Fialová čára tam, kde aurora obvykle nebývá

Polární záře mají známou geografii: nejčastěji se objevují v oválu kolem magnetických pólů, kde částice ze zemské magnetosféry vstupují do horní atmosféry a rozzáří atomy a molekuly. Fotografové v Kanadě však opakovaně zachycovali něco jiného – úzký, hladký fialový oblouk položený více k rovníku než běžná aurora.

Jev mohl na první pohled připomínat protonovou auroru, ale vizuálně neseděl. Oblouk byl tenčí, hladší a často se táhl téměř přes celou oblohu od východu k západu. Komunita amatérských pozorovatelů mu začala říkat „Steve“, původně jako přátelské provizorní jméno. Vědci později zkratku rozvinuli na Strong Thermal Emission Velocity Enhancement.

Pozorovatelé si navíc všimli, že fialový pás někdy doprovází zelená struktura připomínající řadu svislých sloupků – takzvaný picket fence. Ta může na fotografii vypadat aurorálněji než samotný purpurový oblouk, takže několik různých fyzikálních jevů může být na obloze vidět současně. Právě kvalitní časosběrné snímky amatérů pomohly vědcům rozlišit jejich pohyb a barvy.

Když se spojily fotografie ze země a data z družic

Průlom přinesla spolupráce občanských pozorovatelů s projektem Aurorasaurus a výzkumníky, kteří mohli fotografie porovnat s měřením částic a elektrických polí nad stejnou oblastí. Ukázalo se, že STEVE souvisí se silným subaurorálním iontovým prouděním – úzkým kanálem velmi rychlého plazmatu v ionosféře.

Struktura může být v severojižním směru široká jen desítky kilometrů, ale ve směru východ–západ se táhne tisíce kilometrů. To vysvětluje její neobvyklý vzhled: pozorovatel vidí tenkou zářící stopu podél obrovského dynamického útvaru vysoko nad Zemí.

Zlom přišel díky tomu, že fotografové mohli své snímky přesně časově a geograficky porovnat s průlety družic ESA Swarm. Místo vágního popisu „podivná polární záře“ tak vznikla možnost spojit obraz ze země s přímým měřením plazmatu vysoko nad Zemí. To je jeden z nejlepších příkladů moderní občanské vědy: objev nebyl hotový bez amatérů ani bez profesionálních přístrojů.

Proč STEVE není prostě fialová polární záře

U klasické aurory je klíčovým mechanismem srážení energetických částic z magnetosféry do horní atmosféry. Tyto částice excitují kyslík a dusík a vytvářejí typické zelené, červené a fialové emise. Výzkumníci proto zkoumali, zda se při výskytu STEVE nad stejným místem objevuje odpovídající tok částic.

Studie události z 28. března 2008 ukázala, že družicová data u samotného fialového oblouku neobsahovala známky srážení částic odpovídající běžné auroře. To byl důležitý moment: STEVE je světelný jev spojený s magnetosférickou aktivitou, ale jeho záření nemůže být vysvětleno úplně stejným mechanismem jako klasická aurora.

Měření během jednoho z průletů ukázalo úzkou oblast velmi horkého plynu proudícího na západ vysokou rychlostí v subaurorální ionosféře. Purpurová záře souvisí s energetickými procesy v tomto proudu, ale přesný mechanismus emisí se dál zkoumá. STEVE proto není jen nové jméno pro dávno známý barevný oblouk; přinesl konkrétní otázky o přenosu energie mezi magnetosférou a ionosférou.

Horké a rychlé plazma nad hlavou

Měření během událostí STEVE ukazují velmi rychlé proudění ionizovaného plynu a zvýšenou teplotu v úzkém kanálu. Už samotný název „thermal emission velocity enhancement“ odkazuje na kombinaci tepla a rychlosti. Jedním z hlavních směrů výzkumu je proto vysvětlit, jak se energie tohoto proudění přemění na viditelné fialové světlo.

Na fotografiích se někdy vedle fialového oblouku objevují krátké zelené svislé pruhy připomínající laťkový plot – takzvaný „picket fence“. Přestože se oba jevy často objevují společně, jejich fyzikální mechanismus nemusí být totožný. To je jeden z důvodů, proč STEVE zůstává aktivním výzkumným tématem, nikoli už ale „nevysvětlitelným světlem“ v paranormálním smyslu.

Amatéři ho neobjevili poprvé – ale pomohli mu dát jméno

Moderní příběh STEVE ukazuje sílu občanské vědy. Fotografové polární záře měli tisíce snímků z míst a časů, kde profesionální přístroje nemusely zrovna sledovat oblohu. Díky jejich hlášením mohli vědci lépe určit, kdy a kde hledat odpovídající družicová data.

Později se ukázalo, že podobné světelné oblouky popisoval už norský průkopník výzkumu polární záře Carl Størmer na počátku 20. století. Historické záznamy tedy naznačují, že přírodní jev tu byl dávno před digitální fotografií; nová je hlavně schopnost spojit pozorování ze země s přesným měřením ionosféry.

Historické fotografie a popisy navíc naznačují, že lidé podobné úzké oblouky pozorovali dávno před rokem 2016, jen je zařazovali mezi aurory nebo je nepojmenovali vůbec. Nové není nutně světlo na obloze, ale schopnost spojit jeho vzhled s družicovými daty a vytvořit samostatnou kategorii, kterou mohou amatéři cíleně vyhledávat.

Záhada, která se změnila ve fyzikální problém

STEVE je přesně ten typ jevu, který může na fotografii vypadat fantasticky a přitom být velmi reálným tématem fyziky. Není potřeba sahat k neznámým objektům nebo atmosférickým „anomáliím“ bez mechanismu. Víme, že souvisí se subaurorálními proudy, víme, že má jiné vlastnosti než běžná aurora, a umíme jej sledovat přístroji.

Neznáme však ještě všechny detaily toho, jak přesně vzniká jeho viditelné záření a proč se jednotlivé optické složky chovají tak, jak se chovají. Z původní fotografie zvláštní fialové čáry se tak stala krásná ukázka vědecké záhady: čím víc měříme, tím užší a přesnější otázky můžeme klást.

V různých jazycích a tematických souvislostech se pro téma „STEVE“ používají také označení Nevysvětlené přírodní jevy, celosvětové, 21. století a STEVE atmospheric phenomenon. Tato jména propojují vyprávění s místem celosvětové a obdobím 21. století; nejde o další události, ale o názvy už popsaného případu, jevu nebo kulturního motivu.

NASA Goddard Space Flight Center from Greenbelt, MD, USA — CC0 · Licence: CC0 · zdroj obrázku

Související záhady

Království Kerma: núbijská mocnost, obří stavby deffufa a vztah k egyptským faraonům

Hohokam: pouštní zavlažovací kanály a opuštění velkých sídel v povodí řeky Gila

Úpadek Močiků: obětní rituály, povodně El Niño a proměna severního Peru

Říše Wari: andská silniční síť, plánovaná města a předchůdce incké státní moci