Přes překážky k aurorám: Jak se loví polární záře?

Slunce spěje k maximu své aktivity v rámci přibližně jedenáctiletého cyklu, který dosáhne vrcholu kolem roku 2025. Jeho bouřlivá činnost přitom zvyšuje šance na jasné aurory, především v subpolárních a polárních oblastech. S rostoucí geomagnetickou aktivitou s nimi však můžeme počítat i v našich zeměpisných šířkách…

Když nebe tančí

Polární záře vznikají v důsledku interakce mezi nabitými částicemi ze Slunce a molekulami a atomy vzduchu ve vysoké zemské atmosféře. Běžně se vyskytují 80–150 km nad povrchem planety, vzácněji až do 400 km. Za interakcí stojí konkrétně protony, elektrony a tzv. částice alfa – jádra helia se dvěma protony a dvěma neutrony – které naše hvězda zpravidla produkuje při erupcích v magneticky uzavřených oblacích, tzv. plazmoidech.

Magnetický štít Země většinu životu nebezpečného záření odkloní. Část slunečního materiálu však uvázne v okolí zemských magnetických pólů a částice pak podél siločar geomagnetického pole pronikají do atmosféry. Tam v důsledku srážek s atomy a molekulami vzduchu dochází k excitaci i ionizaci a k následnému vyzáření v podobě viditelného světla. V ovzduší tedy vlastně sledujeme doutnavý výboj s odstíny odpovídajícími konkrétním hodnotám vyzářené energie: Nejčastější zelená a červená náleží excitovanému kyslíku, vzácnější růžová odpovídá ionizovanému dusíku. Nejde však o jediné emise...

Polévka a svit Měsíce

Nedávné studie ukázaly, že si Země může polární záře částečně vytvářet dokonce sama, bez přímého vlivu slunečního větru. Tzv. difuzní aurory, připomínající s trochou představivosti promíchávanou hrachovou polévku, vznikají díky elektronovým paprskům urychleným v elektrickém poli v zemské magnetosféře. Při daném procesu se uvolňují druhotné elektrony, padají zpět do atmosféry, a vytvářejí tak „polévkové“ záře. Jev zůstával dlouhá léta záhadou a rozklíčovat ho pomohla i družicová mise THEMIS-ARTEMIS, provádějící svá měření v geomagnetickém poli už od roku 2007.

Za krásu auror vděčíme také Měsíci, jenž přispívá k nasycení modré složky v jejich odstínech. Obvykle bývají velmi slabé a stojí za nimi ionizovaný molekulární dusík. Jsou-li zmíněné ionty zasaženy měsíčním světlem, zachytí a znovu emitují fotony modrého záření přilétající od zemského souputníka. Měsíc sám nesvítí – jedná se o rozptýlené a odražené sluneční záření, přesto k modrému svitu vzduchu vysoko v atmosféře stačí.

Rovnodennost jim přeje

Výskyt polárních září nepodmiňuje pouze intenzivní aktivita Slunce: Stačí neustálý tok částic slunečního větru. Mimo občasné silné erupce, kdy se překotně utrhne oblak s velkým množstvím nabitých částic, se jich z naší hvězdy každou sekundu uvolní asi 1,2 miliardy tun zcela regulérně, a to rychlostí 200–1 200 km/s. Rychleji sluneční vítr uniká z tzv. koronálních děr a z pólů (700 km/s), pomaleji pak z běžně uzavřeného magnetického pole z rovníkových oblastí (400 km/s). Právě rychlejší vítr může patřit mezi další spouštěče výraznějších auror.

Dlouhodobé sledování polárních září však ukázalo, že bez ohledu na intenzitu slunečního větru či eruptivní aktivitu Slunce se silnější aurory nejčastěji objevují okolo jarní či podzimní rovnodennosti, přesněji v březnu nebo v září a říjnu. Příčina tkví ve sklonu rotační osy, a tedy i magnetického pole Země vůči témuž poli naší stálice. V uvedených obdobích bývá nejúčinnější vzájemné rušení polarit magnetického pole ve slunečním větru s polem zemské magnetosféry, což v ní vytváří trhliny propouštějící více nabitých částic než jindy v roce. Popsaný jev nese název Russellův–McPherronův, podle amerických fyziků Christophera Russella a Roberta McPherrona, kteří oslabení geomagnetického pole při rovnodennostech poprvé popsali v roce 1973. Pokud tedy chcete záře vidět s jistotou, naplánujte si výlet do severských oblastí v březnu, září či říjnu. A s dobrým počasím se vaše šance ještě znásobí.

Kam vyrazit…

Nejkratší cesta za aurorami vede na sever Skandinávie a k nejoblíbenějším lokalitám patří norské Lofoty či Tromsø a švédské městečko Abisko u laponského jezera Torneträsk. Předem je třeba uvážit několik věcí, zejména počasí a klima: Zatímco norské lokace již ovlivňuje oceánský vzduch, a noci jsou tudíž teplejší, ale mohou přijít dlouhodobější srážky, Abisko leží v horském vnitrozemí. A hory spolu se zmíněným jezerem vytvářejí jisté mikroklima umožňující protrhání oblačnosti, i když předpověď zcela nepřeje. V Norsku hrají ve výskytu mraků roli změny proudění, buď z vnitrozemí, nebo od oceánu.

Existuje mnoho webových stránek ukazujících, jak se oblačnost vyvíjí a kam se vydat za jasným nebem. Statisticky má sice Norsko podobné množství oblačných nocí i se srážkami, ale právě oceánské podnebí nestahuje teploty příliš nízko pod bod mrazu. Pozorování si tak víc užijete, a scenérie s mořem a horami v pozadí bývají navíc velmi působivé.

… a jak si pozorování pojistit

Předně se vyhněte bílým nocím či polárním dnům a výlet si naplánujte na období, kdy panuje opravdu noc: na severu Norska tedy od září přibližně do začátku dubna. Po zbytek roku jsou noci světlé, a v létě (v Tromsø zhruba od 18. května do 25. července) Slunce dokonce vůbec nezapadá. Pak už stačí brát v úvahu předpověď počasí, které se sice mění lusknutím prstu, ale obvykle se jednou za 4–5 dní polojasná či jasná noc naskytne. Jeďte proto alespoň na týden.

S přihlédnutím k Russellovu–McPherronovu jevu je vhodnější vyrazit na jaře či na podzim. Ovšem nyní, v době stoupající sluneční aktivity, se poměrně výrazné aurory vyskytují nejméně jednou za týden. Zejména na polárním kruhu je pak uvidíte opravdu každou noc, a to kolem lokální půlnoci, kdy se nad danou oblast nasune nejjasnější část aurorálního oválu.

A i když se sluneční aktivita nachází na minimu, spatříte na nebi přinejmenším slabý zelenkavý pás bez výraznějších struktur. Jakmile se však záře „rozbouří“, začne doslova tančit: Vypadá jako zvolna, nebo i dramaticky plápolající oheň, v pásech se rozbíhají vertikální struktury podobné varhanám a kroutí se po nebi jako hadi. Někdy představení trvá jen desítky minut, načež zase utichne, jindy se aurora rozjasňuje ve vlnách a občas může na mnoha místech oblohy svítit zcela nepředvídatelně prakticky po celou noc.

Vyznejte se v číslech

Pokud už jste ve správný čas na správném místě, nebe je jasné a máte po ruce internet či alespoň mobilní data se spuštěným aurorálním monitorem – například s mobilní aplikací Aurora Alerts nebo se solarham.net na počítači – asi vás nepotěší nejednoznačnost hned několika ukazatelů, jež na aktivitu auror upozorňují. V zásadě však není obtížné vše pochopit a odhadnout další vývoj. Ukazatele totiž stavějí na informacích z družic nacházejících se v cestě slunečnímu větru, ještě než dosáhne zemské atmosféry, ale také na reálných datech například z magnetogramů na severských stanicích.

Podstatná je přitom následující pětice: hustota slunečního větru neboli počet částic na prostorovou jednotku, zpravidla na centimetr krychlový; rychlost slunečního větru v kilometrech za sekundu; síla magnetického pole v jednotlivých složkách v nT (podstatná je záporná hodnota vertikální složky pole BZ a celková intenzita Bt); a nakonec obecný index Kp, v rozmezí od 0 do 9. Obecně platí, že čím větší hodnota všech ukazatelů, tím lépe.

Počítejte se skoky

Ovšem sluneční vítr není homogenní a Zemi může skokově zasáhnout oblak s jinými parametry než při dlouhodobějších průměrných hladinách. Proto sledujeme právě uvedené skoky. Informace obvykle předem poskytují družice ACE neboli Advanced Composition Explorer, umístěné v libračním bodě L1 asi 1,5 milionu kilometru od Země, nebo podobně situovaná DSCOVR alias Deep Space Climate Observatory. A protože je sluneční vítr o něco pomalejší než družicový signál, lze do několika desítek minut očekávat podmanivé nebeské divadlo.

Paradoxně méně důležitý parametr představuje nejčastěji proklamovaný Kp index, ukazující na očekávaný výskyt a intenzitu polárních září v následujících hodinách či dnech. Jde jen o předpokládanou průměrnou hodnotu důsledků geomagnetické aktivity, která však nemusí vždy počítat se zmiňovanými krátkodobými skoky. Nicméně pokud ukazatele předpovídají Kp index na úrovni 6 a víc, je dobré se mít na pozoru: V takových případech existuje šance na spatření či alespoň vyfotografování úkazu i v našich nižších šířkách (dokonce i z Česka).

Zřejmě nejdůležitější je, aby při větší hustotě částic a vyšší rychlosti slunečního větru byla záporná hodnota vertikální složky magnetického pole BZ číselně co nejvyšší. Proměnlivé meziplanetární magnetické pole (IMF), jímž proudí částice ze Slunce, musí být orientováno tak, aby se efektivněji navázalo na siločáry magnetického pole Země. Pak mohou do atmosféry vstoupit nabité částice ve větším množství a vykouzlit kýženou podívanou i bez silné sluneční erupce. Pokud ukazatele na internetových monitorech aktivity polárních září dosahují záporných hodnot, šance na vznik auror prudce rostou. A jestliže udávají BZ = −20 nT a méně, existuje naděje i v nižších zeměpisných šířkách včetně Česka.

Když přiletí kanibal

Aurorální monitory zobrazují rovněž simulaci slunečního větru, případně oblaků koronální hmoty, generovanou americkým Národním úřadem pro oceán a atmosféru (NOAA). Simulace ukazuje, v jakých časech může k Zemi v následujících desítkách hodin doputovat hustší oblak nabitých částic ze Slunce a jak to dané ukazatele ovlivní. Právě příchod takového oblaku může vzbudit opravdu silnou geomagnetickou aktivitu a rozsvítit výrazné polární záře.

Velmi zajímavé jsou tzv. kanibalské výrony koronální hmoty neboli Cannibal CME, kdy jeden rychlejší oblak dožene svého pomalejšího předchůdce. Výsledný oblak se díky tomu nasytí a jeho magnetické pole se prudce změní. Popsaná událost vzbuzuje u všech lovců auror maximální vzrušení a nutí je cestovat i stovky kilometrů za jasným nebem, neboť slibuje opravdu nevídanou podívanou.

A co v Česku?

Silné polární záře se obvykle v severských i hlubokých jižních oblastech vyskytují s příchodem hustšího oblaku nabitých částic ze Slunce. Událost potom magnetosféru ovlivní natolik, že aurora rozsvítí nebe až na několik hodin. Lovci září však vědí, že se mnohem častěji dočkají krátkodobých úkazů neboli „aurorálních přeháněk“. Předpovídají se pouze obtížně, ale na jejich příchod může upozornit zmiňovaná série ukazatelů z družice či magnetogramu: Rozechvějí čidla jen na okamžik, avšak do opravdu výrazných hodnot, a pak už nezbývá než odpočítávat pouhé desítky minut do jejich příchodu. 

V Česku se polární záře pochopitelně vyskytují vzácněji, přesto nejsou zcela neobvyklé. Například v roce 2003 nastala jedna z nejvýraznějších auror za posledních padesát let a v našich končinách byla pozorovatelná po celé obloze. Nízko nad obzorem ji pak lidé sledovali dokonce až z Maroka. Velmi jasná záře se odehrála i v podvečer 17. listopadu 1989: Rudé nebe tehdy dokonce zmátlo hasiče nedaleko Prahy, kteří si mysleli, že jde o nepříjemný důsledek událostí sametové revoluce. Naposledy jsme mohli jasnější auroru pozorovat v březnu 2015.

Polární záře viditelné z Česka se obvykle objevují okolo maxima sluneční aktivity vrcholící každých jedenáct let. Ukazatele signalizují velké šance, zejména pokud je předpovězen Kp index s hodnotou 7 a vyšší, vertikální složka magnetického pole dosahuje méně než BZ = −20 nT, rychlost slunečního větru překonává 500 km/s a hustota částic je větší než 10 na centimetr krychlový. Ukazatelů ve skutečnosti existuje víc a navzájem souvisejí, pro začátek však uvedené stačí.

Přes překážky k aurorám

Rovněž s moderní monitorovací technologií jsou naděje na spatření, či alespoň vyfotografování aurory z české kotliny čím dál větší. Pomocí aplikace je dnes možné dostat okamžité upozornění o zvýšené geomagnetické aktivitě a o pravděpodobnosti, s níž lze polární záři očekávat z určité zeměpisné šířky, či přímo z pozice uživatele.

TIP: Klenoty temné oblohy: Co ve městech na obloze neuvidíte

Naopak světelný smog se neustále zhoršuje a místa, odkud se dají aurory s úspěchem vyhlížet, zbývají spíš už jen v horách či daleko od velkých měst – pochopitelně s dokonalým výhledem k severnímu obzoru, kde se většina z nich objeví. V Česku jsou totiž jen málokdy tak jasné, že se rozsvítí vysoko nad hlavou. Přesto stojí za to být v pohotovosti a dát polárním zářím šanci, neboť nebeská podívaná nikdy nezklame.