Zatmění Slunce 31.5. 2003 – měření osvětlení, teploty a vlhkosti vzduchu

Klíčová slova: zatmění Slunce, meteorologická měření, teplota vzduchu, vlhkost vzduchu, osvětlení

Předchozí měření osvětlení a teploty při zatměních Slunce (v letech 1999 a 2001) byla realizována v době kolem místního poledne, kdy bylo Slunce poměrně vysoko nad obzorem. Změny měřených veličin, způsobené zatměním, byly proto poměrně velké. Podrobnější informace a data z experimentů v letech 1999 a 2001 jsou součástí samostatných článků. Naproti tomu zatmění Slunce 31.5. 2003 (u nás pozorovatelné jako částečné) nastalo v Čechách již před východem Slunce. Nad obzor tedy Slunce vycházelo již částečně zakryto Měsícem. Otázkou bylo, jak velký (pokud vůbec nějaký) vliv na měřené veličiny bude mít toto ranní zatmění a jak se s měřením takto malých změn dokáží měřicí přístroje vypořádat. Toto zatmění bylo proto ideálním testem pro nově vyvíjené stanice pro měření meteorologických veličin během slunečních zatmění.

Použité přístroje
Pro měření byly použity vývojové vzorky přístrojů pro měření teploty vzduchu, relativní vlhkosti vzduchu a osvětlení. Pro měření teploty vzduchu byl použit platinový odporový snímač Pt 1000, pro měření vlhkosti vzduchu miniaturní kapacitní čidlo vlhkosti a pro měření osvětlení křemíková fotodioda s kosinovou korekcí. Tyto přístroje jsou vyvíjeny pro Hvězdárnu a planetárium v Plzni, jako druhá generace měřicích modulů, použitých v minulých letech. Souběžně byl spuštěn i jeden ze starších měřicích přístrojů. Ten však nebyl pro toto měření příliš vhodný, nebo rozsahy měřených veličin vycházely z původního návrhu pro zatmění v roce 1999. Byl tedy použit jen jako doplňkové měření. Měřicí stanoviště bylo situováno na poli v otevřeném terénu, několik set metrů od přehradní nádrže Hracholusky (severo-západně od města Plzně).

Na snímku vpravo je měřicí stanoviště. Vlevo v pozadí je jeden ze starších měřicích přístrojů (měření teploty a osvětlení), v popředí je ventilovaný modul pro měření vlhkosti a teploty vzduchu a vpravo v pozadí je modul pro měření osvětlení. Ve stanu je umístěn systém pro sběr dat.

Druhý ze starších měřicích přístrojů byl umístěn na hvězdárně v Rokycanech.

Koncepce měření
Měření pomocí starších přístrojů byla realizována stejně jako v minulosti – délka měření 4 hodiny (4:00 – 8:00 SELČ) s periodou měření 22 sekund

Měření s vývojovými měřicí moduly bylo taktéž zahájeno ve 4:00 SELČ; perioda měření byla 1 sekunda.

První den po zatmění bylo realizováno ještě porovnávací měření se shodnými parametry. Na hvězdárně v Rokycanech byla starším přístrojem změřena dvě porovnávací měření – 1. a 2. den po zatmění.

Výsledky měření
Měření bylo prováděno za účelem otestování nově vyvíjených měřicích modulů a výsledky posloužily převážně k tomuto účelu. Nové čidlo teploty a vlhkosti, opatřené ventilátorem, pro konstatntní průtok vzduchu kolem čidel, měřilo spolehlivě a byla tedy již možná jeho kalibrace v akreditované laboratoři. Nové čidlo pro měření osvětlení se ukázalo jako podstatně kvalitnější než čidla ve starších modulech. Potvrdilo se také, že toto čidlo je schopno spolehlivěji měřit i při nízkých hladinách osvětlení, které byly při tomto zatmění naměřeny.

Z hlediska vlivu zatmění na měřené veličiny nebyla prokázána jakákoliv změna teploty a vlhkosti vzduchu, způsobená zatměním Slunce. V průběhu osvětlení se zatmění projevilo na stoupající křivce (východ Slunce) mírným, ale dobře patrným, poklesem. Výsledky jsou souhrně znázorněny na následujících grafech.

Obr. 1 Průběhy osvětlení 31.5. a 1.6. 2003 u přehrady Hracholusky – starý měřicí přístroj	Obr. 2 Průběhy osvětlení 31.5. a 1.6. 2003 na hvězdárně v Rokycanech – starý měřicí přístroj
Obr. 3 Průběhy teploty, vlhkosti a osvětlení 31.5. 2003 (den zatmění) u přehrady Hracholusky – nové testovací přístroje	Obr. 4 Průběhy teploty, vlhkosti a osvětlení 1.6. 2003 u přehrady Hracholusky – nové testovací přístroje
Obr. 5 Průběhy teploty, vlhkosti a osvětlení 31.5. a 1.6. 2003 u přehrady Hracholusky – nové testovací přístroje	Obr. 6 Porovnání zvětšených průběhů osvětlení ze starého a nového přístroje – nový přístroj vykazuje podstatně nižší šum

Na obr. 1 jsou průběhy osvětlení ze dne zatmění a z prvního dne po zatmění – měřeno starším přístrojem na Hracholuskách. Na obr. 2 jsou průběhy osvětlení (ze dne zatmění a dvou následujících dní) z hvězdárny v Rokycanech – měřeno druhým starším přístrojem. Průběhy teplot vzduchu nejsou uvedeny, nebo okolní teplota byla mimo rozsah, měřitelný těmito přístroji.

Na obr. 3 jsou průběhy všech měřených veličin ze dne zatmění – měřeno novými moduly. Na obr. 4 pak jsou průběhy identických veličin ze dne po zatmění. Obr. 5 shrnuje měření všech veličin za oba dny do jednoho grafu. Na Obr. 6 je porovnání průběhů osvětlení (ve větším měřítku oproti ostatním grafům) ze starého a nového přístroje. Z červené křivky, reprezentující měření nového přístroje, je zřejmé, že se podařilo výrazně snížit šum ve srovnání se starším přístrojem. Na tomto zvětšeném grafu je již patrný kvantizační krok (na křivce jsou patrné „schody“) použitého D/A převodníku. Tento nedostatek bude řešen následným použitím A/D převodníku s podstatně vyšším rozlišením.

Závěr
Testovací měření prokázalo, že nové měřicí moduly budou schopny kvalitního měření i v extrémních případech, jako bylo zatmění Slunce 31.5. 2003.

Odkazy:

Science News – Informace k experimentům v předchozích letech

Literatura:

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