Úvodní strana  >  Články  >  Úkazy  >  Jas zeleného záblesku při západu Slunce ovlivňuje tloušťka ozónové vrstvy

Jas zeleného záblesku při západu Slunce ovlivňuje tloušťka ozónové vrstvy

Zelený záblesk nad Pacifikem.
Autor: Petr Horálek.

Během západu a východu Slunce lze za velmi čistého ovzduší sledovat atmosférický úkaz známý jako „zelený záblesk“. Ukazuje se díky atmosférické refrakci – rozdílného lomu jednotlivých barev viditelného slunečního spektra – v zemské atmosféře. Nejkratší ještě k pozorovateli „proniknutelná“ viditelná vlnová délka, tedy zelená, se ukáže na zlomek sekundy při pozorování z rovníkových oblastí a naopak i na několik minut při polárním východu či západu Slunce. Britský fyzik a emeritní astronom Evropské jižní observatoře (ESO), Robert Fosbury, se s námi podělil o několik zajímavých poznatků týkajících se intenzity zeleného záblesku v závislosti na síle ozónové vrstvy. Článek je volným překladem jeho poznatků uvedených na flickerovém účtu.

Ze 13. července 2020: Pokusil jsem se simulovat vliv ozónové vrstvy na intenzitu zeleného záblesku. V úvahu jsem pro lepší simulaci vzal vyšší hodnoty hustot ozónové vrstvy, než jaké máme v zemské atmosféře. Důvodem je snaha lépe nasimulovat lom, rozptyl i absorpci slunečního záření ozónem, vodou a tetraoxygenem a jejich vliv na vzhled zeleného záblesku.

Modrá záblesk zachycený při západu Slunce z observatoře Paranal. Autor: G. Blanchard/ESO
Modrá záblesk zachycený při západu Slunce z observatoře Paranal.
Autor: G. Blanchard/ESO
Již v dubnu 2018 jsem provedl první měření ukazující na vliv ozónu na posun červené a zelené složky slunečního světla při jeho západu / východu a vznik zeleného záblesku. Také jsem vysvětlil, že za vzácných podmínek s velmi nízkým obsahem atmosférického aerosolu a dokonalým gradientem atmosférické teploty může sluneční paprsek procházející atmosférou k pozorovateli při západu / východu Slunce vést k vysoké efektivní délce dráhy ozónovou vrstvou mezi nadmořskou výškou asi 12 a 40 km. Taková kombinace vysoké průhlednosti a vysoké hustoty sloupce ozónu může vést k posunutí barvy zeleného záblesku směrem k modré a vytvořit velmi zřídka viděný „modrý záblesk“. Viz nádherná fotografie Guillaume Blancharda na Evropské jižní observatoři v Paranalu v Chile. Tento obrázek byl pořízen od Paranalu v nadmořské výšce téměř 2 600 metrů.

Níže uvedená animace používá model atmosférické extinkce (rozptyl + absorpce) pro ilustraci spektrálního chování za podmínek, kdy lze očekávat zelený záblesk. To je obvykle pohled z vysokého kopce či vrcholu nějaké hory na jasný oceánský horizont v momentě, kdy převládající vítr nad oceánem má velmi nízký obsah aerosolu. (animace se otevře v novém okně)

Ozone absorption enables the Green Flash

K simulaci je nutné brát v úvahu míru tzv. atmosférické extinkce, resp. to, co ji ovlivňuje. Atmosférická extinkce je zeslabení světla kosmického tělesa zemskou atmosférou v závislosti na jeho aktuální výšce nad obzorem. Jistě každý ví, že čím je níž Slunce, tím září méně intenzivně. Stejně tak Měsíc nízko nad obzorem svítí slabě a až vystoupá, je výrazně jasnější. Dvě relevantní proměnné v extinkčním modelu jsou obsah aerosolu v atmosféře aa předpokládaná hustota vrstvy ozónu. Pro rozptyl paprsků a aerosolů jsem použil relaci v knize Astrofyzikální Počty (Astrophysical Quantities, 3. vydání) od C. W. Allena, The Athlone Press, 1973. Pro průřezy molekulární absorpce používám relevantní data ze studií Molekulární spektroskopie a chemické kinetiky na IUP University v Bremenu.

Graf: Zesílení zeleného záblesku v závislosti na tloušťce ozónové vrstvy. Autor: Robert Fosbury
Graf: Zesílení zeleného záblesku v závislosti na tloušťce ozónové vrstvy.
Autor: Robert Fosbury
Graf ukazuje spektrum od UV až do blízkého infračerveného záření Slunce nad zemskou atmosférou (šedá čára) převzaté z kalibrační databáze Hubbleova Vesmírného Teleskopu. Vzhled Slunce s refrakčním středem na horizontu je znázorněn jako spektrum modré čáry. Pro účely této simulace je obsah aerosolu považován za pouhých 10% toho, co se považuje za normální čistou atmosféru, tj. velmi čistý vzduch. Můj extinkční model nezahrnuje jiné absorpční linie než od ozónu, uvažuji tedy zejména vodu, molekulární kyslík a tetraoxygenu. Tzv. Kolizně Indukovaná Absorpce (Collisionally Induced Absorption – CIA) z tetraoxygenu skutečně přispívá k zjasnění zeleného záblesku, neboť se podepisuje na jevu známém jako Chappiusova absorbce v ozónu – tedy propustnost kratších vlnových délek zemskou atmosférou.

Normální obsah ozónu v atmosféře by měl mít tloušťku přibližně 3 mm nad hladinou moře (standardní teplota a tlak). Ozón však není distribuován atmosférou rovnoměrně. To znamená, že obvyklý způsob výpočtu dráhy slunečního světla procházející atmosférou v různých nadmořských výškách není dobrým vyjádřením hustoty ozónové vrstvy. Dále je třeba uvažovat různé vrstevní teplot v atmosféře. Když je Slunce na obzoru, lom jeho světla v atmosféře v různých teplotních vrstvách může vést sluneční paprsek různými cestami, které mohou mít za následek delší než normální průchod ozónovou vrstvou. Proto se na standardní modely nedá spoléhat.

Zde uvedená animace ilustruje účinek zvýšení efektivního obsahu ozónu ve slunečním světle na obzoru z nuly po krocích odpovídajících standardnímu tloušťce ozónu 3 mm až k desetinásobku této hodnoty. Pochopitelně horní limit hodnot je již nereálný, takové tloušťky ozon nedosahuje, uvádím ji jen pro lepší pochopení na teoretické bázi. Jak animace postupuje, všimněte si, že nejprve projeví se Chappiusova absorbce v oranžové části spektra. Čím je pak ozón tlustší, křivka se prohlubuje, což má za následek jasné oddělení červeného a zeleného světla od Slunce. Diferenční lom atmosféry pak může vést k jasnému prostorovému oddělení zelené části slunečního záření od červené a oranžové. A zde tedy vidíme zvýraznění zeleného záblesku na tloušťce ozónu. Všimněte si však také, že zvyšující se absorpce vede k tomu, že se zelený pás výrazně pohybuje směrem k modré, což může vysvětlit jev vzácného modrého záblesku.

Zelený záblesk zachycený z observatoře ESO Paranal. Autor: G. Hüdepohl (atacamaphoto.com)/ESO
Zelený záblesk zachycený z observatoře ESO Paranal.
Autor: G. Hüdepohl (atacamaphoto.com)/ESO
Otázkou zůstává, co vede k vzácnějšímu modrému záblesku. Atmosférický fyzik Andy Young se domnívá, že přechod ze zeleného na modrý blesk může být výsledkem velmi nízkého obsahu aerosolu, viz tato práce. Young dodává, že proces v atmosféře vedoucí k mnou modelovaným podmínkám je stále nepochopen. Tedy nemůžeme např. z předpovědi počasí a rozptylových podmínek či míry aerosolu v atmosféře zcela jistě předpovědět, že na daném místě uvidíme a zaznamenáme tak či onak jasný zelený či dokonce modrý záblesk. Je ale jasné, že výrazně větší šance na zpozorování jasného zeleného modrého záblesku budeme mít z vysokých nadmořských výšek než například z nějaké pláže. Dokud nebude možné prozkoumat dobrá spektroskopická pozorování tohoto jevu, bude obtížné skutečně posoudit relativní přínosy refrakce, rozptylu a absorpce k tomuto složitému a fascinujícímu jevu. Každopádně je to rozhodně fotograficky-vědecká výzva pro každého z nás!

Zdroje a doporučené odkazy:
[1] Robert Fosbury - Vědecké publikace
[2] Robert Fosbury - Wikipedie

Převzato: Robert Fosbury - Flickr



O autorovi

Redakce Astro.cz

Redakce Astro.cz

Redakce Astro.cz je tu od roku 1995, kdy stránky založil Josef Chlachula. Nejaktivnějším přispěvovatelem je od roku 2003 František Martinek. Šéfredaktorem byl v letech 2007 - 2009 Petr Kubala, v letech 2010 - 2017 Petr Horálek, od roku 2017 je jím Petr Sobotka. Zástupcem šéfredaktora je astrofotograf Martin Gembec. Facebookovému profilu ČAS se z redakce věnuje především Martin Mašek. Nejde o výdělečný portál. O to více si proto vážíme Vaší spolupráce! Kontakty na členy redakce najdete na samostatné stránce.

Štítky: Ozonová díra, Modrý záblesk, Zelený záblesk


39. vesmírný týden 2020

39. vesmírný týden 2020

Přehled událostí na obloze a v kosmonautice od 21. 9. do 27. 9. 2020. Měsíc bude v první čtvrti. Večer jsou nízko nad jihem Jupiter a Saturn, po půlnoci je velmi vysoko nad jihovýchodem Mars a nad ránem je vidět jasná Venuše. Na ranní obloze je vidět slabý kužel zvířetníkového světla. Nastává rovnodennost, začíná astronomický podzim. Aktivita Slunce je nízká. Zaznamenán byl jeden úspěšný čínský start, dva americké potkal odklad. Před 90 lety se narodil americký astronaut John Young, který letěl v lodích Gemini a Apollo a stihl i první lety raketoplánu.

Další informace »

Česká astrofotografie měsíce

Expedícia Perzeidy 2020

Titul Česká astrofotografie měsíce za srpen 2020 získal snímek „Expedícia Perzeidy 2020“, jehož autorem je Robert Barsa   Slzy svatého Vavřince. Pravděpodobně jste toto pojmenování někdy slyšeli. Kdo byl svatý Vavřinec a proč o něm píšeme v tomto textu? Každý rok, okolo

Další informace »

Poslední čtenářská fotografie

Jupiter

Foceno afokalne mobilem přes Bresser AR 152/760 mm okular 7 mm

Další informace »