ÁLLATTANI KÖZLEMÉNYEK (2001) 86:

Átírás

1 ÁLLATTANI KÖZLEMÉNYEK (2001) 86: A földfelszínre érkezı napsugárzás intenzitásának változása különbözı spektrum tartományokon az augusztus 11-i napfogyatkozás alatt történt mérések alapján * TÓTH ZOLTÁN Országos Meteorológiai Szolgálat, Minıségbiztosítási és Méréstechnikai Osztály H 1181 Budapest, Gilice tér 39. E mail: toth.z@met.hu Összefoglalás. Bár manapság a napfogyatkozásnak nincs különösebb csillagászati és napfizikai jelentısége, a földfelszínre érkezı napsugárzás változása regisztrálásának egyrészt dokumentum értéke van, másrészt fontos háttér információt szolgáltat más tudományterületek számára. A cikkben bemutatjuk a Napból a földfelszínre érkezı elektromágneses sugárzás intenzitására vonatkozó méréseink eredményeit, amelyeket a napfogyatkozás alatt végeztünk. A napsugárzás spektrális eloszlását LI spektrofotométerrel mértük a 300 és a 1100 nm közötti tartományban 1 nm felbontással. A globálsugárzást (azaz a teljes féltérbıl beérkezı napsugárzást, amely a napkorongból érkezı direkt sugárzás és az égbolt diffúz sugárzásának az összege) Kipp-Zonen piranométerrel, a biológiailag effektív ultraibolya sugárzást a Solar-Light által gyártott Robertson-Berger típusú UV-Biométerrel mértük. Mind a spektrális, mind a szélessávú mérések eredményei azt mutatták, hogy a napfogyatkozás során a napsugárzás intenzitása sokáig nem csökken számottevıen, és csak közvetlenül a totalitás bekövetkezése elıtt, illetve után, jelentıs az intenzitásváltozás. Kulcsszavak: napspektrum, spektrális intenzitás, direkt sugárzás, globálsugárzás, biológiailag effektív UV sugárzás. Bevezetés Egy napfogyatkozásnak manapság, a koronográfok és a Föld légkörén kívüli, őreszközökkel történı megfigyelések korában, nincs különösebb csillagászati vagy napfizikai jelentısége (ESPENAK & ANDERSON 1997, NEWTON 1970). A napkorongból a földfelszínre érkezı sugárzás-áramsőrőség napfogyatkozás alatti változásának detektálása azonban mégis fontos, egyrészt abból a szempontból, hogy dokumentáljuk a jelenséget, másrészt érdekes háttér információkkal szolgálhat a biológia, fıként az állatok különbözı fényviszonyok melletti viselkedésére irányuló vizsgálatok számára (BERNÁTH et al. 2001, SZENTKIRÁLYI & SZALAY 2001). Napfogyatkozáskor a fényviszonyok változására az a jellemzı, hogy lassú változás után hirtelen fényváltozás következik be közvetlenül a totalitás elıtt (majd utána ugyanez fordított sorrendben) (MITCHELL 1951, ZIRKER 1984), jóval gyorsabban, és más jellegő idıbeli lefolyással, mint a naplementekor való elsötétedéskor. Egy vastag, erısen fényelnyelı felhı miatti égbolt-elsötétüléshez képest pedig a döntı különbség az, hogy a napfogyatkozás- * Elıadta a szerzı az Állattani Szakosztály 904. ülésén (2000. május 3.). 75

2 TÓTH. Z. kor a sötét felhıvel ellentétben az égbolt szórt sugárzása a Hold árnyékkúpjában közel nullára csökken. A felhı ugyanis néhány kilométerrel a földfelszín fölött helyezkedik el, tehát (a légköri részecskék számára szórni való ) direkt napsugárzást csak a légkör legalsó, néhány kilométeres rétege nem kap, míg napfogyatkozás esetén a teljes légoszlopot nem éri direkt irradiancia. Napfogyatkozáskor megváltozik az égbolt polarizációs mintázata (BER- NÁTH et al. 2001) és változnak a légkör alapvetı meteorológiai paraméterei is (WEIDINGER et al. 2001). Módszerek A napfogyatkozás alatt a Napból érkezı elektromágneses sugárzás spektrális intenzitásának, pontosabban a beérkezı sugárzás-áramsőrőségnek a mérését LI-1800 típusú spektrofotométerrel végeztük, amely 1 nm felbontással állítja elı a napspektrumot 300 és 1100 nm között. Alapkiépítésben a LI-1800 a globálsugárzás (a teljes féltérbıl beérkezı napsugárzás, amely a napkorongból érkezı direkt sugárzás és az égbolt diffúz sugárzásának az öszszege) mérésére szolgál, de szerkesztettünk hozzá egy diafragmás csövet, és így 1996 óta egy kézi vezérléső napracélzó berendezés segítségével a direkt sugárzást is képes mérni a mőszer. A mérés helyszínéül Kiskunhalast választottuk intenzitás (10-4 Wm -2 n -1 ) :10 UT 10:19 UT 11:27 UT 10:29 UT 11:18 UT 10:39 UT 10:59 UT hullámhossz (nm) 1. ábra. A földfelszínen mért direkt napspektrum változása a napfogyatkozás alatt Kiskunhalason. Figure 1. Change of direct solar spectrum measured at the Earth s surface during the solar eclipse in Kiskunhalas. 76

3 SPEKTRÁLIS SUGÁRZÁSVÁLTOZÁSOK A NAPFOGYATKOZÁS ALATT Ami a szélesebb tartományú méréseket illeti, a globálsugárzásra és a biológiailag effektív ultraibolya sugárzásra vonatkozó mérések eredményeit Keszthelyre vonatkozóan mutatjuk be. E sugárzási paraméterek mérése Vaisala automata meteorológiai állomáshoz csatlakoztatott detektorokkal történik. Az adatgyőjtés 10 perces átlagolással történt. A globálsugárzást Kipp-Zonen piranométerrel, az UV-B sugárzást a Solar-Light által gyártott Robertson-Berger típusú UV-Biométerrel végeztük. Ez utóbbi detektor érzékenysége a különbözı hullámhosszúságú ultraibolya sugarakra olyan, mint az emberi bıré. Az UV besugárzás biológiai hatékonyságát MED/h-ban mérjük (Minimal Erythema Dose Minimális Erythema Dózis/óra. 1 MED/h az az intenzitás, amely 1 óra elteltével okoz bırpírt egy átlagos bırön.) 1,2 10: nm 325 nm 1024 nm 360 nm 555 nm 340 nm intenzitás (Wm -2 nm -2 ) 0,8 0,6 0,4 0,2 10:19 10:29 10:39 10:59 11:18 11: :51 idı 2. ábra. A földfelszínre érkezı sugárzás-áramsőrőség változása a napfogyatkozás alatt néhány kiválasztott hullámhosszra Kiskunhalason. Figure 2. Change of radiant flux density during the solar eclipse for some selected wavelengths in Kiskunhalas. Eredmények és értékelés Sajnos a vizsgálatokat csak késve tudtuk elkezdeni, amikor a Hold már belépett a napkorong elé. Az idıjárási viszonyok miatt az utolsó pillanatig kérdéses volt, hol a legnagyobb a valószínősége a tervezett mérések sikeres végrehajtásának. Végül is a választott helyen, Kiskunhalason sem voltak zavartalanok a megfigyelés körülményei a sorozatos felhıátvonulások miatt. 77

4 TÓTH. Z. Az 1. ábrán látható a napspektrum változása az idıben. Ránézésre is megállapíthatjuk, hogy a spektrumok jellege (azaz a különbözı spektrális intenzitások egymáshoz vett aránya) nem változott a napkorong fedettségének mértékével. Ez az eredmény az egyes hullámhosszokon mért intenzitások numerikus értékei alapján is egyértelmő. A 11:27 UT-kor felvett spektrumban nm környékén észlelhetı intenzitás csökkenés oka a spektrum felvétele alatt történı felhıátvonulás a napkorong elıtt. Ez is mutatja, mennyire változékony volt az égbolt a sugárzás áteresztés szempontjából. A LI-1800 spektrofotométer 1 perc alatt vesz fel egy spektrumot. Mérést csak abban az esetben indítottunk, ha garantáltnak tőnt, hogy a mérés ideje alatt nem kerül felhı a napkorong elé. Láthatjuk a 11:27-kor felvett spektrumból, hogy ez még így sem mindig sikerült. A 2. ábra néhány kiválasztott hullámhossz intenzitásának változását mutatja relatív egységben, a 10:10 UT-kor mért spektrális intenzitásokhoz viszonyítva. Néhány, fıként az UV-B és UV-A tartományba esı (305, 325, 340, 360 nm), és az 555 nm-es hullámhosszat, ahova a direktsugárzás maximuma esik valamint egy közeli infravörösbe esı értéket (1024 nm) választottunk ki az ábrához. Jól megfigyelhetı, hogy az intenzitás idıbeli változása gyakorlatilag minden hullámhosszon ugyanaz volt. 3. ábra. A globálsugárzás napi menete, Keszthely, augusztus 11. Figure 3. Daily course of global radiation, Keszthely, 11 August A 3. ábrán látható a globálsugárzás, a 4. ábrán pedig az UV-B sugárzás kvázi egész napos változása (az idı UT-ben van feltüntetve). Mindkét ábráról az olvasható le, hogy a napsugárzás intenzitásának csökkenése igen hirtelen következik be a teljes napfogyatkozás alkalmával. Feltehetjük, hogy a napkorongból érkezı sugárzás-áramsőrőség durván arányos a napkorong felületével. Megállapíthatjuk, hogy még egészen pici látható napkorongfelület esetén is számottevı sugárzás érkezik a napkorongból, és a totalitáshoz egészen közeledve 78

5 SPEKTRÁLIS SUGÁRZÁSVÁLTOZÁSOK A NAPFOGYATKOZÁS ALATT kezd csak számottevıen csökkenni a napkorongból érkezı intenzitás. Közelítı számítással megbecsülhetı: ahhoz, hogy például a telihold fényével világítson a már majdnem teljesen elfedett Nap, elegendı ha a napkorongnak csak kb. 1/ ed részét nem takarja el a Hold. Ezért érezték egyesek azt, közvetlenül a totalitás bekövetkezése elıtt és után, hogy olyan jelenséget láttak, mintha le- és fölkapcsoltak volna egy lámpát. A mérések alapján tehát megállapítható, hogy a napfogyatkozás során a sugárzás intenzitása sokáig nem csökken számottevıen, és csak közvetlenül a totalitás bekövetkezése elıtt, illetve után, jelentıs az intenzitásváltozás. 4. ábra. Az UV-B sugárzás változása a napfogyatkozás alatt Keszthelyen. Figure 4. Change in UV-B radiation during the solar eclipse in Keszthely. Irodalom BERNÁTH B., POMOZI I., GÁL J. & HORVÁTH G. (2001): Égboltpolarizáció az augusztus 11-i teljes napfogyatkozáskor és lehetséges biológiai vonatkozásai. Állattani Közlemények 86: ESPENAK F. & ANDERSON J. (1997): Total Eclipse of 1999 August 11. NASA Reference Publication MITCHELL S. A. (1951): Eclipses of the Sun (5 th ed.) Columbia University Press, New York. NEWTON R. R. (1970): Ancient Astronomical Observations. The John Hopkins Press, Baltimore. SZENTKIRÁLYI F. & SZALAY L. (2001): Az augusztus 11-i teljes napfogyatkozás hatása a háziméhek viselkedésére és győjtési aktivitására. Állattani Közlemények 86: WEIDINGER T., PINTÉR K., HIRSCH T. & MÉSZÁROS R. (2001): Az idıjárási helyzet és a meteorológiai elemek változása az augusztus 11-i magyarországi teljes napfogyatkozás során. Állattani Közlemények 86: ZIRKER J. B. (1984): Total Eclipses of the Sun. Van Nostrand Reinhold, New York. 79

6 TÓTH. Z. Change in intensity of solar radiation reaching the Earth s surface in different spectral ranges based on measurements made during the solar eclipse of 11 August 1999 ZOLTÁN TÓTH Though nowadays a solar eclipse has not particular astronomical and solar physical importance, recording of change in intensity of solar radiation reaching the Earth s surface on the one hand has a documentary value, on the other it serves as an important background information for other sciences. Results of our measurements concerning intensity of electromagnetic radiation coming from the Sun to the Earth s surface that was made during the solar eclipse are shown in this paper. Spectral distribution of solar radiation was meaured with spectrophotometer LI-1800 in the spectral range between 300 and 1100 nm with resolution of 1 nm. Global radiation (that means the total of the direct radiation coming from the solar disc and diffuse radiation coming form the whole sky) was measured with pyranometer Kipp-Zonen while biologically effective ultraviolet radiation was detected with Robertson-Berger UV-Biometer manufactured by Solar Light. Results of both spectral and broad band measurements show that, during the solar eclipse, intensity of solar radiation decreases considerably solely just before (and after) the totality as it is expected. 80