Úspěch brněnských vědců při výpravě za zatměním Slunce

12.4.2015 Scienceworld.cz

Osmou vědeckou expedici za zatměním Slunce má letos za sebou prof. RNDr. Miloslav Druckmüller, CSc. z Fakulty strojního inženýrství VUT v Brně. Světově uznávaný odborník spolupracuje s předními astrofyziky mnoha zemí a publikuje v nejprestižnějších zahraničních vědeckých časopisech. Jeho obraz sluneční koróny vytvořený z dat pořízených během úplného zatmění Slunce v Mongolsku v roce 2008 uveřejnil na titulní straně i časopis Nature. Ke zpracování obrazů využívá Druckmüller vlastní software, který tvořil osm let ve svém volném čase.

Úplné zatmění trvalo 20. března 147 sekund a expedice ho snímala ze souostroví Špicberky. Šestičlennou výpravu tvořili dva Američané, dva Němci, Miloslav Druckmüller a Pavel Štarha z Ústavu matematiky Fakulty strojního inženýrství VUT v Brně. Expedice se konala za nepříznivých podmínek. „Na Špicberkách skončila polární noc, ale ještě nezačal polární den. Slunce se tam pohybuje nízko nad obzorem, v době zatmění bylo asi jedenáct stupňů nad horizontem,“ popsal okolnosti matematik. Situaci komplikovaly také dvaceti až třicetistupňové mrazy, kvůli kterým měla problémy hlavně technika. Aby expedice minimalizovala riziko, že snímání překazí například mrak, rozdělila se na dvě části. První z nich pozorovala zatmění z observatoře univerzity Unis, druhé stanoviště vzniklo na místním letišti.

Výpravu, stejně jako předešlé, financovala převážně havajská univerzita a její Institut for Astronomy, se kterým VUT úzce spolupracuje. Kvůli velkému riziku, že expedice skončí nezdarem stejně jako dvě předešlé (2012, 2013), se rozhodla havajská univerzita z větší části sponzorovat ještě jednu expedici. Na Faerské ostrovy vyjela tříčlenná výprava vedená Janou Hoderovou z Ústavu matematiky, FSI VUT. Její součástí byl i student matematického inženýrství Jan Malec. Zatímco na Faerských ostrovech špatné počasí neumožnilo pozorování zatmění, expedice na Špicberkách ohlásila plný úspěch. „Počasí nám mimořádně přálo, přitom několik dní předtím bylo katastrofální a depresivní,“ uvedl Druckmüller.

Letošní první snímek slavil, stejně jako ty z předešlých let, mediální úspěch. Např. NASA vybrala tento obraz jako Picture of the Day, což je stránka, která má mnoho jazykových mutací a klikne na ni někdy i milion lidí denně. Stránka sice bývá označována za „vědecký bulvár“, ale je to jisté zviditelnění expedice. Vědecké zpracování dat je zatím na samém počátku a potrvá měsíce.

Co je sluneční koróna

Viditelný povrch našeho Slunce tvoří povrch koule o průměru asi 1,4 milionu kilometru. V ní je soustředěna téměř veškerá jeho hmota. Koróna, plazmatická obálka Slunce, je velmi řídká. Na vlastní oči si ji můžeme prohlédnout jen při úplném zatmění Slunce díky tomu, že jsou v ní volné elektrony, které dobře odrážejí sluneční světlo. Na první pohled by se mohlo zdát, že vše podstatné se odehrává uvnitř koule. Není to však pravda. Řada zásadních dějů, které ovlivňují i život na Zemi, probíhá v koróně. Proto ji pozoruje flotila kosmických sond v různých částech spektra.

Zvláště daleká ultrafialová část spektra poskytuje výbornou možnost pozorovat korónu bez úplného zatmění. Viditelná část spektra je však „Achillovou patou“ pozorování. Ani kosmická technika neumožňuje, a to ani vzdáleně, pozorovat vnitřní korónu v kvalitě, kterou nám umožňují zatmění Slunce za využití matematických metod zpracování obrazů. Obrazy koróny ve viditelné části spektra především zviditelňují struktury vytvořené magnetickým polem Slunce až do velké vzdálenosti od jeho povrchu, což je velmi cenné. Úplná zatmění Slunce tedy ani v éře kosmického výzkumu neztratila svou vědeckou hodnotu.

Proč je nutné matematicky zpracovávat obrazy zatmění Slunce

Fotoaparát funguje tak, že každý pixel, obrazový bod, je záznam o tom, jak intenzivní světlo na něj dopadlo. Oko je na tom jinak, umí pouze zjistit, zda je daný bod světlejší nebo tmavší než okolí, tedy umí jen srovnávat.

To znamená, že pro lidský zrak není podstatná skutečná hodnota jasu, ale to, jestli je něco světlejší nebo tmavší než okolí. Díky tomu zvládne zpracovat obrovský kontrast, nevadí mu, že je jedno místo milionkrát jasnější než jiné, protože to neřeší jako obraz, jako celek, ale řeší to lokálně. Zjednodušeně řečeno: pokud je dolní roh zcela černý a horní zcela světlý, oku to nevadí, protože si přihlíží vždy jen okolí nejčernějšího či nejsvětlejšího místa a dokáže v něm rozeznat drobné rozdíly. Fotografii to vadí, protože řeší komplexní obraz, zachytí tedy jen totálně černou nebo totálně bílou.

Matematicky není velký problém vzít mnoho obrazů Slunce s různými expozicemi a vyrobit z nich jeden, který bude správný, kalibrovaný a matematicky analyzovatelný. Ale člověk ho nikdy neuvidí, protože by musel mít na monitoru stejný kontrast jako v reálu, a to není možné. Slunce totiž září milionkrát jasněji než jeho okolí.

Počítačový program tedy udělá jakýsi podfuk na lidský zrak, nechá ve snímku jen informace, které oko potřebuje, a ty zbytečné, například o absolutním jasu, odstraní. Oba obrazy jsou ovšem samostatně bezcenné: ten, který je matematiky správně, se dá analyzovat a měřit, ale člověk na něm nic nevidí. Ten druhý je čitelný pro lidský zrak, ale už neobsahuje relevantní data o jasu sluneční koróny. Teprve oba obrazy společně mají význam – v upraveném obraze člověk najde to, co ho zajímá, a v neupraveném to může analyzovat matematickými metodami.