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


32. vesmírný týden 2022

32. vesmírný týden 2022

Přehled událostí na obloze a v kosmonautice od 8. 8. do 14. 8. 2022. Měsíc bude v úplňku. Planety Jupiter, Saturn a Mars jsou vidět již o půlnoci, ale stále je ideální je pozorovat až v druhé půlce noci a ráno. Aktivita Slunce je nízká. Nastává maximum meteorického roje Perseid, ale ruší je svit Měsíce v úplňku. Zažili jsme šest startů raket během 20 hodin. Čtyři mise mířily na oběžnou dráhu, jeden let byl suborbitální a jedna raketa vynesla sondu na cestu k Měsíci. Před 60 lety se uskutečnil simultánní let kosmických lodí Vostok 3 a Vostok 4. Před 145 lety byl objeven měsíc Marsu nazvaný Deimos.

Další informace »

Česká astrofotografie měsíce

ISS a Slnko

Titul Česká astrofotografie měsíce za červenec 2022 získal snímek „ISS a Slnko“, jehož autory jsou Miroslav Grnja a Zdeněk Bardon     První malé, druhé obrovské. I když pro nás i to první je obrovské. Jako fotbalový stadion. A to druhé? Celá Země by se do něho vešla na

Další informace »

Poslední čtenářská fotografie

Ranní západ Měsíce

Šišatý barevný Měsíc pomalu zapadá za obzor

Další informace »