Amatérská prohlídka oblohy - Znáte soumrakové jevy?

Pozorujeme-li bezoblačnou oblohu od okamžiku západu Slunce až do úplného setmění, můžeme brzy po západu Slunce pozorovat nad východním obzorem tmavý oblouk, vroubený nahoře načervenalým okrajem. Uvnitř má oblouk namodralý tón a postupem času se zvedá nad obzor.

Pokud jste jej kdy v životě viděli a netušili jste, oč se jedná, vězte, že nejde o nic jiného, než o stín Země promítnutý do naší atmosféry, který nazýváme temný soumrakový oblouk. Horní načervenalý lem kopírující tento oblouk pak nazýváme Venušiným pásem (obr. 1). купить постельное белье украина

Obrázek 1: Temný soumrakový oblouk a Venušin pás; autor: Patrik Trnčák

Princip vzniku těchto jevů, které patří do skupiny soumrakových jevů, je velmi jednoduchý a na jejich vysvětlení, jak si ukážeme dále, nám postačí jednoduchá geometrie (viz obr. 3). I zabarvení Venušina pásu do červena má jednoduché vysvětlení – je způsobeno tím, že sluneční paprsky zapadajícího Slunce musejí procházet velmi silnou vrstvou vzduchu, v němž je, ať již vlivem rozptylu, tak i pohlcením především vodním aerosolem, modrá složka světelného spektra odfiltrována. V konečném důsledku se tak světlo jeví jako načervenalé, tak jak jej známe z pozorování zapadajícího Slunce (viz obr. 2).

Obrázek 2: Zabarvení slunečního kotouče při jeho západu; autor: Petr Skřehot

Vysvětlení namodralého zabarvení temného pásu (zemského stínu), který se nachází pod pásem Venušiným, však tak prosté není. Ty části atmosféry, ležící uvnitř oblasti stínu, dostávají jen nepřímé, již jednou rozptýlené sluneční světlo. K tomuto rozptylu dochází od atmosféry nad hranicí stínu, která je na obrázku 3 znázorněna úsečkou CS. V něm převládají krátkovlnné složky, které jsou i při druhé difúzi uvnitř stínu favorizovány oproti dlouhovlnným složkám. Jelikož se modrá složka nachází ve spektru v krátkovlnné oblasti, na rozdíl od složky červené, převládá její příspěvek k celkovému zabarvení stínu a stín tak nabývá namodralého tónu.

Obrázek 3: Schéma k výkladu soumrakových jevů.

V místě 0° zapadá Slunce a začíná občanský soumrak, v B končí občanský a začíná astronomický soumrak, v místě N končí astronomický soumrak a začíná noc. Hranice atmosféry jsou vyznačeny čárkovanou kružnicí.

S klesajícím Sluncem stoupá čím dál rychleji hranice stínu nad obzor, stín se stává méně zřetelným a při poloze Slunce asi 5° pod obzorem prakticky mizí. Zatímco východní obzor v tuto chvíli již zcela potemněl, nad západním se vyvíjí jasný soumrakový oblouk(viz obr. 4), který je nahoře neurčitě ohraničený žlutozeleněmodrou obrubou, která přechází ve ztemnělou oblohu. Tento jasný oblouk vzniká roztýleným slunečním světlem na těch částech atmosféry, které leží nad hranicí postupujícího zemského stínu. Ohraničení oblouku proto odpovídá těm výškám, kde je již hustota vzduchu zanedbatelná, a proto zde již vzduch rozptyluje přímé sluneční světlo jen velmi málo. Výpočtem lze odvodit, že touto hranicí je výška cca 80 kilometrů.

Obrázek 4: Jasný soumrakový oblouk; autor Michiel de Boer

S klesajícím Sluncem klesá i jasný oblouk k obzoru a při poloze Slunce asi 18° pod obzorem mizí pod horizontem. V tuto chvíli končí i astronomický soumrak a začíná noc. Časový úsek od začátku výskytu jasného soumrakového oblouku až do chvíle, kdy Slunce dosáhne cca 5° pod obzorem, pak nazýváme soumrakem občanským. Ten se vyznačuje tím, že lze venku konat všechny běžné práce vyžadující denního světla, stejně tak, jako i číst. Od skončení občanského soumraku nastává tzv. nautický soumrak, který trvá až do chvíle, kdy Slunce dosáhne polohy 12° pod obzorem. Od této chvíle je na obloze možno pozorovat již většinu hvězd viditelných pouhým okem.

Takový je tedy nejjednodušší průběh soumrakových jevů, jak je můžeme pozorovat za normálních podmínek. Občas se však vyskytnou podmínky takové, při kterých mohu vznikat i různé další podružné jevy, které nemají s vysokou atmosférou nic společného. Mezi tyto jevy patří například fialová záře nebo zelený paprsek.

Fialová záře je záře pozorovaná na bezoblačné obloze ve tvaru výseče velkého světelného kruhu. Šíří se vzhůru od obzoru, za nímž se nalézá Slunce. Její intenzita i velikost se zvětšují až do polohy Slunce 3° až 4° pod obzorem a mizí při poloze Slunce 6° pod obzorem. Celý jev trvá asi 20 až 30 minut a jeho intenzita vzrůstá s průzračností vzduchu a s nadmořskou výškou místa pozorování.

Dalším vzácně se vyskytujícím soumrakovým jevem je zelený paprsek (obr. 5a, 5b), který představuje převážně zelené krátkodobé zabarvení oblohy, často jen záblesk, vycházející zdánlivě z vrchního okraje slunečního nebo měsíčního kotouče při jejich východu nebo západu. Je pozorovatelný pouze tehdy, je-li obzor zřetelně viditelný, tj. bez výskytu zákalu nebo kouřma. Jev se vysvětluje lomem a rozptylem světla blízko obzoru, a to nejčastěji nad rovnou mořskou hladinou nebo při pozorování na horách nad rovnou horní hranicí nízkých vrstevnatých oblaků. Ve zvlášť průzračném vzduchu může být tento paprsek až namodralý.

Obrázek 5a, 5b : Zelený paprsek (zelené zabarvení nejsvrchnější části slunečního kotouče v okamžiku jeho západu)

Princip vzniku tohoto vzácného jevu se vysvětluje tak, že paprsek přímého slunečního záření procházející atmosférou šikmo k zemskému povrchu se vlivem lomů (astronomické refrakce) rozkládá, tak jako by procházel hranolem. Astronomická refrakce je největší pro fialovou, dále modrou a zelenou část spektra a nejmenší pro červenou.

To se děje v míře tím větší, čím je Slunce blíže k obzoru. Modré paprsky slunečního světla přicházejí k pozorovateli strměji než paprsky červené, proto modrý obraz slunečního kotouče leží výše než červený (obr. 6). Mezi oběma pak leží obrazy v ostatních spektrálních barvách. V těsné blízkosti obzoru je disperze u žlutých a fialových paprsků asi 38''. Protože je viditelný úhlový průměr Slunce 32' a disperze světla 38'', je zřejmé, že větší část barevných obrazů se složí a dává bílé světlo, a jen okrajové barvy zůstávají čisté. Oko však tyto barevné okraje nerozlišuje, neboť jejich úhlová šířka je několik úhlových vteřin. Avšak při západu Slunce, je-li Slunce již tak hluboko, že červené a žluté sluneční kotouče zmizely pod obzorem, vystupuje ještě jen nejhořejší zelený a modrý okraj.

Obrázek 6: Schéma k výkladu vzniku zeleného paprsku

Modré světlo je při průchodu atmosférou silněji zeslabováno než zelené. Modrý okraj je tedy slabý a vzhledem k němu vyniká s ním sousedící okraj zelený. Proto pozorujeme v okamžiku, kdy klesá pod obzor poslední úseč slunečního kotouče, po několik vteřin nebo jejich zlomky zelené zasvícení. Jev je též pozorovatelný při východu Slunce.

Jak již bylo zmíněno, možnost uvidět zelený paprsek závisí na složení atmosféry v okamžiku západu nebo východu Slunce. To značí, že pozorování zeleného paprsku informuje o složení atmosféry, její průzračnost apod. Zelený paprsek se stane viditelným, je-li atmosféra průzračná a obsahuje-li málo vodních par. Je-li Slunce při západu červené, je možné předem tvrdit, že se zelený paprsek neobjeví. Jestliže naopak při přiblížení k obzoru Slunce změnilo málo své bíložluté světlo a zapadá velmi jasné, pak je možné s velkou pravděpodobností očekávat objevení zeleného paprsku. Nutné však je, aby obzor byl vymezen ostrou čárou, bez jakýchkoli nerovností.

Doba trvání zeleného paprsku je velmi krátká, závisí na zeměpisné šířce místa pozorování a na ročním období. Nejdelší pozorovaná doba je asi 3,5 sekundy. Nejkratší je v době jarní a podzimní rovnodennosti, kdy Slunce je nad rovníkem, nejdelší pak v době letního a zimního slunovratu, kdy je Slunce od rovníku nejvíce vzdáleno. Pozorování zeleného paprsku však může v extrémních případech činit i mnohem déle. Jedno takové mimořádné pozorování se uskutečnilo v období okolo zimního slunovratu roku 1934 v Antarktidě. Tehdy v těchto polárních končinách působila "Druhá Byrdova expedice", která údajně pozorovala zelený paprsek po neuvěřitelných 38 minut! (Tuto informaci poskytl Martin Vilášek s odkazem na odbornou literaturu)

V době soumraku lze pozorovat i červánky (obr. 1 a 7), které jsou patrně nejznámějšími soumrakovými jevy vůbec. Pozorujeme je v té části oblohy, kde se nachází Slunce. Se zmenšováním výšky Slunce nad obzorem se barva slunečního světla mění postupně ze žluté přes oranžovou až na červenou. Červánky se vyskytují ještě nějakou dobu po západu Slunce a zanikají při poloze Slunce kolem 5° pod obzorem.

Červánky nejsou nic jiného než oblaka ozářená červeným světlem zapadajícího Slunce. Zvláště intenzivní červánky bývají pozorovány v případech nadměrného zakalení atmosféry aerosolovými částicemi, například po sopečných výbuších, velkých prachových bouřích a také při značném obsahu vodního aerosolu v atmosféře.

V lidové meteorologii se červánkům přisuzují různé prognostické prvky, mezi které patří zejména předpověď zlepšení počasí.

Mezi efektní soumrakový jev patří také krepuskulární paprsky (obr. 7). Ty mají podobu kužele či vějíře, jehož vrchol směřuje ke Slunci, které je v tu dobu již skryto za obzorem. Jejich vznik se vysvětluje působením oblaků, jež jsou při obzoru, nebo za ním, a které ovlivňují průchod slunečních paprsků atmosférou. Z letadel pak můžeme někdy pozorovat i tzv. antikrepuskulární paprsky (viz obr. 8), což je však pojem ne příliš přesný. Jedná se totiž o stín vrhaný letícím letadlem, který pozorujeme ve směru od Slunce. Ten by sám o sobě však viditelný nebyl, neboť se promítá na vzdálenou plochu, avšak jestliže je vzduch, do kterého je stín vrhán, znečištěn vodním aerosolem, vytváří se známý Tyndallův jev, který tento stín svými paprsky jakoby lemuje. Tyndallův jev je difúzním rozptylem světla, které pakliže prochází opticky heterogenní soustavou, se při pozorování kolmo k trajektorii paprsku stává viditelným. Pokud dojde k vytvoření vhodných podmínek a nastane spojení těchto jevů, můžeme pozorovat paprsky, které vlivem perspektivy míří do tzv. protislunečního bodu, ve kterém bychom pak při detailním pozorování mohli uvidět stín již zmíněného letadla.

Obrázek 7: Krepuskulární paprsky a červánky; autor: Martin Vilášek

Obrázek 8: "Antikrepuskulární paprsky"

Z letadel popřípadě vysokých hor lze pak v čase západu Slunce občas pozorovat i tzv. lávová oblaka. Jedná se o vrstvu kupovitých oblaků s menšími mezerami (zejména druhu Stratocumulus nebo Altocumulus), které při osvětlení červeným slábnoucím slunečním světlem ve směru zespod vytvářejí scenérii podobnou tuhnoucí lávě (viz obr. 9). V principu se tedy jedná o červánky, které pozorujeme seshora.

Obrázek 9: Lávová oblaka; autor: Jesús Maíz Apellániz

Nápadným úkazem je rovněž soumrakové ozáření horských vrcholů, projevující se načervenalým zabarvením vrcholů a svahů pozorovaných z dáli krátce po západu Slunce.

Jelikož nám příroda předvádí při západu Slunce mnohé zajímavé scenérie, nepochybuji o tom, že by tento článek byl úplným výčtem všech jevů, které tyto okamžiky provázejí. V každém případě měl tento článek za cíl ukázat, že čas soumraku není prázdným a nezajímavým časovým úsekem, kdy se den překuluje v noc. Zkuste tedy někdy využít tyto okamžiky k pozorování. Jistě to bude zážitek skoro až dobrodružný, neboť ne každému se ten správný úlovek podaří.

Zdroje:
F. Link, L. Neužil: Raketové lety a výzkum vysoké atmosféry
P. Skřehot: Atmosférické optické jevy
M. Vilášek: Jevy v atmosféře
http://www.meteopress.cz/web/clanky/19990622.htm
http://www.pef.zcu.cz/pef/kof/diplomky/diplomka/html/Jevy1.htm
http://epod.usra.edu/archive/epodviewer.php3?oid=161920
http://www.livejournal.com/community/weather_pics/108959.html#cutid1

Poznámka autora: Díky ohlasu čtenářů a především kolegy Mgr. Martina Viláška byl tento článek po svém vydání 3x revidován a doplněn o další informace. Za zájem děkuji.