Polární záře – vesmírná světelná show

Pokud se vám podaří zahlédnout polární záři, můžete si být jistí, že vidíte to nejzajímavější a nejefektnější, co vám může naše nebe nabídnout. Jak vzniká a proč vypadá pokaždé jinak?

Největší zásluhu na vzniku polární záře mají sluneční vítr a magnetické pole naší Země. Sluneční vítr poskytuje množství elektricky nabitých částic. Magnetické pole Země, které nás před slunečním větrem chrání, pak jejich dráhu různě mění. V blízkosti pólů planety se mohou částice slunečního větru dostat až k vrchním vrstvám atmosféry. Právě zde pak vznikají na nebi překrásné světelné efekty.

Sluneční vítr

Sluneční vítr se skládá převážně z ionizovaného vodíku – protonů a elektronů a ionizovaných jader hélia. Vzniká v té části Slunce,  kterému říkáme sluneční koróna. Není tedy elektromagnetickým zářením, ale proudem částic. Naše centrální hvězda ztrácí slunečním větrem každou vteřinu kolem miliónu tun své hmoty.

Sluneční vítr není homogenní. Rozlišují se dvě komponenty s různou rychlostí. Takzvaný pomalý vítr má rychlost až 400 km/s. „Rychlý“ vítr, který se uvolňuje v koronálních oblastech blízko pólů Slunce, dosahuje rychlosti až 900 km/s.

Sluneční vítr se vzrůstající vzdáleností od Slunce řídne. Jeho hustota klesá s druhou mocninou vzdálenosti. V blízkosti Země se nacházejí v jednom krychlovém centimetru 0,4 – 100 částic. Průměrná hodnota je přitom 6 částic, tedy dost na to, aby vyvolaly jeden z nejpůsobivějších jevů, jaké můžeme na obloze pozorovat – polární záři.

Vznik polární záře

Jak protony tak elektrony, tvořící sluneční vítr, nesou elektrický náboj. Magnetické pole Země s nimi reaguje, odklání je z jejich původní dráhy a přitom před nimi chrání povrch planety. Zároveň s nimi reaguje. Magnetické siločáry Země se přitom křiví a mění svůj tvar. Na Slunci přilehlé straně se slačují,  na odvrácené straně naopak roztahují.

Částice slunečního větru „stékají“ po magnetických silových křivkách. V blízkosti pólů, kde se magnetické siločáry noří do planetárního povrchu, se mohou tyto elektricky nabité částice dostat dokonce tak blízko k Zemi, že zasáhnou do vrchních částí zemské atmosféry.

Ve výškách kolem 150 km pak dochází k čilé výměně energie. Dopadající vysoce energetický sluneční vítr přitom ionizuje molekuly této vnější části atmosféry. Ty se naopak zbavují přebytečné energie tím, že začínají samy zářit. Efektní optický jev, pozorovaný na zemském povrchu, pak nazýváme polární září.

Barva

Podle toho, v jaké výšce jev vzniká (a tedy podle složení tamní atmosféry) se řídí i výsledná barva polární záře. Nejčastěji pozorujeme červenou, zelenou a fialovou barvu. Zřídka se dá zahlédnou i žlutý odstín.

Zelená polární záře vzniká díky ionizovaným atomům kyslíku ve výškách kolem 80 – 150 km. Mezi 150 a 600 kilometry nad zemským povrchem vzniká fialová a rudá polární záře. Podílí se na ní hlavně ionizované atomy dusíku.

Výskyt

Jak už napovídá její jméno, vyskytuje se polární záře převážně v blízkosti pólů. Její severní varianta (aurora borealis) se dá zahlédnout v severní Skandinávii, na Islandu, v jižním Grónsku, v Kanadě nebo na Sibiři.

Jižní varianta (aurora australis) se dá pozorovat v Antarktidě.

Největší šanci, uvidět severní polární záři, máte mezi zářím a dubnem. Několikrát do roka se objeví i v našich geografických šířkách. Předchází jí zpravidla silnější magnetická bouře, která do magnetosféry Země dodá dostatečně množství nabitých částic, takže úkaz dosáhne až do našich oblastí.

Polární záře u jiných planet

Polární záře se dá logicky pozorovat i u jiných planet, které mají své vlastní magnetické pole.

Mars

Dokonce i na Marsu, který dnes regulérní magnetické pole nemá, byla zaznamenána polární záře. Způsobují ji lokální zbytky někdejšího pole, které se postupem doby vytratilo. Jeho pozůstatky, tzv. „magnetické hřiby“ dodnes existují na jižní polokouli Marsu. Daleko překvapivější byl ale pro vědce výskyt polární záře, kterou objevila v roce 2014 sonda MAVEN. Konala se totiž nad severní polokoulí, kde žádné magnetické pole není. Jeho příčinou bude nejspíše komplikovaná souhra různých vlivů a jevů, které se musí nejdříve rozklíčovat a objasnit.

Jupiter

Jupiter je známý svým extrémně silným magnetickým polem – takže je jen logické, že musí mít i exrémně silnou polární záři.

Na rozdíl od pozemské má jeho polární záře modrou barvu.  Na vině je samozřejmě složení Jupiterovy atmosféry.

Vznik Jupiterovy polární záře se od pozemské trochu liší. Zatímco u naší planety se tvoří hlavně v oblastech, které od sebe navzájem dělí uzavřené a otevřené magnetické siločáry Země, vzniká polární záře u Jupiteru následkem interních procesů v jeho magnetosféře. V rovníkové oblasti rotuje kolem planety plasmatický pás. Hmota, která z něj difunduje, způsobuje při změně své rotace elektrické jevy a ty zase vedou ke vzniku polárních září vně rovníkové oblasti. 

Saturn

Saturnova polární záře je nejspíše směsí obou jevů  - jak pozemského tak Jupiterova typu. Větší podíl ale vykazuje druhý mechanismus.

Uran a Neptun

Skutečně zajímavé, i když málo prozkoumané jsou polární záře u kvadrupólových planet Uran a Neptun. Jejich magnetosféra je velice komplikovaná, mají totiž hned čtyři různé magnetické póly.  Polární záře se zde vyskytuje na jiných místech, než jak jsme na ni zvyklí z pozemských podmínek.

Polární záře vně naší Sluneční soustavy

Velké planety, které obíhají v cizích hvězdných systémech, mohou mít podobné vlastnosti, jako naše velké planety. I u nich může existovat silná polární záře. Může dokonce prozradit i jejich existenci.

Planety cizích systémů se dají dnes běžně odhalit sledováním svítivosti hvězdy. Při zákrytu planetou její svítivost klesá. Pokud se to děje periodicky, umí ze zaznamených údajů vědci vypočítat jak hmotnost tak vzdálenost a pozici planety, která hvězdu obíhá.

Oběžné doby velkých a vzdálených planet se ale pohybují v rozmezí desítek až stovek let, takže by jim trvalo velice dlouho, než by mohly hvězdu zakrýt. Pomocí polárních září by se dalo spektrum planet rozšířit. Daly by se tak registrovat velké planety až do vzdálenosti 50 AU od své centrální hvězdy.