„Manuál na skřítky“

O intenzitě aktivity nejlépe vypovídá graf za období červen až srpen 2017. Martin Popek zachytil 825 nadoblačných blesků v 62 TLE aktivních bouřích, Daniel Ščerba zaznamenal na 141 nadoblačných blesků, z toho přes 50 fotograficky. Podařilo se tak nasbírat mnoho důležitých záznamů a informací, včetně vizuálních pozorování.

V jaké výšce lze spatřit rudé skřítky vůči vzdálenosti pozorovatele od aktivní bouře?

Jedná se o rozsáhlou otázku, jelikož se rudí skřítci vyskytují jak v samostatných výbojích, které mohou být v řádech jednotek kilometrů, tak ve skupinách. Skupiny výbojů mohou čítat šíři i desítky kilometrů, ve výjimečných případech se může jednat o silný výboj o šířce i sta kilometrů! Každý výboj je specifický a tak nelze určit úplně přesné údaje. Rudí skřítci se zpravidla vyskytují většinou za jádrem bouře nebo v rozsáhlých stratiformních oblastech, což přesnější zaměření ještě více komplikuje.

Ale pro prvotní zaměření výšky a směru pravděpodobného výskytu výboje je nejvhodnější se zaměřit nad jádro bouře a sledovat i její okolí.

Pro usnadnění byla vytvořena tabulka, ve které jsou použity modelové situace samostatného výboje o šířce 5 km a skupiny výbojů o šířce 50 km. Tyto výboje jsou v nejběžnějším výškovém rozsahu 50–90 km, z toho hlavní část – tělo – se nachází ve výšce mezi 60–80 km. Pro nejpřesnější zaměření výboje je v tabulce sloupec s označením střed. Jedná se tak o nejpravděpodobnější bod, vůči dané vzdálenosti, kde je největší možnost skřítka zaznamenat.

Jak daleko lze pozorovat rudé skřítky?

U velmi vzdálených pozorování záleží na čistotě ovzduší, tepelném vlnění, světelných podmínkách a členitosti terénu.

Čistota ovzduší

Je třeba brát v úvahu složení vzduchu, zejména množství prachu, smogu apod.

Důsledek takového znečištění lze uvést na příkladu s naším Měsícem. Když je Měsíc nízko nad obzorem, lze na něm pozorovat rudé až oranžové zbarvení, které se s postupující výškou mění v nažloutlé až bílé. Je to způsobeno tím, že světlo, které k nám přichází v úrovni horizontu, protíná nejvíce přízemní atmosféry, která je také nejvíce znečištěná a tvoří „barevný ztemňující filtr“. Kdežto při pohledu nad sebe protíná světlo atmosféru kolmo a tak prochází jen minimálním znečištěním.

Rozdíly teplot v atmosféře

I tepelné vlnění atmosféry (seeing) může výrazně škodit a to především u velmi vzdálených pozorování. Jedná se o fyzikální jev, který je velkým nepřítelem především pro astrofotografy. Vzniká promícháváním vzduchu sestupnými chladnými proudy a vzestupnými teplými proudy, které stoupají z vyhřátého povrchu země. Seeing bývá nejintenzivnější především večer, kdy jsou rozdíly teplot mezi povrchem země a chladnou masou vzduchu ve větších výškách nejvýraznější. Naopak nad ránem, kdy jsou teploty povrchu země a okolním vzduchem nejmenší, je seeing nevýrazný. Seeing se nejvíce projevuje při delších expozicích, kde obraz rozmazává. V případě velmi krátkého záblesku skřítka u blízkých vzdáleností je seeing neparný. Při vizuálním pozorování si tohoto rušivého jevu vůbec nepovšimneme. V případě videozáznamu, kde bychom měli detail skřítka na celý záběr, bychom viděli jen lehce deformovanou (zvlněnou) strukturu. Jednalo by se ale o zanedbatelné znehodnocení záběru. Pokud se ale výboj nachází velmi daleko a je tím pádem nízko nad obzorem, může být seeing tak výrazný, že obraz bude rozmazaný i na videozáznamu.

V případě, že bychom skřítky fotografovali, je tento rušivý jev také znát, neboť délka expozice samotný jev ve výsledku rozmaže. Z tohoto důvodu je dobré používat co nejkratších časů expozice. Stejně jako s čistotou ovzduší platí, že čím níž sledujeme skřítky, tím víc protínáme atmosféru a tepelného vlnění je více, než při pohledu nad sebe. V kombinaci silného znečištění vzduchu a výrazného seeingu se kvalitní pozorování krátí i o stovky kilometrů.

Mraky mohou být i užitečné

Samozřejmostí dobrého sledování je také čisté nebe bez mraků v pozorovaném směru. Nebo alespoň skulinky v mracích, kde by bylo možno skřítka zaznamenat. Mnohdy se nad hlavou může rozléhat hustá oblačnost, kde by si člověk řekl, že na nebi nemá cenu cokoli pozorovat, ale opak může být pravdou. Pokud je na obzor vidět a mraky tam nezasahují, může být oblačnost nad námi i prospěšná, například pokud svítí Měsíc. Ten může především při vizuálním pozorování značně zkrátit vzdálenost pozorování a to především v době okolo novu, nebo pokud se nachází v blízkosti směru pozorování. O něco méně vadí při fotografickém zachycení jevu, je tak třeba používat kratších časů expozice, aby jev vynikl.

Pokud pořizujeme záznam za pomocí vysokocitlivé kamery* do PC, je Měsíc neškodný. To především z toho důvodu, že záznam je tvořen desítkami snímků za sekundu a jas Měsíce tak nepřepálí krátkou expozici a záblesk rudého skřítku je dostatečně jasný, aby byl dobře zachycen. V takové kombinaci může být Měsíc krásným estetickým doplňkem, kdy osvítí krajinu a jev tak v okolí krásně vynikne.

Stejné podmínky platí i v případě světelného znečištění. Při pořizování videozáznamu nám téměř neškodí, ale při vizuálním pozorování a především fotografickém zachycení je světelné znečištění velkou překážkou. V jasném pozadí se tak jev může doslova ztratit, při vizuálním pozorování rudého skřítka snadno přehlédnete. Na fotografiích bude jev nevýrazný a lehce se v šumu ztratí, v lepším případě půjdou vidět slabé náznaky.

I dokonalý obzor má své limity

Pozorování vzdálených skřítků je ovlivněno zakulacením Země a také členitým terénem.

Pokud bychom měli ideální horizont jako např. moře, bylo by možné zachytit rudého skřítka maximálně do vzdálenosti okolo 1000 km v závislosti na velikosti samotného jevu. To proto, že jev dosahuje své maximální výšky a při větší pozorovací vzdálenosti by se nacházel již pod horizontem…

Spatřit rudého skřítka na takovou vzdálenost vizuálně je již pro lidský zrak nemožné. Jev by byl velmi malý, málo jasný a lidský zrak je ve tmě na červené spektrum málo citlivý.

Z fotografického hlediska se jedná také o těžko dosažitelný cíl. I kdybychom použili velmi světelný objektiv s úzkým ohniskem a kvalitní fotoaparát, překážkou by byly vlastnosti atmosféry. Znečištění ovzduší, tepelné vlnění atmosféry, světelné znečištění a další faktory by fotografii značně znehodnotily a výsledek by nebyl uspokojivý. Takže ani nemá cenu se pokoušet vyfotografovat skřítka na tak obrovskou vzdálenost.

V případě, že používáme vysokocitlivou kameru*, šance jsou již velké. Vlastnosti takové kamery spolu s použitým světelným objektivem umožňují zachytit slabý záblesk. Pokud jsou dobré atmosférické podmínky, může vyniknout i jeho struktura.

Výhody horizontu

Výhodou horizontu je naopak schopnost udržet zrak v ideální oblasti, kde se rudí skřítci vyskytují. Při vzdálených bouřích se jejich pozice mění jen velmi pomalu. Lze si tak díky terénu a překážkám upřesnit jejich stávající lokalitu. Vzhledem k citlivosti lidských očí v nočním prostředí lze zrak hůře udržet ostrý a v hvězdném pozadí se pozornost často od pozorovaného bodu odpoutá. Je tedy vhodné využít v terénu stacionární překážky: stromy, budovy, komíny, antény atd., které leží alespoň poblíž pozorované linie, a zaostřit zrak právě na ně. Tím dokážeme udržet zrak ostrý a také tolik neunavíme oči.

Terén a překážky nám ale především pomohou se směrovou orientací. Pokud pozorujete skřítky z jednoho stanoviště, je dobré si vytvořit mapu, kde budete mít určené směry. Je vhodné si určit takové překážky, které ve tmě tvoří siluety – jasně pak rozpoznáte, o jaký objekt se jedná. Když si určíme tyto překážky, můžeme začít tvořit mapu. Postačí nám k tomu obyčejný program Malování, webová stránka s virtuální mapou a pak už jen trochu šikovnosti.

Při tvorbě mapy, ideálně v režimu leteckých snímků, si tak můžeme přesně načrtnout linii od místa pozorování přes záchytnou překážku v terénu a linii protáhnout do vzdálenosti, v jaké jsme ještě schopni rudé skřítky zaznamenat. Je vhodné mít tuto linii alespoň o 50 km delší: pokud by daným směrem postupovala bouře směrem k nám, dokážeme tak dle vývoje odhadnout, za jak dlouho se do pozorovatelné vzdálenosti může dostat. Tyto linie si pak do Malování překreslíme a pojmenujeme si u nich překážky, od kterých se směr odvíjí. Další pomůckou je terč, který si do mapky zakreslíme. Vzdálenosti si odměříme podle měřítka, které je součástí mapy. Aby nebyla mapa příliš nepřehledná, je nejlepší variantou vzdálenost odstupňovat každých 50 km.

V mapě máme zakreslená velké města a další orientační prvky, díky kterým se můžeme nejsnáze zorientovat. Je tak třeba sledovat online bouřkové radary (ideálně: http://www.lightningmaps.org) a dle nejbližšího velkého města, jezera, hranic a dalších záchytných bodů na mapě si tak odvodit směr od vytvořené mapky. Stejně tak si v mapce spočítáme vzdálenost a díky tabulce si určíme výšku, kde se skřítek nejpravděpodobněji vyskytuje.

Tato mapka ve spojení s tabulkou je v praxi velkým pomocníkem a ušetří spoustu času.

Chytrý telefon – dobrý pomocník

Dnešní mobilní telefony a jejich aplikace nám přináší spoustu výhod. Díky aplikacím jako kompas a vodováha si můžeme určit směr a výšku. Existuje spousta aplikací na tyto funkce a některé fungují i ve spojení s integrovanou kamerou v mobilu a ukazují přesné stupně i s obrazem. Můžeme tak na displeji vidět konkrétní terén a zároveň i výšku a směr. Jelikož některé aplikace, případně i detekční součástky v mobilu nemusí být dokonale přesné, je dobré si aplikace odzkoušet se skutečnou vodováhou, kompasem atd. Mohou se tak projevit odchylky, se kterými pak musíme v praxi počítat.

Jestliže budete pozorovat skřítky za pomocí techniky, je dobré si na zařízení vyrobit jednoduchý držák. Opět nám to pomůže s rychlejší přípravou.

Pokud tedy budou splněny ideální podmínky pro pozorování, je možno z našeho území vizuálně spatřit rudé skřítky i do vzdálenosti 550 km. Je třeba počítat s tím, že rudý skřítek se v takové vzdálenosti jeví jen jako slabý a spíše nahnědlý záblesk, bez konkrétní struktury. Větší jistotou i lepším zážitkem jsou skřítci pozorovatelní do 400 km. V případě fotografického zachycení lze jev zaznamenat i na vzdálenost 700 km. Při takové vzdálenosti ale nepůjde vidět struktura ani výraznější detaily. Hraniční limit pro kvalitnější snímek je vzdálenost 600 km.

Pouze za pomocí vysokocitlivé kamery* jsme schopni zaznamenat kvalitní záběr na opravdu maximální možnou vzdálenost. Z našich podmínek se jedná o vzdálenost do 900 km, jelikož vzdálenější pozorování je již v úrovni horizontu a pod ním…

Výboj zvaný elf

Nejtajemnější a zároveň největší úkaz, který se na tisícinu sekundy zjeví ve výšce okolo 100 km nad zemí. Má tvar kruhu a nad Evropou se zjevuje jen velmi zřídka. Jeho rozloha může čítat i na 500 km, průměrně bývá široký okolo 350 km. Tato šíře je také modelovou situací v tabulce určující úhel pozorování vůči vzdálenosti pozorovatele od bouře.

Ač má tento výboj gigantické rozměry, jeho jas je natolik slabý, že ho lidské oko nedokáže zaregistrovat. Pokud bychom chtěli elfa vyfotografovat, máme také smůlu. I s kvalitní výbavou bychom museli ISO vyhnat na desetitisíce, použít velmi krátký čas do desetin sekundy a samozřejmě s co nejsvětelnějším objektivem o patřičném ohnisku v závislosti na vzdálenosti. Ve výsledné fotografii bychom nalezli jen slabé náznaky, jelikož by se v šumu ztratil. A tak nám zbývá jediná možnost k pozorování a to videozáznam na vysokocitlivou kameru*.

U blízkých bouří hlavu vzhůru!

Při pozorování klasických blesků u blízkých bouří nám stačí v podstatě jen pozvednout oči. Pokud bychom chtěli spatřit rudého skřítka, musíme se dívat mnohem výš nad bouřkové mraky. Zdá se to být mnohdy instinktivně nelogické vyhlížet výboj tak vysoko nad bouří někde mezi hvězdami. Vysvětlením je výškový výskyt jevu a zejména jeho šíře.

Bouře tak může být vzdálená od pozorovatele i 20 kilometrů a vyprodukuje nadoblačný blesk o šířce 50 kilometrů, který tak dosáhne až nad naši hlavu.

Vzhledem k tomu, že se rudí skřítci mohou vyskytovat na rozsáhlém území, je tak u blízkých bouří obtížné zaměřit se na přesnou výšku a především směr. Ale na druhou stranu může být jev natolik jasný, že ho stihneme zpozorovat a vidět i jeho dokonale krásnou a složitou strukturu.

Blízké setkání – silný zážitek

Pokud už člověk nad hlavou nebo v blízkém okolí spatří rudého skřítka, je to nezapomenutelný zážitek. I když jev trvá jen v řádech milisekund, vryje se do paměti. Neskutečně komplikovaná rudá struktura vláken, kořenů, větví a dalších nepopsatelných tvarů vyvolá údiv. Je tak zcela jasné, že tyto úkazy mají pohádková jména.

Je pravděpodobné, že naší předci v nich mohli vidět něco nadpřirozeného, v rámci milisekund se tak na obloze zjevovali gigantické nevysvětlitelné bytosti a člověk si ani nemohl být jist, zda to nebyl jen přelud, nebo skutečnost. Dnes díky pokročilé technice jsme schopni tyto jevy dokonale zaznamenávat a tak můžeme dát jen za pravdu, že jejich pohádkové jména jsou skutečně trefné.

Čas od času se může vyskytnout extrémně silný „supervýboj“. Bývá to ale velmi zřídka. „Superskřítky“ lze do roka napočítat na prstech jedné ruky, někdy se za celý rok nedetekuje ani jeden. V roce 2017 se ale jeden takový ukázal v Německu. Jeho jas byl tak obrovský, že struktura vynikla i na fotografii pořízené z Nízkých Tater, vzdálenost tak čítala 512 km. Autorem je astrofotograf Ondrej Králik.

* vysokocitlivou kameru lze také chápat jako digitální fotoaparát s velmi citlivým snímačem. Videozáznam z fotoaparátu je převáděn do PC se speciálním softwarem pro detekci změny jasu v pořizovaném záběru.

Rudý skřítek má více výrazů a onačení, jako např.: nadoblačný blesk, Red sprites (Rudý skřítek), „sprit“ atd.

Jak se rudí skřítci fotografují, se dočtete zde: https://www.astro.cz/clanky/ukazy/jak-se-fotografuji-prchave-nadoblacne-blesky.html?hledat=red%20sprite

Jak zaznamenávat rudé skřítky na vysokocitlivou kameru naleznete zde: https://www.astro.cz/clanky/ukazy/pozorovani-vzacnych-nadoblacnych-blesku-2-2-ceska-pozorovani.html?hledat=red%20sprite

Za konzultace a podporu děkuji Martinu Popkovi z ústavu fyziky atmosféry Akademie věd.

Zdroje a doporučené odkazy:
[1] Pozorování blesků v horních vrstvách atmosféry
[2] Bohatá sezóna nadoblačných blesků 2015
[3] Nadoblačné blesky pozorované, nie len v optickej časti spektra, ale aj na rádiových vlnách
[4] Jak se fotografují prchavé nadoblačné blesky?