Polárna žiara: svetelné divadlo s podvodníkom menom Steve

V roku 2016 začali fotografi oblohy naprieč Kanadou zdieľať fotografie tenkej stuhy fialového a bieleho svetla a predpokladali, že zachytili vzácny druh polárnej žiary. Vedci skúmajúci snímky s tým spočiatku súhlasili a svetelné divadlo si vyslúžilo nové meno: STEVE. O niekoľko rokov výskumu neskôr museli svoje tvrdenie stiahnuť späť – fialová stuha sa nakoniec ukázala, že vôbec nie je polárnou žiarou, ale samostatným nebeským javom, ktorý sa jednoducho nachádza na oblohe hneď vedľa skutočnej polárnej žiary.

Táto zámena je dobrým vstupom do toho, čím polárna žiara v skutočnosti je. Trblietavé závoje, ktoré väčšina ľudí nazýva severnou alebo južnou žiarou, vznikajú z neustálej výmeny medzi Slnkom a zemskou atmosférou a ukazuje sa, že sú staršie, zvláštnejšie a rozmanitejšie, než naznačujú pohľadnicové fotografie, so „sesternicami“ na Jupiteri a, ako sa ukázalo, dokonca aj na hviezdach ďaleko za hranicami Slnečnej sústavy.

Na Zemi sa najintenzívnejšie prejavy začínajú slnečnými búrkami: nabité častice padajú do vyššej atmosféry, excitujú tamojšie plyny a spustia žiaru v červenej, zelenej a fialovej farbe. To, ktorá farba prevláda, závisí od nadmorskej výšky. Červená sa objavuje najvyššie, kde je atómov kyslíka málo a ľudské oko je na túto vlnovú dĺžku menej citlivé, takže červená polárna žiara sa stane viditeľnou iba vtedy, keď je slnečná aktivita dosť silná na to, aby vykompenzovala oba problémy naraz.

Táto závislosť od nadmorskej výšky je dôvodom, prečo môže tá istá búrka vyzerať úplne inak z jednej noci na druhú. Vysvetľuje to aj to, prečo sa najčervenšie prejavy dostávajú do titulkov: slabý závoj nie je nič zvláštne, no obloha, ktorá viditeľne sčervenie, je znamením, že sa hore deje niečo nezvyčajné.

Polárnu žiaru možno najspoľahlivejšie vidieť nie priamo na póloch, ale v prstenci okolo nich: v pásme širokom približne 6 stupňov zemepisnej šírky, teda asi 660 km, so stredom približne na 67. stupni severnej a južnej šírky. Toto pásmo leží dosť ďaleko od zemepisného pólu, a preto sú najlepšími miestami na pozorovanie žiary arktické mestá južne od pólu, nie samotný pól.

Za normálnych podmienok sa polárna žiara drží tohto pásma. Počas Carringtonovej udalosti, ktorá sa pamätá ako najväčšia geomagnetická búrka, aká bola kedy pozorovaná, sa pravidlá úplne zrútili: polárnu žiaru bolo vidieť dokonca aj v trópoch, ďaleko od miest, kde je bežne viditeľná.

Príbeh STEVE pripomína, že aj dobre preskúmaná obloha dokáže prekvapiť aj profesionálnych astronómov. Keď fialovo-biela stuha prvýkrát upútala pozornosť vedcov v roku 2016, zaradili ju medzi novo spozorované typy polárnej žiary – pochopiteľná zámena, keďže sa objavovala na tej istej oblohe ako skutočná polárna žiara. Následný výskum diagnózu zmenil: prúdy svetla, ktoré tvoria STEVE, pochádzajú z úplne odlišného mechanizmu a napokon do rodiny polárnej žiary vôbec nepatria.

Rozlúsknutie tejto záhady si vyžiadalo ďalší výskum porovnávajúci správanie STEVE s tým, ako fungujú skutočné polárne žiary, a tie dve sa jednoducho nezhodovali. To, čo vyzeralo ako ďalšia odroda polárnej žiary, sa ukázalo byť vlastným, nesúvisiacim javom, ktorý jednoducho zostal bez povšimnutia, kým amatérski fotografi nezačali zdieľať jeho fotografie.

Prezývka má nezvyčajne bláznivý pôvod. Občianski vedci, ktorí ako prví spozorovali podivné svetelné divadlo nad Kanadou, ho pomenovali podľa jedného vtipu z animovaného filmu: v animovanom filme z roku 2006 Over the Hedge sa skupina lesných zvierat stretne s neznámym živým plotom a keďže nevedia, ako ho inak nazvať, rozhodnú sa dať mu meno Steve. Výskumníci polárnej žiary si tento vtip bez zmeny požičali.

Vesmírna fyzička Elizabeth MacDonaldová, ktorá pracuje v Goddardovom výskumnom centre NASA a založila prvú sieť občianskej vedy zameranú na polárnu žiaru, si názov STEVE obľúbila a neskôr nechala svoj tím okolo neho vytvoriť vedecky znejúce označenie: STEVE, teda Strong Thermal Emission Velocity Enhancement. Skratka bola vytvorená tak, aby sedela k menu, ktoré si občianski vedci už vybrali – administratíva teda dobiehala vtip, nie naopak.

Trochu mätúco je, že STEVE niekedy cestuje spolu so spoločníkom, ktorý skutočne je polárnou žiarou. Zelený útvar, ktorý sa občas objaví popri fialovom pruhu STEVE, sa správa ako bežné svetlo polárnej žiary, hoci fialová stuha hneď vedľa neho sa tak nespráva – to znamená, že jedno pozorovanie môže obsahovať bok po boku jednu skutočnú polárnu žiaru a jedného podvodníka.

STEVE nie je jediným prekvapením polárnej žiary, ktoré prišlo od amatérskych pozorovateľov namiesto profesionálnej výskumnej misie. Skupina fínskych amatérskych fotografov v spolupráci s univerzitnými vesmírnymi výskumníkmi objavila úplne nový tvar polárnej žiary, ktorý predtým nebol katalogizovaný.

Výskumníci opisujú každý zreteľný tvar polárnej žiary ako svojrázny odtlačok prsta, typický pre jeden konkrétny jav v zóne polárnej žiary. Tento pohľad pomáha vysvetliť, prečo aj amatérska fotografia môže byť objavom: to, čo sa bežnému pozorovateľovi javí ako menšia odchýlka, sa môže ukázať byť podpisom mechanizmu, ktorý predtým nikto nezdokumentoval.

Polárna žiara na Zemi je pôsobivá, no tá na Jupiteri ju stavia do úplne iného svetla. Jupiterove polárne žiary sú obrovské a navyše obsahujú stovky ráz viac energie než čokoľvek, čo kedy vyprodukovala Zem, a na rozdiel od tých pozemských nikdy neprestávajú.

Časť dôvodu spočíva v tom, že Jupiter má druhý zdroj „paliva“, ktorý Zem nemá. Popri nabitých časticiach prichádzajúcich zo slnečného vetra sa Jupiterova polárna žiara dopĺňa aj časticami vymrštenými do vesmíru jeho mesiacom Io, ktorého sopky sú dostatočne veľké a početné na to, aby neustále zásobovali magnetické prostredie planéty čerstvým materiálom. Zem nemá v blízkosti žiadny mesiac ako Io, čo pomáha vysvetliť, prečo jej polárna žiara nefunguje nepretržite tak ako tá Jupiterova.

Koncept polárnej žiary sa nekončí ani na hranici Slnečnej sústavy. V júli 2015 astronómovia oznámili vôbec prvé zistenie polárnej žiary mimo Slnečnej sústavy, spozorovanej okolo hnedého trpaslíka LSR J1835+3259. Nález polárnej žiary tam naznačuje, že základný recept stojaci za pozemskou severnou žiarou – magnetické pole zachytávajúce prúd nabitých častíc – sa odohráva aj na objektoch veľmi vzdialených od akejkoľvek známej planéty.

Polárna žiara je jedným z najstarších zaznamenaných prírodných javov vôbec. Najstaršia datovateľná písomná zmienka o nej sa objavuje v Bambusových análoch, kronike starovekej Číny, datovanej do roku 977 alebo 957 pred n. l., teda stáročia predtým, než bola vôbec zapísaná väčšina udalostí, ktoré ľudia považujú za „starovekú históriu“. Ešte staršie zobrazenie sa možno zachovalo v kromaňonských jaskynných maľbách v severnom Španielsku, datovaných približne do roku 30 000 pred n. l., hoci priradiť pravekú maľbu ku konkrétnej udalosti je nevyhnutne menej isté než čítanie datovanej kroniky.

Staré záznamy občas prepíšu aj moderný obraz. Japonský denník z roku 1770, opisujúci polárnu žiaru nad Kjótom, znovuobjavený v roku 2017, naznačil, že búrka, ktorá za ním stála, mohla byť približne o 7 % silnejšia než Carringtonova udalosť – tá istá búrka, ktorej dosah narúšajúci telegraf sa zvyčajne považuje za strop toho, aká extrémna môže geomagnetická búrka byť. Ak toto porovnanie obstojí, rekord za najintenzívnejšiu búrku v zaznamenanej histórii možno nepatrí búrke, ktorej ho väčšina ľudí pripisuje.

• Hubble zachytáva žiarivé polárne žiary v atmosfére Jupitera - NASA Science
• Nový druh polárnej žiary vôbec nie je polárnou žiarou
• Občianski vedci objavujú novú formu severnej žiary
• Steve, podivná „polárna žiara“, sa ukázal byť dvomi nebeskými javmi v jednom | National Geographic
• Wikipedia: Polárna žiara