Úspěšní fotografové sluneční korony

Mít obrázek na titulní stránce vědeckého časopisu Nature je snem mnoha badatelů. Vyplnil se týmu vedenému prof. Miroslavem Druckmüllerem Ústavu matematiky Fakulty strojního inženýrství VUT Brno. Uveřejněná fotografie v prestižním vědeckém časopisu vznikla složitým matematickým zpracováním několika desítek obrazů pořízených během úplného zatmění Slunce 1. srpna 2008 v Mongolsku. Je v současnosti ve světě nejdokonalejším existujícím obrazem sluneční koróny ve viditelné části spektra.

Tým pod vedením prof. Miloslava Druckmüllerazásadním způsobem zdokonalil matematické metody analýzy obrazů sluneční koróny. Jádro týmu tvoří Miloslav Druckmüller a jeho dcera Hana, součástí týmu dále jsou Peter Aniol a Martin Dietzel z Německa, Vojtech Rušin ze Slovenska, Constantinos Emmanoulidis z Řecka, Ronald Royer z USA, Eva Marková a Marcel Bělík z Hvězdárny v Úpici.

Sluneční koronu lze fotografovat při úplném zatmění Slunce. Úplné zatmění Slunce nastává přibližně šedesátkrát za století a lze ho vždy pozorovat pouze v úzkém pruhu zemského povrchu, v tzv. pásu totality. Pás totality často prochází pro pozorování zcela nevhodnými místy, jako jsou oceány a místa se špatnou dlouhodobou předpovědí počasí. Pořízení skvělé fotografie proto zdaleka není jednoduché.

Cesta za nejlepším záběrem
Dne 1. srpna 2008 procházel pás totality ruskou Sibiří, přes pohoří Altaj a poušť Gobi v Mongolsku a Číně. Hana Druckmüllerová se připojila k týmu v rámci expedice Hvězdárny v Úpici a zatmění pozorovala v Ključi na území ruského Novosibirska, Miloslav Druckmüller byl členem německo-česko-slovenské expedice, která v Mongolsku cestovala terénními auty z Ulánbátaru do pouště Gobi na místo Bor Udzuur. Přestože na obou místech byla jen asi 50 % pravděpodobnost dobrého počasí, měly obě výpravy zázračně jasnou oblohu a pořídily velmi kvalitní snímky sluneční koróny. Obraz, který se pak objevil i na titulní stránce časopisu Nature, byl vytvořen ze snímků z Mongolska.

Další rok,22. července 2009, procházel pás totality Indií, Čínou a Tichým oceánem. Hana Druckmüllerová byla společně s astronomy z Hvězdárny v Úpici a Astronomického ústavu AV ČR v té době v čínském Su-čou západně od Šanghaje a Miloslav Druckmüller jako člen americko-německo-česko-slovenské expedice na maličkém atolu Enewetak v Marshallových ostrovech.

Počet použitých obrazů se případ od případu liší. Většinou se během úplného zatmění pořídí každým fotoaparátem několik desítek snímků. K nim se pak krátce po skončení úplné fáze zatmění pořídí kalibrační snímky, kterých bývá až několik set. Na jednom pozorovacím místě se vždy fotografuje několika fotoaparáty pomocí objektivů o různých ohniskových vzdálenostech (snímky různě detailní), případně i v různých spektrálních čarách, což následně umožňuje zkoumat rozložení různých iontů a atomů v koróně.

Cesta ke zpracování obrazu, úspěšné programy
Své první úplné zatmění Slunce pozorovali Hana a Miloslav Druckmüllerovi 11. 8. 1999 poblíž vesnice Németkér v Maďarsku. Tehdy procházel pás totality velmi blízko českých hranic. Miloslav Druckmüller naskenované pořízené fotografie zpracovával na počítači. Zjistil totiž, že originální fotografie vůbec neodpovídají tomu, co viděl.

V roce 2002 pak Hana Druckmüllerová začala vytvářet první program na matematicky korektní zviditelňování snímků sluneční koróny, v dnešním názvosloví program Corona 1.0. S programem a prací, která jej popisovala, se zúčastnila Středoškolské odborné činnosti. Umístila se na 3. místě v oboru fyzika na celostátním kole v Kadani v květnu 2003 a v roce 2004 reprezentovala ČR v soutěži Intel ISEF ve Spojených státech.

Miloslav Druckmüller program své dcery převzal a rozšířil do dnešní téměř dokonalé podoby. Kromě toho vytvořil i řadu dalších programů. Od té doby prezentovali své postupy Hana a Miloslav Druckmüllerovi na mnoha konferencích, např. v UK, USA, v Rusku a v Číně. Ke zpracování obrazů sluneční koróny pořízených během úplných zatmění Slunce používá tým prof. Druckmüllera celou řadu software, který je do značné míry jednoúčelový. Většinou jde o vlastní software, vytvořený v průběhu let.

Vědci z VUT mají i další programy: program na kalibraci snímků zachycených během zatmění pomocí kalibračních snímků pořízených krátce po zatmění, program na přesné geometrické sesazení snímků, program na přesné určení těžiště Měsíce v obrazech, což je třeba pro další výpočty, program na složení mnoha obrazů s různými expozičními časy do jednoho obrazu s obrovským dynamickým rozsahem, program na zviditelnění koronálních struktur v obrazu s vysokým dynamickým rozsahem a mnoho dalších jednoúčelových programů. Autorem většiny z nich je Miloslav Druckmüller.

Cesta ke studiu korony
Nové metody umožňují studium sluneční koróny – horké plazmatické obálky Slunce s teplotou převyšující jeden milión kelvinů – na kvalitativně zcela nové úrovni. Na obrazech je možné studovat velmi složité struktury plazmatu modelované silným magnetickým polem Slunce. Analýzou záření různých iontů železa lze získat velmi přesné informace o teplotě. Složité děje, které probíhají ve sluneční koróně, mají velký vliv na naši Zemi, a proto se jejich studiu věnuje velká pozornost. Postupy, které dnes Hana a Miloslav Druckmüllerovi používají k vizualizaci struktur ve sluneční koróně, umožňují zobrazit korónu nejvěrněji ze všech používaných metod. Mnohé jiné metody totiž poškozují obrazy sluneční koróny tím, že zvýrazňují pouze radiálně orientované struktury a nikoli např. vrcholy smyček.

Speciální webstránky prof. Druckmüllera:
http://www.zam.fme.vutbr.cz/~druck/Index.htm

A speciální webstránky věnované zatmění a fotografiím dalších astronomických jevů:
http://www.zam.fme.vutbr.cz/~druck/eclipse/Index.htm