Pro experimentátora je vždy klíčové dobře porozumět svému detektoru. V astročásticové fyzice se však často jako detektor používá sama atmosféra, v níž se rozvíjejí spršky iniciované částicemi kosmického záření nebo fotony záření gama. Není proto překvapivé, že stav atmosféry je třeba důkladně monitorovat a sledovat jeho změny. Protože pozorování atmosférických spršek sestává z detekce slabého světla (ať už fluorescenčního záření na Observatoři Pierra Augera, nebo Čerenkovova záření v projektu CTA) na vzdálenost jednotek až desítek kilometrů, patří k nejdůležitějším parametrům atmosféry její průzračnost - či přesněji řečeno míra útlumu (extinkce) světla mezi místem jeho produkce ve spršce a detektorem.
(vlevo nahoře) první CTA teleskop FRAM v Chile, (vpravo nahoře) modernizovaný teleskop FRAM v Argentině, (vlevo dole) druhý CTA teleskop FRAM na La Palma, (vpravo dole) balení třetího teleskopu FRAM do Chile
Zatímco extinkce molekulární, způsobená rozptylem nebo absorpcí světla na jednotlivých molekulách plynů ve vzduchu je relativně stabilní a její změny lze modelovat pomocí globálních meteorologických modelů, příspěvek aerosolů - pevných či kapalných částeček ve vzduchu (tedy například prachu, kouře, nebo mlhy a mraků) je vysoce proměnlivý a může snadno ovlivnit například odhad primární energie částice nebo fotonu gama na úrovni jednotek až desítek procent. Právě na monitorování aerosolů se proto zaměřují i aktivity skupiny na Fyzikálním ústavu.
Zlatým standardem pro určení množství aerosolů ve vzduchu je měření pomocí LiDARu, kombinace výkonného pulzního laserového paprsku a citlivého fotodetektoru. Takové měření ale produkuje tak velké množství světla, že provoz astročásticové laboratoře během měření LiDARem je obvykle omezen či dokonce přerušen. Proto mají nezastupitelnou roli v monitorování aerosolů pasivní metody, využívající jako referenci existující přírodní zdroj světla - Slunce (samozřejmě jen ve dne), Měsíc (je-li dostatečně osvětlen a dost vysoko nad obzorem) nebo hvězdy. Slunce a Měsíc jako referenci používá běžně dostupné zařízení, tzv. Sun/Moon Photometer - v našem oddělení vyvíjíme metody lepšího zpracování dat, především s ohledem na rychle se měnící jasnost Měsíce.
Použití hvězd jako referenčního zdroje má zřejmou výhodu v jejich dostupnosti za bezměsíčných nocí a po celé obloze, nevýhodou je značná pestrost jejich fyzikálních vlastností, nerovnoměrná přesnost katalogových jasností hvězd v různých částech oblohy a především nízký tok světla od jednotlivých hvězd vyžadující velmi precizní kalibraci měřícího zařízení. Systém celoblohových kamer, vyvinutý ve Společné laboratoři optiky v Olomouci, využívá prosté binární detekce (ne)přítomnosti hvězd na celé obloze naráz k okamžité identifikaci mraků, což lze využít jak pro plánování pozorování v reálném čase, tak pro výběr dat nepostižených oblačností, či ve spolupráci s infračerveným LiDAREM (tzv. ceilometer, na jehož adaptaci pro astročásticové observatoře také pracujeme) přímo pro charakterizaci prostorového tvaru mraků a následnou kalibraci dat.
Malé robotické dalekohledy “FRAM” pozorují naráz menší část oblohy, ale u stovek až tisíců hvězd najednou dokáží změřit jejich zdánlivou jasnost, která je pak porovnána s katalogem pro určení extinkce světla. Když v rychlé posloupnosti proměří hvězdy v různých výškách nad obzorem, mohou velmi přesně změřit celkový obsah aerosolů ve vzduchu; když naopak sledují stále stejnou oblast (například zorné pole observatoře CTA), dokáží rychle identifikovat změny atmosférických podmínek v daném směru a “vyžádat” si kompletní měření vertikálního profilu LiDARem. Na Fyzikálním ústavu vyvíjíme robotické systémy těchto dalekohledů pro dlouhodobý provoz bez dohledu a s minimální údržbou a zároveň metody pro automatické zpracování dat z měření velkého množství hvězd naráz s vyloučením celé řady systematických efektů, které umožňují dosáhnout přesnosti lepší než 1 % utlumeného světla.
Příprava instalace prvních atmosférických zařízení na jižní části observatoře CTA v Chile, pracovníci FZÚ.
