Na celém povrchu Země udeří v průměru padesát až sto blesků za sekundu a v každém okamžiku probíhá současně asi dva tisíce bouřek. Podmínkou vzniku bleskového výboje je separace kladných a záporných nábojů a vytvoření nábojových center opačné polarity uvnitř bouřkového oblaku. Mechanismus vzniku bleskového výboje stále není zcela objasněn a je objektem intenzivního výzkumu.
Na výzkum vzniku blesků, ale též na analýzu šíření jimi způsobených elektromagnetických pulzů a studium dalších přírodních elektromagnetických emisí za použití pozemních a družicových měření se zaměřil tým Ing. Ivany Kolmašové, Ph.D., z Ústavu fyziky atmosféry Akademie věd České republiky. Tým z oddělení kosmické fyziky tohoto ústavu také mimo jiné vyvinul a otestoval vysokofrekvenční přijímač elektromagnetických vln pro sondu TARANIS, jejíž mise však bohužel skončila letos v listopadu neúspěšně, když se raketa VEGA po osmi minutách letu vychýlila z plánované trajektorie. Vědci a inženýři z Ústavu fyziky atmosféry AV ČR na projektu pracovali společně se spoluřešitelským týmem z Matematicko-fyzikální fakulty Univerzity Karlovy vedeným prof. RNDr. Ondřejem Santolíkem, Dr.
Letový model vysokofrekvenčního přijímače pro sondu TARANIS před uzavřením teplotní vakuové komory v Thales Alenia Space ve francouzském městě Toulouse, kde se prováděly povinné předletové testy přístroje.
„Naštěstí se nám podařilo shromáždit dostatečné množství dat z pozemních měření a jiných družicových pozorování, která jsme prozkoumali, abychom splnili cíle projektu a přispěli k porozumění ještě ne zcela vysvětlených jevů souvisejících s bouřkami a blesky. Zaměřovali jsme se na elektromagnetické projevy bleskových výbojů, na jejich šíření ve vlnovodu tvořeném zemským povrchem a ionosférou, a na jejich šíření v ionosféře a magnetosféře Země,“ říká k projektu financovanému Grantovou agenturou ČR Ivana Kolmašová.
Zkoumání blesků a bouřek pomocí analýzy jejich elektromagnetických projevů má podle ní dvě nesporné výhody. Jednak se dá nahlédnout dovnitř bouřkového oblaku, což jiné metody nezvládnou buď vůbec, anebo s velkými obtížemi. Další výhodou je možnost zkoumat blesky z bezpečné vzdálenosti, neboť elektromagnetické signály vyzařované bleskovými výboji či jejich částmi se šíří v závislosti na jejich frekvenci na vzdálenosti stovek až desítek tisíc km. „O těchto výhodách zkoumání blesků ovšem nemá příroda ani ponětí, a tak se nám několikrát stalo, že nám příliš blízká bouřka zničila přístrojové vybavení či jeho část, které jsme pak museli vyměnit. Také nám nezbylo nic jiného, než se smířit s odloženým startem družice a tím i se skutečností, že ke splnění cílů projektu povede komplikovanější cesta,“ vysvětluje Ivana Kolmašová.
Největšího překvapení se vědci dočkali při analýze elektromagnetických emisí, které provázejí začátek bleskového výboje uvnitř bouřkového oblaku a které byly naměřeny současně dvěma zcela rozdílnými aparaturami. „Zkoumali jsme širokospektrální měření tzv. iniciačních pulsů vyzařovaných vnitrooblakovými proudy a porovnávali je s časy a polohami zdrojů krátkovlnných emisí pocházejících rovněž zevnitř oblaku a detekovaných polem úzkopásmových přijímačů. Data jsme analyzovali jinak než v předcházejících studiích a navzdory všeobecně přijímané hypotéze o nezávislosti krátkovlnných emisí a iniciačních pulsů jsme mezi nimi překvapivě objevili velmi dobrou časovou shodu. Tu jsme vysvětlili extrémně rychlým skokovým prodlužováním vnitrooblakových proudových kanálů, ke kterému dochází na úplném začátku vývoje bleskového výboje. Tento výsledek, měnící naše dosavadní chápání těchto důležitých dějů, jsme ještě ověřili na zcela jiném souboru dat, která jsme pak analyzovali společně s kolegy z univerzity v Mississippi,“ říká Ivana Kolmašová.
Zjistili jsme, že elektromagnetické vlny pocházející z bleskových výbojů mohou mít ve vnitřní magnetosféře Země výrazně vyšší intenzitu než ostatní přírodní emise a že by bylo tedy rozumné zahrnout i tyto zdroje do modelů a předpovědí kosmického počasí.
Na projektu se podílelo 14 vědců z oddělení kosmické fyziky Ústavu fyziky atmosféry Akademie věd České republiky a katedry fyziky povrchů a plazmatu Matematicko-fyzikální fakulty Univerzity Karlovy. Tým byl složen ze zkušených i začínajících vědeckých pracovníků, a nezastupitelné místo v něm měli také inženýři a technici zodpovědní za fungování měřících aparatur a ukládání naměřených dat. Za dobu tří let trvání projektu se do práce zapojilo pět studentů magisterského či doktorského studia. Dlouhý seznam spoluautorů publikací, na kterých se badatelé podíleli, ukazuje, že výzkum probíhal v široké mezinárodní spolupráci s evropskými a americkými akademickými institucemi.
„Jeden z důležitých závěrů bádání vyplývá z našeho poměrně jednoduchého vysvětlení nesouladu předchozích měření v různých frekvenčních pásmech v době vzniku bleskového výboje. Věříme, že naše vysvětlení povede ke zpřesnění algoritmu výpočtu polohy zdrojů krátkovlnného záření a k hlubšímu pochopení dějů odehrávajících se uvnitř bouřkových oblaků, kterým ještě ani zdaleka nerozumíme dokonale. Podstatné změny v algoritmu již byly vyzkoušeny v krátké kampani, na jejíž data zatím čekáme a na jejich analýzu se těšíme,“ dodává Ivana Kolmašová.
Magnetická smyčková anténa měřící v širokém pásmu frekvencí od 5 kHz do 90 MHz umístěná na vrcholu La Grande Montagne (1028 m, 43.9410 s.š., 5.4836 v.d.) na plošině Plateau d’Albion v jižní Francii.
Dalším objektem zájmu týmu jsou velmi silné zimní bleskové výboje, které mohou být nebezpečné i tím, že jsou nečekané, a to obzvláště ve vyšších zeměpisných šířkách. Porozumění vlastnostem zimních blesků, pochopení podmínek, které vedou k jejich výskytu, a hledání případných efektů jejich elektromagnetických emisí v plazmatickém okolí Země, jsou pro tým Ivany Kolmašové další výzvou, které se nyní věnuje.
Ing. Ivana Kolmašová, Ph.D., vystudovala obory radioelektronika a fyzika plazmatu na Elektrotechnické fakultě Českého vysokého učení technického v Praze. Mezi oblasti jejího zájmu patří především vlny generované přírodními bleskovými výboji a vlnové emise v magnetosféře Země a Jupiteru. Dále se věnuje kontrole kvality a planetární ochraně družicových přístrojů vyvíjených v oddělení kosmické fyziky ÚFA AVČR.