Úvodní strana  >  Články  >  Úkazy  >  Pozorování blesků v horních vrstvách atmosféry

Pozorování blesků v horních vrstvách atmosféry

MCS 6.8. 2013 Autor: Martin Popek
MCS 6.8. 2013
Autor: Martin Popek
Letos to bylo jen šest let, kdy byl nad Českou republikou pozorován první nadoblačný blesk (11. srpna 2008). Red sprites tehdy zaznamenala vysokocitlivá kamera na hvězdárně Kunžák. Cílené pozorování TLE pomocí vysokocitlivé kamery Watec 902H2 Ultimate jsem začal 15. května 2011 v obci Nýdek. Během prvního roku pozorování se povedlo zachytit 161 TLE a bylo jasné, že tato metoda je velmi úspěšná! Navíc výhodou je, že detekční program UfoCapture vytvoří kromě klasického snímku i video, na kterém je vidět průběh celého úkazu. Program UfoAnalyzer pak dokáže pomocí dalších souborů vytvořených programem UfoCapture vyhodnotit pozici nadoblačných blesků a některé parametry TLE. To vede k tomu, že zatímco klasická fotografie TLE je spíše jen náhodný a vzácný úlovek, tak pozorování pomocí vysokocitlívých kamer mohou mít svou hodnotu pro další zpracování ve statistikách a odborných pracích. Po čtyřech letech zkušeností s tímto trochu atypickým lovem bouří jsem v tomto článku shrnul, jak na lov tohoto poměrně nového typu úkazu v zemské atmosféře.

Následující snímek ukazuje jednotlivé druhy TLE, jejich vzhled, barvu a výšku v atmosféře.


TLE (transient luminous events) v překladu přechodně světelné události zahrnuje několik druhů nadoblačných blesků. Jde o poměrně vzácné jevy, které není vůbec snadné pozorovat běžnými prostředky z důvodu jejich velmi krátké doby trvání (1/1000 až 1/20 s). Až na velmi blízké a jasné výjimky jsou pro lidské oko téměř nepostřehnutelné, přičemž jejich dokumentaci umožnil v posledních letech až rozmach CCD techniky. Již dříve byly tyto jevy občas pozorovány, ale bez řádné fotografie nebo video dokumentace zůstávaly TLE tajemnými a teoretickými jevy, o kterých se jen opatrně povídalo. Jako první se o šipkách světla vystupujících nad mraky zmiňuje roku 1886 (MacKenzie a Toynbee), 1903 (Everett) viděl nad oblačností světelné stopy do výšky 15°, 1937 (Malan) pozoroval nad mraky málo jasné a dlouhé úkazy načervenalého zbarvení a 1951 (Wood) viděl nad bouřkou útvary podobné obráceným kořenům stromu. Avšak až 6. června 1989, kdy je náhodně zachytil John Winckler z Minnesotské univerzity při testech CCD kamer, byly definitivně uznány ve světle vědy.

Globální cirkulace elektřiny. Autor: Martin Popek
Globální cirkulace elektřiny.
Autor: Martin Popek
Cirkulace atmosferické elektřiny. Autor: Martin Popek
Cirkulace atmosferické elektřiny.
Autor: Martin Popek

Jednotlivé druhy TLE aneb co můžeme pozorovat

Red Sprites (Rudí skřítkové)

Red sprites. Autor: Martin Popek
Red sprites.
Autor: Martin Popek
Red sprites. Autor: Martin Popek
Red sprites.
Autor: Martin Popek
Red sprites. Autor: Martin Popek
Red sprites.
Autor: Martin Popek
Red sprites. Autor: Martin Popek
Red sprites.
Autor: Martin Popek
Red sprites. Autor: Martin Popek
Red sprites.
Autor: Martin Popek
Red sprites. Autor: Martin Popek
Red sprites.
Autor: Martin Popek
Red sprites. Autor: Martin Popek
Red sprites.
Autor: Martin Popek
Red sprites. Autor: Martin Popek
Red sprites.
Autor: Martin Popek
Red sprites. Autor: Martin Popek
Red sprites.
Autor: Martin Popek

Video Red Sprites, Sprites halo a Troll jets zachycené vysokocitlivou kamerou z dvou MCC bouří 6. – 7. srpna 2013.

  • Výskyt nad silnou bouří typu MCS a MCC s výraznou stratiformní oblastí.
  • Je zde souvislost s výskytem CG+ a CC výbojů s vysokou amplitudou náboje.
  • Jejich tvar se dělí na column (sloup), carot (mrkev), angel (anděl), wishbones (ptačí kost), trees (strom), jellefish (medůza) a další tvarově nezařazené druhy.
  • Občas se uvádí jako další druh tzv. RE-sprites (RE). Jde o Red sprites, jenž vytvoří dva zdrojové blesky, které následují krátce za sebou.
  • Tvar skupin dle tvaru a pohybu. Standing (stojící), dancing (tančící), linear (lineární) a circulár (kruhové).
  • Dále pak můžou jednotlivé Sprites doprovázet zvláštní úkazy tendrils (vlásečnice), glows (záře), pusch (pusinky), beats (korale) a spots (skvrny).
  • Vyskytuje se nejčastěji ve výšce kolem 90–60 km a mají červenou barvu.
  • Trvá velmi krátce 1/10–1/100 s, ale vyskytuje se ve větším počtu, a tak může vzácně celkový čas dosáhnout rozpětí 0,5–1,0 s.
  • Mezi TLE se jedná o drtivě nejběžnější jev!

Sprites halo (Halo)

Sprites halo. Autor: Martin Popek
Sprites halo.
Autor: Martin Popek
Sprites halo. Autor: Martin Popek
Sprites halo.
Autor: Martin Popek
Sprites halo. Autor: Martin Popek
Sprites halo.
Autor: Martin Popek

  • Zde opět výskyt nad silnou bouří typu MCS a MCC s výraznou stratiformní oblastí.
  • Je zde stejná souvislost s výskytem CG+ a CC výbojů s vysokou amplitudou náboje.
  • Zřejmě doprovodný úkaz typu Red sprites. Skřítci zřejmě vznikají ze samotného hala, které není vždy pozorovatelné.
  • Velmi slabý úkaz ve tvaru elipsovitého disku o průměru do 100 km, který se jen velmi vzácně objevuje bez doprovodu Red sprites.
  • Životnost se pohybuje kolem 1/100–1/300 s a jedná se o druhý nejběžnější úkaz.
  • Výskyt ve výšce kolem 85 km.

Elves (Elves, Elf)

Elves z 5.2.2014. Autor: Martin Popek
Elves z 5.2.2014.
Autor: Martin Popek
Elves. Autor: Martin Popek
Elves.
Autor: Martin Popek

Zde k stáhnutí video Elves z velmi slabě aktivní bouřky nad Jaderským mořem (5. února 2014).
  • Výskyt nad všemi typy bouří včetně komplexu (MCS, MCC a SQL).
  • Podoba rychle expandujícího kotouče o průměru 300–500 km a vyskytuje se ve výšce 105–75 km.
  • Možný větší výskyt u bouří nad chladnou vodní hladinou a v zimních měsících.
  • Občas ve společnosti Red Sprites, ale samostatný Elf není vzácností, spíš naopak.
  • Vznik je v důsledku silného elektromagnetického výboje po blesku typu CG+ s velkým špičkovým proudem, a tudíž i silným elektromagnetickým polem.
  • Elves (je anglická zkratka Emissions of lght and very low frequency perturbations from electromagnetic pulse sources).
  • Životnost se pohybuje kolem 1/1000 s.

Tyto jevy jsou celkem běžné pozorovatelné. Během 4 let pozorování vysokocitlivými kamerami v Nýdku to vychází statisticky, že na 100 Red sprites připadá 10 Sprites hal a jeden Elves. Zde se již dostáváme k jevům velmi vzácným s počty pozorování celosvětově jen v řadě maximálně desítek úkazů u jednotlivých typů TLE. Zachycení jetu je celkem o náhodě a jen možná každá stá TLE aktivní bouře může produkovat jety. Nad Evropou jsou jety velmi vzácné s úspěšným zachycením jednou za několik let. I přes množství TLE pozorovacích projektů nad naším kontinentem se povedlo zachytit jen kolem deseti TLE typů jet.

Troll jets (Troll, Trolí výtrysk)

Troll jets. Autor: Martin Popek
Troll jets.
Autor: Martin Popek
  • Zde opět výskyt nad silnou bouří typu MCS a MCC s výraznou stratiformní oblastí.
  • Je zde souvislost s výskytem CG+ výbojů s vysokou amplitudou náboje, neboť se vždy objevuje s Red sprites.
  • Trolové mají červenou barvu a vyskytují se ve výšce 50–30 km zejména po intenzivně se pohybující lineární skupině Red sprites.
  • Troll je zkratka pro Transient Red Optical Luminous Lineament.
  • Pro Trola je typická velmi světlá hlava. Klesá dolů rychlostí až 150 km/s, kde směrem k bouřkovému oblaku zanechává slabou stopu ve tvaru jehly.
  • Je ale stále nejisté, zda se jedná o prodloužení tendrils, a ty se ve skutečnosti stahují nad vrcholky mraků, nebo se případně Trol vynoří z bouřkového oblaku jako reakce na Red sprites.

Blue Jets (Modrý výtrysk)

Blue jets nad Austrálii. Autor: Thijs Bors
Blue jets nad Austrálii.
Autor: Thijs Bors
Video Blue Jets a Blue starter z Japonska.

  • Výskyt nad bouřkovým jádrem s výraznou bleskovou aktivitou.
  • Mají modré zbarvení a tvar kouře z komína.
  • Může expandovat z vrcholu bouře až do výšky nad 50 km.
  • Trvá 1/20–1/40 s.

Blue starter (Modrý startovač)

Blue starter nad Japonskem. Autor: Suginami.
Blue starter nad Japonskem.
Autor: Suginami.
  • Výskyt, čas úkazu a barva je stejná jak u Blue jets.
  • Expanduje do výšky maximálně 20–25 km.
  • Byl objeven v roce 1994 a zřejmě se jedná o nedokončený Blue jets.

Gigantic Jets (Gigantický výtrysk)

Gigantic jets. Autor: Ferruccio Zanotti
Gigantic jets.
Autor: Ferruccio Zanotti

Video jediného Gigantického výtrysku pozorovaného v Evropě

  • Výskyt nad bouřkovým jádrem s výraznou bleskovou aktivitou.
  • Velmi vzácný (existuje snad jen 20 pozorování), ale nesmírně silný úkaz.
  • Podobnost s Blue Jets s tím rozdílem, že horní část se jeví „roztřepená“ a podobná Red Sprites typu column nebo trees.
  • Může expandovat až do výšky nad 70 km během 1/20 s s občasnou asistenci Red sprites a Sprites hal.

Gnomes (Gnomes, Trpaslík)

Gnomes. Autor: Eurosprites
Gnomes.
Autor: Eurosprites
  • Výskyt zřejmě stejný nad bouřkovým jádrem s výraznou bleskovou aktivitou.
  • Velmi malé světelné protáhlé body nad CMB o šířce 200 m a délce maximálně 1 km.
  • Trvají jen v rozmezí 30–150 ms a úkaz má možnou spojitost s jety.
  • Směřují nahoru, aniž vycházejí přímo z bouřkového oblaku.

Pixies (Pixies, Malý trpaslík)

Pixies Autor: Eurosprites
Pixies
Autor: Eurosprites
  • Výskyt zřejmě stejný nad bouřkovým jádrem s výraznou bleskovou aktivitou.
  • Jsou ještě menší než Gnomes, takže se jeví jako body a měly by mít šířku maximálně 100 m.
  • Na prvním videu, které tento úkaz dokumentoval, vypadaly jako náhodně rozptýlené body nad vršky bouřkových kovadlin s dobou trvání 1–50 ms.
  • Jak Pixies, tak Gnomes jsou bílé barvy podobně jako troposferické blesky, ale není mezi těmito úkazy zřejmě žádná spojitost.
  • Existuje snad jen jedno pozorování, což dává úkazu trochu pochybnosti, zda se skutečně jedná o TLE.

Další nezařazené typy TLE

Občas se vyskytnou nadoblačné blesky, které svým tvarem a pohybem se nedají zařadit do žádného druhu TLE. Jeden takový mezosferický blesk s velmi dlouhým trváním a atypickým pohybem se vytvořil nad MCC bouří 2. července 2012.

TLE. Autor: Martin Popek
TLE.
Autor: Martin Popek

Článek, který napsal Jozsef Bor na stránce Eurosprites. Je zde i video samotného úkazu.

TLE se projevují i v radiové oblasti a vydávají něco podobného jako je hrom u troposférických blesků. Ten je zachytitelný až na vzdálenosti 15 tisíc km a to v oblasti velmi krátkých vln. Na obrázku je křivka zvuku Red sprites z Polské stanice Hylaty (Janusz Mlynarczyk), kde jsou odezvy zdrojových CG+ troposférických bleskú a mezosférických Red sprites. Zvláštností je poslední pík. Jde o dozvuk nejsilnějšího CG+ po oběhu kolem Země. Zde video Red sprites (30. května 2013) z Nýdku a zvuk spritu zachycený na univerzitě Bath v Anglii (Martin Fullekrug).

Amplitůdy troposferických a mezosferických blesků. Autor: Janusz Mlynarczyk
Amplitůdy troposferických a mezosferických blesků.
Autor: Janusz Mlynarczyk

Nyní už víme, jak tyto „nadoblačné blesky“ vypadají a teď se podíváme, jakým způsobem je tedy můžeme pozorovat a kde se vyskytují.

Jak pozorovat TLE?

V první řadě potřebujeme vhodné podmínky. Tím se myslí především bouřkový komplex (MCS nebo MCC), který je od nás vzdálen tak, abychom mohli bez obtíží vidět nad bouři. Doporučená vzdálenost je z důvodu větší jasnosti a rozlišení úkazu alespoň 200–400 km, ale podle podmínek to může být méně i více. Spodní hranicí vzdálenosti určuje oblačnost ze samotné bouře a horní vzdálenost výška obzoru. Horní hranice se může pohybovat kolem 700–800 km. Je jasné, že tyto jevy lze pozorovat jen v noci a nejlépe bez světelného smogu od velkých měst (toto je problém u focení DSLR, kamerám světelné znečištění nevadí). Dále potřebujeme přiměřeně bezoblačný výhled na bouři (oblačnost typu cirrus a cirrostratus sprity přesvítí). TLE jde pozorovat v ČR celoročně. Hlavní pozorovací sezóna ve střední Evropě je od května do září s možným prodloužením období aktivních bouří v měsících duben a říjen. Po zbytek roku pozorujeme většinou bouřky nad jihem Evropy a jen zcela vyjímečně se může objevit TLE aktivní bouře zimního typu ve střední Evropě.

Red sprites a atmosféra Země. Autor: Martin Popek
Red sprites a atmosféra Země.
Autor: Martin Popek
Red sprites. Poměr vzdálenosti a výšky nad obzorem. Autor: Martin Popek
Red sprites. Poměr vzdálenosti a výšky nad obzorem.
Autor: Martin Popek
Vzdálený a blízký Red sprites. Autor: Martin Popek
Vzdálený a blízký Red sprites.
Autor: Martin Popek

Z uvedeného textu vyplývá, že samotné podmínky pro případné pozorování můžou nastávat jen velmi zřídka pro DSLR, ale kamerové systémy jsou na tom o dost lépe – cca 2–4× za rok pro DSLR a 20–40× pro kamerové systémy. I když budeme mít štěstí na vhodné podmínky, ani zdaleka nemusíme mít vyhráno. TLE se nevyskytují vždy, a tak se velmi snadno dostaneme do situace, kdy se nad bouří zrovna nic neodehrává, nebo se díváme u rozsáhlých systému bouřek ve špatném směru.

Proto v roce 2013 Maďarský pozorovatel Jozef Bór založil facebookovou TLE stránku pod názvem International Observers of Upper-Atmospheric Electric Phenomena, kde pozorovatelé TLE dávají mimo jiné i včasné výstrahy o pozicích TLE aktivních jader.
ZDE.

Radar + blesky. Autor: CHMI
Radar + blesky.
Autor: CHMI
MCS bouře Autor: EUMETSAT/CHMI.
MCS bouře
Autor: EUMETSAT/CHMI.
Detekce blesků. Autor: Blitz
Detekce blesků.
Autor: Blitz
ESTOFEX. Autor: ESTOFEX
ESTOFEX.
Autor: ESTOFEX

Zde přibližně meteorologické charakteristiky bouří, jenž vytvařejí Red sprites (TLE) nad střední Evropou, ale i v tomto se mohou vyskytovat výjimky:

  • Oblačné vrcholky Sprites aktivních bouří dosahují výšky až 10–12 km. To odpovídá nejchladnějším vrcholkům mraků v rozmezí teplot mezi −55 °C až −65 °C.
  • Typ bouří MCS, MCC a v menší míře možná i SQL. Bouře s ustupující bleskovou aktivitou a jádry v pozdní fázi vývoje.
  • Jednotlivých pozorování Red sprites jsou v čase zvýšeného výskytu CG+ a CC blesků s poměrně vysokými špičkovými proudy.
  • Více identifikovaných Sprites zdrojových blesků dochází v regionech bouří, kde je menší radarová odrazivost mezi 25 dBZ až 35 dBZ a nejsou pozorovány v oblastech s nejvyšší odrazivosti.
  • Rozložení hodnot radarové odrazivosti naznačuje vznik Sprites v zadním stratiformním regionu jednotlivých MCS bouří.
Evropa. Autor: Jozsef Bór
Evropa.
Autor: Jozsef Bór

Meteorologická data vhodná pro orientaci a předpovědi místa možných TLE bouří:

Blitzortung – Data z detektoru blesků vhodná pro nastavení směru azimutu za pomocí kompasu.
Družice MSG – Pomocí snímků z této družice můžete vyhledat vhodnou MCS bouři.
EUMETSAT
WWLLN – Detekce blesků a oblačnost pro pozorovatele mimo Evropu.
Estofex – Předpověď bouřek v Evropě.

Když už máme štěstí na vhodné podmínky, potřebujeme k úspěšnému zaznamenání také vhodnou techniku.

Doporučené vybavení

1. možností jsou pro nás dnes již hojně rozšířené a cenově dostupné digitální zrcadlovky – DSLR. Na značce ani zařazení přístroje již moc nezáleží. Každý přístroj je dnes schopen nastavení vysokého ISO (1600 a víc) bez dramatické úrovně nepříjemného šumu. Důležitou součástí je však světelný objektiv se světelností ideálně kolem f/1,4 a tou nejdůležitější jsou vhodné pozorovací podmínky bez velkého světelného znečištění. Úspěšnost je však velmi malá a pokud budete mít štěstí, zachytíte jen velmi malý zlomek TLE z aktivní bouře.

Kamery. Autor: Martin Popek
Kamery.
Autor: Martin Popek

2. velmi úspěšnou variantou je pořízení speciální vysoce citlivé kamery (průmyslové bezpečnostní kamery) s k tomu vhodným světelným objektivem. Nejvíc se používá kamera Watec 902H2 Ultimate (rozlišení 720×576 px). Jsou zde i levnější varianty, kterou pozorují pozorovatelé meteorů. Sony Effio VE-6047EF/0SD (rozlišení 960×582 px zmenšené v programu UfoCapture na 720×576 px) a KPF 131HR (rozlišení 500×582 px). U těchto kamer je třeba odstranit IR filtr z CCD čipu. Cena obou alternativ je ve srovnání s kamerou Watec jen 20–30procentní, ale zhruba na stejné procento je snížena úspěšnost v počtu zachycených TLE u středně a vzdálených bouří. Je zde i možnost nejdražší varianty s možnosti digitálního nastavení kamery (Watec 910HX). Tato kamera má stejný čip co verze 902H2, ale díky digitálnímu nastavení zde není problém s páskováním obrazu, hot pixly a kamera netrpí přepalem obrazu jasných části sprites. Rozdíly v kamerách na složeném snímku při pozorování stejné skupiny Red sprites o velmi blízké vzdálenosti (pod 200 km) a mimořádném jasu (až −8,3 mag) hlavního spritu.

Srovnání kvality obrazu kamer. Autor: Martin Popek
Srovnání kvality obrazu kamer.
Autor: Martin Popek

Nastavení manuální kamery Watec 902H2 Ultimate:

  • BLC-všechny páčky dolu
  • SHUTTER-8
  • GAMMA-OFF
  • AGC-LO

Nastavení (digitální) kamery Watec 910HX:

Nastavení kamery Watec. Autor: Martin Popek
Nastavení kamery Watec.
Autor: Martin Popek

Nastavení (digitální) kamery Sony Effio VE-6047EF/0SD:

Nastavení kamery Sony Effio. Autor: Martin Popek
Nastavení kamery Sony Effio.
Autor: Martin Popek

Objektivy nejlépe manuální megapixelové Computary 8–12 mm velmi světelné kolem F 0,8–1,4. V případě více kamer doporučuji na jednu kameru použít objektiv o větším zoomu. Zde srovnání stejné skupiny sprites z objektivy Computar 8/1,3 a Super Takumar 50/1,4 (u starých objektivu na M42 závit je třeba vyrobit redukci o délce 30 mm). Objektiv o větším zoomu (50 mm) zvýší možnost zachycení méně jasných TLE nebo jednotlivých slabších částí Spritu o přibližně 3–4 magnitudy!

Red sprites z 8mm a 50mm objektivu. Autor: Martin Popek
Red sprites z 8mm a 50mm objektivu.
Autor: Martin Popek

Dalším článkem pozorovacího systému je převaděč signálu z analogové kamery do digitálního tvaru, který dál putuje do počítače. Jako velmi kvalitní a cenově dostupný se osvědčil Dazzle DVC. Bohužel tento typ se momentálně přestál vyrábět, ale stále je běžně k sehnání na aukčních webech Aukro nebo Ebay.

Kamera a převaděč Dazzle. Autor: Martin Popek
Kamera a převaděč Dazzle.
Autor: Martin Popek

Nezbytnou součástí vybavení na lov TLE je speciální software UFO Capture V2 s možností zakoupení.
ZDE

A stálé připojený a dostatečně výkonný počítač. Zde doporučené minimální parametry počítače tvůrcem detekčního programu:

  • UFOCapture vyžaduje rychlé CPU a HDD.

  • CPU> Pentium M 2,0 GHz.

  • HDD> 5400 40 GB interní disk.

  • Windows XP, 7, 8.

Nastavení UfoCapture:

Nastavení UfoCapture. Autor: Martin Popek
Nastavení UfoCapture.
Autor: Martin Popek

Nastavení UfoAnalyzer:

UfoAnalyzer. Autor: Martin Popek
UfoAnalyzer.
Autor: Martin Popek

Články a pozorování z TLE projektu:
A sequence of sprites – an analysis of ELF signals and optical recordings
Optical observations of sprites supported by OST images
Článek Rekordní bouře v časopise Kozmos
Meteorological characteristics of red sprite producing thunderstorms above Hungary
ELF Electromagnetic Signatures of Sprites Observed at Short Distances
Přechodné světelné úkazy související s bouřkovou činnost
Optically perceptible characteristics of sprites observed in Central Europe in 2007–2009
Video observation of Drakonids 2011 from Italy
The importance of the receiver transfer function in the interpretation of ELF pulses related to Transient Luminous Events
Red sprites (Spaceweather.com)

Projekt – T.L.E. – Transient Luminous Events na Amateur Stormchasing Society

TLE na ČT24 v pořadu Turbulence

Články autora na Astro.cz




O autorovi



39. vesmírný týden 2016

39. vesmírný týden 2016

Přehled událostí na obloze od 26. 9. do 2. 10. 2016. Měsíc bude v novu. Venuše, Mars a Saturn najdeme večer stále jen nízko nad obzorem. Neptun a Uran můžeme pozorovat celou noc. Na ranní obloze můžeme před svítáním pozorovat kužel zvířetníkového světla do něhož před východem Slunce stoupá planeta Merkur a bude zde také srpek Měsíce.

Další informace »

Česká astrofotografie měsíce

Pradědovy Perseidy 2016

Píše se rok 258, 10. srpen. Na rošt nad horké uhlí je položen správce chrámové pokladny před několika dny popraveného papeže Sixta II a je opékán zaživa. Po chvíli volá: „Z jedné strany jsem již opečený, pokud mě chcete mít dobře udělaného, je čas mě otočit na druhou stranu.“ Toto utrpení podstoupil

Další informace »

Poslední čtenářská fotografie

ISS

Stanice ISS nízko nad JV obzorem,začínají večerní přelety nad ČR.

Další informace »