Téměř každý už slyšel o polární záři nebo ji viděl na fotografiích. Někteří měli dokonce to štěstí, že ji byli svědky na vlastní oči. Mnoho lidí ale neví, jak vzniká nebo proč.
Polární záře začíná fluorescenční záři na obzoru . Poté slábne a objevuje se osvětlený oblouk, který se někdy uzavírá do velmi jasného kruhu. Jak ale vzniká a s čím souvisí její aktivita?
Formování polární záře
Vznik polární záře souvisí se sluneční aktivitou a složením a vlastnostmi zemské atmosféry. Pro lepší pochopení tohoto jevu je zajímavé přečíst si o vesmírných hurikánech a o tom, jak ovlivňují vznik polární záře.
Polární záři lze pozorovat v kruhové oblasti nad zemskými póly. Ale odkud pochází? Pochází ze Slunce. Dochází k bombardování subatomárními částicemi ze Slunce, které vznikají během slunečních bouří. Tyto částice mají barvu od fialové po červenou. Sluneční vítr částice mění a když narazí na magnetické pole Země, jsou odkloněny a na pólech je viditelná pouze část polární záře.
Elektrony, které tvoří sluneční záření, produkují spektrální emisi, když se dostanou k molekulám plynu v magnetosféře, části zemské atmosféry, která chrání planetu před slunečním větrem. To způsobuje excitaci na atomární úrovni, což má za následek luminiscenci. Tato luminiscence se šíří po obloze a vytváří velkolepou podívanou přírody.
Studie o polární záři
Probíhají studie, které zkoumají polární záři během období slunečního větru. Je to proto, že ačkoli je známo, že sluneční bouře mají přibližně 11letý cyklus , je nemožné předpovědět, kdy se polární záře objeví. Pro každého, kdo chce polární záři vidět, je to skutečné zklamání. Cesta k pólům není levná a nechat si polární záři ujít je neuvěřitelně skličující. Navíc může být užitečné vědět o projevech polární záře ve Španělsku pro ty, kteří nemohou cestovat daleko.
Abychom pochopili, jak vzniká polární záře, je nezbytné znát dva klíčové prvky, které se podílejí na jejím vzniku: sluneční vítr a magnetosféru. Sluneční vítr je proud elektricky nabitých částic, zejména elektronů a protonů, emitovaných ze sluneční koróny. Tyto částice se pohybují impozantní rychlostí , která může dosáhnout až 1000 km/s, a jsou slunečním větrem unášeny do meziplanetárního prostoru.
Magnetosféra zase funguje jako štít, který chrání Zemi před většinou částic ve slunečním větru. V polárních oblastech je však magnetické pole Země slabší, což některým částicím umožňuje proniknout do atmosféry. Tato interakce je nejintenzivnější při geomagnetických bouřích, kdy je sluneční vítr nejsilnější a může způsobit poruchy v magnetosféře.
Interakce částic s atmosférou Země
Když nabité částice ze slunečního větru pronikají zemskou atmosférou, interagují s atomy a molekulami, které se v ní nacházejí, především s kyslíkem a dusíkem. Tento interakční proces vede ke vzniku polární záře, která vytváří barvy a tvary, které pozorujeme na obloze. Sluneční částice přenášejí energii na atomy a molekuly v atmosféře, čímž je excitují a převádějí do vyššího energetického stavu.
Jakmile atomy a molekuly dosáhnou tohoto excitovaného stavu, mají tendenci se vrátit do základního stavu a uvolnit přebytečnou energii ve formě světla. Tento proces emise světla je to, co vytváří charakteristické barvy polární záře. Vlnová délka emitovaného světla závisí na typu atomu nebo molekuly a na energetické hladině dosažené během interakce, kterou lze dále zkoumat ve vrstvách zemské atmosféry.
Kyslík je zodpovědný za dvě základní barvy polární záře. Zelenožlutá barva vzniká na energetické vlnové délce 557,7 nm , zatímco červenější, fialová barva vzniká na méně obvyklé vlnové délce u těchto jevů, 630,0 nm . Konkrétně excitovanému atomu kyslíku trvá téměř dvě minuty, než vyzáří červený foton, a pokud se jeden atom během této doby srazí s jiným, proces může být přerušen nebo ukončen. Proto když vidíme červené polární záře, s největší pravděpodobností se vyskytují v horních vrstvách ionosféry, přibližně 240 kilometrů nadmořské výšky, kde je méně atomů kyslíku, které by se vzájemně rušily.
Barvy a plyny: kyslík a dusík
Barvy polární záře jsou výsledkem interakce slunečních částic s různými plyny v zemské atmosféře. Kyslík a dusík jsou primárně zodpovědné za rozmanitost odstínů, které pozorujeme na obloze během polární záře. Když je kyslík excitován slunečními částicemi, může vyzařovat zelené nebo červené světlo v závislosti na nadmořské výšce, ve které k interakci dochází. V nižších nadmořských výškách, kolem 100 kilometrů, vyzařuje kyslík zelené světlo, zatímco ve vyšších nadmořských výškách, kolem 200 kilometrů, vyzařuje červené světlo. Pro úplnější pochopení tohoto jevu se doporučuje přečíst si o chladu za jasných nocí , kdy jsou tyto polární záře nejviditelnější.
Dusík zase přispívá k modravým a fialovým odstínům polární záře. Když sluneční částice excitují molekuly dusíku, mohou emitovat modré nebo fialové světlo , čímž vytvářejí kontrast s barvami produkovanými kyslíkem. Kombinace těchto barev dává vzniknout úchvatným vícebarevným polárním zářím, které osvětlují noční oblohu v polárních oblastech.
Barvy polární záře
Přestože je polární záře běžně spojována s jasně zelenou barvou, ve skutečnosti může mít řadu barev. Zelená je nejčastější kvůli excitaci atomů kyslíku v nadmořské výšce asi 100 kilometrů. V různých nadmořských výškách a u různých typů plynů se však mohou objevit i jiné barvy.
- Zelená barva: vzniká excitací kyslíku ve výšce 100 km.
- Červená barva: vzniká kyslíkem ve vyšších nadmořských výškách, kolem 200 km.
- Modrá barva: způsobená interakcí slunečních částic s dusíkem.
- Fialová barva: také výsledek excitace dusíkem, která dodává kontrast k zeleným a červeným světlům.
Polární záře na jiných planetách
Polární záře není jedinečná pouze pro Zemi. Díky pozorováním provedeným Hubbleovým vesmírným dalekohledem a vesmírnými sondami jsme byli schopni detekovat polární záře i na jiných planetách sluneční soustavy, jako je Jupiter, Saturn, Uran a Neptun. Ačkoli je základní mechanismus vzniku polárních září na všech těchto planetách podobný, existují značné rozdíly v jejich původu a vlastnostech. Abychom těmto rozdílům lépe porozuměli, můžeme zkoumat spektakulární meteorologické jevy.
Na Saturnu jsou polární záře svým původem podobné těm na Zemi, protože také vyplývají z interakce mezi slunečním větrem a magnetickým polem planety. Na Jupiteru se však proces liší vlivem plazmatu produkovaného měsícem Io, které přispívá ke vzniku intenzivních a komplexních polárních září. Tyto rozdíly činí ze studia polárních září na jiných planetách fascinující pole výzkumu, což nám umožňuje lépe porozumět fyzikálním procesům probíhajícím ve sluneční soustavě.
Polární záře na Uranu a Neptunu mají také charakteristické rysy díky sklonu jejich magnetických os a složení jejich atmosfér. Tyto rozdíly ve struktuře a dynamice magnetických polí těchto planet ovlivňují tvar a chování polárních září a nabízejí příležitost prozkoumat, jak se tyto jevy mění v různých planetárních prostředích.
Dále byly na některých Jupiterových měsících, jako jsou Europa a Ganymed, detekovány polární záře, což naznačuje přítomnost složitých magnetických procesů na těchto nebeských tělesech. Polární záře byly dokonce pozorovány na Marsu sondou Mars Express během pozorování provedených v roce 2004. Mars postrádá magnetické pole analogické s pozemským, ale má lokální pole spojená s jeho kůrou, která jsou zodpovědná za polární záře na této planetě.
Tento jev byl nedávno pozorován i na Slunci; jedná se o polární záře vznikající urychlováním elektronů skrz sluneční skvrnu na povrchu. Existují také důkazy o polární záři na jiných hvězdách. To zdůrazňuje význam polárních zářů i mimo naši planetu, protože poskytují důležité informace o magnetických polích a atmosférách jiných nebeských těles.
Pozorování polární záře
Pozorování polární záře je nezapomenutelný zážitek, i když vyžaduje plánování a trpělivost. Abyste si zvýšili šance na její pozorování, je nezbytný výběr správného času a místa . Mezi polovinou srpna a dubnem jsou noci v polárních oblastech delší a tmavší, což zvyšuje pravděpodobnost, že tento jev uvidíte. Pro zájemce je užitečné prozkoumat Kirunu, město polární záře.
Mezi nejlepší oblasti pro pozorování polární záře patří Norsko, Island, Finsko, Švédsko, Kanada a Aljaška, kde jasná obloha a příznivé povětrnostní podmínky vytvářejí dokonalou podívanou. Doporučuje se hledat místa daleko od měst , abyste se vyhnuli světelnému znečištění a užili si lepší výhled. Pokud se chcete dozvědět více, podívejte se na velkolepou bouři polární záře v Kanadě.
Kromě toho je klíčové připravit se na chlad a nosit vhodné oblečení do nízkých teplot. Důležitou roli hraje trpělivost, protože polární záře se mohou rychle objevit a rozptýlit. Být informován o předpovědích geomagnetické aktivity a mít vhodný fotoaparát pomáhá zachytit tento jev v celé jeho kráse.
Viditelnost polárních září však začala ovlivňovat i změna klimatu. Rostoucí teploty a tání polárního ledu mohou ovlivnit hustotu a složení atmosféry a potenciálně změnit způsob, jakým jsou polární záře vidět ze zemského povrchu. Navíc rostoucí světelné znečištění v městských oblastech ztěžuje pozorování tohoto přírodního jevu, takže je nutné cestovat do odlehlých oblastí, abyste si tento zážitek mohli naplno užít.
Polární záře jsou připomínkou majestátnosti a složitosti našeho vesmíru. Jak pokročíme v našem chápání těchto jevů, otevírá se řada příležitostí k prozkoumání jejich fascinující krásy a fyzikálních procesů za nimi.
