Já s písničkou jdu jako ptáček…

(Velmi jemný úvod do studia vln v kosmickém plazmatu)

Napsala : Zuzana Hrbáčková; velmi jemně upravil: Ondřej Santolík

Nejspíš každý z nás zná tento nápěv z dnes již skoro zlidovělé písničky, kterou si zpíval muzikant v jedné krásné české pohádce. Když mám dobrou náladu, tak si s chutí tuto melodii taky zapískám. Pravdou je, že když si někdo hvízdá, je to pro ostatní znamení, že má dobrou náladu. Ale málokdo ví, že si „hvízdá“ i atmosféra.

Spousta objevů vznikla pouhou náhodou. Do této skupiny se mohou hrdě zařadit i ony „zvuky z vesmíru“. Observatořím, které poprvé zaznamenaly zvukový záznam hvizdů, připadal tento jev neuvěřitelný. Během první fáze výzkumu se stal tento pojem rájem pro reportéry, jejichž články nesly většinou název „Zvuky z dalekého vesmíru“, což rozproudilo spoustu lidí z celého světa, aby se podíleli na absurdních a ještě absurdnějších hypotézách o vzniku takto tajemných a nevysvětlitelných zvuků.

Jeden dopisovatel dokonce napsal, že na výzkumu, který nyní probíhá v této oblasti, už on pracuje daleko delší dobu, neboť podobné zvuky jako jsou popsané v těchto vědeckých článcích slyšel i on sám a to bez výhod použití jakékoli speciální techniky. A navíc zjistil, odkud tyto zvláštní zvuky pocházejí - vysílají je lidé z Marsu. A přišly samozřejmě na řadu i další hypotézy spojující hvizdy a létající talíře. Ovšem pozvolna se přestala o tuto záležitost zajímat široká veřejnost a dopředu se mohla konečně vedrat obyčejná vědecká zvídavost, která podala z velké části vysvětlení. Ale nemohu přeskočit celou historii a alespoň v kostce se nyní o ní zmíním.

Začátky výzkumu hvizdů jsou zastřeny tajemstvím. První pozorování hvizdů je datováno do roku 1886 v Rakousku, kde na 22 kilometrů dlouhém telefonním vedení byly slyšet hvízdavé a lupavé zvuky dokonce i bez zesílení. O necelých 10 let později britský vládní úředník popsal zajímavé hvízdavé zvuky, které slyšel při telefonním spojení. Zajímavostí bylo, že v tomtéž dni byla pozorována polární záře a nebývalá sluneční aktivita. Článek, který popisoval „zajímavé zvuky“ , bohužel neobsahoval jejich žádné kvalitativní vysvětlení. Až teprve článek Barkhausena (1919), který byl na frontě za I. světové války pověřen odposlechem telefonátů nepřítele pomocí zesilovače napojeného na telefon, se považuje za první a alespoň z části objasněné pozorování hvizdů.

Tajemné hvízdavé zvuky, které se linuly z přijímače, byly nejdříve vojáky na frontě považovány za lety granátů, až teprve později vyšel článek, sepsaný právě Barkhausenem, o původu těchto zvuků. Barkhausen ve svém článku předložil teorii, která spojovala hvizdy s bleskovými výboji. Studiem šíření radiových vln se v pozdějších letech zabýval Eckersley, který předpověděl spojitost mezi hvizdy, magnetickými bouřemi a blesky a matematicky objasnil disperzi hvizdů (1935). Ve své práci také zmínil, jak unikají elektromagnetické vlny do vesmíru. V dalších letech se objevovaly další publikace popisující tuto tématiku.

Přelom nastal v roce 1953, kdy L.R.O. Storey zveřejnil svou práci zabývající se šířením elektromagnetických vln v plazmatu. Ukázal, že se hvizdy šíří podél magnetických siločar z jedné polokoule na druhou v plasmatickém módu, dnes zvaném hvizdovém. Storey byl první, který se touto problematikou zabýval do hloubky a vysvětlil řadu dosud neobjasněných pojmů, které souvisely s šířením a vznikem vln hvizdového módu. Kromě toho, že bylo pořízena spousta audio nahrávek, tak na sebe nenechaly dlouho čekat ani frekvenční spektrogramy vykreslující hvizdy. Přímé studium střídavých elektrických a magnetických polí hvizdových vln bylo poté prováděno od vypuštění prvních u mělých družic, které mohly pozorovat šíření vln v plazmatu i z vnější strany ionosféry.

V dnešní době se přímým pozorováním elektromagnetických vln v plazmatu magnetosféry Země zabývá více družic. V posledních letech to byl systém čtyř evropských družic projektu Cluster zabývající se analýzou vln a částic šířící se v zemské magnetosféře, francouzská družice Demeter zaměřená hlavně na měření změn ve vlastnostech plazmatu v ionosféře a česká družice Magion 5 zabývající se výzkumem a monitorováním zemské magnetosféry a ionosféry. Na všech těchto experimentech se podíleli i vědečtí pracovníci z České republiky.


Obr.1: Vznik hvizdu 		Hvizdy vznikají disperzí širokopásmových elektromagnetických pulsů generovaných při bleskových výbojích ve vrchních vrstvách troposféry. Tyto pulsy cestují do ionosféry, kde interagují s volnými elektrony. Část energie z pulsů se formou šířící se vlny může dostat do magnetosféry, která obsahuje plasma. To díky přítomnosti nabitých částic značně ovlivňuje šíření elektromagnetických vln. Dochází zde k celé řadě vlnových jevů, pro jejichž vysvětlení je zapotřebí kromě teorie elektromagnetického pole použít i kinetický popis plazmatu. Elektromagnetická vlna se v magnetosféře šíří podél uzavřených magnetických siločar (obr. 1). Toto anizotropní prostředí ovlivňuje dispersi vln a má za následek, že z původního širokopásmového pulsu zbude krátký tón klesající frekvence (obr. 2).


Obr.2: Klesající frekvence hvizdu 		To je daleko lépe patrné po převedení elektrického signálu na zvukový, kdy můžeme slyšet charakteristické „hvízdavé zvuky“, podle kterých dostal tento jev i svůj název. V naší zeměpisné šířce můžeme zachytit hvizdy pocházející od blesků na jižní polokouli. Z globálního sledování bleskové aktivity vyplývá, že k většině bleskových výbojů v troposféře dochází nad kontinenty či u pobřeží, zatímco jen málo jich je nad oceány. Hvizdy pozorované na našem území pocházejí z bleskových výbojů nad jižním cípem afrického kontinentu, jež je s námi spojen magnetickými siločárami. Tedy nejpříhodnější doba pro zachycení hvizdů je právě v zimě, kdy je daleko větší výskyt bouřek na jižní polokouli, a tedy i vyšší frekvence bleskových výbojů generujících pulsy.

V ionosféře se v tzv. hvizdovém módu vyskytují nejen hvizdy samotné, ale i další elektromagnetické emise. Je to např. chorus, rovníkový šum a aurorální sykot. Chorus, jenž významně ovlivňuje dynamiku radiačních pásů, má velmi krátkou dobu trvání (řádově desetiny sekundy) a rychle se měnící frekvenci. Rovníkový šum je tvořen vlnami šířícími se v těsné blízkosti geomagnetického rovníku. Aurorálním sykotem nazýváme intenzivní širokopásmové emise, jež se projevují po převedení na akustický signál syčivým zvukem. Vyskytuje se zvláště v oblasti vzniku polárních září. Jednou se mě můj učitel angličtiny zeptal: „To jako když vyletím do vesmíru, tak ty zvuky uslyším?“ Musím říct, že mě tato otázka zaskočila a navíc já se svou chabou zásobou angličtiny jsem se nezmohla ihned na odpověď. Ovšem po zkoušce, kdy jsem jela tramvají domů, jsem se zadívala na slečnu poslouchající walkman a okamžitě mi došlo, že naše uši nemohou přijmout elektromagnetický signál, to jedině, že bychom měli na hlavách anténky. No kdo ví, jaké možné vědecké implantáty nás v budoucnu čekají.