Co je polární záře, jak vzniká a proč ji v Česku uvidíme jen výjimečně

01Co vidíme

Světlo z výšky stovek kilometrů

Nejběžnější barvou polární záře je bledě zelená. Vyzařuje ji atomární kyslík, tedy jednotlivé atomy kyslíku nespojené do molekul, a to na vlnové délce 557,7 nanometru. Vlnová délka světla určuje jeho barvu. Zelená záře vzniká zhruba ve výškách 100 až 250 kilometrů. Červená záře pochází také z kyslíku, ale svítí výš, zhruba ve 200 až 500 kilometrech. Celé divadlo se tedy odehrává vysoko nad mraky i letadly, ve vrstvě atmosféry, kde je vzduch nesrovnatelně řidší než u země.

Princip svícení je podobný jako u neonové trubice. Elektron, který do atomu narazí, mu předá část své energie a atom se ocitne ve vybuzeném stavu. Když se vrátí do původního stavu, přebytečnou energii vyzáří jako světlo přesně dané barvy. Různé barvy proto vznikají buzením různých atomů a molekul, hlavně kyslíku a dusíku, do různých vybuzených stavů.

Výška a barva spolu souvisejí. Některé vybuzené stavy vydrží před vyzářením světla poměrně dlouho. V hustším vzduchu by atom mezitím narazil do jiných částic a energii jim předal, takže by vůbec nezazářil. Proto se červená, která potřebuje dlouho žijící vybuzený kyslík, objevuje v řídkých horních vrstvách, zatímco zelená svítí níž.

02Zdroj energie

Odkud se berou rychlé elektrony

Častý popis říká, že částice ze Slunce dopadají přímo do atmosféry. To je zjednodušení. Ze Slunce neustále proudí sluneční vítr, tedy řídký proud elektricky nabitých částic, který s sebou nese i magnetické pole Slunce. Naráží na magnetické pole Země, které kolem planety vytváří ochrannou dutinu, magnetosféru. Většina elektronů, které záři rozsvěcejí, je urychlena až uvnitř magnetosféry. Do atmosféry se pak řítí po magnetických siločarách, tedy po pomyslných čarách, podél kterých magnetické pole míří. Podobný obrazec vytvoří železné piliny nasypané kolem magnetu.

Za běžného dne tyto elektrony nesou energii, která stačí jen na záři v ultrafialové oblasti, kterou oko nevidí. Aby byla záře viditelná, jsou potřeba energetičtější elektrony. Ty vznikají mimo jiné při magnetické rekonexi, kdy se dosud oddělené siločáry magnetosféry a slunečního větru propojí a uvolní energii.

Rekonexe je pravděpodobnější, když magnetické pole slunečního větru míří vzhledem k Zemi k jihu. Na straně přivrácené ke Slunci totiž zemské pole míří k severu a opačně orientované siločáry se propojí snáz. Kvůli sklonu zemské osy nastává tato příznivá orientace častěji kolem rovnodenností, tedy v březnu a v září. Pomáhá také rychlý sluneční vítr, jenže vztah ke sluneční aktivitě je složitý a vysoká aktivita Slunce sama o sobě rychlý vítr nezaručuje.

Nejvýraznější představení přicházejí při geomagnetických bouřích, tedy při silném a náhlém rozrušení magnetického pole Země. Často je vyvolají výrony koronální hmoty, obrovské oblaky elektricky nabitého plynu, takzvaného plazmatu, vyvržené ze Slunce. Zasáhne-li takový oblak Zemi a nese-li magnetické pole mířící k jihu, magnetosféra se prudce rozkolísá a do atmosféry míří mnohem víc energetických elektronů.

03Kolem pólů

Proč záře sídlí u pólů a jak se dostane k nám

Siločáry zemského magnetického pole se sbíhají u magnetických pólů a právě tam vstupují do atmosféry. Elektrony, které se po nich pohybují, proto rozsvěcejí záři hlavně v přibližně oválném pásu kolem magnetických pólů, kterému se říká aurorální ovál. Za klidných podmínek leží daleko na severu, nad severní Skandinávií, Kanadou nebo Aljaškou.

Při silné geomagnetické bouři se ovál rozšíří směrem k rovníku a záře se objeví i nad středními zeměpisnými šířkami. Česko leží od oválu daleko, ale v mimořádných chvílích se jeho jižní okraj přiblíží natolik, že záři zahlédneme nízko nad severním obzorem.

04V Česku

Dá se polární záře vidět v Česku?

Dá, ale jen vzácně a při velmi silných geomagnetických bouřích. Nečekejte vlnící se zelené opony jako na fotografiích z Islandu. Z našich zeměpisných šířek se záře ukazuje spíš jako nízké, často slabě načervenalé světlo nad severem. Vidíme totiž jen horní část jevu, která vystupuje nad obzor, a v té výšce převládá červená. Nezkušený pozorovatel ji snadno splete se září vzdáleného města nebo s pozdním soumrakem.

Musí se sejít několik podmínek. Je nutná noc, protože za denního světla záři nevidět, dále jasná obloha bez oblačnosti a dostatečně silná bouře. Šance může zvýšit doba kolem rovnodenností, kdy je rekonexe pravděpodobnější. Sílu bouře vyjadřuje index Kp, číselná míra toho, jak silně je rozkolísané magnetické pole Země. Jeho předpověď i aktuální hodnoty zveřejňují služby, které sledují dění na Slunci a v okolí Země, tedy takzvané kosmické počasí. Pro naše šířky musí index dosáhnout vysokých hodnot, k čemuž dochází obvykle jen při těch nejsilnějších bouřích.

05Meze

Co zůstává nejisté a na co si dát pozor

Největší překážkou předpovědi je, že orientaci magnetického pole v oblaku ze Slunce spolehlivě poznáme až ve chvíli, kdy mine měřicí družice mezi Zemí a Sluncem, tedy krátce před jeho příchodem. Oblak navíc může dorazit dřív nebo později, než se čekalo, a pole v něm se může otočit tak, že bouře nepřinese nic, co by z Česka šlo vidět. Předpověď proto vyjadřuje spíš pravděpodobnost než jistotu a vysoké očekávání se nemusí naplnit.

Samotná polární záře je neškodné světlo ve výšce stovek kilometrů a člověka na zemi nijak neohrožuje. Silné geomagnetické bouře, které ji doprovázejí, mohou ovlivnit družice, satelitní navigaci či rozvodné sítě, nejvíc ve vysokých zeměpisných šířkách. Pro běžného pozorovatele v Česku je tak největším rizikem spíš zklamání z oblačné oblohy.