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.
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.
