Úvodní strana  >  Články  >  Ostatní  >  Záznam a komparace spektra blesku

Záznam a komparace spektra blesku

Fantastická fotografie bouření nad západními Čechami 5./6. července 2015.
Autor: Josef Jíra

Na hvězdárně Valašské Meziříčí jsou v současné době v provozu tři kamery opatřené spektroskopickým systémem. Hlavním cílem těchto kamer je zaznamenávání spekter meteorů a tedy identifikace chemického složení meteoroidů a také emisních čar prvků obsažených v atmosféře Země. Nicméně v období výskytu bouřkové činnosti se cíle pozorování mohou změnit a spektrografy mohou zaznamenat spektra elektrostatických výbojů – blesků. Tak tomu bylo i během bouřky ve večerních hodinách dne 19. 6. 2016.  

Úvod

První kamera na pozorování spekter meteorů byla na Hvězdárně Valašské Meziříčí nainstalována v létě 2014. Je umístěna na budově odborného pracoviště a její zorné pole směřuje severním směrem (VM_N), kamera je vybavena CCD snímačem Sony Super HAD II 960 H (ICX 663 AKA) s rozlišením 720×576 px. Na podzim 2015 pak byly zprovozněny další dvě spektrální kamery, které byly vybaveny modernější kamerou QHY5L-IIM s vyšším rozlišením snímače (1280×960 px) a tedy i vyšším spektrálním rozlišením (viz titulní snímek). Sledují jihozápadní (VM_SW) a severozápadní (VM_NW) obzor.

Obr. 1: Skládaný snímek spektra bolidu 20151119_034504, náležejícího k meteorickému roji Leonid. Záznam a analýza spekter meteorů jsou primárním cílem spektrografů instalovaných na Hvězdárně Valašské Meziříčí. Autor: Hvězdárna Valašské Meziříčí

Dva ze tří spektrografů na Hvězdárně Valašské Meziříčí. Autor: Hvězdárna Valašské Meziříčí
Dva ze tří spektrografů na Hvězdárně Valašské Meziříčí.
Autor: Hvězdárna Valašské Meziříčí
Severní kamera (VM_N) byla zprovozněna 25. 7. 2014. Jedná se o CCTV kameru VE 6047 s difrakční mřížkou s hustotou 500 čar/mm, která je vybavena světelnými objektivem Tokina (F/0,98) s proměnným ohniskem (3-8 mm). Pro dané nastavení ohniska objektivu je efektivní zorné pole systému 60×48o, rozlišení prvního řádu spektra meteoru je 32,8 Å/px. Veškeré potřebné zařízení bylo zakoupeno díky finančním prostředkům SMPH (Společnost pro MeziPlanetární Hmotu). Spektrografy VM_NW (severozápadní kamera) a VM_SW (jihozápadní kamera) byly zprovozněny v říjnu 2015. Jedná se o kamery QHY5L-IIM s CMOS snímačem Aptina MT9M034, které jsou vybaveny světelným megapixelovým objektivem Tamron (F/1,0) s proměnným ohniskem (3-8 mm) a jsou vybaveny difrakční mřížkou s hustotou 1000 čar/mm. Pro dané nastavení ohniska objektivu je efektivní zorné pole systému 80×60o (VM_SW) a 89×67o (VM_NW), rozlišení prvního řádu spektra meteoru je 9,7 Å/px (VM_SW) a je 10,8 Å/px (VM_NW).

Spektrum blesku

Nedávná bouřka nabídla zajímavou možnost spektrální registrace velmi zajímavého projevu bouřek, blesku. Tím na chvíli přenesla spektroskopická pozorování na Hvězdárně Valašské Meziříčí od jevů nebeských k neméně zajímavým jevům pozemským. Nabídla se nám zajímavá možnost porovnání. V laboratorních podmínkách se pokoušíme ve spolupráci s kolegy z Ústavu fyzikální chemie J. Heyrovského v Praze napodobit spektra zářícího z plazmy meteorů pomocí různých pokusů, zejména ostřelováním meteoritů lasery, vytváření laserových jisker ve vzduchu či elektrickými výboji. Aby astronomům nebylo líto, že prší, příroda připravila další srovnávací experiment a umožnila na kameru meteorického spektrografu zaznamenat blesk.

Obr. 2: Snímek spektra blesku 20160619_200130, jedná se o první snímek (FR 15) spektra blesku s expoziční dobou 0,067 s. Autor: Hvězdárna Valašské Meziříčí Obr. 3: Snímek spektra blesku 20160619_200130, jedná se o druhý snímek (FR 16) spektra blesku s expoziční dobou 0,067 s. Autor: Hvězdárna Valašské Meziříčí

Zajímavý úkaz, podobně jako meteor či silná laserová jiskra, vytvořil plazma a připravil tak bohaté spektrum obsahující emise vodíkových, dusíkových a kyslíkových čar. Obrázek dole ukazuje srovnání spektra blesku se spektry pořízenými v laboratoři pomocí výkonného Nd:YAG laseru a doutnavého výboje. Příroda připravila pro oko spektroskopika opravdovou žeň spektrálních čar. Zatímco v laboratoři laserová jiskra dosahuje teploty spíše 10 000 – 20 000 K a elektrický výboj generovaný napětím 1 500 V s proudem do jednoho ampéru jen do 5 000 K, blesk o teplotě i přes 50 000 K, proudem přes 30 000 ampérů a napětím stovek milionů voltů vybudil tak, jako elektrický výboj, k oslnivé záři molekulární dusík a kyslík (O2 a N2), rozbil vzduch a vodní páru na atomy tak, jako laserová jiskra (H I, O I a N I) a také odtrhal elektrony i z obtížně ionizovatelného dusíku i kyslíku, které ve spektru svítí v podobě čar iontů N II a O II.

Obr. 4: Identifikace emisních čar prvků ve spektru blesku 20160619_200130 (FR 15) – srovnání průběhu spektra blesku se spektry pořízenými v laboratoři UFCH JH pomocí výkonného Nd:YAG laseru a doutnavého výboje. Autor: Martin Ferus

Závěr

Záznam spektra blesku a jeho následná analýza se jeví jako velmi užitečné nástroje pro hlavní spektroskopický výzkum, tedy pro analýzu spekter meteorů. Druhou rovinou, potřebnou pro následné analýzy, je srovnání spekter blesků a TLE jevů (Transient Luminous Events – přechodné světelené úkazy) pořízených spektrografy na Hvězdárně Valašské Meziříčí s výsledky pořízenými v laboratoři UFCH JH pomocí výkonného Nd:YAG laseru a doutnavého výboje. Toto srovnání laboratorních výsledků a reálného měření spekter (meteorů, blesků, TLE) umožňuje přesnější identifikaci emisních čar právě ve spektrech pořízených spektrografy. Výsledkem analýzy spektra blesku pořízeného 19. 6. 2016 (20:01:30 UT) je identifikace vodíkové emisní čáry ve dříve analyzovaném spektru bolidu 20150812_232101, který patřil k meteorickému roji Perseid.

Obr. 5: Identifikace emisních čar prvků v kalibrovaném spektru blesku 20160619_200130 – srovnání intenzit emisních čar prvků v obou pořízených snímcích spektra (FR 15 – červená linie, FR 16 – šedá linie). Autor: Jakub Koukal

Analyzované spektrum blesku typu CC (došlo k výboji mezi mraky, nedošlo k uzemnění blesku) obsahuje pouze emise prvků obsažených v atmosféře Země. Dominantní v analyzovaném spektru jsou pak emise OI-multiplet 1 (laboratorní vlnová délka 7774 Å), OI-35 (7947 Å), OI-4 (8447 Å) a NI-3 (7442 Å), NI-2 (8223 Å), NI-8 (8629 Å), NI-1 (8683 Å). Velmi zajímavými jsou pak identifikace emisních čar vodíku H-alpha (6563 Å) nebo H-gamma (4341 Å), emisních čar argonu, např. Ar-1 (8115 Å) nebo emisní čáry ionizovaných prvků, např. OII-10 (4075 Å) nebo NII-31 (6610 Å).

Poděkování

Projekt nákupu a provozu spektroskopických kamer s vysokým rozlišením je částečně dotován Programem pro regionální spolupráci AV ČR, reg. č. R200401521 a interním grantem Ústavu fyzikální chemie J. Heyrovského č. 994316. Na pořízení přístrojové techniky umístěné na Hvězdárně Valašské Meziříčí, p. o. přispěly také společnosti DEZA, a. s. a CS CABOT, spol. s r. o.

Zdroje a doporučené odkazy:
[1] Hvězdárna Valašské Meziříčí



O autorovi

Jakub Koukal

Jakub Koukal

Narodil se v roce 1977 v Kroměříži (kde také začal v roce 1991 navštěvovat astronomický kroužek při Gymnáziu Kroměříž), vystudoval VUT FAST v Brně. Od roku 1991 se věnuje vizuálnímu pozorování meteorů, od roku 2010 pak videopozorování meteorů. Je členem Společnosti pro meziplanetární hmotu (SMPH), kde má na starosti koordinaci pozorování meteorů. Od roku 1995 je vedoucím Hvězdárny Kroměříž. V současné době působí jako hlavní koordinátor databáze EDMOND (European viDeo MeteOr Network Database). Doplňující činností je pak vizuální pozorování komet. Kontakt: j.koukal@post.cz

Štítky: Spektrum, Hvězdárna Valašské Meziříčí, Blesk


48. vesmírný týden 2016

48. vesmírný týden 2016

Přehled událostí na obloze od 28. 11. do 4. 12. 2016. Měsíc bude v novu, večer projde kolem Venuše, která je krásně vidět jako jasná hvězda na jihozápadě. Večer je vidět také Mars, ráno Jupiter. Na Slunci se objevila skvrnka. Čeká nás start nákladní lodi Progress k ISS.

Další informace »

Česká astrofotografie měsíce

VdB149, VdB150, LDN1235 - prach v souhvězdí Cephea

Souhvězdí Cephea je cirkumpolárním souhvězdím naší severní oblohy. Podobně jako například Velká medvědice, jejíž část označujeme lidovým jménem Velký vůz. Ale přeci … Velký vůz pozná téměř každý, o Cepheovi mnoho z „neastronomů“ možná ani neví. A astronom? Ten nás většinou odbude větou typu:

Další informace »

Poslední čtenářská fotografie

ISS

Stanice ISS nad jižním obzorem

Další informace »