Slovenskí vedci zachytili nárast sekundárneho toku neutrónov v dôsledku masívneho vyvrhnutia koronálnej hmoty zo Slnka.
Polárna žiara nad Vysokými Tatrami a Lomnickým štítom. Pohľad z Popradu. Zdroj: SAV, autor Vladimír Šifra
Z mnohých častí Slovenska bolo v nedeľu 5. novembra vidieť jednu z najsilnejších polárnych žiar za posledné roky. Podľa odborníkov je možné, že sa v najbližších týždňoch jav zopakuje. Pracovníci Ústavu experimentálnej fyziky Slovenskej akadémie vied, v. v. i., (SAV) nepozorovali na slovenskej oblohe a nad Lomnickým štítom len polárnu žiaru, ale aj nárast sekundárneho toku neutrónov v dôsledku masívnej ejekcie (vyvrhnutia, pozn. red.) koronálnej hmoty (CME) zo Slnka.
Polárna žiara na Slovensku
Jednou z európskych krajín, ktoré ležia v regiónoch strednej zemepisnej šírky, je aj Slovensko. Polárna žiara je na slovenskej oblohe 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 sa jej severovýchodná časť vrátane tej nad Lomnickým štítom 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 nastala na Slnku udalosť CME. Existujú teda nejaké ďalšie dôkazy, ktoré by mohli doložiť uvedený predpoklad? Našťastie áno.
CME možno pozorovať mnohými spôsobmi, napríklad 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.
Masívna ejekcia koronálnej hmoty (CME) pred 5. novembrom 2023, ako ju zachytili zariadenia SDO/AIA a SOHO/LASCO. Zdroj: SAV
Neutrónové monitorovanie na Lomnickom štíte
V druhej polovici 20. storočia vznikla na základe celosvetových vedeckých podnetov odborníkov v oblasti časticovej fyziky a kozmického žiarenia iniciatíva vytvoriť celosvetovú sieť, zloženú v súčasnosti z viac ako 50 štandardných neutrónových monitorov umiestnených v najrôznejších oblastiach Zeme. 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 a obsahuje približne 12 ton olova.
Vľavo: Budova observatória na Lomnickom štíte s meracím domčekom na streche. Neutrónový monitor typu 8NM64 zobrazený v ľavom dolnom rohu je umiestnený práve v ňom. Vpravo: Znázornenie tvorby atmosférickej spŕšky sekundárnych častíc kozmického žiarenia. Zdroj: SAV
Vznik polárnej žiary a slnečné javy
Polárna žiara, označovaná aj ako aurora borealis (polárna žiara na severe) alebo 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 rovníka. 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. 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 obsiahnutých v CME vstúpiť do horných oblastí atmosféry niekedy dokonca i v oblastiach strednej zemepisnej šírky.
Ako to bolo 5. novembra 2023
Odborníci pozorovali tok sekundárnych neutrónov meraný neutrónovým monitorom na Lomnickom štíte, ktorý sa začal približne o 10.00 hodine a dosiahol maximum na poludnie. Toto maximum je výsledkom interakcie najenergetickejších častíc z CME, ktoré vstupovali do zemskej atmosféry.
Graf: Časový priebeh toku sekundárnych neutrónov zmeraný neutrónovým monitorom na Lomnickom štíte 5. novembra 2023. Graf bol vytvorený pomocou nástroja NMDB (https://nmdb.eu)
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 odborníci vo večerných hodinách nepozorovali. Vzhľadom na známe typické profily časového a energetického spektra CME vedci konštatujú, že večerná polárna žiara bola dôsledkom udalosti CME zachytenej neutrónovým monitorom na poludnie.
Na videu (v slučke) je CME pred 5. novembrom 2023, ako ju zachytili zariadenia SDO/AIA a SOHO/LASCO.
Zdroj: Ján Kubančák a spolupracovníci, Ústav experimentálnej fyziky SAV, v. v. i.
Foto: ÚEF SAV, v. v. i., Vladimír Šifra a NMDB
(JM)
