Farby noci

Svetelné znečistenie ovplyvňuje jas nočnej oblohy. Keby sme sa vybrali dostatočne ďaleko od centier svetelného smogu, stovky, ba tisícky kilometrov od veľkomiest a ocitli sa uprostred púšte, nočná obloha by ani tam nebola skutočne tmavá. Prečo je to tak?

Jazierko v obci Runina

Možno ste už videli snímky nočnej oblohy tzv. astrofotografie, ktoré napriek svojej fyzikálnej korektnosti vykazovali pestrofarebné hviezdne pozadie. Ak ich navyše publikovala nejaká prestížna organizácia zaoberajúca sa výskumom kozmu, nebude pochýb, že tie farby sú správne na svojom mieste. Čo však stojí za vznikom tejto farebnej palety na nočnej oblohe? A aký súvis to má so skutočnou tmou? Za všetko spomínané môže airglow.

Airglow nad obcou Runina

Záhadné žiarenie

Airglow alebo takzvané prirodzené žiarenie hornej atmosféry je pre naše oči veľmi slabým úkazom, ktorého pozorovanie je možné len pri tmavej oblohe. Javí sa nám ako slabé svetlo pripomínajúce svetelné znečistenie nad obzorom. Čím bližšie k horizontu sa pozeráme, tým hrubšiu časť atmosféry vidíme, a teda aj o to intenzívnejší airglow. Ľudské oko využíva pri nízkom zdroji svetla na identifikáciu slabších objektov bunky citlivé na svetlo – tyčinky. Tie majú omnoho lepšiu citlivosť než čapíky, no v porovnaní s nimi majú aj jednu veľkú nevýhodu: nemajú schopnosť rozlišovať farby. Našim očiam sú preto farby tohto žiarenia navždy ukryté. Našťastie, už obyčajný zrkadlový fotoaparát dokáže pri niekoľkosekundových expozíciách zachytiť toto famózne a záhadné žiarenie. Prirodzené žiarenie atmosféry sa niekedy javí iba ako slabý úkaz, inokedy však dokáže rozžiariť nočnú oblohu a zafarbiť tak hviezdne pozadie. Vyskytuje sa dokonca aj v súvislosti s AGW – atmosférickými gravitačnými vlnami (z angl. atmospheric gravity waves), vďaka ktorým ho pozorujeme na oblohe ako súvislé pásy.

Pestrá škála farieb

Airglow nie je jediné žiarenie, ktoré na nočnej oblohe pozorujeme. Reč je o polárnej žiare, ktorú v našich končinách pozorujeme veľmi raritne, no v oblastiach blízko magnetických pólov Zeme svojou intenzitou osvetľuje nielen nočnú oblohu, ale doslova aj krajinu počas nocí. Polárna žiara je oveľa silnejší úkaz než airglow, a práve z tohto dôvodu ľudské oči dokážu vnímať jej farby. S airglow má pritom mnoho spoločného. Oba úkazy súvisia so slnečnou aktivitou a zemskou atmosférou. Zatiaľ čo polárna žiara vzniká ako dôsledok interakcie častíc slnečného vetra v atmosfére, airglow vzniká v atmosfére ako dôsledok pôsobenia slnečných fotónov. Slnko produkuje fotóny (elektromagnetické žiarenie) v širokom spektre. Ľudské oko je schopné zachytiť fotóny s vlnovou dĺžkou 380 – 780 nm. Žiarenie s vlnovou dĺžkou menšou než 242 nm (UV spektrum) však aktivuje v hornej atmosfére množstvo reakcií, ktoré sa podieľajú aj na tvorbe airglow. Počas dňa vniká do zemskej atmosféry UV žiarenie, ktoré môže rozštiepiť molekuly kyslíka na atómy kyslíka a na energiu (tzv. fotodisociácia). V dôsledku tohto procesu vzniká napríklad ozón (O3), ktorý zabraňuje prenikaniu škodlivého UV žiarenia na zemský povrch. Ďalším dôležitým dôsledkom je, že atomárny kyslík môže byť následne ionizovaný, čím vznikajú voľné elektróny a kladne nabité ióny, ktoré tvoria tzv. ionosféru – nabitú vrstvu atmosféry, ktorá sa vyskytuje vo výškach 60 – 500 km. Táto vrstva je nevyhnutná napríklad aj pre šírenie rádiového signálu medzi dvoma vzdialenými bodmi na zemskom povrchu. A do tretice, atomárny kyslík je pre nás dôležitý, pretože hrá nezastupiteľnú úlohu pri vzniku airglow. Presný proces je pomerne komplikovaný, ale v konečnom dôsledku ide o to, že excitovaný atomárny kyslík sa dostáva do základného stavu. Pri tomto procese stratí časť svojej energie vo forme fotónu so špecifickou vlnovou dĺžkou, čo môžeme vnímať ako červenú alebo zelenú farbu.

Pokračovanie článku si môžete prečítať v časopise Quark 11/2020. Ak chcete mať prístup k exkluzívnemu obsahu pre predplatiteľov, prihláste sa. Ak ešte nie ste naším predplatiteľom, objednajte si predplatné podľa vášho výberu tu.

Text a foto Tomáš Slovinský
riaditeľ OZ Astronómia pre všetkých

RNDr. Šimon Mackovjak, PhD.
SPACE::LAB – Oddelenie kozmickej fyziky
Ústav experimentálnej fyziky SAV v Košiciach

Komentáre