Asociace univerzit pro výzkum vesmíru NASA vydala 5. dubna jako prestižní Geovědecký snímek dne fotografii s názvem „Obarvené Einsteinovo zatmění“, jehož spoluautory jsou dva čeští vědci – Petr Horálek a Miloslav Druckmüller. S využitím moderních výpočetních metod zpracování obrazu se pokusili „oživit“ snímek zatmění Slunce z 29. května 1919, který vedl k potvrzení Einsteinovy obecné teorie relativity: lidé tak po více než sto letech mohou poprvé zhlédnout, jak tento úkaz vypadal v barvách a jaké nezvyklé jevy obklopovaly zakryté Slunce.
Češi zrekonstruovali slavný záběr „Einsteinova“ zatmění Slunce. Snímek ocenila i NASA
Je tomu už 102 let od výpravy Královské greenwichské observatoře, během které byla potvrzena ikonická obecná teorie relativity Alberta Einsteina. Ten svou myšlenkovou revoluci ve fyzice zahájil v roce 1915 sérií přednášek na Pruské akademii věd, ale pod velmi nepříjemným tlakem, protože jeho pacifismus a židovský původ v meziválečném období vyvolával snahy o diskreditaci jeho osoby. Přesto jeho teorie překročila hranice a dostala se do rukou britských vědců, kteří se ji rozhodli potvrdit experimentem při expedici za pozorováním zatmění Slunce.
Jedním z mnoha důsledků obecné relativity je skutečnost, že světlo vzdáleného zdroje se na své dráze může díky gravitaci jiného hmotného tělesa mírně vychýlit. Takže podle obecné teorie relativity by mělo Slunce svým gravitačním působením odchýlit světlo hvězd, procházejících z jeho blízkosti, což by se na fotografii hvězd projevilo jejich posunem směrem od Slunce. Otázkou bylo, jestli se tato teorie dá prakticky ověřit. Vědci z Královské observatoře se o to pokusili – využili úplného zatmění Slunce 29. května 1919, kdy oslnivý sluneční disk byl zakryt Měsícem a na pár minut se kolem Slunce objevily slabé hvězdy v souhvězdí Býka. Tyto hvězdy se pak měly teoreticky nacházet vůči zakrytému Slunci o „kousíček“ jinde, než kdyby se mezi nimi a pozorovatelem naše hmotná mateřská hvězda nenacházela.
Na počátku 20. století ale neexistovaly digitální aparáty s velkým megapixelovým rozlišením, ani cestovní kanceláře a přesné předpovědi počasí či družicové snímky. Astronomové tehdy museli vynaložit velkou dávku diplomacie a expedici uzpůsobit tak, aby se úkaz dal dostatečně kvalitně zaznamenat na fotografické desky. Přes komplikace, které přinášela hlavně světová válka, se 10. listopadu 1917 rozhodl britský Stálý výbor pro sluneční zatmění, že zorganizuje expedice do pásu totality dlouhého zatmění Slunce 29. května 1919.
Výsledky byly navzdory problémům znamenité a zajistily vědecké uznání jak členům expedice, tak samotnému Einsteinovi. Hvězdy obklopující Slunce během zatmění byly dostatečně jasné, aby se daly porovnat s jejich polohami na deskách pořízených později – když se Slunce mezi nimi nenacházelo. Ukázalo se, že jejich poloha je skutečně až o 1,75 obloukové vteřiny odchýlena díky gravitaci Slunce. Výsledky postupně obletěly celý svět, stejně jako obrázky samotného zatmění pořízené na ony skleněné desky.
Originální desky ze zatmění v roce 1919 se ztratily, ale naštěstí byly vytvořeny kopie jedné z nich a rozeslány observatořím po světě, aby všichni vědci na vlastní oči viděli důkaz podporující teorii relativity. Jedna kopie snímku ze Sobralu se dostala také na observatoř Landessternwarte Heidelberg-Königstuhl, která ji nedávno digitalizovala v rámci projektu HDAP (Heidelberg Digitized Astronomical Plates). A s tím začal zcela nový příběh, který vyústil v prestižní ocenění v NASA.
Česká cesta k původní fotografii
Petr Horálek z Fyzikálního ústavu v Opavě ve spolupráci s Evropskou jižní observatoří získal digitalizovanou kopii původní desky v nejvyšší možné kvalitě. „Už na první pohled bylo jasné, že kvalita snímku zdaleka nedosahuje současných možností, navíc sken byl poškrábaný a plný prachových částeček. Je také zcela zřetelné, že v době zatmění skutečně na Sobralu překážela oblačnost,“ popisuje Horálek.
Bylo proto nutné upravit digitální podobu skleněné desky tak, aby zmizely některé artefakty, a naopak vynikly skutečné struktury sluneční korony. Výsledek byl poté zpracován sofistikovaným programem NAFE profesora Miloslava Druckmüllera z Vysokého učení technického v Brně. Program umí pomocí takzvané Fourierovy transformace zvýraznit i jemné detaily ve strukturách jinak spíše rozmazaných snímků, díky čemuž bylo možné získat ještě pěknější detaily ve sluneční koroně, ale hlavně v protuberanci, která se tehdy během zatmění ukázala. Nakonec ze známých barevných vlastností některých jevů na snímku dokázal Horálek velmi věrně rekonstruovat barevnost celého obrázku, který byl doposud dostupný jen černobíle. Lidem se tak ukazuje poprvé v historii lidstva slavné „Einsteinovo“ zatmění v barvách a jemných detailech.
„Co na snímku vidíme? Především tmavý měsíční disk zakrývá ten oslnivý sluneční, díky čemuž se ukazuje slabá strukturovaná sluneční korona – rozevlátá plazmová obálka Slunce tvarovaná jeho magnetickým polem. Její struktura byla poměrně komplikovaná – zatmění proběhlo zhruba dva roky po maximu slunečního cyklu číslo 15, takže lze vidět četné magnetické smyčky, ale také rozeznat sluneční magnetické póly (vlevo nahoře, vpravo dole) a dlouhé rovníkové koronální paprsky. Nejúchvatnější je ale narůžovělá protuberance – oblak chladnějšího plazmatu vznášejícího se nad slunečním povrchem. Takto obří protuberance je během úplného zatmění Slunce velmi vzácným jevem a pravděpodobně jde o tu největší, jaká kdy byla během slunečního zatmění fotograficky zachycena,“ vysvětluje Horálek.
Oceněná fotografie
Geovědecký snímek Asociace univerzit pro výzkum vesmíru NASA (zkráceně EPOD) je uznávané ocenění nejzajímavější astronomické, atmosférické či geologické fotografie dne, kterou pro každý den pečlivě vybírá profesor James Foster, emeritní vědecký pracovník na Goddardově vesmírném centru NASA. Vznikl v roce 1999 jako samostatná „větev“ prestižního Astronomického snímku dne NASA. Oproti němu je ovšem více geovědecky zaměřený – mimo astronomické snímky jsou zde publikovány i ty geologické, meteorologické, chemické nebo atmosférické. Kromě EPOD byl snímek prezentován na prestižním vědeckém serveru Spaceweather.com.
Fyzikální ústav v Opavě, který je mimo jiné zaměřen na vědecký výzkum důsledků slavné Einsteinovy teorie, chtěl tímto snímkem také upozornit na kulaté výročí udělení Nobelovy ceny tomuto slavnému fyzikovi. Právě před 100 lety, 30. března 1921, odjel do New Yorku přednášet o své teorii. Nobelovu cenu však získal za svou práci o fotoelektrickém jevu. Komise Švédské královské akademie věd se tehdy dohodla, že méně kontroverzní starší práce je z politického hlediska vhodnější. Dnes je ale teorie relativity základním pilířem pro fyzikální chápání vesmíru.