Hurikán Simon způsobil nejen velké škody v Mexiku, ale také se projevil mnohem výš. Podle pozorování NASA rozkmital atmosféru asi osmdesát kilometrů na povrchem tak, že vyvolal jev známý jako atmosférické gravitační vlny.
Hurikán Simon v uplynulých dnech ohrožoval západní pobřeží Mexika, kam přinesl ničivé větry a intenzivní srážky, které způsobily v oblasti Acapulca povodně a vyžádaly si nejméně jednu oběť. Stal se jednou z nejvýraznějších tropických cyklon letošní sezony ve východním Pacifiku, protože v neděli 11. října, kdy se pohyboval právě v blízkosti západního pobřeží Mexika, dosáhl čtvrté kategorie na pětistupňové Saffirově–Simpsonově stupnici. V době největší intenzity v něm vál vítr rychlostí kolem 250 kilometrů za hodinu. Aktuálně kvůli nepříznivým podmínkám v atmosféře výrazně zeslábl a zřejmě už jen jako slabá tropická deprese o víkendu částečně zasáhne Kalifornský poloostrov.
Nicméně vliv Simona sahal mnohem výš, než kam dosáhly jeho mohutné bouřkové mraky. Družice NOAA-21 v časných ranních hodinách 11. října zaznamenala pozoruhodnou soustavu vln šířících se od oblasti tropické cyklony do okolí.
Vlnění se nacházelo až v mezosféře, tedy v části atmosféry ve výškách kolem osmdesáti kilometrů nad zemským povrchem. Toto pozorování ukazuje, jak výrazně mohou extrémní projevy počasí ovlivňovat i oblasti v mnohem větších výškách, než jsme zvyklí.
Nejsou gravitační vlny jako gravitační vlny
Pozorovaný jev souvisí s takzvanými atmosférickými gravitačními vlnami. Je důležité je nezaměňovat s gravitačními vlnami, které vznikají například při srážkách černých děr a představují zvlnění samotného časoprostoru. Atmosférické gravitační vlny jsou naopak běžnou součástí zemské atmosféry.
Vznikají při vychýlení vzduchu z rovnovážné polohy ve stabilně zvrstveném prostředí, tedy za situace, kdy teplota s výškou klesá relativně pomalu. Tíhová síla směřující dolů a vztlakové síly směřující vzhůru se pak snaží vzduch vrátit zpět, což vede k jeho kmitání a šíření vlnění. Jde vlastně o podobný způsob vzniku a šíření vln, jaké vznikají například na vodní hladině.
Zdrojem gravitačních vln v atmosféře bývá často proudění přes horské překážky, silné bouřky mírných šířek, ale právě také výrazné tropické cyklony. V hurikánu Simon sehrálo zásadní roli intenzivní proudění tepla v okolí jeho oka. Při kondenzaci obrovského množství vodní páry se totiž uvolňuje teplo, které podporuje vznik mohutných výstupných proudů. Ty pak můžou proniknout skrz tropopauzu (přechodovou zónou mezi troposférou a stratosférou, která většinou tvoří jakousi „pokličku“ bránící vertikálnímu vývoji oblaků) a vyvolávat poruchy, jež se šíří dále do stratosféry a mezosféry.
S rostoucí výškou přitom rychle klesá hustota vzduchu, což znamená, že amplituda gravitačních vln se při jejich šíření vzhůru může výrazně zvětšovat. Některé vlny nakonec zaniknou nebo se rozpadnou, jiné ale proniknou do výšek až devadesát kilometrů. Tam mohou ovlivňovat proudění, teplotu i přenos energie mezi jednotlivými vrstvami atmosféry.
Světélkující atmosféra
Nicméně zajímavá otázka je, jak můžou družice takové vlnění pozorovat, když se odehrává v téměř průhledném vzduchu? Odpovědí je jev označovaný anglickým termínem airglow, což bychom mohli česky přeložit jako „světélkování“ atmosféry.
Ve výškách přibližně od osmdesáti kilometrů dochází ke složitým fyzikálně-chemickým procesům, při kterých atomy a molekuly vyzařují velmi slabé světlo. Podílejí se na něm například atomární kyslík, sodík nebo hydroxylové radikály. Na rozdíl od polárních září není toto světélkování podmíněno přímým působením nabitých částic ze slunečního větru. Vyskytuje se prakticky neustále, i když je pro lidské oko zpravidla příliš slabé a přes den není ani prostřednictvím družic detekovatelné.
Když touto vrstvou procházejí atmosférické gravitační vlny, způsobují změny teploty, hustoty vzduchu a podmínek zmíněných reakcí. Výsledkem jsou jemné rozdíly v intenzitě vyzařovaného světla. Právě ty vytvářejí charakteristické světlé a tmavé pásy, které mohou připomínat kruhy šířící se po vodní hladině po dopadu kamene.
V případě hurikánu Simon je zachytil přístroj VIIRS na družici NOAA-21. Jeho speciální denní a noční kanál dokáže registrovat mimořádně slabé světelné signály. Pozorování navíc přály podmínky – Měsíc osvětloval zemský povrch jen minimálně, takže jeho světlo nepřehlušilo slabé záření horní atmosféry.
Co může způsobit jeden hurikán
Gravitační vlny přenášejí energii a hybnost do velkých výšek. Při svém rozpadu mohou ovlivňovat proudění v mezosféře včetně části ionosféry, tedy oblasti důležité například pro šíření rádiových signálů. Jejich správné zachycení je proto významné také pro modelování atmosférické cirkulace.
NASA se těmito procesy zabývala mimo jiné prostřednictvím experimentu AWE (Atmospheric Waves Experiment) umístěného na Mezinárodní vesmírné stanici. Ten sledoval právě změny infračerveného světélkování atmosféry a zaznamenal vlnění spojené s dalšími výraznými bouřemi, včetně hurikánu Helene v roce 2024.
Hurikán Simon tak připomněl, že energetický otisk nejsilnějších bouří může sahat vysoko nad zemský povrch. A díky stále citlivějším družicovým přístrojům dnes dokážeme sledovat procesy, které ještě před několika desetiletími zůstávaly téměř neviditelné. Současně jde o připomínku faktu, že počasí není omezeno pouze na troposféru, kde vzniká většina oblačnosti a srážek, ale je důležité věnovat pozornost i vyšším vrstvám atmosféry.
