Vypadají jako světelné medúzy nebo přízraky z legend – rudí skřítci jsou elektrické záblesky vysoko nad bouřkami, které věda začala chápat teprve nedávno. Díky občanským vědcům se ale daří tyto prchavé jevy stále častěji zachytit – naposledy nad francouzským hradem Beynac.
Objevují se a mizí rychle a jsou viditelné jen na okamžik, ale to stačilo občanskému vědci Nicolasi Escuratovi, aby je vyfotografoval nad zámkem Château de Beynac ve Francii. Tyto nepolapitelné atmosférické jevy jsou v angličtině známé jako „sprites“ (Stratospheric Mesospheric Perturbations Resulting from Intense Thunderstorm Electrification). „Rudí skřítci“ nebo „rudé přízraky“ se objevují během bouřky a objevují se chvíli po úderu blesku.
Jsou jedním z nejméně pochopených elektrických jevů v horních vrstvách zemské atmosféry a vyskytují se ve výšce asi 80 kilometrů, tedy vysoko nad bouřkovými mraky. Jak vysvětluje NASA, „přízraky“ se objevují chvíli po úderu blesku, kdy dojde k náhlému načervenalému záblesku, který může mít různé podoby, často kombinující sloupy a jasné, ostnaté, medúzám podobné „slzy“ nebo „ramena“. Někteří „skřítci“ mají tendenci při bouřkách tančit, blýskat se jeden za druhým.
Tyto karmínové záblesky jsou jedním z nejobtížněji pozorovatelných atmosférických jevů na Zemi a přitahují vědeckou komunitu kvůli svému záhadnému původu a vzniku.
Co přesně jsou rudí skřítci
Přestože jejich vzhled je téměř přízračný, skřítci nejsou bytosti ani pevné objekty, ale obří elektrické výboje, které se vyskytují vysoko v atmosféře, nad bouřkovými mraky. Jsou součástí skupiny jevů známých jako přechodné světelné jevy (Transient Luminous Events, TLE), do které patří i další typy záblesků, jako jsou modré jety, elfové nebo gigantické trysky.
V typické bouřce blesky, které vidíme, spojují mrak se zemí nebo se vyskytují uvnitř samotného mraku. Rudí skřítci vznikají nad bouřkou, v oblasti, která spojuje atmosféru s blízkým vesmírem. Tam je vzduch mnohem řidší a elektřina se chová jinak a vytváří tyto světelné struktury, které mohou dosahovat výšky desítek kilometrů a táhnout se horizontálně několik kilometrů.
Jejich načervenalá barva je způsobena především excitací molekul dusíku v mezosféře. Když se elektrické pole vytvořené velmi silným bleskem šíří vzhůru, „rozkmitá“ molekuly dusíku, které při návratu do normálního stavu vyzařují červené světlo. V dolní části nadoblačného blesku, kde je vzduch poněkud hustší, se mohou objevit namodralé nebo purpurové tóny, což umocňuje jeho vzhled světélkující medúzy.
Jak vznikají: Bleskové spojení
Dnes je nejrozšířenějším vysvětlením, že nadoblačné blesky vznikají po úderech blesků vysoké intenzity, obvykle pozitivních, z mraků do země. Tyto údery blesku přenášejí mezi mrakem a zemí obrovské množství elektrického náboje. Tento přenos vytváří elektrické pole směřující vzhůru, které se rozprostírá nad bouřkou.
Pokud toto elektrické pole překročí určitou mez, vzduch v mezosféře se ionizuje (tj. jeho molekuly ztrácejí nebo získávají elektrony) a spustí se elektrický výboj v podobě světelných vláken a sloupců: červený nadoblačný blesk. To vše se odehrává v řádu milisekund, takže jev je mimořádně prchavý.
Vědci pozorovali, že se skřítci objevují často:
- Ve výšce mezi 50 a 90 kilometry, s maximem jasnosti kolem 70-80 km.
- Mezi 1 a 10 milisekundami po velmi intenzivním úderu blesku.
- V různých tvarech: rovné sloupy, rozvětvené struktury nebo velké „zvony“ s visícími vlákny.
Ačkoli je souvislost s intenzivními blesky jasná, stále není zcela jasné, proč některé bouře vytvářejí mnoho skřítků a jiné téměř žádné, ani proč mají tak rozdílné tvary. To je jeden z důvodů, proč jsou i nadále předmětem intenzivního výzkumu.
Jev, který je těžko pozorovatelný… i pro vědce
Rudí skřítci jsou tak nepolapitelní z několika důvodů:
- Extrémně krátké trvání: Trvají jen několik milisekund, což je pro lidské oko příliš rychle, pokud se nedíváte na správné místo.
- Vyskytují se nad mraky: Ze země brání výhledu bouřkové mraky. Abyste je dobře viděli, musíte být v určité vzdálenosti na straně bouřky, s jasným obzorem.
- Relativně nízká jasnost: Nejsou tak jasné jako běžné blesky, takže světelné znečištění ve městech jejich pozorování ještě ztěžuje.
- Velmi vysoká výška: Vyskytují se v mezosféře, takže se jeví jako malé a vzdálené, i když jde o gigantické struktury.
Ze všech těchto důvodů byly po desetiletí mezi piloty a pozorovateli oblohy považovány téměř za legendu. Mnozí letci tvrdili, že nad bouřkami viděli červené záblesky, ale neexistovaly jasné fotografické důkazy a jev nebyl oficiálně uznán.
První snímek červených skvrn
První snímek „červených skřítků“ se podařilo získat až v roce 1989, kdy se vědcům z Minnesotské univerzity podařilo náhodou pořídit fotografii při testování televizní kamery pro nadcházející letovou misi s raketou za slabého osvětlení.
Vědci tehdy tyto nepolapitelné jevy pojmenovali „sprites“, což je odkaz na bájné bytosti z evropského folklóru. Název sprites, česky přízraky, odkazuje na tato rozpustilá a nepolapitelná stvoření, což je dokonalá metafora pro záblesky, které se objevují a mizí beze stopy.
Od této první nahrávky se v 90. letech 20. století rozběhly skutečné vědecké závody v zachycování a katalogizaci těchto jevů. Výzkumné týmy instalovaly vysoce citlivé kamery na horách, v letadlech a později i na Mezinárodní vesmírné stanici (ISS) a potvrdily, že rudí skřítci nejsou vzácným a ojedinělým jevem, ale pravidelnou součástí velkých bouří.
Další „příbuzní“ skřítků: modří tryskáči, skřítci a obři
Studium červených skřítků otevřelo dveře k objevu a lepšímu pochopení dalších příbuzných světelných jevů:
- Modré jety: Proudy namodralého světla, které vystupují z vrcholků bouřkových mraků do stratosféry a dosahují výšky 40-50 km. Jejich barva je rovněž způsobena excitací dusíku, ale v hustších vrstvách atmosféry.
- Elfy: Extrémně krátké, velké světelné prstence (až 300 km v průměru), které se rozšiřují v ionosféře ve výšce 90-100 km jako jakési světelné „halo“.
- Gigantické výtrysky: Výboje, které přímo spojují oblak s ionosférou a vytvářejí jakýsi „obrácený“ paprsek směřující do vesmíru. Jejich výška může přesáhnout 80 km.
Všechny patří do rodiny přechodných světelných událostí a pomáhají vědcům lépe pochopit, jak je v atmosféře rozložena elektřina a jak jsou jednotlivé vrstvy vzduchu kolem naší planety propojeny.
Proč jsou pro vědu tak zajímavé
Kromě své krásy jsou rudé skřítky důležité také proto, že:
- Odhalují, jak je elektrický náboj v atmosféře vyrovnaný. Bouře nejenže vybíjejí elektrickou energii na zemi, ale také ji přerozdělují do vyšších vrstev a skřítci jsou viditelným projevem tohoto procesu.
- Mohou ovlivňovat chemické složení horních vrstev atmosféry. Elektrické výboje ve velkých výškách mohou produkovat oxidy dusíku a další molekuly, které ovlivňují, i když zatím jen nedostatečně kvantifikované, složení vzduchu v mezosféře a ionosféře.
- Pomáhají pochopit interakci mezi atmosférou a blízkým vesmírem. V oblasti, kde se objevují výtrysky, působí také nabité částice ze Slunce a vznikají zde polární záře. Pochopení těchto procesů je klíčové pro studium kosmického počasí.
- Mají vliv na komunikaci a navigaci. Změny v ionosféře mohou ovlivnit vysokofrekvenční rádiové vlny a některé systémy určování polohy. Přestože přímý vliv sprintů je stále předmětem zkoumání, jsou součástí celkové „skládačky“.
Kromě toho byly podobné jevy pozorovány nebo se předpokládá, že existují i na jiných planetách s intenzivní atmosférou a bouřemi, jako je Jupiter nebo Saturn. Studium nadoblačných blesků na Zemi by mohlo pomoci interpretovat budoucí pozorování na jiných světech.
Jak se tato prchavá spektra fotografují
Zachytit červený přízrak není tak jednoduché. Pozorovatelé, profesionální i amatérští, se obvykle řídí určitou strategií:
- V ideálním případě byste měli být od bouře vzdáleni 100 až 300 kilometrů, aby mraky byly na obzoru a vy jste mohli vidět oblast oblohy nad nimi.
- Používejte velmi citlivé fotoaparáty: K zachycení velmi krátkých záblesků s nízkou jasností se používají videokamery nebo fotoaparáty s vysokou citlivostí snímače (vysoké ISO) a často i světelné objektivy (velké clony).
- Nepřetržitý záznam videa: Místo snahy o pořízení záběru v přesném okamžiku se video nahrává průběžně a poté se snímky přezkoumají, zda neobsahují charakteristické záblesky.
- Pozorování na tmavých místech: Mimo světelné znečištění měst, aby záře skřítků vynikla na pozadí oblohy.
V posledních letech umožňuje levnost vysoce citlivých fotoaparátů stále více amatérům získat snímky vědecké kvality, jako v případě Nicolase Escurata.
Úloha Mezinárodní vesmírné stanice
Kromě pozemních pozorování se privilegovanou pozorovatelnou těchto jevů stala Mezinárodní vesmírná stanice. Experimenty jako ASIM (Atmosphere-Space Interactions Monitor), instalované mimo ISS, zaznamenaly velmi podrobně nadoblačné blesky, modré trysky a další TLE z jedinečné perspektivy, kdy se na Zemi díváme z výšky asi 400 km.
Tato pozorování umožnila:
- přesně změřit výšku a strukturu elfů,
- vztahovat je ke konkrétním úderům blesků zjištěným pozemními sítěmi pro detekci elektrických výbojů,
- zkoumat jejich světelné spektrum, tj. přesné barvy, které vyzařují, což napovídá o fyzikálních a chemických procesech, které se na nich podílejí.
Občanská věda: Každý může pomoci s jejich studiem
NASA i další vědecké organizace provádějí výzkum, jehož cílem je porozumět rudým skřítkům. Ve skutečnosti byl vytvořen projekt nazvaný Spritacular, do kterého se mohou zapojit lidé z celého světa, aby zdokumentovali tyto jevy a pochopili, jak fungují. V této souvislosti „občanský vědec“ Nicolas Escurat vyfotografoval nepolapitelné „rudé přízraky“ ve Francii.
Myšlenka Spritacular je jednoduchá: shromažďovat a organizovat pozorování skřítků a dalších TLE amatéry. Účastníci mohou nahrát své fotografie a videa, uvést čas a místo pozorování a pokud možno i podrobnosti o související bouřce. Vědci tyto informace využívají k:
- Přesněji určit, kde a kdy se bouře vyskytují.
- Porovnávat snímky s údaji ze satelitů a meteorologických radarů.
- Zlepšit modely, které se snaží předpovědět, za jakých podmínek k těmto jevům dochází.
Tyto typy občanských vědeckých projektů ukazují, že se správným vybavením a trochou trpělivosti může každý přispět ke studiu jednoho z nejzáhadnějších jevů v atmosféře.
Jsou rudé přízraky nebezpečné?
Pro širokou veřejnost nepředstavují rudé přízraky přímé nebezpečí. Vyskytují se ve velmi velkých výškách, daleko od povrchu, a jejich energie je rozdělena do obrovských objemů vzduchu, takže pro lidi na zemi nepředstavují hrozbu.
Pokud jde o letadla, ačkoli létají v mnohem menších výškách (kolem 10-12 km), rudé přízraky vznikají vysoko nad nimi. Hlavním rizikem pro letectví zůstávají samotné klasické bouřky a blesky, nikoliv skřítci. Lepší pochopení těchto jevů však pomáhá získat ucelenější představu o atmosférické elektřině a možných účincích na elektronické a komunikační systémy.
Připomínka toho, kolik toho ještě zbývá objevit.
Skutečnost, že tak působivý jev, jako jsou rudí skřítci, byl poprvé vyfotografován teprve před několika desetiletími, je připomínkou toho, že zemská atmosféra stále skrývá mnohá tajemství. Navzdory satelitům, radarům a sofistikovaným klimatickým modelům stále nacházíme nové způsoby, jak Země uvolňuje a přerozděluje svou energii.
Snímky pořízené nad hradem Beynac jsou nejen krásné, ale také doplňují rostoucí archiv pozorování, který postupně pomáhá odhalovat elektrické chování naší planety. A ukazují, že někdy se stačí podívat na oblohu ve správný okamžik, abyste zjistili, že vysoko na obloze se stále skrývají „skřítci“.