Zatmění Slunce 1999 v Evropě – měření osvětlení a teploty

Několik krátkých minut, během kterých nastává úplné zatmění Slunce, bývá zcela využito na nejrůznější astronomická pozorování. Nejcitelněji se však člověka (také zvířat a rostlin) dotýká enormní pokles sluneční radiace během zatmění a s ním související další jevy. Těmi jsou například pokles teploty vzduchu, změny směru a rychlosti větru a vlkosti vzduchu. Průběh zatmění je z hlediska těchto jevů velmi rychlý a v přírodě se vyskytuje velmi zřídka. Je proto vhodné využít slunečních zatmění i k měření meteorologických veličin pro studium rychlých změn v atmosféře země i pro objektivní zhodnocení vnímání těchto změn člověkem. Vhodné jsou pro tento účel automatické měřicí moduly, provádějící měření v celém průběhu zatmění. Je žádoucí, aby taková měření byla prováděna na více místech (dostatečně od sebe vzdálených), kde dané zatmění Slunce probíhá. První pokusná měření teploty vzduchu a osvětlení byla prováděna při zatmění Slunce 11. srpna 1999 ve třech evropských zemích.

Vznik experimentu
Myšlenka měřit na různých místech v Evropě osvětlení a teplotu během úplného zatmění Slunce se před časem zrodila v Západočeské pobočce ČAS (Česká Astronomická Společnost). Na 11. srpna byl naplánován poměrně ambiciózní pozorovací program. V evropské části pásu totality (pás, kde nastává úplné zatmění) se mělo rozmístit 6 pozorovacích skupin, které by prováděly shodné experimenty a pozorování. Síla získaných dat měla být zejména v možnosti porovnání výsledků jednotlivých skupin z různých míst na Zemi. Mezi experimenty bylo zařazeno i měření teploty a osvětlení v průběhu zatmění. I zde se nabízela příležitost pro srovnání, jaký byl průběh měřených veličin v různých zemích a tedy při různém počasí a i v poněkud jiných klimatických podmínkách. Za tímto účelem byly zkonstruovány měřicí moduly pro tři pozorovací skupiny, které je odvezly na určená místa v pásu totality. Na snímku jsou moduly krátce před odjezdem na expedici za zatměním.

Koncepce zařízení
Konečná koncepce jednoho měřícího modulu vypadala tak, jak je naznačeno na obrázku vpravo. Měření osvětlení bylo prováděno dvěma fotodiodami (1), přičemž jedna snímala celé spektrum a druhá (s IR filtrem) pouze infračervenou složku slunečního záření. Výsledná hodnota osvětlení byla získána rozdílem hodnot z obou fotodiod. Teplota vzduchu byla snímána miniaturním odporovým čidlem Pt 100 (2), umístěným v tunelu, kde výměnu vzduchu zajišoval malý ventilátor (3). Signál z obou čidel (teploty a osvětlení) byl dále digitalizován 12 bitovým A/D převodníkem (4) a uložen do paměti (5) s kapacitou 4 hod. měření při vzorkování po 22 sekundách. Celý proces získání a uložení dat byl řízen mikroprocesorem (8). Všechny parametry měření (celková délka, rychlost vzorkování atd.) bylo možné nakonfigurovat po připojení modulu k počítači (9). Po skončení měření proběhl přenos dat do PC a jejich výsledné grafické zpracování. Při návrhu byl zvláštní důraz kladen na jednoduchost obsluhy a plně automatický provoz modulů. Stačilo pouze modul ve zvolený čas zapnout a zahájit měření. O další průběh se již postaral procesor a také měření v předem stanovený čas ukončil. Kromě měření v den samotného zatmění, měla být provedena ještě dvě komparační měření ve dnech před zatměním. Pro tato měření byly vyhrazeny další dvě paměti (na schématu 6 a 7). Pro komparační měření platily samozřejmě stejné časy a periody vzorkování jako pro měření ostré. Moduly byly umístěny na slunci v otevřeném prostranství a byly zajištěny ve vodorovné poloze.

Výsledky experimentu
Měřicí stanice s sebou měly pozorovací skupiny v Rakousku, Maďarsku a Rumunsku. Všechny stanoviště byly v pásu totality, co nejblíže k centrální linii. Skupiny v Rakousku a Maďarsku provedly jedno komparační měření den před zatměním (10.8.1999), skupina v Rumunsku uskutečnila obě komparační měření (ve dnech 9. a 10.8.).

V tabulce jsou shrnuta základní data o pozorovacích stanovištích spolu s nejdůležitějšími výsledky uskutečněných měření.

Pozorovací stanoviště	Rakousko, Mattfee	Maďarsko, Balaton Boglár	Rumunsko, Râmnicul Vâlcea
Zeměpisné souřadnice	47° 58′ 35″ s.š. 13° 06′ 50″ v.d.	46° 46′ 51″ s.š. 17° 41′ 45″ v.d.	45° 03′ 19″ s.š. 24° 28′ 16″ v.d.
Kontakt T1 (UT, h:m:s)	9:18:40	9:25:51	9:38:08
Kontakt T2 (UT)	10:39:52	10:48:40	11:02:14
Kontakt T3 (UT)	10:42:11	10:50:52	11:04:36
Kontakt T4 (UT)	12:04:08	12:12:53	12:25:29
Délka měření (UT)	9:00 – 13:00	9:00 – 13:00	9:00 – 13:00
Perioda měření	22 sekund	22 sekund	22 sekund
Počasí	Oblačno	Skoro jasno	Skoro jasno
Pokles teploty vůči průměru během úplné fáze zatmění	4,8° C	6,3° C	8,9° C
Zpoždění minima teploty za minimem osvětlení	11 min 44s	5 min 8s	8 min 4s

Pozn: Středoevropský letní čas (SELČ) = UT + 2 hod. Význam kontaktů T1 – T4: T1 – začátek částečného zatmění, T2 – začátek úplného zatmění, T3 – konec úplného zatmění, T4 – konec částečného zatmění.

Obr. 1 Průběh teploty a osvětlení 11.8. 1999 v Rakousku	Obr. 2 Průběh teploty a osvětlení 11.8. 1999 v Maďarsku
Obr. 3 Průběh teploty a osvětlení 11.8. 1999 v Rumunsku	Obr. 4 Porovnání průběhů teploty z Rumunska, Maďarska a Rakouska

Na obr. 1 (měření v Rakousku), 2 (v Maďarsku) a 3 (v Rumunsku) jsou průběhy osvětlení (modrá) a teploty (červená) v závislosti na čase. Grafy zobrazují celé průběhy čtyřhodinových měření. V Rakousku bylo oblačné počasí, což se promítlo zejména v prudkých změnách hodnot osvětlení. Značný rozkmit v průbězích teploty je způsoben přílišnou citlivostí teplotního čidla. Velmi dobře patrný je postupný pokles osvětlení a teploty s rostoucí fází zatmění a poté následný vzestup. Minimum teploty je značně zpožděno za minimem osvětlení (až několik minut – přesná čísla jsou v tabulce) a nastává tedy až po skončení úplné fáze zatmění. Největší zpoždění mezi mezi minimen teploty a osvětlení bylo naměřeno v Rakousku, kde vládlo značně oblačné počasí. Zároveň zde byl naměřen i nejnižší pokles teploty (o 4,8°C).
Zvláštní pozornost si zasluhuje obr. 4. V grafu je porovnání průběhů teplot z 11.8. ze všech tří stanoviš. Minima jsou vůči sobě časově posunuta, díky značné vzdálenosti mezi jednotlivými stanicemi. Stín Měsíce se pohyboval po zemském povrchu ze západu na východ a postupně zasáhl skupinu v Rakousku (v grafu zelený průběh), Maďarsku (červená) a nakonec v Rumunsku (modrá). Kompletní soubory dat včetně porovnání průběhů z referenčních měření s průběhy naměřenými v den zatmění jsou dostupné na Internetu na adrese: http://www.mybox.cz/netgate (Science News). Všechny grafy jsou k dispozici buď v datových souborech, nebo jako obrázky (JPEG).

Na závěr
Je žžádoucí podobný experiment zopakovat a měřit více meteorologických veličin s přesnějšími čidly. Vzhledem k tomu, že řada lidí, co viděla úplné zatmění říká, že jednou to rozhodně nestačí – je možné, že se podobná příležitost opět v budoucnu naskytne.

WWW odkazy:

Science News – Kompletní naměřená data a další informace k experimentu Západočeská pobočka čas – Organizátor expedicí za zatměním 11.8.1999

Literatura:

World Meteorological Organization. Guide to meteorological instruments and methods of observation. Sixth edition. Geneva: WMO, 1997.