Rozluštěno další tajemství blesku

Týmu odborníků z Ústavu fyziky atmosféry Akademie věd se podařilo překvapující zjištění – odhalili jedno z dosavadních tajemství vzniku blesku. Své zjištění publikovali v časopisu Scientific Reports.[1]

Jak vzniká obyčejný blesk, to věda ještě stále neumí uspokojivě vysvětlit. Důvodem je zejména fakt, že do nehostinného prostředí bouřkového oblaku je extrémně obtížné přímo nahlédnout optickými kamerami. 

Naštěstí můžeme do nitra bouřkového oblaku nahlédnout nepřímo – pomocí analýzy elektromagnetických signálů, které během vývoje blesku vyzařují elektrické proudy uvnitř bouřkových oblaků.

V dosavadních datech vědci nacházeli dva druhy záření, které bezprostředně předcházely vzniku blesku. Ze záznamů mnoha stanic na různých místech světa to však vypadalo, že první z obou signálů - tzv. iniciační elektromagnetické pulsy, trvající několik desítek mikrosekund – nijak nesouvisejí se druhým signálem - velice silným zářením v oblasti velmi krátkých vln. Tento tehdy zjevný nesoulad se projevoval tak, že v prvních tisícinách vteřiny vnitrooblakového vývoje silné krátkovlnné záření chybělo úplně nebo bylo jeho zdrojů velmi málo. Nabízelo se prosté vysvětlení: každý z těchto nesouvisejících signálů prostě musí mít v nitru oblaku jiný zdroj.

Takové vysvětlení se nám ovšem zdálo nepravděpodobné, a věnovali jsme rozřešení otázky více než pět let úsilí. Ve spolupráci s Ústavem aerologie v Toulouse a Laboratoří LSBB v Rustrelu ve Francii jsme podrobně prozkoumali naše záznamy elektromagnetických signálů z bouřek z let 2012 a 2015 a porovnali je se seznamy zdrojů krátkovlnného záření z tzv. bleskových mapovacích polí (LMA – Lightning Mapping Array). Takové bleskové mapovací pole je tvořeno systémem úzkopásmových radiových přijímačů, rozmístěných na ploše asi 250 km². Jednotlivé přijímače zaznamenávají záření vycházející z nitra bouřkových oblaků a měří přesný čas, kdy byly tyto signály detekovány. Informaci pak posílají centrálnímu počítači, jehož algoritmy - pomocí časových rozdílů mezi příchodem signálů k různým stanicím - vypočítají polohu zdroje signálu v určitém čase. Metoda, která dobře funguje při stopování již plně rozvinutého vnitrooblakového výboje, však zatím selhávala při studiu dějů odehrávajících se na úplném začátku vývoje bleskového výboje.

Zpočátku jsme tak, jako dříve jiné týmy, nenašli žádnou shodu mezi časem pozorování iniciačních pulsů a časem výskytu několika málo zdrojů krátkovlnného záření, který počítač vypočetl. Jenomže pak trpělivé hledání souvislostí ve zdrojových datech bleskových mapovacích polí (LMA) přineslo překvapení: zdrojů krátkovlnného záření nebylo málo, jak původně ukazovala data, ale naopak velmi mnoho. Počítač se v té přemíře zdrojů detekovaných na různých stanicích nevyznal a nedokázal jejich čas výskytu ani polohu spočítat. Stačilo pak zdrojové záznamy z jednotlivých stanic ručně posunout v čase podle vzdálenosti místa měření od bouřkového oblaku a vše do sebe dokonale zapadlo. Ukázalo se, že časová posloupnost zaznamenaných zdrojů krátkovlnného radiového výkonu předcházející bleskovému výboji je vždy stejná, jako ta, kterou jsme našli v záznamu elektromagnetických iniciačních pulsů získaných širokospektrálním měřením. Takovou časovou shodu signálů naměřených v různých frekvenčních pásmech lze vysvětlit jedině extrémně rychlým skokovým prodlužováním vnitrooblakových proudových kanálů, ke kterému dochází na úplném začátku vývoje bleskového výboje.

Doufáme, že toto poměrně jednoduché vysvětlení nesouladu předchozích měření povede ke zpřesnění algoritmu výpočtu polohy zdrojů krátkovlnného záření a k hlubšímu pochopení dějů odehrávajících se uvnitř bouřkových oblaků, kterým ještě ani zdaleka dokonale nerozumíme.