Čo sledovať pri polárnej žiare

Obr. 1: Polárna žiara pozorovaná v oblasti dolného Zemplína 5. novembra 2023 – Zdroj: Kamera Stanča (meteopress.sk)

V tomto roku sme mohli z územia Slovenska už viackrát pozorovať polárnu žiaru. Bolo to napr. 27. februára, 24. marca, 23. apríla, 25. septembra, či v období od 4. do 6. novembra, 13. novembra a naposledy 25. novembra okolo 19-tej hodiny večer. Väčšinou je pozorovaná severnejšie, ale v týchto termínoch boli podmienky natoľko priaznivé, že jej pozorovanie bolo umožnené aj obyvateľom žijúcich v južnejších zemepisných šírkach. V tomto článku sa bližšie pozrieme na veci, na ktoré máme do budúcna upriamiť pozornosť, aby sme takúto jedinečnú príležitosť na jej sledovanie nezmeškali.

Čo sú slnečné cykly

Predtým, ako prejdeme k tomu, čo si máme všímať pri polárnej žiare, si dianie v blízkom vesmíre rozoberieme trochu zo širšia. Na úvod začneme opisom slnka a jeho cyklu. Slnečná aktivita totiž pravidelne kolíše a to s periódou okolo 11 rokov (môže sa meniť od 8 do 15 rokov). Znamená to, že približne každých 11 rokov sa na Slnku pozoruje najväčší počet úkazov súvisiacich so slnečnou aktivitou.

Najviditeľnejším prejavom slnečnej aktivity sú slnečné škvrny, ktoré vznikajú následkom zmien magnetického poľa. Slnečné škvrny sú vlastne chladnejšie miesta na slnečnom „povrchu“. Povrchová teplota slnečnej fotosféry je zhruba 5500°C, zatiaľ čo v oblasti škvŕn je to asi o dvetisíc stupňov menej (cca. 3500°C). Práve nižšia teplota škvŕn je príčinou ich kontrastu so žiarivou fotosférou. Za ich vznikom stoja lokálne magnetické polia, ktoré zabraňujú bežnému prúdeniu plazmy a spôsobujú tak nižšiu teplotu, ako je v ich okolí. V čase slnečného minima sa škvrny na Slnku takmer nevyskytujú, v maxime je ich pomerne veľa.

Obr. 2: Aktuálny výskyt slnečný škvŕn na časti Slnka a ich očíslovanie – solarham.net

25. slnečný cyklus

Pravidelné sledovanie slnečnej aktivity prebieha približne od roku 1755. Od tohto roku sa pomenúvavajú aj jednotlivé slnečné cykly. Dnes sa už Slnko pozoruje nepretržite. V súčasnosti priebeha 25. slnečný cyklus, ktorý sa blíži k svojmu maximu, ktoré by malo nastať ne prelome rokov 2024 a 2025. Americký úrad pre oceán a atmosféru (NOAA) ešte pred jeho začiatkom v decembri 2019 uviedol, že to bude cyklus s počtom slnečných škvŕn hlboko pod priemerom (priemer je od 140 do 220 slnečných škvŕn na slnečný cyklus). Prakticky očakávali cyklus veľmi podobný cyklu 24, ktorý bol pomerne slabý. Podľa aktuálnych dát sa mýlili. Počas svojho 4. roku (od 1. decembra 2022) totiž dosahuje v priemere o 45 % viac škvŕn za deň ako v rovnakom časovom úseku v 24. slnečnom cykle.

Obr. 3: Počet slnečných škvŕn v 25. slnečnom cykle (červená čiara – predpoklad, fialová – skutočnosť) – Zdroj: Solar Cycle 25 prediction and progression – Wikipedia

Slnečné erupcie

Prečo hovoríme toľko o slnečných škvrnách a blížiacom sa vrchole 11-ročnej aktivity? V čase slnečného minima sa škvrny na Slnku takmer nevyskytujú, v maxime je ich zase veľké množstvo. Väčšina slnečných erupcií a výronov koronálnej hmoty (CME), ktoré sú dôležité pre vznik polárnej žiary, vzniká v magneticky aktívnych oblastiach okolo viditeľných zoskupení slnečných škvŕn.

Slnečné erupcie sú rozdelené do skupín s písmenami (A0), A, B, C, M a X (X 10) pričom A je najslabšia a X najsilnejšia. Ich intenzita sa hodnotí podľa vyžiarenej energie, ktoré sa zaznamenávajú v logaritmickej škále od 1 do 10. Napr. 25. septembra sa krátko po 08:00 hod. na Slnku vyskytla erupcia C9.93, teda už takmer s intenzitou M a 5. novembra to bolo až M1.83

Zaujímavé dianie bolo v tomto roku na konci marca a v apríli. Slnečné škvrny označené 2975 boli spúšťačom erupcie X1.3 a M9.6, z ktorých prvá spôsobila geomagnetickú búrku G1 31. marca. Ďalej 17. apríla skupina slnečných škvŕn s označením 2994 vyvolala erupciu X1.2. a po pár dňoch ďalšia oblasť erupcie M7.3 a X2.2, ktorá bola zatiaľ najsilnejšia v súčasnom slnečnom cykle.

Slnečný vietor a KP index

Veľmi dobré vysvetlenie, toho, čo je slnečný vietor nájdeme na stránke SPACE WEATHER LIVE. Píše sa tu, že “slnečný vietor je prúd nabitých častíc (plazma) uvoľňovaných zo Slnka. Tento prúd sa neustále mení v rýchlosti, hustote a teplote. Najdramatickejší rozdiel v týchto troch parametroch nastáva, keď slnečný vietor unikne z koronálnej diery alebo ako výron koronálnej hmoty. Prúd pochádzajúci z koronálnej diery sa dá považovať za ustálený vysokorýchlostný prúd slnečného vetra, výron koronálnej hmoty je viac ako obrovský rýchlo sa pohybujúci mrak slnečnej plazmy. Keď tieto štruktúry slnečného vetra dorazia na Zem, narazia na magnetické pole Zeme, kde častice slnečného vetra môžu vstúpiť do našej atmosféry okolo magnetického severného a južného pólu našej planéty. Častice slnečného vetra sa tam zrážajú s atómami, ktoré tvoria našu atmosféru, ako atómy dusíka a kyslíka, čo im zasa dodáva energiu, ktorú pomaly uvoľňujú ako svetlo.”

Obr. 5: KP index v období od 1. do 7. novembra. Práve 4. a 6. novembra bol až takmer na úrovni 6, v nedeľu až 7, čo je už geomagnetická búrka G1 až G2. Existuje aj predpoveď KP indexu napr. na tejto stránke – Zdroj: kp.gfz-potsdam.de

Obr. 6: Ilustrácia jednotlivých hodnôt KP indexu pre oblasť Európy. Vzhľadom na to, že polárna žiara vzniká vo vysokých výškach (prevažne ionosféra – resp. rádovo stovky km nad zemským povrchom), je možné ju sledovať pri bezoblačnej oblohe na severnom obzore vo vzdialenosti aj viac ako 500 km

Obr. 7: Predpoveď slnečného vetra. Slabá polárna žiara bola viditeľná aj na Slovensku keď prúd nabitých častíc z výbuchu koronálnej hmoty (označenej žltou šípkou) prešiel cez oblasť Zeme. Časovo mu zo Slnka trvalo asi 2 dni. – Zdroj: spaceweatherlive.com – wsa-enlil. Jeho predpoveď nájdete aj na stránke NOAA

Magnetogram uvedený nižšie poskytuje hodnoty namerané na pozemnej stanici v Kiruna vo Švédsku. Čím nižšia hodnota, tým je vyššia šanca na sledovanie polárnej žiary.

Obr. 9: Hodnota Dst zachytená na stanici Kiruna vo Švédsku 4. a 5. novembra – Zdroj: spaceweatherlive.com/cs

Hodnoty si vieme overiť aj spätne. Napr. polárnu žiaru bolo vidieť z oblasti Slovenska aj 24. marca 2023. Na priloženom grafe, je práve znížená hodnota Dst.

Obr. 10: Hodnota magnetického poľa na magnetopauze v rádoch nanotesla (nT) na stanici Kyoto z marca roku 2023. Práve 24. marca došlo k výraznému výkyvu – wdc.kugi.kyoto-u.ac.jp

Polárna žiara bola pozorovaná 24. marca aj z územia Slovenska – toto bol záber z Hornej Nitry – Facebook – Meteopress SK online

Hustota

Pri slnečnom vetre sa sleduje napr. jeho hustota (viď obr. 12). Čím je väčšia, tým je vyššia aj možnosť na sledovanie polárnej žiary. Udáva sa v jednotkách častíc na kubický centimeter – p/cm³. Hodnota približne nad 20 p/cm³ už môže vykazovať geomagnetickú búrku.

Bt či Bz

Dôležité si je všímať aj hodnoty meziplanetárneho magnetického poľa oblaku zo Slnka. Bt udává celkovú silu tohto poľa (IMF) a Bz udáva jeho smer (sever-juh), ktorý má vplyv na narušenie magnetosféry a tým aj na laicky povedané “prepúšťanie častíc”, ktoré môžu následne excitovať. Pokiaľ jej údaj klesne do záporných hodnôt častice voľne povedané vstupujú do zemskej atmosféry. Takže čím nižšie Bz tým lepšie. V podstate na zaznamenanie polárnej žiary stačí Bz pod -10 nT, Pri Bt je to naopak napr. stredné silné IMF začína už nad 10 nT. Pri vyššej rýchlosti solárneho vetra nad 800 km/s stačí aj nižšie Bz na úrovni -6 nT.

Stredne silné IMF je keď Bt prekročí 10 nT, silné hodnoty začínajú na 20 Pri Bz sú dobrým indikátorom možnosti geomagnetickej búrky. Veličiny je možne sledovať napr. cez túto stránku.

Obr. 11: Pohľad na veličinu Bz a Bt v období od 4. do 7. novembra. Práve 5. novembra kleslo Bz až k -20 a Bt stúplo nad 20 až 30 nT – Zdroj: Real Time Solar Wind | NOAA / NWS Space Weather Prediction Center

Obr. 12: Údaje zo 7 udalostí kedy sa vyskytla polárna žiara (modrou je znázornený jej približný časový výskyt) o rýchlosti solárnej búrky, medziplanetárnom magnetickom poli Bt a Bz a hustote solárnej búrky. Praktická ukážka toho za akých okolností bola polárna žiara pozorovaná aj na Slovensku – Zdroj: www.spaceweatherlive.com/cs

Aurorálny ovál

Jednoduchý návod či očakávať žiaru aj v nižších zemepisných šírkach poskytuje aj obrázok aurorálneho oválu, ktorá zobrazuje údaje pravdepodobnosti silnej žiary nad hlavou (najväčšia je pri červenej farbe). Pokiaľ zasahuje takáto zóna nad úroveň približne Dánska, je pravdepodobnosť na jej sledovanie nízko nad severným obzorom aj u nás. Berú sa do neho aj údaje o hemisférickej sile, čo je v podstate celková energia v GigaWattoch (GW). Okolo hodnôt 20 GW môže byť pozorovateľná malá alebo žiadna polárna žiara. Nad 50 GW by mala byť zaznamená s veľkou aktivitou, a keď je táto hodnota nad 100 GW, tak by to bola už významná geomagnetická búrka.

Obr. 13: Pravdepodobnosť na sledovanie polárnej žiary zobrazená pomocou aurorálneho oválu – Zdroj: Aurora – 30 Minute Forecast | NOAA / NWS Space Weather Prediction Center