Solen bröt ut under helgen och kastade elektromagnetisk strålning mot jorden, till och med upplyste himlen med spektakulära norrsken. För första gången spårade ESA:s osannolika rymdväderduo av SMOS och Swarm den svåra solstormen – som förvrängde jordens magnetfält.
Rymdväder – elektromagnetisk strålning och partiklar som sänds ut av solen i form av solflammor och coronal mass ejections (CME) – kan både blända och förstöra. Det kan orsaka respektingivande norrsken, men kan också ta ut satelliter, kommunikationer och till och med elnät.
Tidigt på lördagen den 23 mars 2024 släppte solen en stark X1.1 solflare, den mest kraftfulla möjliga typen, från ett särskilt aktivt område som pekade direkt mot jorden.
Nyheten om en associerad coronal mass ejection (CME), som är på väg rakt mot oss, satte norrskens-jagare och rymdväderforskare i hög beredskap.
För Swarm-forskare som övervakar jordens magnetfält var det den perfekta chansen att använda tresatellitkonstellationens nya nästan realtidsdata till bra användning.
Varje Swarm-satellit har en magnetometer för att mäta styrkan på jordens magnetfält. Detta magnetfält förändras ständigt och reagerar särskilt starkt på rymdväderhändelser.
CME anlände mycket tidigare än väntat, vilket orsakade en geomagnetisk storm som nådde allvarliga nivåer på eftermiddagen söndagen den 24 mars.
Eftersom data snabbt blev tillgängliga var Swarm Alpha den första av de satelliter som kretsade lågt runt jorden för att mäta förändringar i jordens magnetfält, enligt rapporter från Eelco Doornbos från Royal Netherlands Meteorological Institute (KNMI).
Swarm Bravo gav snart ett annat perspektiv och visade stora förändringar i jordens magnetfält som nådde lägre breddgrader under sin topp.
Även om stormen var relativt kortlivad, var störningen av jordens magnetfält otroligt stark, och effekterna analyseras fortfarande.
Enligt ESA:s Space Weather-kontor har den aktiva delen av solen som är ansvarig släppt ut ytterligare M-klassbloss, inte riktigt lika starka, sedan dess – och det finns en 40 % chans för ytterligare X-klassbloss under de kommande dagarna.
Överraskande nog var ESA:s jordfuktighet och havssalinitet (SMOS)-satellit bland de första i raden för att fånga solradioskuren i samband med solflamman.
Huvudinstrumentet för SMOS är en interferometerradiometer känd som Miras, som normalt upptäcker "L-band" radiovågor som sänds ut från jorden. Detta gör att vi kan mäta geofysiska parametrar som markfuktighet, salthalt i havet och havsisens tjocklek.
På grund av sin position i omloppsbana har dock SMOS antenn också solen i sitt synfält – och solflammor släpper också ut radiovågor.
För jordobservation tas dessa signaler bort som brus. Men rymdväderforskare hade andra idéer. Med nästan 24-timmars övervakning av solen i nästan realtid kan SMOS upptäcka effekter av solflammor på det globala satellitnavigeringssystemet (GNSS), såväl som flygradar och L-bandskommunikation.
Att ha denna nästan realtidsinformation är mycket användbart. Efter ett särskilt kraftigt solutbrott i december 2023 förlorade ett antal satelliter GPS-kontakten med markstationer i Sydamerika. SMOS kunde begränsa orsaken och kopplade den till solhändelsen.
"Efter 14 år har SMOS fortfarande många fler trick i rockärmen", säger Klaus Scipal, SMOS Mission Manager. "Dess mångsidighet, som alla Earth Explorers, är enormt imponerande och dess fortsatta potential för övervakning av rymdväder är verkligen väldigt spännande."
När en CME träffar jordens magnetosfär kan vi se effekterna när norrsken lyser upp polarhimlen. Swarm-satelliterna registrerar under tiden förvrängningen av jordens magnetfält. Vi tenderar att se ett mycket starkare magnetfält högt över polerna och en betydande försvagning vid ekvatorn.
Även om solutbrottet den 23 mars – och den tillhörande solstormen den 24 mars – var stark, är det inte alltid så att det kommer att bli en stor geomagnetisk storm på jorden.
Inte alla stora solutbrott är förknippade med en betydande CME, inte varje CME kommer att träffa jorden direkt, och även när de gör det varierar effekterna.
Vad Swarm-satelliterna upptäcker beror på många faktorer, såsom energi, solens magnetfälts orientering och hur många laddade partiklar som kommer in i jordens atmosfär över polerna.
Det är något vi fortfarande har mycket att lära oss om – och varför denna nya rymdväderduo är praktisk för forskare som arbetar för att förstå vad som händer mellan solen och jorden.
"Det är fantastiskt att vi nu kan se – i nästan realtid – den sammanslagna informationen från SMOS och Swarm", säger Swarm Mission Manager Anja Strømme. "Det är spännande, särskilt under den mest aktiva delen av solcykeln, att se vad vi kan upptäcka tack vare dessa kompletterande observationer."
Earth Explorers visar sin mångsidighet
SMOS- och Swarm-uppdragen är en del av ESA:s Earth Explorer-familj. Dessa satelliter är flygande laboratorier som testar banbrytande ny jordobservationsteknik.
Båda uppdragen har varat långt utöver deras ursprungliga uppdrag, med data som fortsätter att visa sig vara en del av det dagliga livet. SMOS-data, till exempel, används i orkanprognoser, medan Swarm-data hjälper din smartphone att hitta norrut.
Detta senaste framsteg markerar ytterligare ett imponerande och aktuellt tillägg till portföljen för båda uppdragen.
Solen, som går genom toppar och dalar av aktivitet, ökar för närvarande till sitt "solmaximum" 2025. Det betyder att vi sannolikt kommer att se starkare solflammor och mer regelbundna anfall av rymdväder under de kommande månaderna.
Med SMOS som direkt upptäcker vad som händer på solen, ger förvarning för GNSS-avbrott och Swarm som tillhandahåller kompletterande data om vad som händer närmare hemmet, har vi ett unikt nytt perspektiv på effekten av rymdvädret på jorden.
"Rymdväder kan mycket väl ha sitt ursprung utanför vår planet, men avbrott i navigering och ström visar att det kan ha potentiellt farliga effekter här på jorden", säger ESA:s direktör för jordobservationsprogram, Simonetta Cheli.
"Det är därför spännande att se två av våra Earth Explorer-uppdrag kombineras för att övervaka solhändelser och för att bättre förstå hur de påverkar vår planet. Det visar återigen mångsidigheten och förträffligheten hos Europas jordobservationsprogram."
Håll vaksamhet
Övervakning av rymdväder är en nyckelaktivitet i ESA:s rymdsäkerhetsprogram, som snart kommer att förstärkas av ESA:s Vigil-uppdrag.
Vigil, som ska lanseras 2031, kommer att övervaka solens sida och upptäcka områden med potentiellt farlig solaktivitet innan de roterar mot jorden.
Vigil tillhandahåller den första 24/7 operationella data från rymden av ESA, vilket ökar förvarningen för viktiga rymdvädereffekter från 12–18 timmar upp till fyra till fem dagar i förväg. Det kommer att göra det möjligt för oss att vara mycket mer förberedda för farliga solhändelser, inklusive potentiellt destruktiva geomagnetiska stormar.
Det kommer också att ge oss mycket mer information om vad som kan vara på väg.
Vi kanske måste vänta ett tag på att resultaten ska komma in. Eftersom Vigil tar upp en position 150 miljoner km bakom jorden kommer det att ta 26 månader efter lanseringen innan någon data börjar komma in.
Men när den gör det, tillsammans med informationen från Swarm och SMOS, kommer vi att vara bättre rustade än någonsin för att förstå effekterna av rymdvädret på jordens system.
Tillhandahålls av Europeiska rymdorganisationen
