Jak změřit tmu

Zdálo by se to jednoduché. Ve dne je světlo a v noci tma. Intenzitu světla za dne je možno měřit luxmetry, ale jak určit intenzitu tmy? Právě touto otázkou se zabývali astronomové na brněnské hvězdárně.

Luxmetr je přístroj určený k měření intenzity osvětlení. Jednotka osvětlení se nazývá lux, odtud tedy název přístroje. Za slunečného letního dne je osvětlení až 100 000 luxů, ale 100 W žárovka poskytuje ve vzdálenosti 2 m intenzitu osvětlení jen 35 luxů.
Je-li ovšem světla příliš málo, luxmetry se často spokojí s lakonickým konstatováním, že je tma. Absolutní tma je ovšem pouze v dobře utěsněné místnosti, kdekoliv jinde pod volnou oblohou je stále přítomné nějaké to světlo. Zařízením, které se dá v tomto okamžiku s úspěchem použít k měření, je obyčejný fotovoltaický panel.
Na střechách domů, na zahradních lampách, hodinkách a kalkulačkách, všude tam slouží fotovoltaické panely k výrobě elektřiny ze slunečního světla. Stačí panel zakrýt nebo zastínit a napětí na výstupu z panelu se rázem sníží. Průběh elektrického napětí tedy odpovídá průběhu osvětlení.

Panel, multimetr a počítač
Prvním krokem bylo zakoupení dostatečně citlivého měřicího přístroje. Multimetr METEX ME-32 je asi ten nejlevnější, který lze připojit k sériovému portu počítače a který současně umí automaticky přepínat rozsahy napětí (to je důležité pro možnost měřit ve dne i v noci).
Den po slunovratu roku 2006 bylo vše připraveno. Na roh střechy hvězdárny byl instalován malý panel o hraně jednoho decimetru, připojen k multimetru a ten k počítači. Od té doby se na brněnské hvězdárně na Kraví hoře zaznamenává průběh dne a noci. V prvních dnech to bylo pomocí panýlku, který měl jen dvě křemíkové destičky zapojené v sérii a dával na plném slunci jeden volt. Pak se zakoupil panel s osmi destičkami v sérii, který naplno dává čtyři volty a při setině luxu je na něm napětí jeden milivolt. Vzhledem k tomu, že citlivost multimetru je desetina milivoltu, lze s takovou sestavou měřit i hodnoty blízké přírodní noci za bezoblačného nebe.
Sestavička udává informace ve voltech, zatímco intenzita světla se měří v luxech, proto bylo třeba vzít luxmetr, položit jej vedle fotovoltaického panelu a celou soustavu zkalibrovat. Potom již nic nebránilo odpovědi na otázku: Jak temná je v Brně tma?

Je tma opravdu temná?
Výsledky byly překvapivé. V Brně vlastně žádná tma není! Nenastává tu nikdy ani pouhá „nautická noc“. Ta je v přírodě v době, kdy se Slunce nachází alespoň dvanáct stupňů pod obzorem. Stmívání se v Brně při takové hloubce Slunce jaksi zastaví, místo aby pokračovalo na hodnoty desetkrát nižší. Způsobuje to veřejné osvětlení, zvláště od té doby, co byly žárovky nahrazeny mnohem účinnějšími výbojkami.
Když jsou nízké mraky, je světla všude v blízkosti městského centra alespoň jako při prudkém zimním úplňku, tj. desetina luxu a více.

Světlo i tma on-line
Grafy, které jsou na webových stránkách http://amper.ped.muni.cz/weather pěkně dokumentují, kdy se Slunce schovalo za mraky, ale také kdy mraky přišly v noci. Ve dne se projeví úbytkem světla, v noci je tomu naopak. Všechny mraky nad Brnem jsou z kategorie svítících, protože odráží na zem světlo z pouličních lamp.
Kromě toho se za slunných dní projevuje i ohřev fotovoltaického panelu – když je horký, dává ve dne menší napětí. Když pak vystydne (ve stínu) a slunce vykoukne za mrakem, vychází množství světla správně, v létě na sto tisíc luxů. Za jasných dní bývají světelné hodnoty v grafech odpoledne nižší než skutečné. Panel je totiž moc teplý, i když je přilepený na bílé betonové kostce, která slouží jako stabilizátor a chladič.
Ráno (ale i večer) se kromě toho v grafech projevují okolní překážky: roh odsuvné střechy a koruny stromů, které v některých intervalech vrhají na panel stín. Pěkně jsou patrné silné přeháňky a bouřky, když nebe ve dne zakryje černý mrak.
Aktuální graf se generuje každých pět minut, a kdo je líný se chodit dívat ven, snadno z něj zjistí, je-li venku jasno, oblačno, polojasno či zataženo. Totéž samozřejmě i zpětně. Takové údaje jistě pořizují i jinde, ale na brněnské hvězdárně jsou pro celý svět on-line. Tato metoda může tedy posloužit i k neobvyklému monitorování počasí.
Od poloviny srpna jsou v grafech vidět i další údaje: teplota ovzduší a rosný bod, tlak, srážky i náznak rychlosti větru. To jsou údaje z automatické meteostanice hvězdárny.

Změřte si svou vlastní tmu
Spustit samotné měření bylo snadné, více práce dalo naprogramovat automatické generování grafů. Už je ale hotovo (a každý měsíc se něco vylepšuje) a tak doufáme, že se do měření pustí i další zájemci v jiných lokalitách. V softwaru zbývá jen změnit zeměpisnou délku a šířku... Proč nedokoupit za pět stovek fotovoltaický panýlek, za patnáct set stejný nebo obdobný multimetr, za dalších pár set stejnosměrný zdroj (jeden pól napájení multimetru je nutno uzemnit) a monitorovat svou lokalitu taky tak? Tím spíše tehdy, jestli už na střeše nějaký fotovoltaický panel máte.
Věřte, že z takového jednoduchého sledování budete mít radost podobnou, jako máme my.
edita (s využitím textů j. hollana)