Obloha nad námi » Polární záře

Polární záře

Polární záře jsou bezesporu netradičním přírodním divadlem. Víte ale, jak vznikají a kde všude se vyskytují? Opravdu jsou výsadou pouze mrazivých polárních oblastí?

Polární záři, která je jedním ze symbolů arktických I antarktických končin, zná z fotografií snad každý. 179Překrásné světelné sloupy či stěny vznášející se nad zemským povrchem velice snadno upoutají lidskou pozornost. Zajímavé ale je, že polární záři můžete výjimečně pozorovat i z České republiky!

Polární záře nad Aljaškou. Pozemské polární záře mají především modré a zelené odstíny. Zdroj: Joshua Strang, USAF.
Polární záře nad Aljaškou. Pozemské polární záře mají především modré a zelené odstíny. Zdroj: Joshua Strang, USAF.

I když jsou polární záře patrné především v noci, je jejich původcem naše denní hvězda. Pokud na Slunce pohlédnete přes nějaký dostatečně hustý filtr, například svářečské sklo nebo speciální kovovou fólii určenou k tomuto účelu, uvidíte tzv. fotosféru. Tento viditelný povrch Slunce má teplotou téměř šest tisíc stupňů Celsia a je pro něj typický žlutobílý odstín, který dává slunečnímu svitu charakteristické zabarvení. Nad fotosférou se ale nachází ještě další vrstvy sluneční atmosféry. Tou nejvyšší je extrémně řídká koróna, která má teplotu kolem dvou milionů stupňů Celsia! Za běžných podmínek je lidským okem nepostřehnutelná, protože zaniká v ostrém slunečním svitu. Spatřit ji ale můžete v okamžiku, kdy je sluneční disk zakryt Měsícem. Tedy při úplném zatmění Slunce.

Jemná struktura sluneční koróny dokonale vynikne při úplném zatmění Slunce (na fotografii je zachyceno úplné zatmění Slunce v roce 2008). Zdroj: Miloslav Druckmüller, Peter Aniol, Vojtěch Rušin.
Jemná struktura sluneční koróny dokonale vynikne při úplném zatmění Slunce (na fotografii je zachyceno úplné zatmění Slunce v roce 2008). Zdroj: Miloslav Druckmüller, Peter Aniol, Vojtěch Rušin.

Právě v koróně vzniká tzv. sluneční vítr – proud částic (protonů, elektronů, jader atomů hélia), jež Slunce chrlí do svého okolí a zaplavuje jimi Sluneční soustavu. Tyto nabité částice se však vesmírným prostorem nepohybují zcela nahodile, ale následují neviditelné vodicí linky – magnetické silokřivky181, které se proplétají celou Sluneční soustavou. Slunce se totiž chová jako obří magnet s magnetickým polem sahajícím až za dráhu Pluto do vzdálenosti kolem 150 astronomických jednotek.

Stejně jako Slunce mají vlastní magnetické pole i některé planety. Jejich magnetické pole je ale mnohonásobně menší. V důsledku existence kovového nitra má magnetické pole také naše Země. Zatímco z ostatních terestrických (Zemi podobných) planet má výrazné magnetické pole už jen Merkur, u obřích plynných planet (Jupiteru, Saturnu, Uranu a Neptunu) není ničím výjimečným.

Podobně jako se ovlivňují magnetická pole dvou blízkých magnetů, ovlivňují se i magnetická pole Slunce a planet. Částice slunečního větru poté cestují podél silokřivek vzájemně provázaných magnetických polí. U planet se jejich magnetické pole chová také jako štít, který je před účinkem slunečního větru chrání. Částice se svezou po magnetických silokřivkách a „proplují“ kolem planety. Některé z částic jsou ale magnetickým polem planety nakonec přeci jen polapeny.

V případě Země se tak stává zejména v oblasti zeměpisných pólů a zachycené částice putují po spirále směrem k povrchu naší planety. A právě zde se začínají rodit polární záře. Musí však být splněna ještě jedna podmínka – planeta musí mít atmosféru. Zmíněnou kombinaci magnetického pole a atmosféry naleznete pouze u Země, Jupiteru, Saturnu, Uranu a Neptunu. A jak tedy polární záře vlastně vznikají?

Z částic slunečního větru se při vzniku polárních září uplatňují především elektrony. Ty se na své cestě srážejí s částicemi atmosféry a předávají jim část své energie. Částice atmosféry ovšem nesetrvají v tomto vybuzeném stavu příliš dlouho a přebytečné energie se opět zbaví jednoduše tak, že ji vyzáří v podobě světla o určité barvě (vlnové délce). A právě toto světlo pak vnímáme jako polární záři. Charakteristické zabarvení polárních září mají na svědomí zejména srážky elektronů s atomy kyslíku (zelená a červená barva) nebo s ionty dusíku (modrá a fialová barva).

Výskyt polárních září úzce souvisí s výškou nad zemským povrchem. Zatímco ve výškách nad 1000 kilometrů je atmosféra příliš řídká a ke srážkám dochází jen výjimečně, několik desítek kilometrů nad zemským povrchem je atmosféra pro vznik polárních září naopak příliš hustá. Hlavní oblast vzniku polárních září proto leží ve výškách 100 kilometrů nad zemským povrchem.

Fotografie složená z družicových snímků planety Země a polární záře z oblasti jižního zemského pólu. Snímky byly pořízeny v rámci projektu  Imager for Magnetopause-to-Aurora Global Exploration 11. září 2005. Zdroj: NASA.
Fotografie složená z družicových snímků planety Země a polární záře z oblasti jižního zemského pólu. Snímky byly pořízeny v rámci projektu Imager for Magnetopause-to-Aurora Global Exploration 11. září 2005. Zdroj: NASA.

I když se polární záře vyskytují u všech planet Sluneční soustavy, které mají atmosféru a magnetické pole, detailní pozorování máme k dispozici zejména od Jupiteru a Saturnu. Nejen, že jsou tyto planety díky své velikosti snadným cílem pro obří pozemské teleskopy, ale především se v jejich blízkosti pohybovala nebo pohybuje celá řada meziplanetárních sond (například sonda Cassini u Saturnu). Polární záře, které můžeme v atmosféře těchto planet sledovat, jsou podobné těm pozemským, byť jsou mnohonásobně rozsáhlejší.

Fotografie polárních září v oblasti severního a jižního Jupiterova pólu byla pořízena Hubbleovým kosmickým dalekohledem v roce 1997. Na snímku jsou patrné také stopy účinku elektricky nabitých částic, které byly vypuzeny z Jupiterova měsíce Io a byly lapeny Jupiterovým magnetickým polem v oblasti severního a jižního pólu (účinek je stejný jako u částic slunečního větru). Tyto stopy mají podobu světlých neuzavřených křivek v oblastech severního a jižního pólu. Foto: John Clarke (University of Michigan), NASA .
Fotografie polárních září v oblasti severního a jižního Jupiterova pólu byla pořízena Hubbleovým kosmickým dalekohledem v roce 1997. Na snímku jsou patrné také stopy účinku elektricky nabitých částic, které byly vypuzeny z Jupiterova měsíce Io a byly lapeny Jupiterovým magnetickým polem v oblasti severního a jižního pólu (účinek je stejný jako u částic slunečního větru). Tyto stopy mají podobu světlých neuzavřených křivek v oblastech severního a jižního pólu. Foto: John Clarke (University of Michigan), NASA .
Série fotografií pořízená Hubbleovým kosmickým dalekohledem s odstupem několika dní. Na snímcích je zachycen jižní pól Saturnu s výraznou polární září. Fotografie vznikly kombinací snímků ve viditelné a ultrafialové oblasti spektra. Na rozdíl od Země, kde mají polární záře délku trvání obvykle v rozmezí několika hodin, vydrží Saturnovy polární záře i po několik dnů. Snímky byly pořízeny v lednu roku 2004. Zdroj: NASA, ESA, J. Clarke (Boston University), Z. Levay (STScI).
Série fotografií pořízená Hubbleovým kosmickým dalekohledem s odstupem několika dní. Na snímcích je zachycen jižní pól Saturnu s výraznou polární září. Fotografie vznikly kombinací snímků ve viditelné a ultrafialové oblasti spektra. Na rozdíl od Země, kde mají polární záře délku trvání obvykle v rozmezí několika hodin, vydrží Saturnovy polární záře i po několik dnů. Snímky byly pořízeny v lednu roku 2004. Zdroj: NASA, ESA, J. Clarke (Boston University), Z. Levay (STScI).

A jak je to s již zmíněným pozorováním polárních září z České republiky, tedy z nižších zeměpisných šířek?

Určující je v tomto směru aktivita našeho Slunce. Ta ovšem není stále stejná, ale kolísá v pravidelných cyklech182. V maximu aktivity Slunce doslova bouří a na jeho povrchu probíhají četné erupce slunečního materiálu. Pokud se oblak vyvrženého materiálu (tvoří jej částice slunečního větru) vydá na cestu k Zemi, může sluneční vítr získat na intenzitě a dočasně zesílit. Jeho částice se tak dostanou nejen do oblasti pólů, ale i do nižších zeměpisných šířek. Poté lze i u nás pozorovat polární záře.  Ovšem i v tomto případě jsou ve výhodě pozorovatelé, kteří mají skutečně tmavé nebe.

České polární záře jsou totiž jen slabým odleskem těch polárních a vypadají spíše jako nepravidelné zjasnění nebe načervenalého či zelenkavého nádechu nad severním obzorem. Na přesvětlené městské obloze jsou navíc špatně patrné i proto, že je jejich načervenalé zabarvení blízké svitu pouličních lamp. Pozorování může zmařit také svit Měsíce.

18. listopadu 2003 došlo na Slunci k mohutné erupci, při které byl vyvržen oblak částic ze sluneční koróny. Ten po dvou dnech doputoval k Zemi, kde způsobil mohutné magnetické bouře a vyvolal polární záře také nad Českou Republikou. Snímek byl pořízen 20. listopadu 2003. Zroj: Michal Švanda.
18. listopadu 2003 došlo na Slunci k mohutné erupci, při které byl vyvržen oblak částic ze sluneční koróny. Ten po dvou dnech doputoval k Zemi, kde způsobil mohutné magnetické bouře a vyvolal polární záře také nad Českou Republikou. Snímek byl pořízen 20. listopadu 2003. Zroj: Michal Švanda.

V extrémních případech mohou být polární záře pozorovatelné dokonce i z takových zemí, jako je třeba Itálie. Výskyt polárních září doprovázejí také magnetické bouře, které jsou odezvou magnetického pole Země na zesílený sluneční vítr.

Pokud tedy budete mít příležitost spatřit polární záři na vlastní oči, určitě si ji nenechte ujít. Dokonce bude nejlepší, když v danou chvíli zapomenete na magnetická pole i na fyziku a nevšední estetický zážitek si s čistou hlavou užijete naplno!

 

Nahoru

 

Aurora

Latinsky se polární záře označuje jako aurora, s tímto pojmenováním se někdy můžete setkat také v češtině či angličtině (aurora borealis = severní polární záře, aurora australis = jižní polární záře).

Magnetické silokřivky

Magnetické silokřivky určitě znáte z učebnic fyziky. Zpravidla vystupují ze severního pólu tyčového magnetu a vstupují do pólu jižního. Ve skutečnosti je magnetické pole každého magnetu mnohem komplikovanější, magnetické silokřivky nám ale pomáhají jednoduše zobrazit jeho průběh a tvar.

Sluneční cyklus

Nejznámější je pravidelné střídání sluneční aktivity v průběhu jedenáctiletého cyklu.