Oživení po sto letech: Unikátní rekonstrukce Einsteinova zatmění Slunce

Albert Einstein svou myšlenkovou revoluci ve fyzice zahájil v roce 1915 sérií přednášek na Pruské akademii věd. Ocitl se však pod velmi nepříjemným tlakem, neboť jeho silný pacifismus a židovský původ podnítily v meziválečném období mnohé zkažené praktiky, ve snaze zdiskreditovat jeho osobu. Naštěstí věhlas nastíněné fyzikální teorie překonal hranice i politické rozbroje, dostal se do rukou britských vědců – a nakonec došel plného uznání díky strastiplné expedici.

Vychýlené světlo

Mezi mnohé důsledky obecné relativity patří i fakt, že se světlo vzdáleného zdroje může na své dráze mírně vychýlit vlivem gravitace hmotného bodu. Díváme-li se například ve směru odlehlé černé díry, pak se nám ještě vzdálenější objekty, jež se v tu chvíli nacházejí za ní, jeví černým monstrem nezakryté – naopak je pozorujeme kousek vedle něj. Pokud je navíc bližší objekt opravdu hmotný, ohýbají se některé paprsky odlehlejšího zdroje jako ve spojné čočce do jednoho směru a my tento zdroj vidíme jasněji. Jde o metodu „gravitačního čočkování“, která vědcům s pomocí velkých dalekohledů slouží ke studiu vzdálených cílů. Bylo však vůbec možné potvrdit popsaný důsledek Einsteinovy teorie už v roce 1919, čtyři roky po jeho převratných přednáškách? 

Důmyslní badatelé z Královské green­wichské observatoře se o to pokusili: 29. května zmíněného roku využili úplné zatmění Slunce, kdy byl jeho oslnivý disk zakryt Měsícem a okolo se na několik minut objevily slabé stálice ze souhvězdí Býka. Ty se pak teoreticky měly vůči překrytému slunečnímu kotouči nacházet mírně jinde, než kdyby se mezi nimi a pozorovatelem naše hmotná mateřská hvězda nenacházela. Geniální, jednoduché, proveditelné…

Do pásu totality

Podle obecné teorie relativity by tedy gravitační působení Slunce mělo odchýlit světlo stálic procházející v jeho blízkosti, což by se na fotografii projevilo zdánlivým posunem zmíněných hvězd směrem od slunečního disku. Na počátku 20. století však neexistovaly digitální aparáty s velkým megapixelovým rozlišením ani cestovní kanceláře a přesné předpovědi počasí či družicové snímky. Astronomové si tehdy museli projít jistou diplomacií pro notnou dávku štěstí. 

Navzdory komplikacím, jež přinášela hlavně světová válka, se britský Stálý výbor pro sluneční zatmění 10. listopadu 1917 rozhodl zorganizovat dvě expedice do pásu totality dlouhého zatmění Slunce, jež se mělo odehrát v květnu 1919. 

Oblakům navzdory

Obě skupiny vypluly 8. března 1919 z Liverpoolu: První z nich, vedená Andrewem Crommelinem, mířila do brazilského Sobralu, zatímco cílem týmu Arthura Eddingtona se stal Princův ostrov v Guinejském zálivu. Oběma expedicím ztěžovaly během zatmění situaci mraky, ale nakonec vzniklo několik dostatečných záznamů na fotografické desky, které pak v červenci a srpnu zdárně dorazily do Británie.

Výsledky byly znamenité a zajistily vědecké uznání jak členům výprav, tak samotnému Einsteinovi. Hvězdy obklopující Slunce při úkazu byly dost jasné, aby se daly porovnat jejich polohy na deskách pořízených později, kdy se mezi ně naše stálice nepromítala. Ukázalo se, že se jejich pozice vlivem sluneční gravitace skutečně až o 1,75 obloukové vteřiny odchylují, přesně jak geniální fyzik předpokládal. Učiněné závěry postupně oblétly svět, stejně jako obrázky zatmění. 

Zachráněné kopie

Vyvstává však otázka, co se s nafocenými materiály stalo. Originální desky se bohužel ztratily, vznikly ovšem kopie jedné z nich a byly rozeslány observatořím po celé planetě, aby všichni vědci viděli důkaz teorie relativity na vlastní oči. Jednu verzi snímku ze Sobralu získala také německá observatoř Landessternwarte Heidelberg-Königstuhl a nedávno ji digitalizovala v rámci projektu HDAP neboli Heidelberg Digitized Astronomical Plates. Začal se tak psát zcela nový příběh…

Původní snímek zatmění Slunce z roku 1919 před digitálním restaurováním. (foto: ESO, F. W. Dyson, A. S. Eddington, & C. Davidson, CC0)

Ve spolupráci s Evropskou jižní observatoří, jejímž prvním českým fotoambasadorem mám tu čest být, jsem získal digitalizovanou kopii původní desky v nejvyšší možné kvalitě. Ta ovšem už na první pohled zdaleka nedosahuje kvalit současných možností, navíc byl sken poškrábaný a plný prachových částeček. Je také zcela zřetelné, že situaci na Sobralu v době nebeského úkazu skutečně komplikovala oblačnost. Přesto jsem se rozhodl oživit portrét legendárního zatmění z roku 1919 v co nejvěrnější podobě, jak by jej vnímalo lidské oko, a to včetně obarvení. Šlo však o mimořádně náročný úkol.

Oživení po sto letech

Nejdřív jsem musel „vyvolat“ digitální podobu skleněné desky tak, abych dostal několik uměle rozdílných expozic. Následně jsem je samostatně předupravil a poté znovu sloučil do jediného obrazu pomocí metody HDR neboli High Dynamic Range. Snímek jsem tím hodnověrně očistil a naopak jsem zvýraznil skutečné struktury sluneční koróny.

Výsledek jsem poté předal sofistikovanému programu NAFE profesora Miloslava Druckmüllera z Vysokého učení technického v Brně, který umí pomocí tzv. Fourierovy transformace „vytáhnout“ jemné detaily ve strukturách jinak spíš rozmazaných snímků. Získal jsem tak ještě lepší detaily koróny, ale hlavně protuberance, jež se během zatmění ukázala. 

TIP: Pohyb hvězdy kolem superhmotné černé díry dává za pravdu Einsteinovi

Nakonec jsem ze známých barevných vlastností některých jevů na fotografii dokázal věrně rekonstruovat barevnost celého obrazu, dostupného původně jen černobíle. Poprvé v historii lidstva tak můžeme slavné „Einsteinovo“ zatmění spatřit v barvách a v nevídaných detailech!