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 km, vzácněji až do 400 km nad zemským povrchem. Za interakcí stojí konkrétně protony, elektrony a tzv. alfa částice (jádra helia se dvěma protony a dvěma neutrony), které Slunce zpravidla produkuje během silných erupcí v magneticky uzavřených oblacích (tzv. 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. Tak vlastně 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.
Výskyt polárních září není podmíněný 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. Rychleji sluneční vítr uniká z tzv. koronálních děr a slunečních pólů (okolo 700 km/s), pomaleji pak z běžně uzavřeného magnetického pole z rovníkových oblastí Slunce (okolo 400 km/s). Právě ten rychlejší může být dalším „spouštěčem“ výraznějších polárních září.
„Dlouhodobé sledování polárních září ale 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 Petr Horálek z Fyzikálního ústavu v Opavě, který se vydal v tomto týdnu z tohoto důvodu polární záře sledovat do Norska. Důvodem, proč právě období jarní a podzimní rovnodennosti nahrává k pozorování častějších polárních září, je sklon zemské osy (a tedy i zemského magnetického pole) vůči slunečnímu magnetickému poli v těchto obdobích. Jak vysvětluje Dr. Tony Phillips, sluneční fyzik z NASA a správce serveru Spaceweather.com, 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.
„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.
Můžeme ale očekávat více možných situací jako byla ta víkendová, neboť sluneční aktivita 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, tzv. 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 rovnodenností znamená prakticky jistotu k 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,“ uzavírá Gráf.
Bc. Petr Horálek
PR výstupů evropských projektů FÚ SU v Opavě
Email: petr.horalek@slu.cz
Telefon: +420 732 826 853
RNDr. Tomáš Gráf, Ph.D.
Fyzikální ústav SU v Opavě, vedoucí observatoře WHOO! a Unisféry
Email: tomas.graf@fpf.slu.cz
Telefon: +420 734 268 124
Mgr. Debora Lančová
Fyzikální ústav SU v Opavě
Email: debora.lancova@physics.slu.cz
Telefon: +420 776 072 756
Bc. Klára Jančíková
Sekretariát Fyzikálního ústavu v Opavě
Email: klara.jancikova@slu.cz
Telefon: +420 553 684 267