Pozor! Používáte zastaralý prohlížeč, stránka se nemusí zobrazovat správně. Aktualizujte jej a zlepšete tak svůj uživatelský zážitek.

Matfyz.cz

Zajímavosti z meteorologie III: Jak se detekují blesky v bouřkách

Dva větvené výboje mezi oblakem a zemí (Horoměřice, 2. 7. 2012; foto: Dagmar Müllerová)

Každý z nás asi někdy na webových stránkách viděl mapu aktuální bouřkové činnosti s informacemi o bleskových výbojích. Jak se vůbec blesky detekují a s jakou přesností dokážeme určit jejich polohu? Mohou je nějak detekovat i amatérští pozorovatelé? Co dalšího lze o blesku zjistit?

Od dávných dob vyvolávaly bouřky v lidech obavy. Některé kultury je dokonce považovaly za jeden z nejděsivějších přírodních jevů a spojovaly si je s hněvem bohů, který dokáže během okamžiku vzít mnoho lidských životů. Také v současnosti vzbuzují bouřky a blesky oprávněný respekt. Jde totiž o jednu z nejkrásnějších, ale zároveň nejnebezpečnějších ukázek síly přírody.

Každý den se ve světě vyskytne přibližně kolem 80 tisíc bouřek, a to zejména v tropickém podnebném pásmu. Zde si také bouřky vyžádají největší počet obětí. Uvádí se, že každoročně zasáhne blesk na celém světě kolem 150 až 200 tisíc lidí, přičemž asi desetina z nich za toto blízké setkání zaplatí vlastním životem. Bouřky se však ve světě vyskytují nerovnoměrně. Více jich je nad kontinenty a nejvíce právě v tropických oblastech.

Zatímco u nás v České republice se na konkrétním místě setkáme s bouřkou v průměru tak 20 až 35 dní v roce, v některých částech tropů je to během jednoho roku i více než 150 dní. Průměrně asi dva tisíce z těchto bouřek je aktivních právě v tento okamžik. Nelze se pak divit tomu, že podle americké NSSL (z angl. Národní laboratoř silných bouří) se ve světě za jediný den vyskytne asi 8 milionů blesků. Jak tedy v dnešní době plné rozsáhlých elektrických sítí, citlivé elektroniky nebo hořlavých paliv zajistit, aby nás taková bouře nepřekvapila a mohli jsme omezit její následky?

Skromné začátky v předminulém století

Počátky sledování blesků úzce souvisejí s výzkumem elektromagnetických vln, o jejichž detekci se mnozí pokoušeli už v 2. polovině 19. století (poté co J. C. Maxwell ve svých rovnicích potvrdil jejich existenci a zjistil, že se šíří rychlostí světla). Jako prvnímu se elektromagnetické vlny podařilo detekovat v roce 1888 H. R. Hertzovi. Objev následně využil mladý G. Marconi k rozvoji bezdrátové telegrafie. Všichni tehdy jako zdroj těchto vln používali velmi nedokonalé jiskrové vysílače.

S bezdrátovým přenosem informací experimentoval i ruský fyzik A. S. Popov. Ten si uvědomil, že pokud jsou elektrické jiskrové výboje zdrojem elektromagnetických vln, musí takové vlny vyzařovat i každý výboj blesku, který je ve své podstatě rovněž jiskrovým výbojem, a rozhodně ne malým. Svou myšlenku publikoval na jaře roku 1895 a v létě téhož roku i prakticky potvrdil, když jeho jednoduchý detektor dokázal detekovat blesky v okruhu asi 50 km.

I na nejjednodušším dnešním rádiu, které je schopné příjmu vysílání na středovlnných frekvencích, můžeme v letním období občas zaslechnout typické praskavo-syčivé zvuky v trvání desetin vteřiny, výjimečně pak i přes vteřinu. Nejde o nic jiného než o elektromagnetické vlny vyzářené výbojem blesku někde v okruhu desítek až několika málo stovek kilometrů.

Blesky chytáme do sítí

S postupným rozvojem a rychlým zdokonalováním elektroniky v dalších desetiletích se možnosti detekce blesků výrazně rozšířily. Objevila se zařízení schopná odhadovat vzdálenost i určovat směr, ve kterém se blesk vyskytl. Ze sítí takových detektorů bylo možné triangulací určovat přímo i přibližnou polohu výboje (tento způsob lokalizace se dnes označuje jako DF, z angl. Direction Finding). Přesnost lokalizace výboje byla však stále velmi hrubá, v řádu desítek kilometrů.

Zlomovým bodem byla možnost využít signál ze sítě GPS, který mimo určování přesné polohy na zemském povrchu slouží i k získání velmi přesného času. Díky GPS mohli vědci dokonce změnit přístup k výpočtu polohy blesku z přijatého signálu. Dnes už není třeba znát jednotlivé směry, ve kterých byl blesk detekován jednotlivými detektory, ale stačí přesný čas zachycení signálu na různých místech. Z rozdílu času příchodu signálu a známé polohy všech detektorů pak lze velmi přesně dopočítat polohu zdroje zachycených elektromagnetických vln, které se šíří i známou rychlostí, rychlostí světla. Tento princip, označovaný jako TOA (z angl. Time-Of-Arrival), umožňuje v případě dostatečně hustých sítí určovat polohu blesku s přesností řádově na desítky až stovky metrů.

V současnosti existuje vícero takových sítí detektorů, které jsou schopny detekovat výboje blesků jak na území jednotlivých států a kontinentů, tak celosvětově. Ty sice mají s ohledem na výrazně menší hustotu detektorů i menší účinnost detekce a přesnost lokalizace, ale dokáží poskytnout dobrý obraz toho, jak bleskově aktivní jsou jednotlivé části světa.

Z intenzity přijatého signálu, jeho tvaru i frekvenčního spektra lze poté určit, zda šlo o výboj jen mezi oblaky, nebo mezi oblakem a zemí, a také jakou polaritu náboje přenesl blesk směrem k zemi a jaký maximální proud bleskem protékal. Na základě některých druhů detekce, používaných zejména pro výzkumné účely nebo zabezpečení kosmodromů, je následně možné zobrazit vývoj blesku v čase nebo odvodit jeho 3D tvar.

Na Zemi udeří každý den asi 8 milionů blesků. Většina z nich přenáší k zemskému povrchu záporný elektrický náboj. Procento blesků s kladným nábojem závisí na zeměpisné šířce. U rovníku jde o ca 10 % všech blesků mezi oblakem a zemským povrchem, ve vysokých zeměpisných šířkách až kolem třetiny. Stejně tak v zimních bouřkách je i u nás větší procento kladných blesků než na jaře a v létě.

Průměrný maximální proud (proudová amplituda) blesku se udává kolem 10–20 kA, při napětích řádově desítky milionů voltů, v extrému až stovky milionů. To však samo o sobě nestačí na proražení vzduchu, ke kterému by bylo potřeba asi 1–3 milionu voltů na každý metr délky blesku. Mnohá fakta nasvědčují tomu, že cestu blesku pomáhají připravit spršky kosmického záření, které ionizují vzduch a vytvářejí vodivější kanály pro následné vedení elektrického proudu.

I jediný výboj blesku může při nešťastné souhře okolností zabít až několik tisíc lidí. Příkladem je tragická událost z roku 1769, k níž došlo v italském městě Brescia. Blesk tehdy zasáhl prachárnu s 90 tunami střelného prachu. Výsledná exploze zdemolovala část města a připravila o život údajně až 3 000 lidí. Tato událost pak přispěla k tomu, že se po světě masivně rozšířily bleskosvody, které zpočátku chránily zejména vojenské a další strategicky významné objekty.

Blesky fascinují amatérské pozorovatele

Elektronika v současnosti pokročila a zlevnila natolik, že pozorování a lokalizaci blesků provádějí s malými náklady také amatérští meteorologové, radioamatéři a další zájemci. K přesné lokalizaci využívají sítě detektorů s GPS synchronizací, podobně jako profesionální služby. Několik let například funguje poloamatérský projekt Blitzortung sdružující celé stovky nadšenců. Ti provozují detektor připojený nepřetržitě k internetu a přenášející data o každém detekovaném výboji na zpracovatelský server. Všem účastníkům projektu jsou na oplátku k dispozici data o přesné poloze a čase výskytu blesku v textové podobě, která lze dále zpracovávat do různých map, statistických grafů nebo mobilních aplikací.

V České republice takové informace poskytuje web blesky.bourky.cz provozovaný Amatérskou meteorologickou společností. Na něm jsou k vidění například mapy hustoty výbojů v daném období nebo statistiky počtu dnů s bouřkou. Úžasným nástrojem je pak možnost sledovat jen s několikavte­řinovým zpožděním výboje blesků nad celou ČR nebo jinou částí Evropy.

Detekce blesků pomáhá v každodenním životě

Data z detekce blesků dnes slouží širokému spektru uživatelů. Používají se v letovém provozu, pro který jsou bouřky jedním z nejnebezpeč­nějších jevů vůbec, nebo třeba v energetice. Využívají je provozovatelé pozemní dopravy a profesionální meteorologové, kteří na základě nich vydávají výstrahy. Pokud blesky způsobí škody na majetku, slouží jejich data také pojišťovnám. V neposlední řadě je pak využívají zmínění nadšenci a lovci bouřek.

Jaké můžeme v tomto směru očekávat novinky? V posledních letech se hovořilo o možnosti, že by jednoduchým detektorem blesků mohl být vybaven každý chytrý mobilní telefon. V současnosti už existují osobní detektory kapesní velikosti, které mají před blížící se bouřkou varovat osoby v terénu, například sportovce. Takovou pomůcku asi ocení zejména hráči golfu, kteří bývají mezi sportovci jedni z nejčastějších obětí bouřek. Pohyb v otevřeném terénu, často poblíž vodních ploch, a ještě k tomu s kovovou holí v ruce, není v době, kdy se k vám blíží bouřka, zrovna tou nejvhodnější aktivitou.


Mohlo by vás zajímat:

Zajímavosti z meteorologie II: Co jsou to supercely?
Zajímavosti z meteorologie I: Hurikán, tajfun, cyklon. O co jde?

Další obrázky
comments powered by Disqus

Matfyz.cz

Univerzita Karlova
Matematicko-fyzikální fakulta
Ke Karlovu 3
121 16  Praha 2
IČ: 00216208
DIČ: CZ00216208
web fakulty
studuj na Matfyzu
e-shop