Výzkumy v ASU AV ČR (233): Pozorování bolidů z meteorologických družic

Během průletu malého kamínku zemskou atmosférou vzniká výrazná světelná stopa, tzv. meteor. Pokud je meteor velmi jasný, mluvíme o bolidu. Elektromagnetické záření vznikající při tomto procesu není jen jednoduché záření horkého plynu, ale obsahuje četné množství spektrálních čar, které vypovídají o chemickém složení samotného tělesa. Svůj vliv ale mají také atomy a molekuly vzduchu, kterým meteoroid prolétá. Vzhled spektra silně závisí na fyzikálních podmínkách během průletu, důležitým parametrem je například průletová rychlost. Velmi významnou spektrální oblastí je červená oblast, v níž je jednou z dominantních čar triplet kyslíku s vlnovou délkou 777 nm. 

Je zajímavé, že velmi podobná spektrální oblast včetně zmíněné trojčáry kyslíku je zaznamenávána také přístroji detekujícími blesky na meteorologických družicích. Tak například přístroj Geostationary Lightning Mapper (GLM) na amerických družicích GOES neustále sleduje významnou část zemského povrchu především nad americkou pevninou a pořizuje snímky s vysokou kadencí 2 milisekund s prostorovým rozlišením kolem 10 km. Je asi zřejmé, že pokud zorným polem přístroje proletí bolid, logicky musí být jeho stopa ve snímkách zaznamenána. Pokusy použít tato pozorování pro studium bolidů byly provedeny již v minulosti, ovšem zásadním problémem se ukázal chybějící popis intenzity spektra v červené oblasti a jeho vzhledu na fyzikálních parametrech bolidu. Dlužno podotknout, že parametry téměř identický přístroj, jako je GLM, se nachází i na čínské meteorologické družici a podobný instrument je též na evropské družici MTG-I1 (Meteosat Third Generation – Imager 1), která byla vypuštěna 13. prosince tohoto roku. 

Tuto mezeru ve znalostech překročili odborníci z Oddělení meziplanetární hmoty ASU pod vedením Vlastimila Vojáčka. K tomuto kroku měli v podstatě ideální data, neboť v rámci Evropské bolidové sítě jsou některé její stanice vybaveny zcela autonomními stanicemi zaznamenávajícími i spektra prolétajících bolidů. Tato spektra pokrývají velký rozsah vlnových délek přesahující viditelnou oblast, tedy včetně kýžené červené oblasti kolem 770 nm. V období prosince 2015 až dubna 2021 uvázlo v síti množství meteorů vhodných k provedení požadované studie, z nichž autoři vybrali 43 případů, které pokrývaly široký rozsah průletových rychlostí. Rychlost průletu je totiž klíčovým parametrem studovaným v představované práci. 

Spektrální pozorování byla zpracována standardními metodami a převedena do absolutních jednotek. Poté byl aplikován filtr, který měl připodobnit tato měření pozorování bleskovými instrumenty na palubách meteorologických družic. Cílem práce bylo studovat chování kyslíkové čáry s vlnovou délkou 777 nm v různě rychlých bolidech. Závislost intenzity této čáry na rychlosti bolidu byla známa již z předchozích prací a zde se potvrdila. Autoři získali nový vztah mezi těmito dvěma veličinami, a to včetně intervalu nejistot. Na základě tohoto zjištění je možné odhadnout celkovou vyzářenou energii bolidu i jeho absolutní jas pouze z pozorování úzké spektrální oblasti kolem vlnové délky 777 nm. A přesně taková úzkospektrální pozorování provádí detektory GLM.

Získaná kalibrace detektorů GLM byla otestována na několika pádech bolidů nad územím severoamerického kontinentu, které byly pozorovány jak ze země, tak z kosmu. Ukazuje se, že ve většině případů je shoda kalibrace s realitou velmi dobrá, až na jeden případ, kdy zřejmě nebyla pozorování publikovaná v předchozí práci jiných autorů zpracována zcela správně. Model autorů z ASU bylo možné také otestovat proti datům z kosmické přehledové sítě americké vlády a i zde byla shoda velmi dobrá.

Otázkou je platnost získaného vztahu. Autoři ukazují, že pokud je tento vztah použit mimo rozsah jasností bolidů, které byly k jeho získání použity, je třeba započíst ještě dvě důležité korekce. Jednak korekci na jasnost a pak korekci na výšku a s tím související různé chování kyslíkové čáry u meteorů s výbuchem a bez něj. Autoři vztahy pro tyto dvě korekce také odvodili a v práci ukazují, že po jejich započtení se shoda mezi různými pozorováními ještě vylepší.

Získané kalibrační vztahy bude možné v blízké budoucnosti aplikovat na pozorování z přístroje Lightning Imager na již vypuštěné družici MTG-I1, která bude sledovat dlouhodobě evropský kontinent. V tomto případě tedy bude možné přímo porovnávat údaje z bleskového zobrazovače a z Evropské bolidové sítě. Jsou to další důležité dílky do skládačky popisující chování meziplanetárních těles při průletu zemskou atmosférou. 

REFERENCE

V. Vojáček, J. Borovička, P. Spurný, Oxygen line in fireball spectra and its application to satellite observations, Astronomy & Astrophysics v tisku, preprint arXiv:2211.15793

KONTAKT

Mgr. Vlastimil Vojáček, Ph.D.
vlastimil.vojacek@asu.cas.cz
Oddělení meziplanetární hmoty Astronomického ústavu AV ČR

Zdroje a doporučené odkazy:
[1] Oddělení meziplanetární hmoty ASU

Převzato: Astronomický ústav AV ČR, v. v. i.