Text níže vyšel v květnu 2024 a je nyní republikován v rámci přehledu Rok ve vědě 2024.

TLDR: Barva polární záře nám může říct, v jaké výšce se jev odehrává. Odvíjí se totiž od výšky, v jaké jsou atomy naší atmosféry excitovány slunečními částicemi. Zdroj třeba hír.

Polární záře vznikají v důsledku nárazu energetických částic vypálených silnou „erupcí” (fskutečnosti výronem plazmatu) ze Slunce do horních vrstev zemské atmosféry. Magnetické pole Země pak tyto sluneční částice přesměruje typicky k severnímu a jižnímu pólu, ale při intenzivnějších erupcích se mohou dostat i níže/výše.

Co to znamená v barevné praxi?

Co je to polární záře

Elektricky nabité částice pak vstupují do zemské atmosféry, kde excitují („jebne do nich a předává jim svou energii”) atomy a molekuly plynů. To ještě není polární záře – ta však vzniká v přímém důsledku této excitace.

Když se molekuly a atomy „nabudí“ elektrony od částic ze Slunce, není to pro ně přirozený stav – musí se proto rychle vrátit do svého původního energetického stavu (základního stavu) – a udělají to tak, že uvolní získanou energii ve formě fotonů neboli světla!

To je stejný jev, jaký vidíte i uvnitř trubice neonového světla. Barva takového světla pak závisí na směsi plynů uvnitř trubice… anebo na směsici plynů atmosféry. A jelikož pozemskou atmosféru tvoří ponejvíce směs cca 78 % dusíku, 21 % kyslíku, 0,93 % argonu a 0,04 % oxidu uhličitého, na barvu záře má vliv ponejvíce dusík a kyslík… 

Podle barvy poznáš složení

Barvy záře na Zemi tak závisí na relativním zastoupení kyslíku a dusíku na úrovni toho, kam magnetosféra zrovna stahuje sluneční částice (což zase závisí na aktivitě Slunce, že).

Nejvyšší záře ve výšce 200 až 250 km jsou červené a vznikají typicky jen při velmi silných „erupcích” – kyslíkové atomy jsou v těchto výškách totiž méně koncentrované a jsou excitovány na vyšší frekvenci nebo vlnové délce, výsledkem čehož je červená barva.

Níže ve výšce 100 až 200 km jsou záře nejčastější, totiž ty zelené – tady už máme molekuly kyslíku v relativně vyšší hustotě, výsledkem čehož se vlnovou délka posouvá víc doprostřed, kde si hoví zelená.

Nakonec nejníže kolem 80 až 100 km logicky u kyslíku míříme k modré straně vlnové délky, ale protože se spolu s tím excituje i vyšší množství dusíku (a ten je, stejně jako kyslík výše, v „červené” vlnové délce), výsledkem je mix – čili purpurová barva.

To nejsou jediné možné barvy – molekuly vodíku a helia mohou vytvářet modré a fialové polární záře, ale tyto barvy bývají pro naše oči na noční obloze obtížně viditelné.

K čemu to je?

Proměnlivá barevnost polární záře není jenom fajn ilustrací fungování fyziky v praxi. Rovněž demonstruje, jak ze znalosti fyzikálním principů můžeme určit řadu přímých vlastností různých objektů na dálku.

V praxi při luštění složení atmosféry exoplanet samozřejmě využíváme spektroskopii, která také pomocí světla zjišťuje, jak různé vlnové délky rozvibrují různé atomy v atmosféře vzdálených planet. Nicméně! Sotvaco jsem uploadoval tento článek, sepsal jsem i novinku o helioseizmologii – tedy odhadování pochodů pod povrchem Slunce na základě jeho vibrací na povrchu.

Polární záře, ač využívá jiných principů, krásně ukazuje, kterak vnější projevy mohou odhalit leccos z vnitřních pochodů či složení vzdáleného objektu. Stejných principů v různém hávu využívá věda v řadě jiných oborů, u řady jiných jevů – a k odhalení tajemství mnoha jiných objektů!

[Ladislav Loukota, JRN]

Vědátor vznikl jako spinoff spolku studentů a popularizátorů vědy UP Crowd, dnes jej provozuje spolek Hyperion Media. Krom různých autorů projekt jako šéfredaktor vede Ladislav Loukota – kontaktní mail je [email protected]