Jedinečný software a štěstí na počasí. To je recept brněnských matematiků na vytvoření snímků sluneční koróny

Pouhých 120 sekund měl tým profesora Miloslava Druckmüllera z Fakulty strojního inženýrství (FSI) VUT na zaznamenání dat úplného zatmění Slunce, k němuž došlo v pondělí 21. srpna 2017 na části území USA. Díky hezkému počasí a především novému softwaru, který naprogramoval matematik a člen týmu Pavel Štarha, se výzkumníkům podařilo získat historicky největší množství kvalitních dat. Obrazy, který vznikly, zachycují korónu Slunce ve fázi jeho klesající aktivity, kdy je struktura magnetického pole této hvězdy zcela jiná než v období maxima.

Pro tým brněnského matematika Miloslava Druckmüllera to byla už desátá výprava za zatměním Slunce. Přesto byla podle jeho slov jedinečná. „Letos jsme poprvé zachytili korónu ve fázi, kdy se aktivita Slunce blíží postupně k minimu. I laik na první pohled pozná, že Slunce je jako obrovský magnet se dvěma póly. Siločáry vycházejí ven v místě severního pólu a pak vstupují na opačném pólu. Naopak pokud je Slunce v maximu, jako tomu bylo např. v roce 2013, tak ani odborník často nemá šanci snadno poznat, kde magnetické póly jsou, protože magnetické pole má velmi komplikovanou strukturu,“ popsal vedoucí expedice Miloslav Druckmüller.

Popis obrázku: Detailní obraz K-koróny (světla odraženého od volných elektronů) vzniklý složitým matematickým zpracováním 159 obrazů o rozlišení 36 MPix. s expozičními časy od 1/1000 s do 4 s.

Právě profesor Druckmüller vytvořil a neustále zdokonaluje software pro vyhodnocování dat získaných při expedicích. Výsledkem jsou obrazy tzv. K-koróny, která je tvořena světlem odraženým od volných elektronů, a dále pak obrazy ukazující rozložení různých iontů železa, niklu a argonu, které umožňují velmi dokonalou diagnostiku podmínek, které v koróně panují.

Letos se dalšímu členovi expedice, matematikovi Pavlu Štarhovi podařilo naprogramovat a zdokonalit software řídící pozorovací kamery, které musí pracovat synchronizovaně. „Tento software je vyvinut speciálně pro pozorování úplného zatmění Slunce a je navržen tak, aby co nejvíce usnadnil práci na různých pozorovacích místech v rozdílných klimatických podmínkách. Nejedná se pouze o pořízení snímků zatmění, ale je k nim potřeba získat velmi důležité kalibrační snímky, kterých je zpravidla 12x více. Pořízená data se automaticky třídí a vytváří se k nim doplňkové soubory obsahující nutné informace pro jejich další zpracování. Na každém z pěti pozorovacích míst bylo jiné vybavení, proto je nutné, aby software byl flexibilní, dokázal pracovat s různým počtem kamer a jeho konfigurace byla co nejvíce automatická a pro uživatele jednoduchá a přehledná. Po téměř čtyřech letech vývoje se nám podařilo vyvinout velice spolehlivý software pro potřeby expedice,“ řekl Pavel Štarha. Díky tomuto jedinečnému softwaru a hezkému počasí, které v době zatmění v USA panovalo, se matematikům podařilo nasbírat historicky nejvíce dat – na disku zabírají neuvěřitelné 3 TB.

Desátou výpravu za zatměním Slunce VUT v Brně financovala Havajská univerzita, která též dodala část přístrojového vybavení. Finančně i špičkovým přístrojovým vybavením expedici podpořil i německý nadšenec a uznávaný odborník v oblasti optiky Peter Aniol. Výzkumníci byli rozmístěni na celkem pěti místech v USA. Základnou Miloslava Druckmüllera a Pavla Štarhy byl Oregon, kde byl pro pozorování pronajat soukromý pozemek od místního farmáře. „Díky tomu jsme se vyhnuli davům turistů, které přilákala obrovská mediální a marketingová kampaň. Ze zatmění Slunce se v USA stal obchodní artikl, s tím jsme se v takovém rozsahu dosud nikde nesetkali,“ dodal Druckmüller.

Fyzicky nejnáročnější cestu zdolala matematička Jana Hoderová. Její pozorovací místo bylo vysoko na hoře Whiskey Mountain (3400 m n. m.). Veškeré vybavení a přístroje proto musela skupina přivézt na koních. „Pěšky bychom tam kvůli náročnosti terénu vůbec nebyli schopní dostat vybavení. S naloženými koňmi jsme zvládli převýšení zhruba 1 000 výškových metrů za necelé dvě hodiny. Koně naštěstí neřešili, že nesou obrovské a neforemné kufry s drahými přístroji, vše jsme zvládli bez poškození přepravit tam i zpátky,“ uvedla Jana Hoderová, která před expedicí absolvovala několik lekcí jízdy na koni.

Každou expedici provázejí mnohaměsíční přípravy a velké nervy, matematici z FSI se ale shodují, že samotné zatmění za to stojí. „Pravdou ale je, že jsem si od roku 1999, kdy na expedice jezdím, těch pár desítek vteřin nikdy neužil. Cítím velký pocit zodpovědnosti za celou expedici. Pracujeme na projektu intenzivně mnoho měsíců a samotná výprava je velmi náročná, protože pracujeme nepřetržitě a pod velkých tlakem klidně i 16 hodin denně. Výjimečnými obrazy sluneční koróny se tak mohu v klidu probírat až po návratu do své kanceláře,“ přiznal Druckmüller.

Další úplné zatmění? Za dva roky v Chile

Další zatmění se odehraje 2. července 2019 v jihoamerickém Chile a tým pod vedením profesora Druckmüllera už má toto datum zakroužkované v diářích. „Výpravu do Chile rozhodně podnikneme, protože je to v nejbližších letech rozhodně nejlepší místo pro pozorování. Observatoř La Silla v poušti Atacama se nachází ve výšce 2 400 m n. m. a zatmění se odehraje přesně nad tímto místem.

„Dá se očekávat obrovský zájem výzkumníků, ale věříme, že se nám tam podaří získat v observatoři zázemí i pro nás – díky našemu dlouholetému know-how i skvělým softwarům pro zachycení a následně i pro zpracování dat,“ uvedl Druckmüller s tím, že největší neznámou bude do poslední chvíle jako vždy počasí. „V této observatoři bývalo naprosto stabilní počasí, až 340 jasných nocí v roce, ale bohužel kvůli změnám klimatu už to neplatí. I za dva roky tedy na expedici vyrazí více skupin, abychom zvýšili šance na pořízení těch nejkvalitnějších obrazů sluneční koróny,“ dodal profesor Druckmüller.