrożenie dla infrastruktury kosmicznej

Jednym z najciekawszych efektów wizualnych zaobserwowanych podczas tej burzy były tzw. zorze protonowe. W odróżnieniu od „klasycznych” świateł polarnych, które w większości powodują elektrony i które na niebie rysują dynamiczne kurtyny, łuki i „zawijasy” światła na bardzo wysokich szerokościach geograficznych, zorze protonowe pojawiają się jako rozmyte, równomierne zmętnienie świetlne. W silnych burzach mogą zejść na znacznie niższe szerokości niż zazwyczaj, więc w listopadzie 2025 roku odnotowano je także w obszarach, gdzie mieszkańcy rzadko mają okazję zobaczyć zorzę na własne oczy.

Fizycznie rzecz biorąc, chodzi o ten sam proces: naładowane cząstki z wiatru słonecznego, prowadzone liniami pola magnetycznego Ziemi, wchodzą w górną atmosferę i zderzają się z cząsteczkami tlenu i azotu, wzbudzając je i pobudzając do emitowania światła. W przypadku zórz protonowych dominującą rolę odgrywają protony, więc energia jest przekazywana w nieco inny sposób i przy innym rozkładzie według wysokości i szerokości geograficznych.

Dla ludzi na ziemi, włączając w to pasażerów w samolotach na typowych wysokościach przelotowych, takie zdarzenia nie stanowią bezpośredniego ryzyka zdrowotnego. Równie silny GLE jak ten z listopada 2025 roku jest nadal daleko poniżej poziomów, które wymagałyby nadzwyczajnych środków dla ludności. Ale dla satelitów i astronautów wysokoenergetyczne protony stanowią poważny problem: mogą uszkodzić ogniwa słoneczne, przyspieszyć starzenie się komponentów elektronicznych, przerwać obwody logiczne lub wywołać tymczasowe „bit flipy” w pamięci.

Dlatego agencje kosmiczne, w tym program ESA ds. pogody kosmicznej, w momencie wzmożonej aktywności słonecznej wprowadzają szereg środków – od dostosowania kierunków celowania wrażliwych instrumentów, po odłożenie krytycznych manewrów i ochronę astronautów w lepiej osłoniętych częściach statków kosmicznych. Zasada, do której dążą, to ALARA („as low as reasonably achievable”) – sprowadzenie ekspozycji na promieniowanie do jak najniższego możliwego poziomu, przy realnych ograniczeniach operacyjnych.

Anomalia Południowoatlantycka – naturalne „okno” dla promieniowania

Chociaż listopadowa burza tymczasowo wzmocniła strumień protonów na biegunach, Swarm już od lat odnotowuje cząstki wysokoenergetyczne nad innym, chronicznie problematycznym obszarem: Anomalią Południowoatlantycką (South Atlantic Anomaly, SAA). To olbrzymi region nad południowym Atlantykiem i częścią Ameryki Południowej, w którym pole magnetyczne Ziemi jest znacznie słabsze niż gdzie indziej, więc wewnętrzny pas radiacyjny Van Allena schodzi znacznie bliżej powierzchni planety.

W tym obszarze satelity na niskiej orbicie przechodzą przez „kieszeń” wzmożonego promieniowania. Powodem jest geometria dipola magnetycznego Ziemi, który nie jest idealnie wycentrowany względem osi obrotu. Konsekwencją jest to, że linie pola magnetycznego w obszarze SAA są rzadsze i mniej skuteczne w odbijaniu naładowanych cząstek. Wynik: większy strumień protonów docierający do wysokości typowej orbity misji takich jak Swarm czy Międzynarodowa Stacja Kosmiczna.

Dane Swarm wykazały, że SAA w ciągu ostatnich lat się zmienia – rośnie, przesuwa się i zmienia strukturę wewnętrzną, co wskazuje na złożoną dynamikę w jądrze i płaszczu Ziemi. Naukowcy wykorzystują te informacje, aby ulepszyć modele pola magnetycznego i lepiej przewidzieć, jak w przyszłości będą rozwijać się obszary wzmożonego promieniowania. Dla operatorów satelitów oznacza to możliwość precyzyjniejszego planowania przelotu przez anomalię, optymalizacji orbit i ochrony elektroniki.

Dlaczego ta burza jest ważna dla przyszłych misji

Wydarzenie z listopada 2025 roku jest idealnym przykładem, jak kombinacja różnych misji i instrumentów dostarcza złożonego, ale niezwykle cennego obrazu zjawiska pogody kosmicznej. SMOS, na przykład, zarejestrował silny słoneczny wybuch radiowy prawie 14 godzin przed uderzeniem CME, Swarm mierzył fluktuacje magnetyczne i strumień protonów, a misje takie jak SOHO, Solar Orbiter i BepiColombo śledziły rozwój burzy w przestrzeni międzyplanetarnej.

Jednocześnie analiza takich zdarzeń podkreśla ograniczenia systemów wczesnego ostrzegania. Obecne satelity znajdujące się w pobliżu punktu libracyjnego L1 dają operatorom zaledwie dwadzieścia minut ostrzeżenia między wykryciem nadchodzącego CME a jego uderzeniem w pole magnetyczne Ziemi. ESA rozwija zatem nową generację misji do monitorowania pogody kosmicznej, takich jak satelita Vigil, który z pozycji L5 będzie obserwował Słońce z boku i wcześniej wykrywał potencjalnie niebezpieczne wyrzuty.

Dla eksploracji kosmosu poza bezpiecznym schronieniem tarczy magnetycznej Ziemi – w kierunku Księżyca, Marsa i dalej – zrozumienie zachowania wysokoenergetycznych protonów i skuteczności ochrony magnetycznej planety staje się kwestią bezpieczeństwa załóg i trwałości sprzętu. Każde zdarzenie takie jak listopadowa burza 2025 służy jako naturalny „stress-test” naszych modeli i technologii.

Dla szerszej opinii publicznej najbardziej widocznym śladem burzy pozostają spektakularne zorze, które tym razem zeszły niezwykle daleko na południe, dając mieszkańcom Europy, a nawet regionu śródziemnomorskiego, rzadką okazję, by przez kilka godzin oglądać, jak aktywność słoneczna rysuje świetlne kurtyny wysoko nad horyzontem. Dla naukowców i inżynierów ważniejszy jest cichy zapis w telemetrii Swarm i innych misji – dane, które w nadchodzących latach będą pomagać w rozwoju precyzyjniejszych prognoz pogody kosmicznej i bardziej odpornych systemów kosmicznych.

Misja Swarm, zaplanowana ponad dekadę temu jako „magnetyczny stetoskop” dla Ziemi, pokazała w ten sposób w listopadzie 2025 roku, że może być również czułym dozymetrem dla wysokoenergetycznych protonów. W czasie, gdy maksimum słoneczne zwiększa ryzyko dla satelitów, komunikacji i przyszłych misji załogowych w głęboki kosmos, każde takie dodatkowe źródło danych staje się bezcennym narzędziem do zrozumienia i ochrony naszego technologicznego społeczeństwa.