Zpěvy Valkýr aneb zvuk polární záře  
Vědcům se podařilo nahrát tajemné tiché bzučení, šumění a praskání, které někdy doprovázejí intenzivní polární záři.

 

Zvětšit obrázek
John Charles Dollman (1851–1934): Jízda Valkýr (1909) Zdroj: Wikipedia

My, co jsme „naživo“ neviděli pravou i několika barvami rozzářenou polární záři hořící, vlající, tančící po noční obloze, ani netušíme, že dokáže i znít. Možná o tomto tajemném zvuku vypráví některé norské ságy, když popisují zpěv Valkýr, "asistentek" mocného boha Ódina. Prohánějíce se na okřídlených ořích oblohou, ozbrojené jenom helmou, štítem a kopím, měly plnit jeho příkazy a řídit průběh válek. Z padlých hrdinů pak vybíraly ty, kterým se otevřely brány Valhally, jakési nebeské Ódinovy dvorany slávy. Valkýry pak o ně v době míru pečovaly. Jak nadějné bylo padnout v boji!

Zvětšit obrázek
Zelená a modrá jsou charakteristickými barvami pro výškový horizont 100 – 240 km. Kredit: Jerry „MagnuM“ Porsbjer/Wikipedia

 

Podle některých dávných mýtů polární záře byl odraz slunce na lesklé zbroji Valkýr. Jiné finské ságy mluví o lišce s ohnivým ocasem, která se prohání oblohou. Grónští Inuité byli přesvědčeni, že je to snaha duší zemřelých kontaktovat své žijící příbuzné. Ale v Grónsku byla také rozšířena představa, že to si jen duše hrají kopanou s lebkou mrože. Inuité, pravděpodobně inspirováni šumem, který při intenzivní polární záři slyšeli, věřili, že je s ní možné komunikovat pomoci pískání, a že tím se její pohyb urychluje. Za úsměvnou zmínku stojí, že tuto teorii vědci testovali a někteří dokonce připustili, že by to bylo možné.


Jenže při žádném z pokusů o zachycení lidským uchem slyšitelného zvuku vědci úspěšní nebyli. Potvrdil se ale předpoklad, že průlet elektrického náboje atmosférou někdy doprovází infrazvuk, tedy akustické vlny s frekvencí pod hranicí slyšitelnosti (20 Hz). Když se tento infrazvuk transformuje na vyšší frekvence, dokážeme ho vnímat, zpěvu se to však nepodobá. Ukázku nabízí Carolin Crawfordová, profesorka astronomie, která přednášela v nejstarší londýnské vzdělávací instituci, v Gresham College. Zvuk je až v závěrečné části krátkeho videa:


Zvětšit obrázek
Schéma měření. Upravený obrázek od Unto K. Laineho z Aalto University

 

Přes všechny neúspěchy to vědci nevzdali. Pracovníci  Katedry akustiky a zpracování signálu Elektrotechnické fakulty Aaltovy Univerzity v Helsinkách, pojmenované podle finského architekta Alvara Aalta (finsky Aalto-yliopisto) v rámci Auroral Acoustics projekt (2000 – 2012) záznam v slyšitelných frekvencích nejenom získali (video pod článkem), ale díky rozmístění tří mikrofonů na vhodném místě pak analýzou třech nahrávek přímých akustických vln a dvou odražených mohli vypočíst, v jaké výšce se zvuk tvoří (obr. vpravo). Podle výsledků monotónní šum, který připomíná spíše chod nějakého stroje nebo staršího typu transformátoru vzniká ve výšce okolo 70 metrů nad zemí. Je nutno dodat, že to platí pro tento případ. Dokud se nepodaří pořídit více nahrávek a nenajde podrobnější vysvětlení akustického jevu, pak při zevšeobecňování musíme být opatrní.

Souběžně s nahráváním vědci měřili i změny lokálního geomagnetického pole, aby byla jednoznačně prokázána souvislost mezi zvukem a polární září, jež geomagnetické bouře doprovází. Vypočítaná 70metrová výška oblasti vzniku akustických vln potvrzuje předpoklad, že aurorální „hudba“ se světelnými úkazy souvisí jenom nepřímo – oba jevy způsobují stejné energetické částice slunečního plazmatu, zvuk ale není dílem záře. Ta vzniká v mnohem vyšších vrstvách atmosféry.

Zvětšit obrázek
Pohled z vesmíru na severní aurorální ovál, který se tvoří okolo 70. stupně zeměpisné šířky - severní i jižní. Při extrémně silných geomagnetických bouřích lze slabou červenou polární záři vidět i v našich zeměpisných šířkách. Kredit: JPL NASA

Když při sluneční erupci energie uvolněná magnetickým zkratem (rekonekcí siločar) obrovskou rychlostí vyvrhne do mezihvězdného prostoru oblak koronární hmoty, jenž si to shodou vzájemné konstelace zamíří k Zemi, po dvou-třech dnech narazí na její neviditelný magnetický štít. Většina nabitých částic planetu „obteče“ po vnější hranici magnetosféry, část jich ale pronikne hlouběji, kde naváděné magnetickými siločárami prolétají v polárních oblastech přes atmosféru k zemskému povrchu. Když se náhodně srazí s atomy v molekulách plynů, odevzdají jim část své energie, čímž je excitují (některý z valenčních elektronů přeskočí na vyšší energetickou hladinu), případně ionizují (valenční elektron je z atomu vybodyčkován). Při návratu do základního energetického stavu nebo při deionizaci (záchytu chybějícího elektronu) atomy vyzařují fotony viditelného světla. V horních aurorálních „patrech“ - ve výšce okolo 240 km - červeně září kyslík, který v tamní řídké atmosféře má vyšší poměrné zastoupení než dusík nebo jiné plyny. Jeho atomy se ve srážkách se slunečními nabitými částicemi (elektrony) vybudí (excitují), ale díky velmi nízké hustotě částic v okolí jim nehrozí, že se v nejbližší okamžik opět potkají s jinými atomy. To vybuzeným kyslíkovým atomům dává čas nejen na vyzáření „zelených“ fotonů s vlnovou délkou 557,7 nm, k němuž dochází necelou vteřinu po excitaci, ale i na emisi „červených“ fotonů s vlnovou délkou 630 nm, která nastává až po téměř 2 minutách. Tento proces je ve světě vybuzených atomů, jejichž relaxace do základního energetického stavu trvá povětšinou řádově mikrosekundy a někdy i méně, dosti neobvyklý. Ve výškách okolo 100 – 200 km je atmosféra směrem k zemskému povrchu stále hustější a k vzájemným srážkám dochází s mnohem větší pravděpodobností. Vybuzené kyslíkové atomy při nich odevzdávají jiným molekulám část své excitační energie a protože k těmto střetům dochází za dobu statisticky kratší, než zmíněné 2 minuty, kyslík v těchto nadmořských výškách při relaxaci vyzařuje převážně jenom zelené světlo. „Červená“ kyslíková emise se tedy se stoupající hustotou atmosféry rychle vytrácí. V tomto výškovém horizontu nad 100 km se může objevit i modrá záře dusíku, jehož atomy ionizované při srážkách se slunečními částicemi se po záchytu volného elektronu opět „neutralizují“. Barevná show má spodní hranici ve výšce mezi 80 až 100 km. Sluneční částice atomy dusíku již neionizují, nýbrž „jenom“ excitují a ty pak při návratu do základního energetického stavu uvolňují fotony fialově purpurového světla o větší vlnové délce, než mají fotony kyslíkové červené na opačné horní hranici aurory. (Blíže o mechanizmu vzniku polární záře v článcích Nejen Slunce cyklicky mění svou aktivitu a Vesmírné magnetické brány).


Zatímco aurorální světlo doprovází mnohé geomagnetické poruchy, slyšitelný zvuk se objevuje zcela výjimečně, pravděpodobně při těch nejintenzivnějších geomagnetických bouřích. Je dokonce pravděpodobné, že jde o lokální fenomén, vázaný na oblast s největší magnetickou anomálií a nejintenzivnějšími elektrickými poli s ní souvisejícími. Možná svou roli hraje i topografie terénu nebo aktuální meteorologické podmínky. Za tu nejpravděpodobnější teorii vzniku infrazvuku i slyšitelného hučení, šumění či praskání je totiž považován elektrostatický výboj. Jak zní polární záře lidským uším? Nahrávku finští vědci představili na 19. mezinárodním kongresu věnovanému zvuku a vibracím (19th International Congress on Sound and Vibration), který před týdnem skončil v litevském Vilniusu.


Video: Vedoucí projektu Unto K. Laine z Aaltovy univerzity „Náš výzkum prokázal, že když lidé pozorují severní polární záři, mohou zároveň slyšet i aurorální zvuky spojené s tím, co vidí. Předtím se vědci domnívali, že polární záře je příliš daleko na to, aby lidé zvuky, které vytváří, slyšeli. To je pravda. Nicméně, náš výzkum dokazuje, že zvuky spojené s polární září pravděpodobně způsobují stejné energetické částice ze Slunce, jež vysoko na obloze vytvářejí auroru. Jak se zdá, tyto částice, které vlastně geomagnetické poruchy zapříčiňují, se akusticky projevují mnohem blíže k zemi.“ (Kredit a další iformace: Aalto University ).



Video: Polární záře, její krása pozemská i kosmická. (Kredit: Goddard Space Flight Centre NASA)


 

V roce 2010 v milánské La Scale dirigoval Daniel Barenboim kromě jiného i Jízdu Valkýr z opery Valkýra Richarda Wagnera. Opera je druhou ze čtyř částí operního cyklu Prsten Nibelungův. Úryvek zde.

 

Zdroj: Aalto University

Datum: 18.07.2012 16:11
Tisk článku

Polární záře - Jančar Drago, Doležán Libor
Knihy.ABZ.cz
 
 
cena původní: 198 Kč
cena: 184 Kč
Polární záře
Jančar Drago, Doležán Libor

Diskuze:

Excitace

Matěj Morávek,2012-07-19 14:35:45

Jelikož se už nějakou dobu zabývám spektroskopií, vrtalo mi hlavou, jak je možné, že méně energetické částice excitují kyslík tak, že emituje z nižších hladin zelené světlo, pokud ty energetičtější částice jej dokážou excitovat pouze tak, aby emitoval červeně (tedy světlo s nižší energií, než zelené).
Zapátral jsem a ejhle, ono je to jinak. Červená i zelená emise atomárního kyslíku probíhá z tzv. metastabilních stavů, tedy stavů s dlouhou dobou života - v případě zeleného fotonu cca 0.75 s, v případě červeného fotonu až 2 minuty! Během této doby nesmí dojít ke srážce atomu s jinou částicí, protože pak velmi často dochází k uvolnění excitační energie nezářivou cestou (projeví se v kinetické energii obou částic). A v rozdílné době života leží klíč k rozdílné barvě záře v závislosti na výšce.
Ve vysokých nadmořských výškách je atmosféra výrazně řidší a tudíž i střední doba letu mezi dvěma srážkami delší. Kyslík excitovaný do "červené" hladiny tak má čas "dožít" se spontánní emise červeného fotonu. Naopak v nižších vrstvách atmosféry, kde je plyn hustší, to stíhá mnohem spíše "zelená" hladina, která tak celkovým zářením "přebije" případné červené fotony.
A jen drobné rýpnutí, v této souvislosti použít termín "neonově zelená" je poněkud nešťastné, jelikož neon září velmi jasně červeně.

Odpovědět


Dagmar Gregorova,2012-07-19 18:51:00

Dík za připomínky. Pod neonovou barvou jsem myslela zářivost, nicméně i v tomto jsem Vám dala za pravdu. Snad je to teď OK.

Odpovědět




Pro přispívání do diskuze musíte být přihlášeni


















Tento web používá k poskytování služeb, personalizaci reklam a analýze návštěvnosti soubory cookie. Používáním tohoto webu s tím souhlasíte. Další informace