„Co je to objektivní pravda,“ ptá se matematik Miloslav Druckmüller

Fotografie úplného zatmění Slunce Miloslava Druckmüllera a jeho spolupracovníků z VUT v Brně se objevila na titulní straně respektovaného vědeckého časopisu Nature. Jde o velký úspěch české vědy a zároveň o její světovou prezentaci. Vysokoškolský profesor Miloslav Druckmüller je svým oborovým zaměřením především matematik a astronomie vždy byla jeho koníčkem. K zásadnějšímu propojení těchto vědních disciplín ho dovedlo až jeho první pozorování a fotografování zatmění Slunce na rodinném výletě v Maďarsku v roce 1999. Od té doby fotil zatmění Slunce ještě několikrát (třeba uprostřed Pacifiku nebo v poušti Gobi) a získané záběry se snaží pomocí matematiky co nejpřesněji zpracovat. O tom, jak se mu to daří, hovořil s Norou Janečkovou v pořadu Před půlnocí 23. června.

Co vás jako matematika přivedlo k astronomii?
Vždy mne zajímaly přírodní vědy, fyzika, astronomie a k matematice jsem se dopracoval podstatně později, protože jsem přišel na to, že na matematice to všechno stojí.

Vaše fotografie byla otištěna na titulní straně časopisu Nature. Jak jste vnímal tento úspěch?
Na první pohled to vypadá jako vědecký úspěch, možná i je, ale já to vnímám jinak. Jsem především učitel. Není to jen můj úspěch, ale týmová práce lidí na naší škole a v neposlední řadě i studentů.
Na Fakultě strojního inženýrství VUT v Brně máme takové studijní obory, které s touto problematikou velmi úzce souvisí. Je to třeba matematické inženýrství nebo fyzikální inženýrství, kde je celá řada nadšených studentů, kteří se takovýchto projektů účastní. Mám proto radost, že se mi je podařilo zviditelnit. Vidím to tedy spíše jako motivaci a výzvu než jako úspěch.
Má to však ještě jednu rovinu: Naše škola (a platí to o řadě dalších) je velmi dobrá. I ve světovém měřítku cosi znamená - staví se tam špičková letadla, vyvíjí moderní turbíny, dělají mikroskopy, které nikdo na světě nemá. Tomu ale chybí to, že se toho o nás příliš neví. To je strašná škoda. Takže to, že jsme se dostali na titulní stránku takovéhoto časopisu, je určitá forma zviditelnění. Z toho mám upřímně řečeno větší radost než z vědeckého úspěchu.

Změnilo se pro vás touto popularizací něco?
Zprvu jsem se domníval, že ne. Ostatně popularita u nás může být i nepříjemná. Je v tom ovšem jiný moment, ze kterého mám velkou radost. Jde totiž o to, že se o nás dozví více mladých lidí. To moc potřebujeme, protože technické a přírodovědné obory, které do značné míry rozhodují o budoucí prosperitě společnosti, jsou málo populární.

Jak se v České republice daří popularizovat vědu?
Má to dvě roviny. Na jedné straně se věda popularizuje dobře, protože je u nás spousta nadšenců, kteří mají o vědu zájem. Na druhé straně je to složitější v tom, že u nás není zvykem, aby se vědecké objevy dostaly na titulní stránky novin a časopisů. V tom bychom se měli hodně změnit. Do sdělovacích prostředků jistě patří negativní věci, kritika, ale mělo by to být vyvážené.

Funguje to takto někde ve světě?
Relativně velmi dobře to funguje ve Spojených státech. I když systém, který tam panuje, i systém vzdělávání mi není příliš blízký, ve snaze zviditelnit vědecké úspěchy jsou podstatně dál a umí to podstatně lépe než my.

PR mají jistě dobře propracované. Jak by ale dopadlo srovnání co se samotné vědecké činnosti týče?
Velmi dobře. Zní to neskromně, ale tak tomu není. U nás se dělá spousta špičkové vědecké práce, ale problém je v tom, že není tak vidět.

Zmínili jsme, že vaše fotografie byla otištěna na titulní straně časopisu Nature. Neřekli jsme ale, o jakou fotografii se jednalo?
Byla to fotografie úplného zatmění Slunce, která vznikla matematickým zpracováním obrazu, který se nám podařilo zachytit loni v Mongolsku v poušti Gobi.
Úplná zatmění jsou kratičké okamžiky (2 až 3 min. dlouhé, v krajním případě až 7 min.), kterých je asi 60 za století. Během těchto okamžiků lze nerušeně pozorovat sluneční korónu. Pozorování jsou ale velmi komplikovaná tím, že koróna má obrovský kontrast. Bez matematického zpracování bychom nikdy takové obrazy nepořídili.

Co přesně můžeme na takovýchto fotografiích vidět?
Třeba fotografie z Gobi ukazuje vnitřní část koróny. Koróna je plazmatický obal Slunce, který má do značné míry záhadné vlastnosti.
Mezi zatím těžko vysvětlitelné záhady patří teplota, která v koróně panuje. Viditelný sluneční povrch, fotosféra, má teplotu asi jen 6000 kelvinů. Ovšem koróna má teplotu asi 1 až 2 miliony kelvinů. To je rozdíl o tři řády.
Je ale také nutné si uvědomit, že tam 2 miliony kelvinů není totéž co u nás. V koróně je totiž nesmírně řídký plyn, který má hustotu daleko nižší než to nejlepší pozemské vakuum. Takže kdybychom tam dali rtuťový teploměr a šikovně ho odstínili od slunečního světla, spolehlivě by tam zamrzl.
Koróna je tedy něco, co se špatně popisuje, studuje. A jakákoliv data, která by mohla přispět k novým teoriím, by určitě byla výborná. Naší snahou je tato data pořídit.

Kde jste pořídili fotografii, která byla na titulních stranách?
Na místě v naprosté pustině vzdáleném asi 1600 km jízdy terénním autem od Ulambátaru. Bylo obrovské štěstí, že se to podařilo, protože když jsme tam odjížděli, byla asi 50procentní pravděpodobnost, že tam bude jasno.

Zatmění Slunce nevypadá jako něco neobvyklého. To ale není zdaleka pravda. Jaká je pravděpodobnost, že se bude zatmění Slunce opakovat na jednom místě?
Kdybychom se postavili na náhodně vybraný bod na zeměkouli a řekli, že tam budeme čekat do zatmění Slunce, průměrná doba čekání by byla 360 let. Trochu lepší to je, když se rozhodneme cestovat.

Které zatmění jste poprvé fotograficky zdokumentoval?
Poprvé jsem na vlastní oči viděl a zdokumentoval zatmění v roce 1999, které nám prošlo takříkajíc za humny - bylo viditelné v Rakousku, Maďarsku. Když jsem tam odjížděl, považoval jsem to za příjemný rodinný výlet, kdy se podíváme na zajímavý přírodní úkaz. V životě by mne nenapadlo, že to nějakým způsobem poznamená můj další život.
Když jsem se pak díval na obrázky, které jsem tam pořídil, překvapilo mne, že naprosto nekorespondují s tím, co jsem viděl očima. A protože jsem matematik (mým hlavním oborem jsou numerická zpracování obrazu a signálu), začal jsem se tím zabývat. Úplná zatmění Slunce tedy sice nejsou mou hlavní vědeckou činností, ale je to jakýsi vedlejší produkt toho, co dělám.
Metody zpracování obrazu, které nacházejí uplatnění třeba ve zdravotnictví, kosmických programech, ale i třeba v daktyloskopii, přispěly k vytvoření obrazů, které ukazují to, co bychom nemohli vidět lidským okem.

V čem se nejvíce odlišovaly fotografie oproti tomu, co jste viděl na vlastní oči?
Rozdíl je v tom, že lidské oko pracuje na úplně jiném principu než fotografie. Fotografie je de facto nástroj pro měření a záznam intenzity světla. Takto lidský zrak vůbec nefunguje. My umíme pouze srovnávat intenzitu světla v daném bodě s okolím, neumíme měřit intenzitu světla.
Lidský zrak pořizuje velké množství srovnávacích měření (matematicky bychom řekli, že je to jakýsi diferenciální analyzátor), na jejichž základě v našem vědomí vzniká určitá virtuální realita. Čili obraz, který vidíme, není to, co vzniká na sítnici našeho oka. Je to jakýsi matematický model, který je tvořen nejen zrakem, ale i ostatními smysly či dokonce informacemi o tom, že jsme už něco podobného viděli. Tím vznikne něco, co není přesně fotografie.
Pokud bychom chtěli prostřednictvím fotografie člověku dokonale zprostředkovat obraz, museli bychom ho zprostředkovat absolutně dokonale včetně kontrastu a jasu. A kdybychom na fotografii zatmění srovnali místa na okraji Měsíce třeba s rohem obrazu, byl by kontrast skoro jedna ku milionu. Takový kontrast neumí reprodukovat žádný monitor, tiskárna atd.

Objektivní pravdu, pokud by tedy nějaká existovala, nám nakonec přináší oko, nikoliv fotografie?
Tím se dostáváme k problému, co je to ta objektivní pravda. Hlavní námitky, které vznikly, když jsme začali tyto fotografie publikovat, byly: Je to vůbec reálné? A jsou vaše fotografie správně, když jiné vypadají úplně jinak? V našem případě je rozdíl v tom, že jsme se postupem času dopracovali k tomu, že při vytváření obrazu máme korektně zadanou matematickou úlohu.
Pokusím se to jednoduše vysvětlit: Při zatmění Slunce je nutné pořídit třeba deset nebo patnáct obrázků. Ten nejdelší bude mít expozici třeba deset sekund, nejkratší tisícinu sekundy. Tím vznikne spousta obrazů, které nemají nic společného s realitou a které se musíme pokusit složit v jeden obraz.
Úloha tedy zní: na vstupu je deset obrázků, které musíte složit tak, aby to vypadalo dobře. Jistě mi dáte za pravdu, že to není žádné matematické zadání. A když matematik nemá zadání, nemůže nic řešit. Nejvíce práce nám proto dalo vytvořit na začátku nějaké axiomy, co to je správný obraz, a potom se snažit správný obraz vytvořit.
Není však jen jeden správný obraz. Fyzici pro nás mají různá zadání. Chtějí třeba vědět intenzitu světla, struktury, které vytváří magnetické pole. Za pomocí speciálních filtrů také vytváříme obrazy vypovídající o teplotě. Každý správný obraz tak musí mít zadání, které se my jako matematici snažíme splnit.

Do tohoto projektu se zapojila i vaše dcera. Jakým způsobem?
Moje dcera Hana měla zásadní podíl na tom, že jsem se tím vůbec začal zabývat, že mě do toho problému zatáhla. Dnes si bez její spolupráce tento projekt nedovedu představit. Právě ona se snaží sehnat co nejvíce spolupracovníků po celém světě. Potřebujeme totiž data z různých míst, což nám umožňuje zaznamenat korónu nejen staticky, ale i dynamicky - jak se vyvíjí.

Z jakých míst jste pozoroval zatmění Slunce?
Po roce 1999 v Maďarsku to bylo v roce 2005. Tehdy jsem se účastnil expedice téměř do středu Pacifiku, protože zatmění nebylo vidět ze žádného pevného místa na zeměkouli. Zajímavé bylo, že trvalo pouhých 29 vteřin. Přesto jsem za pomoci speciálního přístroje od kolegů z VUT v Brně vyfotil 56 obrázků. A přestože jsem byl k výsledkům skeptický, právě toto zařízení zapříčinilo, že se o nás začalo ve světě vědět.
Další zatmění bylo v Lybii na Sahaře v roce 2006. A poslední zatmění bylo loni 1. srpna v poušti Gobi.

Kam pojedete příště?
Mám štěstí, že se mi podařilo navázat rozsáhlou mezinárodní spolupráci s univerzitou na Havaji, která nám umožní dostat se na pozorovací místo na Marshallových ostrovech, kam bychom se hlavně z finančních důvodů nemohli nikdy dostat.
Zatmění nejsou bohužel jen otázka vědy, ale i peněz. Všechna naše zatmění byla doposud placena sponzory, hodnými lidmi, kteří nám pomohli. Bez nich by to nemohlo vůbec existovat, protože my bychom to nikdy nemohli financovat z peněz školy či z grantů.
Cesta na Marshallovy ostrovy má však přesto jednu negativní věc. V 50. letech to totiž byla atomová střelnice, kde Američané zkoušeli jaderné a vodíkové pumy. A konkrétně na atolu, kam jedeme, bylo odpáleno 47 atomových a 2 vodíkové bomby. Kamarádi fyzici mě naštěstí ujistili, že riziko po tak dlouhé době není tak velké.

Existují historické záznamy o zatmění Slunce?
Existuje jich mnoho. Zatmění Slunce pro lidi, kteří nechápali podstatu věci, bylo opravdu velkým šokem. Dokud to lidé nechápali, zaznamenávali to jako nějaké katastrofické události, a proto jsou v minulosti velmi přesně zaznamenávána. Existují zatmění zaznamenaná v čínských spisech starých 3000 i více let. Tyto záznamy jsou velice důležité pro historiky, protože díky nim jsme schopni některé události datovat až na minutu přesně.

Využívali vládci toho, když věděli, kdy bude zatmění Slunce?
Ve znalostech je síla. Pokud panovník měl k dispozici vědce astronomy, kteří chápali princip zatmění a dokázali jej předpovědět, měl unikátní možnost před davem lidí „nechat zmizet“ Slunce. To pochopitelně na davy působí. Je velké štěstí, že dnešní vládci takovouto možnost nemají.

Jste matematik. Neirituje vás někdy, když věci fungují iracionálně, a vy se nemůžete dovtípit sytému?
Neiritují, ale provokují. Provokují mě k tomu, abych si lámal hlavu. Sluneční koróna je typický případ. Jako matematik to chápu samozřejmě méně než sluneční fyzici, kteří se tím problémem zabývají stále. Může to být ale také výhoda, protože nejsem zatížený teoriemi, které předtím vymysleli.
Mám záhady rád, protože je to pro matematika obrovská inspirace a velká možnost pro spolupráci mezi vědci z různých oborů.

Využíváte vaší „vyšší“ matematiku v běžném životě?
Jsem přesvědčen, že kreativní matematika je nesmírně důležitá a stojí na ní veškeré lidské poznání. A je důležitá i v běžném životě, protože pokud člověk umí matematiku, chápe spoustu věcí, které jiní nechápou, a tím získává nadhled. To není zanedbatelné.

(redakčně kráceno)
Zatmění Slunce nad pouští Gobi z 1. srpna 2008, matematicky zpracovaná fotografie Miloslava Druckmüllera a jeho spolupracovníků.
Zatmění Slunce nad pouští Gobi z 1. srpna 2008, matematicky zpracovaná fotografie Miloslava Druckmüllera a jeho spolupracovníků.
Více fotek
  • Zatmění Slunce nad pouští Gobi z 1. srpna 2008, matematicky zpracovaná fotografie Miloslava Druckmüllera a jeho spolupracovníků. autor: Miloslav Druckmüller, zdroj: ČT24 http://img2.ct24.cz/cache/140x78/article/10/956/95589.jpg
  • Matematicky zpracovaný obraz sluneční koróny od Miloslava Druckmüllera. autor: Miloslav Druckmüller, zdroj: ČT24 http://img2.ct24.cz/cache/140x78/article/10/956/95590.jpg