Polárna žiara nad Lomnickým štítom. Ako ju videl „svojimi očami“ neutrónový detektor.

Polárna žiara, označovaná aj ako aurora borealis (polárna žiara na severe) alebo ako aurora australis (polárna žiara v južných zemepisných šírkach) je prirodzený jav, ktorý nastáva, keď vysokoenergetické častice kozmického žiarenia prenikajú do vyšších vrstiev atmosféry (termosféra/exosféra). V závislosti od ich energie je jednou z ich bežných interakcií v atmosfére excitácia alebo ionizácia molekuly vzduchu. Samotná polárna žiara potom vzniká v dôsledku deexcitácie a deionizácie molekúl vzduchu a jej intenzita závisí od toku častíc, ktorým sa podarilo prekonať ochranný štít magnetického poľa Zeme.

Magnetické pole Zeme pôsobí ako štít proti kozmickému žiareniu, ktoré sa skladá takmer len z vysokoenergetických nabitých častíc. Jeho tieniaca schopnosť je slabšia v blízkosti pólov a dosahuje maximálne hodnoty v oblastiach rovníku. To je dôvod, prečo môžeme bežne pozorovať polárnu žiaru vo veľmi severných a južných oblastiach Zeme a prečo je polárna žiara zriedkavá v oblastiach nachádzajúcich sa v stredných zemepisných šírkach Zeme.

Napriek tomu však existujú slnečné javy, ktoré môžu spôsobiť poruchy v magnetickom poli Zeme a oslabiť jeho tieniace schopnosti v oblastiach strednej zemepisnej šírky a rovníka.

Jednou z najdôležitejších udalostí tohto typu je tzv. je ejekcia koronálnej hmoty častejšie označovaná vedcami ako Coronal Mass Ejection  (CME). CME je významný výron slnečnej plazmy zo slnečnej koróny. Jednoducho povedané, keď prúd častíc vyvrhnutých zo Slnka zasiahne zemskú magnetosféru, jej schopnosť tienenia Zeme proti kozmickému žiareniu klesá a umožňuje časticiam kozmického žiarenia vrátane tých obsiahanutých v CME vstúpiť do horných oblastí atmosféry niekedy dokonca aj v oblastiach strednej zemepisnej šírky.

Jednou z európskych krajín, ktoré ležia v regiónoch strednej zemepisnej šírky, je aj Slovensko. Polárna žiara na slovenskej oblohe je veľmi vzácna, no vyskytuje sa. S najväčšou pravdepodobnosťou sa tak stalo aj počas večera 5. novembra 2023, keď mnoho ľudí na celom Slovensku v nemom úžase sledovalo oblohu, pretože jej severovýchodná časť vrátane tej nad Lomnickým štítom sa práve zafarbila do fialovoružovej farby.

Tvrdenie o polárnej žiare podporené optickými pozorovaniami oblohy z tohto večera by však bolo vhodné potvrdiť nejakým ďalším pozorovaním, ktoré by dokázalo, že v krátkej dobe pred vznikom polárnej žiary vznikla na Slnku udalosť CME. Existujú teda nejaké ďalšie dôkazy, ktoré by mohli potvrdiť tento predpoklad? Našťastie áno. CME možno pozorovať mnohými spôsobmi ako napr. prostredníctvom špeciálnych na to skonštruovaných satelitov obiehajúcich okolo Zeme, solárnych teleskopov umiestnených na Zemi alebo jedným veľmi zaujímavým prístrojom, ktorý máme aj na Slovensku – štandardným neutrónovým monitorom.

V druhej polovici 20. storočia vznikla na základe celosvetových vedeckých podnetov odborníkov v oblasti časticovej fyziky a kozmického žiarenia iniciatíva vytvoriť celosvetovú sieť zložená v súčasnosti z viac ako 50 štandardných neutrónových monitorov umiestnených v najrôznejších oblastiach Zeme (údaje väčšiny z nich sú dostupné TU). Jednou z krajín zapojených prostredníctvom svojich vedcov do tejto iniciatívy bola aj Československá socialistická republika, ktorá svoj neutrónový monitor umiestnila do vedeckej časti observatória na Lomnickom štíte, kde ho dodnes prevádzkuje Ústav experimentálnej fyziky SAV, v. v. i.

Štandardný neutrónový monitor je prístroj na meranie sekundárnych neutrónov, ktoré vznikajú v zemskej atmosfére ako výsledok jadrových reakcií medzi primárne nabitými protónmi a molekulami vzduchu v atmosfére. Neutróny v skutočnosti predstavujú jeden z mnohých produktov interakcií kozmického žiarenia, ktorým podlieha primárne kozmické žiarenie v atmosfére. Treba poznamenať, že štandardný neutrónový monitor na Lomnickom štíte je typu 8NM64, funguje nepretržite od decembra 1981 a nie je to malý a ľahký prístroj, má tvar kvádra s rozmermi 4m x 2,4m x 0,5m a obsahuje približne 12 ton olova.

Ako to bolo 5. novembra 2023

Tok sekundárnych neutrónov meraný neutrónovým monitorom na Lomnickom štíte je znázornený na grafe v obrázkovej časti. Pozorujeme tam nárast toku sekundárnych neutrónov, ktorý sa začína približne o 10.00 hod. a dosahuje maximum na poludnie. Toto maximum je výsledkom interakcie najenergetickejších častíc z CME, ktoré vstupovali do zemskej atmosféry. Polárna žiara nebola viditeľná len preto, lebo denné svetlo bolo intenzívnejšie ako žiara. Neskôr večer už častice CME nemali dostatočnú energiu na zvýšenie sekundárneho toku neutrónov v atmosfére, takže podobný vrchol vo večerných hodinách nepozorujeme. Vzhľadom na známe typické profily časového a energetického spektra CME však môžeme konštatovať, že večerná polárna žiara bola dôsledkom udalosti CME zachytenej neutrónovým monitorom na poludnie.

Na záver sa dá konštatovať, že 5. novembra 2023 sme nepozorovali na slovenskej oblohe a nad Lomnickým štítom len polárnu žiaru, ale aj nárast sekundárneho toku neutrónov v dôsledku masívnej CME zo Slnka.

Na videu je CME pred 5. novembrom 2023, ako ju zachytili zariadenia SDO / AIA a SOHO / LASCO.

 

Text: Ján Kubančák a spolupracovníci, Ústav experimentálnej fyziky SAV, v. v. i.

Foto: ÚEF SAV, v. v. i., Vladimír Šifra a NMDB

Video, zdroj: https://helioviewer.org/