Jak se fotí zatmění Slunce: Velký rozhovor s předním světovým astrofotografem
Když v dětství zatoužil uvidět zatmění Slunce, jistě netušil, že se stane předním světovým astrofotografem. Dnes je Miloslav Druckmüller ikonou nejen české astrofotografie, autorem matematických metod pro vizualizaci a analýzu obrazů slunečních zatmění i neúnavným popularizátorem vědy.
Jeho snímky sluneční koróny při zatmění obletěly svět a ozdobily titulní stránky předních periodik. Některé z nich převzala NASA jako Astronomický snímek dne a v roce 2009 se jeho fotografie koróny z pouště Gobi objevila na obálce časopisu Nature. Od prvního snímku zatmění Slunce k současným brilantním astrofotografiím Miloslava Druckmüllera však vedla poměrně dlouhá a náročná cesta, vroubená vznikem řady matematických metod pro vizualizaci a analýzu získaných obrazů.
Co pro vás znamená pohled na zatmění Slunce? Jaké při něm míváte pocity?
Stres – to jediné slovo vystihuje vše. Úplná zatmění Slunce nastávají na Zemi v jednoletých až dvouletých intervalech, často na místech, kam je složité a drahé se dostat. Úkaz trvá několik málo minut, někdy i jen desítek sekund. Jediná chyba při pořizování dat zničí všechno, nic se nedá opakovat. Psychický tlak je skutečně děsivý.
Mimo jiné působíte jako pedagog na Ústavu matematiky Fakulty strojního inženýrství Vysokého učení technického v Brně. Pokud byste měl zhodnotit výsledky své práce, který z nich je pro vás nejdůležitější?
Kdybych to měl zhodnotit, tak by se jistě jednalo o nalezení hranice bezkolizního plazmatu ve sluneční koróně. Jde totiž o něco, co se dá bez metod, které používáme, najít jen docela obtížně. A právě pozorování těžkých iontů železa, jímž se zabýváme, to umožňuje. Jde o nalezení hranice, za kterou se složení daných iontů již nemění – a sice proto, že se už nikdy nepotkají s elektrony, aby mohly rekombinovat. Takže za hranicí bezkolizního plazmatu je úplně jedno, jestli je pozorujete ze vzdálenosti dvou slunečních poloměrů, nebo ze vzdálenosti Jupitera, protože mají pořád stejné složení.
Dělat cokoliv, ale pořádně
V Česku i ve světě jste proslul především svými excelentními snímky koróny při zatmění Slunce. Odkud pramenila vaše touha fotografovat právě tento zajímavý úkaz?
Byl jsem ještě kluk, měl jsem asi jedenáct let. A tehdy jsem se dozvěděl, že za třicet čtyři let bude blízko naší republiky vidět úplné zatmění Slunce. Ta informace mi utkvěla v hlavě. Tenkrát jsem si vůbec nedovedl představit, jak takové zatmění vypadá – ale říkal jsem si, že bych u něj chtěl být a vyfotografovat ho. Netušil jsem ani, kudy má procházet pás totality, ale věděl jsem, že úkaz bude vidět z Rakouska. A protože se tam v té době nesmělo, vytrvale jsem si lámal hlavu, jak se za hranice dostanu. Nicméně během těch tří dekád, které mezitím uběhly, se mnoho věcí změnilo a v roce 1999 už se do Rakouska jezdit mohlo.
Fotografovat zatmění Slunce není jednoduché. Měl jste už v mládí nějakou zkušenost s focením vesmírných objektů?
Já jsem měl velkou spoustu zájmů, ale asi nejvíc ze všeho mě v tomto věku bavila právě fotografie. Inspiroval mě můj tatínek, vášnivý fotograf, a já jsem díky tomu strávil snad půlku života v temné komoře při oranžovém světle. Už jako předškoláka mě okouzlovalo vložit naexponovaný papír do misky s vývojkou a sledovat, jak na něm vzniká obraz. Pak mi tatínek přidělil velmi zodpovědný úkol – abych míchal ustalovačem, protože jinak by se na snímcích udělaly skvrny. A jelikož mě bavila fotografie, chtěl jsem zatmění Slunce nejen vidět, ale i zvěčnit.
Vy jste byl už odmalička velmi zvídavý, že? A k tomu jste měl opravdu skvělého tatínka…
On zastával názor, že žádná otázka není tak složitá, aby mi na ni neodpověděl. Nikdy neřekl: „Na tohle jsi ještě malý, tomu nerozumíš.“ Vysvětloval mi i velmi komplikované věci, které jsem tenkrát zjevně ani nemohl dobře pochopit, ale byl velice trpělivý a opakoval mi to i několikrát. A také říkával: „Dělej prosím tě, cokoliv chceš, ale dělej to doopravdy a pořádně!“ Jde pro mě asi o tu nejdůležitější vzpomínku, kterou na něj mám. Zmíněné rčení si s sebou nesu celý život a řídím se jím dodnes.
Měl jste v dětství nějaké vysněné povolání?
Mě bavilo tolik různých věcí, že jsem si až nedovedl vybrat. Kromě fotografie mě bavila také astronomie a příroda. Ale nikdy jsem neměl nic vysněného, nikam jsem nesměřoval. Rodiče mi vždycky umožnili dělat to, co jsem dělat chtěl. Na střední škole mě nejvíc zajímala fyzika, ale nakonec zvítězila matematika. V současné době mám někdy pocit, že je kolem nás spousta lidí, kteří často jenom předstírají, že je něco zajímá, že něco zkoumají – a přitom je to třeba vůbec nezajímá.
Fotografie versus oči
Uplynulo oněch třicet čtyři let, psal se rok 1999 a vy jste vyrazil na svoji první expedici za zatměním Slunce. Jak dopadla?
Jako expedici jsem to tehdy ani nevnímal. Spíš jako takový pěkný rodinný výlet za poznáním. Jel jsem totiž i s našimi dvěma dcerami – jedné bylo jedenáct let a druhé čtrnáct – a se skupinkou kamarádů. Protože předpověď tehdy ukazovala, že se nad Rakouskem očekává poměrně velká oblačnost, vyrazili jsme do Maďarska, kde byly vyhlídky příznivější. Zatmění se pak nádherně vydařilo a já jsem pořídil mnoho fotografií. Nejprve mě nadchly, jelikož se mi vůbec povedlo metrovým teleobjektivem Slunce najít a ostře zachytit. Ale potom mě hluboce zklamaly: Neměly totiž nic společného s tím, co jsem při zatmění viděl. A protože jsem matematik, začal jsem si lámat hlavu nad příčinou.
O co se konkrétně jednalo?
Pohled na zatmění Slunce vlastníma očima je jednoduše nádherný, bohužel se však nedá běžným způsobem zachytit na fotografii kvůli obrovskému kontrastu. V blízkosti měsíčního okraje oslnivě září koróna a ve vzdálenosti několika slunečních poloměrů jsou již vidět i hvězdy. Já jsem však velmi toužil dělat obrazy, které by odpovídaly tomu, co jsem opravdu viděl. Spolupracoval jsem tehdy s kamarády na obrazových analyzátorech, takže jsem měl řadu zkušeností. Proto jsem se rozhodl vytvořit specializovaný software.
Spočíval důvod v nevhodném fotoaparátu, nebo v něčem jiném?
Musíme si uvědomit, jak funguje fotografie a jak lidské oko. Fotoaparát – ať už klasický na film, či digitální – představuje v podstatě zařízení na měření intenzity světla, kterou změří a zachytí v každém obrazovém bodě. Ale lidský zrak se chová úplně jinak, a sice jako analyzátor, který srovnává intenzitu světla v daném obrazovém bodě s intenzitou v okolí. A v tom je kámen úrazu!
Čili nebylo nutné měnit způsob fotografování, ale zpracovat výsledné snímky tak, aby ukazovaly právě to, co potřebujeme?
Dalo by se to tak říct. Pořízená fotografie zahrnuje určité informace, jež jsou pro lidské oko důležité, a jiné, které naopak důležité nejsou. Spousta z nich je neviditelných. Nepotřebné informace přitom můžeme při zpracování zachyceného obrazu vypustit, a umožnit tím zviditelnění těch původně skrytých. Já jsem proto při zpracování obrazu vypustil informace o absolutním jasu, a naopak jsem zachoval ty, které jsou nutné pro diferenciální analyzátor – to znamená pro srovnání daného bodu s jeho okolím. Při uvedeném způsobu zpracování lze zviditelnit drobné a málo kontrastní detaily, aniž bychom ztratili informaci o obrazu jako celku.
Dokonalé obrazy
Poté jste začal vytvářet i specializovaný software ke zpracování digitálních fotografií sluneční koróny. Podařilo se vám vyřešit problém vysokého kontrastu a přesného navazování snímků pořízených z různých stanovišť?
Problém sesazování posunutých a otočených obrazů mi doslova nedával spát. Dlouho jsem se s tím lopotil a hodně mi pomohla moje dcera Hana. Doslova mě postrčila svým vyjádřením, ať se do toho pustím, ať to zkusím nějak naprogramovat. Postupně jsem dokázal pomocí takzvané fázové korelace sesazovat jednotlivé obrazy se subpixelovou přesností, což znamená ještě lepší přesnost, než je jeden obrazový bod. Vedla k tomu ovšem trnitá cesta: První obrazy byly z dnešního pohledu sesazeny velice nepřesně, proto jsem musel hodně zapracovat na matematickém algoritmu.
Jedna věc je však teorie, předvedená na učebnicovém obrázku se dvěma bílými čtverečky, které máte sesadit. A druhá věc je použití postupu u fotografie sluneční koróny, na které není na první pohled skoro nic vidět. Navíc obraz zahrnuje Měsíc a hvězdy, jež se během zatmění vzhledem ke Slunci pohybují. Trvalo mi dlouho, než jsem veškeré problémy bránící přesnému sesazení obrazů vyřešil.
Výsledné fotografie svým zpracováním ohromily svět a objevily se na stránkách prestižních astronomických časopisů. Jak jste se cítil coby autor těchto oslavovaných snímků?
Pocity jsou to smíšené. Na jedné straně je hezké, že vaše obrázky vidí řada lidí, na druhé straně jde o pocit zmaru. Strávil jsem roky vytvářením softwaru, týdny a měsíce zpracováním dat a snažil jsem se o co nejdokonalejší obrazy. Pak přes ně grafik „plácne“ nevkusný text, „doladí barvy“ podle vlastních představ a kus obrázku uřízne, aby se mu vešel na stránku. Nedávno byla moje fotografie na obálce jistého velmi prestižního vědeckého časopisu, a já jsem ji na první pohled vůbec nepoznal.
V mrazu i na pouštích
Zhruba před patnácti lety jste začal spolupracovat na výzkumu Slunce s Astronomickým institutem na Havajské univerzitě. Jak se tato kooperace „přes oceán“ zrodila?
Došlo k tomu tak, že „kdosi“ ukradl můj snímek a vydával se ve vědecké publikaci za jeho autora. Já jsem to náhodou zjistil: Poznal jsem totiž, že jde o moji fotografii, a tak jsem tam napsal. Jednalo se o takovou „krádež století“, díky níž jsem se však nakonec seznámil s ikonou současné sluneční fyziky profesorkou Shadií Habbalovou, a tím začala nová éra mého života. Nejprve jsme si dopisovali v oficiálním duchu, ale postupně jsme oba pochopili, že výzkum Slunce, a především jeho zatmění pro nás oba znamená doslova srdeční záležitost. A tak se i naše komunikace změnila na velmi osobní. Od té doby spolupracujeme a vyrážíme za zatměními společně i s dalšími kolegy. Z Shadie se stala moje dobrá kamarádka, která již několikrát navštívila moji rodinu i mé pracoviště na VUT v Brně, kde se jí velice líbilo.
Procestoval jste skoro celý svět: Jak taková expedice a její příprava probíhají? A jak přepravujete své drahé pozorovací přístroje?
S ohledem na to, kde všude jsem byl, to určitě vypadá, že cestuju velice rád. Ovšem není to pravda – já cestování naopak nesnáším. Létat se nebojím, ale ničí mě ta příprava, dlouhé procedury na letištích a veškeré papírování okolo. S technikou je to pak ještě horší. Jedná se o velmi drahé a na transport složité přístroje, což naše přesuny dál komplikuje. Hovoříme totiž o vybavení vážícím zhruba půl tuny a v ceně několika stovek tisíc dolarů. Jde o desítky chlazených kamer, dlouhoohniskových objektivů a úzkopásmových filtrů, k tomu několik paralaktických montáží a přibližně dvacet počítačů. Nic se nesmí cestou ztratit ani poškodit – je to dokonalá noční můra.
Fotografoval jste zatmění Slunce v mrazivých krajinách i na pouštích – třeba v roce 2009 v Gobi, odkud také pochází snímek, který ozdobil titulní stranu časopisu Nature. Co je pro vaši techniku lepší: zima, nebo teplo?
Pro naše přístroje je samozřejmě lepší chladnější prostředí, protože CCD nebo CMOS čipy kamer se právě z hlediska kvality fotografování chladí zhruba na minus deset až minus dvacet stupňů. Nic se však nesmí přehánět. Při třiceti stupních pod nulou byly sice kamery v pohodě, ale horší to bylo s námi…
Která výprava za zatměním Slunce pro vás byla nejzajímavější a na kterou nejraději vzpomínáte?
Nejraději vzpomínám na tu první do Maďarska v roce 1999. Necítil jsem totiž tenkrát ještě žádnou zodpovědnost. Pak už to bylo jen horší a horší. Žádná z výprav mi nepřišla zajímavá – byly prostě nutné, abych získal data. V poslední době jsem moc rád, když nemusím nikam jezdit a data pořídí moji kolegové.
Jaké nejkratší zatmění jste zažil a jak náročnou si vyžádalo přípravu, aby v té omezené době všechno dokonale klaplo?
Nejkratší zatmění, které jsem pozoroval, trvalo dvacet devět sekund. Víceméně jsem si však téměř žádné z nich v reálném čase neužil, protože jsem jenom trnul, jestli všechny přístroje fungují správně. Příprava je vždycky velmi náročná a zdlouhavá. Jakmile se celá akce naplánuje, eventuálně se pořídí nové přístroje, všechno se testuje, testuje a zase testuje – nejprve před odjezdem a pak mnohokrát na pozorovacím místě. Nic z toho, co se nepodaří během té kratičké doby zatmění, se nedá opakovat. Což je prostě děsivé.
Do vesmíru? Raději ne…
Jaké máte zájmy a koníčky mimo fotografování Slunce?
S manželkou máme velké štěstí, že jako své zájmy sdílíme horolezectví a toulání po horách. Navštívili jsme řadu vysokých hor a vulkánů a zdolali jsme mnoho vrcholů. V poslední době jezdíme hodně na horském kole. Začínáme hned na jaře, kdy se vydáváme na Pálavu na stokilometrové denní výlety, a v létě se pak posuneme do kopců Vysočiny. Další naši společnou zálibu představuje fotografie. Vyrážíme každý se svým fotoaparátem a využíváme toho, že oba umíme fotit něco jiného. Velké množství času věnuju i pěstování kaktusů a moje žena se jimi ráda chodí kochat, když kvetou.
Máte dvě dcery a čtyři vnučky. Zajímají se také o vědu či matematiku? A snažíte se je vést tak, jako vás vedl váš tatínek?
Tak jak se choval můj táta ke mně, tak jsem se vždy choval k našim dcerám, a dnes i vnučkám. Trpělivě jim vysvětluju všechno, na co se ptají. I zmíněný fakt pravděpodobně přispěl k tomu, že jsem se stal učitelem. Já se tak chovám ke všem studentům. Přenášet znalosti z generace na generaci je dle mého názoru úplně nejdůležitější. Snažím se o to celý život.
Pilně se věnujete i popularizaci vědy. Proč je podle vás důležité vysvětlovat lidem přístupnou formou různá vědecká témata?
Popularizace vědy je velice důležitá. Lidé postupně ztrácejí o vědu zájem a její výdobytky jim přijdou samozřejmé. Kdekdo chodí trvale s „krabičkou“ v ruce, celý den do ní kouká a ťuká na displej, a vůbec mu nepřijde divné ani zajímavé, že to funguje. Sedne do letadla, které s ním obletí půl zeměkoule, a není fascinován. Prostě to funguje. Věda začíná být neviditelná, což je špatně. Když mladý člověk netouží nic zkoumat a vynalézat, ale chce být třeba youtuberem nebo influencerem, není to dobře. Popularizace vědy znamená pokus alespoň trochu situaci napravit.
Chtěl byste vidět Slunce zblízka, letět k němu? Zajímáte se o mise a družice, jež se v současné době v jeho blízkosti pohybují?
Do vesmíru bych letět nechtěl. Podle mého názoru tam patří přístroje, ne člověk. Sondy Solar Orbiter a Solar Parker Probe představují úžasný zdroj nových informací o Slunci, především o koróně. Určitě naše znalosti zásadně rozšíří, ale řada problémů vždy zůstane nevyřešených. O tom, co se děje v koróně, rozhoduje totiž především magnetické pole Slunce. Slavný fyzik a nositel Nobelovy ceny Richard Feynman prý jednou na své přednášce řekl: „Kdo tvrdí, že dokonale rozumí magnetickému poli, je buď podvodník, nebo šílenec.“ A s tím nelze než souhlasit.
Prof. RNDr. Miloslav Druckmüller, CSc.
Narodil se v roce 1954 v jihomoravské metropoli. Na Přírodovědecké fakultě dnešní Masarykovy univerzity absolvoval roku 1978 obor odborná matematika a o rok později tam získal i titul RNDr. Od roku 1978 pracuje na Ústavu matematiky Fakulty strojního inženýrství (FSI) brněnského Vysokého učení technického, kde postupně obdržel tituly CSc. z oboru procesního inženýrství a doc. a prof. z aplikované matematiky. Dnes vede výuku aplikované matematiky na oborech matematické inženýrství; fyzikální inženýrství a nanotechnologie; mechanika a mechatronika. V posledních deseti letech jej studenti osmkrát zvolili nejlepším pedagogem v magisterském studiu na FSI.
Hlavní oblast jeho vědecké činnosti představují numerické metody analýzy obrazů a jejich aplikace především ve fyzice a v astronomii. Víc než patnáct let také spolupracuje na výzkumu Slunce s Astronomickým institutem při Havajské univerzitě. V současnosti tvoří těžiště jeho studia záření iontů železa, niklu, argonu a vápníku v koróně, které se uplatňuje jako diagnostický nástroj tamního plazmatu. Stal se autorem řady matematických metod, jež slouží pro vizualizaci a analýzu obrazů získaných během úplných zatmění Slunce i pomocí kosmických sond SDO, STEREO, SOHO a Solar Orbiter. Je členem Sluneční sekce ČAS, dlouhodobě se věnuje popularizaci astronomie a za posledních pět dekád měl na dané téma stovky přednášek. S manželkou Zuzanou mají dvě dospělé dcery a čtyři vnučky.
