Polární záře jsou samy o sobě vzácné – a modré aurory ještě vzácnější. Japonským vědcům se nyní pomocí špičkového fotoaparátu podařilo zjistit, že tento neobvyklý přírodní úkaz vzniká ve výrazně větších výškách, než se dosud považovalo za možné.
Polární záře vznikají jako přírodní úkaz v okamžiku, kdy elektrony z vesmíru narazí na dusíkem a kyslíkem bohatou zemskou atmosféru. Při tomto střetu se molekuly v atmosféře excitují a přitom vytvářejí světlo.
Různé barvy, například červená, zelená a fialová, závisejí na typu excitovaných atomů a molekul a na změnách jejich energie. V tomto světle se skrývají informace o povaze dopadajících částic i o stavu atmosféry. Aby však mohly vzniknout vzácné modré polární záře, je zapotřebí velké množství energie a excitovaných molekul dusíku. Nejčastěji se objevují za soumraku.
Při pozorování ze země se může zdát, že se polární záře rozprostírají napříč velkou částí oblohy. Určit jejich skutečnou výšku však až dosud představovalo náročný a obtížný úkol.
Dříve se instalovaly fotoaparáty na několik různých míst, aby pořídily trojrozměrné snímky a umožnily alespoň přibližný odhad výšky. Mnozí vědci považovali určení výšky pomocí jediného fotoaparátu za nemožné.
Nový nápad z cizí laboratoře
Výzkumné skupině, vedené profesorem Katsumim Idou z Národního institutu pro přírodní vědy v Japonsku a třemi dalšími profesory, se nyní podařilo to, co bylo dosud považováno za nemožné.
Vědci se inspirovali výzkumem plazmatu v laboratoři, kde se vytváří částicový paprsek a jeho hloubka se určuje podle průsečíku světla excitovaného tímto paprskem s pohledem pozorovatele.
V tomto případě místo paprsku využili světlo modré aurory, která se v říjnu 2023 objevila nad Kirunou ve Švédsku. Díky využití průsečíku tohoto světla se zorným směrem fotoaparátu se jim podařilo odhadnout výšku pouze pomocí jednoho speciálního fotoaparátu.
Při pozorování běžným fotoaparátem nebo filtrem se za soumraku mísí odražené sluneční světlo s rezonančně rozptýleným světlem, což znesnadňuje jejich rozlišení. Speciální hyperspektrální fotoaparát však dokáže rozložit světlo na jemnější spektrální složky – tedy na jednotlivé vlnové délky neboli barvy – a zachytit jej mimořádně detailně. Umožňuje tak zaznamenat oba typy světla a přesně oddělit rozptýlené světlo od světla polární záře pro další analýzu. Běžné hyperspektrální fotoaparáty dostupné na trhu jsou určeny pro fotografování za denního světla a slabé polární záře nedokážou zaznamenat. K pozorování polárních září je proto nutný vysoce citlivý fotoaparát.
Polární záře v neobvyklých výškách
Díky svému specifickému postupu a špičkovému fotoaparátu dokázali japonští vědci ráno 21. října 2023 pozorovat vzácné modré polární záře se zářením iontů dusíku (N₂⁺) a přesně určit jejich výšku.
Dosud se předpokládalo, že emise iontů dusíku jsou u polárních září nejsilnější ve výšce kolem 130 kilometrů. Pozorování japonského týmu však ukázalo, že nárůst intenzity emisí byl nejvýraznější ve výšce 200 kilometrů. Podle vědců jsou tedy noční emise iontů dusíku nejen silnější, než se dosud myslelo, ale také se vyskytují ve výrazně větších výškách.
Co přesně způsobuje zvýšený výskyt iontů dusíku, zatím není jasné. Tým vedený prof. Idou však navrhuje dvě možná vysvětlení:
- Ionty by mohly za určitých podmínek vystupovat z hustších, nižších vrstev.
- Kyslíkové ionty ve velkých výškách by se mohly excitovat a předávat svůj náboj dusíku.
Které z vysvětlení je správné – nebo zda modré polární záře vznikají zcela jiným mechanismem – ukážou až další výzkumy.
Studie byla zveřejněna 5. listopadu 2025 v odborném časopise „Geophysical Research Letters“.
–etg–
