Polární záře patří mezi nejkrásnější přírodní úkazy na obloze. V polárních oblastech jsou celkem běžné, v nižších zeměpisných šířkách, na jakých leží Česko, je ale jejich výskyt vzácnější. Objevují se jen výjimečně – například během posledního říjnového víkendu se přes slibné podmínky nakonec na nebi neobjevily. Přesto je ale možné je na území Česka očekávat.
Cestovatelé se za polární září vydávají zejména do Skandinávie nebo na sever amerického kontinentu. Stálým pozorováním se ukazuje, že hlavním spouštěčem sice bývají silné sluneční erupce a skokově rychlejší sluneční vítr obsahující nabité částice, ale v průběhu roku existují dvě období, kdy jde polární záře očekávat i bez překotných jevů na Slunci. Ta nastávají okolo jarní a podzimní rovnodennosti.
Smrtící radiace proti ochrannému štítu Země
„Polární záře vznikají v důsledku interakce nabitých částic putujících kontinuálně ze Slunce s molekulami a atomy vzduchu ve vysoké atmosféře Země. Běžně se vyskytují mezi 80 až 150 kilometry, vzácněji až do 400 kilometrů nad zemským povrchem,“ vysvětluje astronom a fotograf Petr Horálek z Fyzikálního ústavu v Opavě. Za interakcí stojí konkrétně protony, elektrony a takzvané alfa částice, které Slunce zpravidla produkuje během silných erupcí v magneticky uzavřených oblacích, takzvaných plazmoidech.
„Země má svůj přirozený magnetický štít, díky němuž je většina tohoto životu nebezpečného záření odkloněna. Část tohoto slunečního materiálu se ale uvězní v oblastech okolo zemských magnetických pólů, kde siločáry magnetického pole Země, a tedy i částice proniknou do naší atmosféry. Tam pak díky srážkám s atomy a molekulami vzduchu dochází k excitaci (i ionizaci) a následnému vyzáření v podobě viditelného světla,“ popisuje Horálek.
„Tak sledujeme v zemské atmosféře doutnavý výboj, jehož odstíny odpovídají konkrétním hodnotám vyzářené energie. Nejčastější zelená a červená záře patří excitovanému kyslíku, vzácnější modré zabarvení pak odpovídá ionizovanému dusíku. Ale to nejsou jediné emise,“ dodává vědec.
Jaro a podzim přejí polárním zářím
Výskyt polárních září není podmíněný jen silnou sluneční aktivitou, stačí k tomu neustálý tok částic slunečního větru. Mimo občasné silné erupce, během nichž se překotně utrhne oblak s velkým množstvím zmíněných nabitých částic ze Slunce, se totiž z naší hvězdy každou sekundou uvolňuje asi 1,2 miliardy tun těchto částic rychlostí 200–1200 km/s.
„Dlouhodobé sledování polárních září ukázalo, že bez ohledu na intenzitu slunečního větru nebo eruptivní aktivitu Slunce se nejčastěji silnější polární záře objevují okolo jarní nebo podzimní rovnodennosti, přesněji v březnu nebo v září a říjnu,“ popisuje Horálek, který se vydal v tomto týdnu záře sledovat do Norska. Důvodem, proč právě období jarní a podzimní rovnodennosti nahrává k častějšímu pozorování, je sklon zemské osy (a tedy i zemského magnetického pole) vůči slunečnímu magnetickému poli v těchto obdobích.
Jak vysvětluje sluneční fyzik z NASA a správce serveru Spaceweather.com Tony Phillips, právě v obdobích rovnodenností nabývá největší účinnosti vzájemné rušení polarit magnetického pole ve slunečním větru s polem zemské magnetosféry, což v ní vytváří trhliny propouštějící více nabitých částic. Tento jev je znám jako Russell-McPherronův podle dvou amerických fyziků Christophera Russella a Roberta McPherrona, kteří oslabení zemského magnetického pole v obdobích rovnodenností poprvé popsali v roce 1973.
„Důležité je, aby proměnlivé meziplanetární magnetické pole, kterým proudí částice ze Slunce díky slunečnímu větru, bylo orientováno tak, aby se efektivněji navázalo na siločáry magnetického pole Země. Pak mohou do zemské atmosféry vstoupit nabité částice ve větším množství a vykouzlit kýženou podívanou i bez silné sluneční erupce,“ dodává Horálek.
Polévková záře a měsíční svit
Letošní studie ukazují, že Země si může částečně polární záře vytvářet i sama. Takzvané difúzní polární záře, které s trochou představivosti připomínají promíchanou hrachovou polévku, vznikají díky elektronovým paprskům urychleným v elektrickém poli v zemské magnetosféře. Při tomto procesu se uvolňují druhotné elektrony, které padají zpět do zemské atmosféry, a vytváří tak „polévkové“ záře. Jev byl dlouhá léta záhadou a k jeho rozklíčování napomohla vědecká družicová mise THEMIS-ARTEMIS, která v zemském magnetickém poli provádí svá měření už od roku 2007.
Za krásami polárních září stojí i náš Měsíc: Dopomáhá k nasycení modré složky v jejich odstínech, které jsou obvykle velmi slabé a stojí za nimi ionizovaný molekulární dusík. Když jsou tyto ionty zasaženy měsíčním světlem, zachytí a znovu emitují fotony modrého záření jdoucí od Měsíce. Ten sám nesvítí, ale k Zemi na něj míří rozptýlené a odražené sluneční záření.
České záře
„V Česku se polární záře vyskytují vzácněji, ale nejsou zcela neobvyklé. Například v roce 2003 nastala jedna z nejvýraznějších za posledních 50 let a v našich končinách byla pozorovatelná po celé obloze. Jedna velmi jasná se odehrála přímo v revoluční podvečer 17. listopadu 1989. Naposledy jsme mohli jasnější záři pozorovat v březnu roku 2015. Obvykle se z Česka viditelné polární záře objevují okolo maxima sluneční aktivity, které vrcholí jednou za 11 let,“ poznamenává Tomáš Gráf z Fyzikálního ústavu v Opavě.
Sváteční erupce třídy X1 ve čtvrtek 28. října 2021 měla způsobit silné polární záře viditelné i v Česku, ale nakonec byly slabší. Oblak nabitých částic totiž naši planetu ve velké míře minul, a proto se avizovaná podívaná nakonec nekonala.
Předpovídat takové události je velmi obtížné, protože ze Země je vidět pouze samotná erupce a oblak částic pak až díky družicím jen krátce před jeho nárazem do naší planety. Po dobu dvou dní, za které zpravidla takový oblak putuje meziplanetárním prostorem k Zemi, tedy nemají astronomové prakticky žádná data, z nichž by mohli předpověď zpřesnit.
Podle Horálka ale můžeme v blízké budoucnosti očekávat více situací, jako byla ta víkendová – sluneční aktivita totiž v poslední době stoupá. Nejbližší maximum sluneční aktivity se očekává už okolo roku 2025. V té době se na Slunci bude odehrávat nejvíce erupčních jevů souvisejících s lokálními poruchami magnetického pole Slunce, tak typickými právě pro sluneční maximum. Tyto poruchy jsou provázeny výskytem tmavších oblastí na Slunci, takzvaných slunečních skvrn. Čím více skvrn, tím více nestabilních oblastí, a tedy i silnějších erupcí namířených také k Zemi. A tím větší šance na výrazné polární záře.
„Poslední sluneční cykly byly ale slabší než ty na konci minulého tisíciletí, tudíž i polárních září v Česku bylo méně. Sluneční vítr však proudí od Slunce neustále a díky Russell-McPherronovu jevu teď už víme, že vycestovat za nimi do severských zemí v období kolem jarní nebo podzimní rovnodennosti znamená prakticky jistotu jejich spatření. Pochopitelně, pokud nebude cestování zrovna možné, rádi zážitek z polární záře zprostředkujeme také návštěvníkům naší sférické projekce v Unisféře v budově Fyzikálního ústavu v Opavě,“ dodává Gráf.
