Zdá sa, že máte zablokovanú reklamu

Fungujeme však vďaka príjmom z reklamy a predplatného. Podporte nás povolením reklamy alebo kúpou predplatného.

Ďakujeme, že pozeráte .pod lampou. Chceli by ste na ňu prispieť?

Farby oblohy

.časopis .veda

Všetky farby oblohy sú úchvatné. Modrá cez deň, červená ráno či večer, čierna v noci. Nemenej pôsobivé sú farby oblakov, úžasné sú farby dúhy. Ale najzvláštnejšie a

Všetky farby oblohy sú úchvatné. Modrá cez deň, červená ráno či večer, čierna v noci. Nemenej pôsobivé sú farby oblakov, úžasné sú farby dúhy. Ale najzvláštnejšie a najtajomnejšie sú farby polárnej žiary.


Polárna žiara má niekoľko vlastností, ktoré ju odjakživa predurčovali na výrazne mysterióznu kariéru. Vyskytuje sa len sporadicky a na exotických miestach, konkrétne v polárnych krajoch (inde sa ukazuje len zriedkavo, čo ju robí ešte tajomnejšou). Objavuje sa najmä v noci, ako svetlo rôznych farieb a intenzít, ktoré vytvára na oblohe bizarné tvary. A tie tvary sú často premenlivé.
Takýto jav nemohol nevyvolať rôzne spirituálne interpretácie. Podľa mnohých severských mýtov je zdrojom polárnej žiary boj duchov. Najpôvabnejšia je verzia Eskimákov z oblasti Viktóriiných ostrovov, v ktorej má tento boj formu futbalu, ktorý duchovia hrajú s mrožou hlavou. Asi najdojímavejšia je legenda aljašských Inuitov, pripisujúca polárnu žiaru dušiam mŕtvo narodených detí. A k najtriezvejšiemu, skoro až prírodovednému vysvetleniu dospeli Laponci, ktorí verili, že žiaru spôsobujú polárne líšky trením svojich chvostov o sneh. A to nebolo až tak ďaleko od pravdy. Ak by totiž tie líšky netreli chvostami o sneh, ale o ebonitové tyče...

.dvestokorunové vysvetlenie
Polárna žiara funguje ako bežný elektrospotrebič – konkrétne ako neónka. V obidvoch prípadoch narážajú nejaké rýchle elektricky nabité častice do atómov nejakého plynu. Atómy získajú pri týchto zrážkach energiu, ktorú vzápätí vyžiaria vo forme svetla. V prípade neónky je tým plynom neón a tými nabitými časticami sú elektróny emitované z elektródy. Čo je tým plynom a tými nabitým časticami v prípade polárnej žiary?
Tým plynom je vzduch. Teda, ak sa tej šialene riedkej veci vo výške niekoľkých desiatok kilometrov ešte dá povedať vzduch. Ale nech už to nazveme tak či onak, isté je, že ide o zemskú atmosféru. Prísť na toto asi nebolo veľmi ťažké – koniec koncov, čo iné ako atmosféra by tam hore malo byť?
S tými rýchlymi nabitými časticami, ktoré by nemilosrdne bodyčekovali atómy v atmosfére, to už také samozrejmé nebolo. Odkiaľ by sa mohli zobrať také častice? Keby ich tam niekto alebo niečo vystreľovalo zo Zeme, hádam by sme si to všimli. Ale nič také sme si nevšimli. A čo keby tie nabité častice neprichádzali zo Zeme – napadlo na prelome 19. a 20. storočia nórskemu fyzikovi Kristianovi Birkelandovi – čo keby prichádzali zo Slnka?

Práve v tom čase objavil J. J. Thomson elektrón a ukázal, že  takzvaný Edisonov jav je spôsobovaný elektrónmi vymršťovanými horúcim vláknom. A Slnko – povedal si Birkeland – vyzerá dosť horúce na to, aby aj ono chrlilo nabité častice.
Lenže malo to jeden háčik. Nabité častice zo Slnka by mali dopadať na Zem rovnako ako svetlo a polárnu žiaru by sme teda mali pozorovať všade a nielen v polárnych oblastiach. Ale s tým si Birkeland poradil.
Pohybujúce sa nabité častice sú totiž v magnetickom poli vychyľované zo svojej dráhy. A čo keď je to tak - povedal si ešte raz Birkeland – že  výsledkom pohybu nabitých častíc zo Slnka v magnetickom poli Zeme je ich sústredenie v polárnych oblastiach? Potom by bolo všetko ok. No fajn, ale je niečo také naozaj možné?
Birkeland ukázal, že áno, a to v jednom z najroztomilejších experimentov v dejinách fyziky. Zobral kovovú guľu a zmagnetizoval ju, čím si urobil model magnetického poľa Zeme. Potom ju strčil do vákuovej sklenenej trubice a strieľal na ňu elektróny tak, ako sa to robí v neónkach. Chcel vedieť, na ktoré miesta gule budú elektróny dopadať, tak ju celú natrel látkou, ktorá pri dopade elektrónov svetielkuje (takýmto látkam sa hovorí scintilátory a používajú sa napríklad v klasických televíznych obrazovkách). No a potom to už len celé zapol a videl, že guľa svetielkuje v blízkosti magnetických pólov. Čím dokázal, že elektróny naozaj dopadajú na guľu v týchto oblastiach.
Úžasné, nie? Nóri považujú Birkelanda dodnes za svojho najväčšieho vedca a jeho portrét aj s vyobrazením slávneho experimentu majú na dvestokorunovej bankovke.

.tanečník a toreádor
Geniálna jednoduchosť a elegancia Birkelandovho experimentu zrejme dokáže potešiť aj úplných laikov, naozaj ju však dokážu oceniť asi až znalci. Len tí totiž majú predstavu o tom, aký ťažký problém tento jednoduchý pokus vyriešil.
Problémy elektriny a magnetizmu môžeme rozdeliť na ľahké, ťažké a naozaj ťažké. Prvé dve kategórie predstavujú problémy, v ktorých sú buď zadané elektromagnetické polia a my máme vypočítať ako sa v nich budú pohybovať nabité častice, alebo sú zadané pohyby nabitých častíc a my máme vypočítať, aké polia sú týmito pohybmi generované. Znalci vedia, že v prvom prípade musia riešiť Newtonove rovnice a v druhom prípade Maxwellove rovnice, a to je niekedy ľahké a niekedy ťažké. 
Naozaj ťažké problémy sú také, kde nemáme dopredu zadané ani pohyby nabitých častíc ani tvar elektromagnetických polí. Znalci vedia, že v takom prípade treba riešiť naraz Newtonove aj Maxwellove rovnice, a to je väčšinou svinsky ťažké. Nuž a práve toto je prípad nabitých častíc zo Slnka (elektrónov aj protónov, spoločne sa im hovorí slnečný vietor) pohybujúcich sa v magnetickom poli Zeme.
Pohyb týchto častíc totiž vytvára svoje vlastné polia, tie spätne ovplyvňujú ich pohyb, čo znova mení polia, a tak ďalej. Vypočítať, ako vyzerá výsledné magnetické pole a výsledný pohyb častíc v ňom je naozaj extrémne ťažká úloha. A Birkeland sa jej vyhol tým, že nepočítal, ale experimentoval so svojím vtipne zostaveným modelom.
Laik vidí v Birkelandovi niečo ako tanečníka, ktorý nás potešil elegantnou krokovou variáciou. Znalec v ňom vidí toerádora, ktorý sa touto krokovou variáciou vyhol ozrutnému býkovi.

.tajomstvo
Za sto rokov, ktoré uplynuli od Birkelandových pokusov, sme sa o polárnej žiare dozvedeli všeličo nové. Na základe satelitných meraní aj na základe výpočtov vieme pomerne presne, ako vyzerá magnetické pole tvorené Zemou a slnečným vetrom. Rozumieme aj tomu, ako sa toto pole mení v dôsledku zmien slnečnej aktivity (ak ste niekedy počuli o magnetických búrkach, tak to sú práve intenzívne zmeny geomagnetického poľa, väčšinou v dôsledku zmien na povrchu Slnka). Sme presvedčení, že Birkelandove vysvetlenie vzniku polárnej žiary je v zásade správne. Niektoré detaily síce ešte ani dnes celkom nechápeme, ale v podstate polárnej žiare rozumieme.
Fajn, ale nie je to tak trochu škoda? Nepripravujeme sa všetkými tými vysvetleniami aj o posledné zvyšky tajomstva, ktoré nás ešte obklopujú? Ak vysvetlíme modrú farbu oblohy rozptylom svetla (pozri .týždeň nn/yyyy), farby dúhy lomom a odrazom svetla (pozri .týždeň nn/yyyy) a polárnu žiaru pohybom častíc v geomagnetickom poli, nad čím budeme potom žasnúť?
Nuž, môžeme žasnúť nad tým, aký je ten svet zrozumiteľný (v skutočnosti je jeho zrozumiteľnosť jedna z úplne najtajomnejších vecí).
Alebo môžeme žasnúť nad tým, aká je tá polárna žiara napriek všetkým vysvetleniam stále rovnako krásna.
Alebo môžeme žasnúť nad tým, aký je ten .týždeň dobrý časopis.
Ak ste našli chybu, napíšte na web@tyzden.sk.
.diskusia
.neprehliadnite