Slovenský internet v posledných dňoch doslova žil polárnou žiarou. Fotografie prírodného úkazu nad našou krajinou získali tisíce srdiečok a Slováci sa z pohľadu na nebeské divadlo nevedeli nabažiť.
Ako píše portál iMeteo, pokiaľ si polárnu žiaru nevidel na vlastné oči, smútiť nemusíš. Keďže Slnko v rámci svojho 11-ročného cyklu vstupuje do svojej maximálnej fázy, svedkami slnečných búrok budeme aj v najbližších týždňoch a mesiacoch. Práve tie pritom môžu za tvorbu polárnej žiary.
Piatková geomagnetická búrka bola najintenzívnejšia za 19 rokov a keďže Slnko by svoj vrchol malo dosiahnuť až koncom roka 2024, je vysoko pravdepodobné, že polárnu žiaru nad naším územím ešte uvidíme.
Tajomstvo atómov
Mnohí ľudia, ktorí ju videli na vlastné oči, prípadne na niektorej z fotografií, pravdepodobne uvažovali, ako vlastne vzniká a prečo má rôzne farby. Ako pre portál The Conversation vysvetľuje profesor chémie Timothy Schmidt z University of New South Wales v Sydney, odpoveď sa ukrýva v atómoch.
„Polárnu žiaru spôsobujú nabité subatomárne častice (väčšinou elektróny), ktoré narážajú do zemskej atmosféry. Tie sú vyžarované zo Slnka neustále, ale v čase väčšej slnečnej aktivity je ich viac. Väčšinu našej atmosféry chráni pred prílevom nabitých častíc magnetické pole Zeme. Ale v blízkosti pólov sa môžu vplížiť a spôsobiť zmätok,” vysvetľuje.
Atmosféru Zeme tvorí asi 20 percent kyslíka a 80 percent dusíka, s určitými stopovými množstvami ďalších vecí, ako je voda, oxid uhličitý (0,04 percenta) a argón. Keď sa vysokorýchlostné elektróny rozbijú na molekuly kyslíka v hornej atmosfére, rozdelia molekuly kyslíka (O₂) na jednotlivé atómy.
Robí to aj ultrafialové svetlo zo Slnka a vytvorené atómy kyslíka môžu reagovať s molekulami O₂ za vzniku ozónu (O₃), molekuly, ktorá nás chráni pred škodlivým UV žiarením. „Ale v prípade polárnej žiary sú generované atómy kyslíka v excitovanom stave. To znamená, že elektróny atómov sú usporiadané nestabilným spôsobom, ktorý sa môže „uvoľniť“ vydávaním energie vo forme svetla.”
Ako vzniká zelené svetlo?
Zelené svetlo, ktoré dominuje polárnej žiare, je vyžarované atómami kyslíka, ktoré sa uvoľňujú v pomerne pomalom procese, ktorý v priemere trvá takmer celú sekundu.
„V skutočnosti je tento prechod taký pomalý, že sa to zvyčajne nestane pri takom tlaku vzduchu, aký vidíme na úrovni zeme, pretože excitovaný atóm stratí energiu nárazom do iného atómu skôr, než bude mať možnosť vyslať krásnu zelenú farbu fotónu. Ale v hornom toku atmosféry, kde je nižší tlak vzduchu, a teda menej molekúl kyslíka, majú viac času, kým na seba narazia, a preto majú šancu uvoľniť fotón,” ozrejmuje Schmidt.
Z tohto dôvodu vedcom trvalo dlho, kým zistili, že zelené svetlo polárnej žiary pochádza z atómov kyslíka. Žlto-oranžová žiara sodíka bola známa v 60. rokoch 19. storočia, ale až v 20. rokoch 20. storočia kanadskí vedci prišli na to, že polárnu zelenú má na svedomí kyslík.
Ako vzniká červené svetlo?
Zelené svetlo pochádza z takzvaného „zakázaného” prechodu, ku ktorému dochádza, keď elektrón v atóme kyslíka vykoná nepravdepodobný skok z jedného orbitálneho vzoru na druhý. Jednoducho povedané - jediný únik je cez ďalší zakázaný prechod, ktorý vyžaruje červené svetlo.
Tento prechod je ešte viac zakázaný, a toto štádium musí prežiť asi dve minúty, kým konečne poruší pravidlá a vydá červené svetlo. „Pretože to trvá tak dlho, červené svetlo sa objavuje iba vo vysokých nadmorských výškach, kde sú zrážky s inými atómami a molekulami zriedkavé.”
Keďže v takých výškach je malé množstvo kyslíka, červené svetlo má tendenciu sa objavovať len pri intenzívnych polárnych žiarach. Aj preto sa v polárnej žiare objavuje nad zelenou farbou.
Prečo žiaru fotoaparáty zachytia lepšie ako oko?
Zatiaľ čo zelená je najbežnejšia farba na polárnej žiare a červená je druhá najbežnejšia, existujú aj iné farby. Najmä molekuly ionizovaného dusíka môžu vyžarovať modré a červené svetlo. To môže vytvoriť purpurový odtieň v nízkych nadmorských výškach.
Všetky tieto farby sú viditeľné voľným okom, ak je polárna žiara dostatočne jasná. S väčšou intenzitou sa však prejavujú v objektíve fotoaparátu. „Sú na to dva dôvody. Po prvé, fotoaparáty majú výhodu dlhej expozície, čo znamená, že môžu tráviť viac času zhromažďovaním svetla na vytvorenie obrazu ako naše oči. Vďaka tomu môžu robiť zábery v tmavších podmienkach.”
Druhým je, že farebné senzory v našich očiach nefungujú veľmi dobre v tme – takže pri slabom osvetlení máme tendenciu vidieť čiernobielo. Fotoaparáty toto obmedzenie nemajú. „Nebojte sa však. Keď je polárna žiara dostatočne jasná, farby sú jasne viditeľné voľným okom,” dodáva na záver odborník.
