 |
Úplné zatmění Slunce 29. března 2006
|
|
 |
Zatmění z pohledu družice Meteosat 8 (MSG-1) - detaily stínu
Eclipse images by Meteosat 8 (MSG-1) - shadow details
Družice MSG jsou sice určeny pro sledování počasí, ale na jejich snímcích lze sledovat a studovat i jiné jevy v atmosféře a na zemském povrchu. Hlavní výhodou je plošné pokrytí sledované oblasti. Přitom konkrétní místo na zemském povrchu je na snímcích stále na stejném místě (na stejném řádku a ve stejném sloupci). Oproti bodovým měřením z meteorologických stanic na zemském povrchu však mají družicová data mnohem horší časové rozlišení (1 snímek za 15 minut; automatické stanice mohou poskytnout nový údaj každých několik sekund) a menší přesnost měření (u radiační teploty řádově desetiny stupně; u pozemních měření řádově setiny stupně).
Při sledování přechodu měsíčního stínu přes zemský disk při
slunečním zatmění je pak rozumné studovat dvě veličiny:
1) úroveň osvětlení zemského povrchu slunečním zářením v některém
z kanálů VIS0.6, VIS0.8 nebo HRV
2) povrchovou teplotu odvozenou z měření infračerveného záření v kanálu
IR10.8 nebo IR12.0
U těchto veličin pak můžeme sledovat buď jejich plošné rozložení v daném čase (tedy na jednom družicovém snímku) nebo naopak jejich časové změny na jednom místě (tedy hodnotu konkrétního pixelu na sérii snímků). Nejsou to však veličiny přímo měřené a odvodit je lze jen za určitých předpokladů. Družice neměří množství záření dopadající na zemský povrch, ale množství záření odraženého, které pak doputuje až ke družici.
Vždy si proto musíme vybrat takovou zájmovou oblast, ve které se nevyskytuje oblačnost. To co chceme získat jsou totiž jakési pozaďové hodnoty, které oblačnost "negativně" ovlivňuje. Uvozovky jsou zde zcela na místě, neboť za normálních okolností je to naopak oblačnost, která nás zajímá. Kromě toho u sluněčního záření je zde ještě jedna neznámá, a to albedo zemského povrchu neboli poměr mezi odraženým a dopadajícím zářením.
Nejprve několik detailů stínu a jeho profilů na snímcích z kanálu VIS0.6. Abychom se vyhnuli problému s neznámým albedem povrchu, jiným pro každý pixel obrázku, byla zvolena pokud možno homogenní oblast, za jakou lze rozlehlé saharské písečné pláně jistě považovat.
Použita byla původní nekalibrovaná data. Hodnota pixelu je vyjádřená countem, tedy 10-bitovou celočíselnou hodnotou. Její vztah k množství záření odraženého zemským povrchem je pak lineární. Hodnota countu 51 odpovídá úplné tmě, ovšem v rámci přesnosti měření. Šero v pásu totality nepostačuje k tomu, aby count přeskočil na hodnotu 52.
|
Na tomto snímku z 10:00 UTC je zachycena poměrně velká oblast, rozlišení je zde sníženo na polovinu. Zřetelné ztmavnutí je však patrné jen v jádrové oblasti zatmění, kde je zakryto 70 a více procent slunečního disku. Oblast částečného zatmění sahá od Atlantiku po Arábii; v těchto okrajových oblastech je ale útlum slunečního záření na první pohled nepostřehnutelný. V pravém horním rohu je profil hodnot podél čáry vyznačené v obrázku. Křivka je až na několik zubů, způsobených terénem s odlišným albedem (tmavé skály místo světlého písku), víceméně symetrická. Pro úplnost uvádím, že o dvě hodiny dříve se v této oblasti pohybovaly hodnoty kolem 300. |
|
Zde je detail snímku z 9:45 UTC v plném rozlišení. Jedná se o středovou část měsíčního stínu. Je zde použit tzv. "color enhancement", česky barevné zvýraznění. Každé hodnotě pixelu je přiřazena určitá barva. Černá skrvna uprostřed odpovídá oblasti úplného zatmění. Čevená skvrna vpravo dole je Čadské jezero (tedy opět oblast s jiným albedem), podobně na pravém okraji nahoře je pohoří Tibesti. Ze snímku je patrné, že měsíční stín není kruhový, ale eliptický. Slunce zde totiž není v nadhlavníku a stín se tak na zemský povrch nepromítá kolmo, ale pod určitým úhlem. |
|
Opět snímek z 9:45 UTC, tentokrát dvakrát zvětšený. Oproti předchozímu snímku je použito trochu jiné barevné zvýraznění. Z řezu (je veden ve směru postupu stínu) je patrné, že intenzita záření se v centrální oblasti zatmění mění prakticky lineárně a celé zatmění je symetrické. Rozměr centrální oblasti, ve které družice neměří (v rámci přesnosti měření) žádné odražené záření, lze odhadnout asi na 220 km. Skutečná oblast úplného zatmění má průměr asi 190 km, je tedy o něco menší. |
Nyní několik grafů znázorňujících průběh radiační teploty a intenzity odraženého záření na dvou vybraných lokalitách, do kterých směřovala většina astronomických expedic z celého světa. První z nich je pobřežní oblast na egyptsko-lybijské hranici, druhou okolí tureckého městečka Side (rovněž na pobřeží).
|
Nejprve průběh radiační teploty na egyptském pobřeží. Tuto radiační teplotu lze v bezoblačných oblastech ztotožnit s teplotou zemského povrchu, nikoliv tedy s teplotou vzduchu. Amplituda denních změn teploty povrchu je větší než amplituda změn teploty vzduchu. Růžová křivka znázorňuje průběh radiační teploty na pevnině, modrá křivka průběh radiační teploty nad mořem. Obě místa jsou pak od sebe vzdálená jen asi 20 km. Zatímco moře díky své obrovské tepelné kapacitě teplotu během zatmění prakticky nezměnilo, nad pevninou se zřetelně ochladilo. |
 |
Tento graf ukazuje pro stejná dvě místa u egyptského pobřeží změny intenzity odraženého záření v kanálu VIS 0.6. Intenzita dopadajícího záření je na obou místech stejná, moře (obecně voda; červená křivka) má však oproti pevnině (modrá křivka) velice nízké albedo. |
 |
Zde jsou do jednoho grafu vyneseny změny obou veličin - radiační teploty (růžová křivka) i intenzity odraženého záření (zelená křivka). Obě mají obdobný průběh, je však mezi nimi fázový posun několika minut. Zemský povrch mění svou teplotu tak, aby se dostal do termodynamické rovnováhy, kterou narušuje měnící se intenzita dopadajícího záření. Toto přizpůsobení se však není okamžité. |
Na závěr obdobné grafy pro okolí tureckého Side. Počasí zde nebylo zas až tak ideální, pozorování samotného zatmění ale nakonec narušeno nebylo.
 |
Zde jsou vyneseny změny radiační teploty pro moře (modře), samotné Side (zeleně) a pro oblast dále ve vnitrozemí (červeně), které je velmi hornaté. Nepřekvapí tedy, že pobřeží je o něco teplejší než vnitrozemí. V době před zatměním bylo v této lokalitě víceméně jasno, postupně se ale nasouvala vysoká a střední oblačnost jako předzvěst blížící se teplé fronty. Přítomnost vysoké oblačnosti ovlivňuje radiační teplotu velmi výrazně (snižuje ji), proto jsou křivky v době po maximální fázi zatmění tak chaotické. Mění se podle toho, jak přecházely jednotlivé pruhy oblačnosti. |
 |
Do tohoto grafu je vynesena intenzita odraženého slunečního záření v kanálu VIS0.6 pro moře (žlutě), samotné Side (modře) a pro vnitrozemí (růžově). Pro porovnání je zde navíc pro samotné Side stejná křivka odvozená z kanálu HRV. Profil křivky je prakticky identický, liší se ale hodnoty countů. Jedná se o dva různé kanály, při přepočtu na fyzikální jednotky používají různé kalibrační konstanty a ani pak je nelze přímo porovnávat, neboť dopadající sluneční záření v nich má různou intenzitu. Povšimněte si, že přítomnost vysoké oblačnosti zde měření téměř neovlivnilo. Vysoká cirrovitá oblačnost je pro sluneční záření téměř průhledná, pohlcuje či odráží jen zlomek záření. |
