Egy kutatási projekt eredményei egy fényszennyezés mentes helyen.
Az Eszterházy Károly Katolikus Egyetem TTK Környezeti Fényviszonyok Kutatócsoportjának szervezésében egy nemzetközi workshop zajlott az Ausztriai Sölktäler Naturparkban. A hivatalos program 2023. február 19. és 24. között volt, de már egy héttel korábban elkezdtük a méréseket. A helyszín azért érdemel figyelmet, mert ebben az eldugott völgyben minimális a fényszennyezés. Leszámítva azokat az irányokat, ahol a horizont közelében kilátni a völgyből, csak a természetes éjszakai égbolt ragyog felettünk. 2021 júliusától kezdve hét eltérő időszakban mértük az égbolt állapotát, meggyőződhettünk arról, hogy a mesterséges fények hatása elhanyagolható. A többszöri látogatás egyik érdekes tanulsága az volt, hogy az égbolt mindig más színnel világít. A mostani alkalommal ismét fontos eredményekhez jutottunk.
Négy éjszaka, négy teljesen eltérő színű égbolt. A felvételek dátumai balról jobbra: 2022.04.24, 2021.11.02, 2023.02.13, 2023.02.21. Az itt bemutatott ábrák teljesen azonos eszközökkel és feldolgozással készültek. Az ábrán szereplő színek nem azt mutatják amilyennek láthatnánk az égboltot – elsősorban azért, mert a természetes égbolt olyan halvány, hogy az emberi szem nem érzékeli a színeket. Azonban a kalibrált kamerák segítségével meghatározhatók az égbolt valódi színei. Még ez sem segít igazán a változások érzékelésében, mert az „átlagos” égbolthoz képesti eltérés kicsi. Ezért használunk tudományosan megalapozott „hamis színfokozó módszert”, amivel a normál égbolthoz képesti eltéréseket megnöveljük. Az így készült színek azt mutatják, milyen „irányban” változott az adott éjszakán az égbolt.
Az égbolt természetes fénylésének legjelentősebb és így legfontosabb komponense a légkörfény. A jelenséget a kemoluminenszencia okozza. A Nap UV sugárzása bontja a levegő molekuláit és egyben gerjeszti is az atomokat. Ez a gerjesztés azonban olyan, hogy spontán módon csak nagyon hosszú idő alatt tudják az atomok fény formájában kisugározni az extra energiát. Kémiai folyamatok, pl. az ózon molekulák keletkezése teszik lehetővé végül mégis a fénykibocsátást. A folyamat eredménye a légkörfény, az égbolt mindig meglévő, de folytonosan változó vonalas sugárzása. Több hullámhosszon figyelhetjük meg a jelenséget. Elsődleges az oxigén 558 nm-es zöld sugárzása – általában ez a legerősebb. Míg a légkörfény zöld komponense kb. 80 km magasból származik, 120-130 km között az oxigén vörösen is világít, 630 nm-en. Időnként a nátrium is felfénylik a megszokott narancs színnel, a D vonalaknak megfelelően az 589 nm körüli két hullámhosszon is – amit nátriumeseménynek hívunk.
A légkörfény három színképtartománya egymástól függetlenül változik, bár van némi korreláció – pl. a nátriumesemények megnövekedett zöld légkörfénnyel társulnak. Mindebből persze szabad szemmel semmit sem látunk, hiszen ezek olyan fénysűrűségek, ahol régen elvesztettük színlátásunkat. Általában a fényképfelvételek sem árulkodnak a légkörfény változásairól, mert a kamerák nem az éjszakai égbolt színhűségére kalibráltak, a legtöbb helyen pedig a mesterséges fények okozta háttér el is mossa ezeket a finom eltéréseket. Az égbolt széles sávú radianciájához még lényegesen hozzájárulnak a hidroxil (OH) színképi sávjai, de ezek már a látható tartomány távoli vörös végén vannak, amivel ténylegesen nem járulnak hozzá a megfigyelhető és a szokásos fotometriai tartományba eső mérésekhez.
Az éjszakai égbolt színképe, hasonlóan ahhoz, ahogy egy prizma segítségével láthatnánk. Jól megfigyelhető az oxigén zöld és vörös vonala és a kettő között a nátrium narancs sávja is. A három eltérő éjszakán készült spektrumokból jól látszik az is, hogy a három sugárzás aránya miként változhat.
Az egyik mérőrendszerünk digitális fényképezőgépre alapul, amivel eleve adott a három színcsatorna. A kamerák spektrális érzékenységét laboratóriumi körülmények között meghatároztuk. Ismerve az éjszakai égbolt lehetséges spektrális összetételét, alkothatunk egy olyan optimalizált színi transzformációt, amivel a kamera nyers RGB színeiből kellő pontossággal meghatározhatók a tényleges színkoordináták. Természetesen ez a transzformáció csak az égbolt fényére alkalmazható, egy virágos rétről készül fotó pixeleire valószínűleg hamis értéket adnának. A módszerünkkel meghatározható az égbolt valódi színe, ami jellemzően barnás. Ha az égboltról készült valódi színekre korrigált képet megnézzük, az nem eléggé szemléletes. Ezért kidolgoztunk egy eljárást, amivel minden egyes képpontra meghatározhatjuk, hogy annak színkoordinátája mennyivel tér el az átlagos normál égboltétól. Ha ezután a pixel színét úgy húzzuk el, hogy a tényleges színi távolság megháromszorozódjék, akkor egy olyan „túlszínezett” képet kapunk, ami ránézésre jelzi az égbolt aktuális állapotát, könnyedén észrevehetünk viszonylag kis eltéréseket is. Ezt az eljárást hamis színfokozásnak, az angol név – „False Colour Enhancement” – kezdőbetűből röviden csak FCE-nek hívunk.
Habár szemünkkel nem láthatjuk a természetes éjszakai égbolt színeit, lehetséges ábrázolni úgy, ahogy akkor látnánk, ha színlátásunk sokkal érzékenyebb lenne. Általában a narancsos-barnás árnyalatok jellemzőek, de itt a zöld is érzékelhető.
A „hamis színfokozás” (FCE) láthatóvá teszi az aktuális égbolt eltérését az átlagoshoz képest. A zöld és a narancs/vörös légkörfény jól elkülönül.
A légkörfényben sokszor megjelennek sávos szerkezetek. Ezek hullámok (egész pontosan nehézségi hullámok) a levegőben 80-90 km-es magasságban, amik például a hegyvonulatokon "gellert" kapó erősebb légáramlatok hatására jönnek létre. Ahol sűrűbb a levegő, ott jobban világít, mivel a fénykibocsátáshoz pl. az oxigén molekulák és atomok ütközésére van szükség. Ez a folyamat láthatóvá teszi a zöld légkörfényben a nehézségi hullámokat.
Ezen a képen egyszerre három helyen is látszódnak a nehézségi hullámok. Ezek a jelenségek viszonylag rövid életűek voltak, mindössze 10-15 percig tartottak.
Sztakovics János fotói alapján készült videó. Véletlenül egy hullócsillag is felvillan az Orionban, éppen az ott mozgó hullámzásban.
A workshop alatt és az azt megelőző időszakban végig erős volt a zöld légkörfény – hat éjszaka az időszakból.
A workshop csoportképe is a légkörfényes égbolt alatt készült. A fotón a 3 magyar résztvevőn kívül két német, egy osztrák és egy lengyel kolléga szerepel.