Tým sestávající z japonských a belgických astronomů pomocí moderních analytických technik prozkoumal náčrtky slunečních skvrn, které počátkem 17. století vytvořil Johannes Kepler. Podařilo se mu tak vyřešit dlouhotrvající záhadu týkající se slunečních cyklů. Podrobnosti přináší web Phys.org.
V sedmnáctém století se vedly živé diskuze o tom, kdo přesně pozoroval sluneční skvrny jako první. Dnes víme, že to patrně byli starověcí čínští astronomové, kteří mezi lety 364 a 28 před naším letopočtem pozorovali tyto jevy a zahrnuli je do svých oficiálních záznamů.
Historie pozorování slunečních skvrn
Anglický astronom Thomas Harriot provedl první teleskopická pozorování slunečních skvrn na konci roku 1610 a zaznamenal je do svých zápisníků. Podobně učinil i Galileo Galilei přibližně ve stejnou dobu, nicméně ten publikoval vědecký článek o slunečních skvrnách (doplněný o skici) až v roce 1613.
Galileo tvrdil, že skvrny nejsou, jak někteří věřili, satelity, ale spíše mraky v atmosféře nebo povrchové jevy na Slunci. Nicméně nebyl první, kdo tuto možnost naznačil. Tato zásluha patří nizozemskému astronomovi Johannesu Fabricusovi, který v roce 1611 publikoval svůj vědecký traktát o slunečních skvrnách.
Fabricus ve svém díle nejen popsal sluneční skvrny, ale také předložil důkaz, že se jedná o jevy spojené se Sluncem, což byl v té době převratný pohled. Tento objev otevřel cestu k dalšímu studiu sluneční aktivity a pomohl vědcům lépe pochopit dynamiku naší hvězdy.
Náčrtky Johannese Keplera
Johannes Kepler o těchto objevech četl. V roce 1607, když prováděl svá pozorování slunečních skvrn pomocí camera obscura, což je zařízení promítající obraz Slunce na papír, zaznamenal něco, co považoval za přechod Merkuru přes sluneční kotouč. Tato pozorování publikoval v roce 1609 ve svém traktátu. Nicméně o devět let později odvolal své původní tvrzení a dospěl k závěru, že ve skutečnosti viděl skupinu slunečních skvrn.
Kepler vytvářel náčrtky Slunce na základě pozorování, která prováděl jak ve svém vlastním domě, tak v dílně dvorního mechanika Justuse Bürgiho v Praze. Ve svém domě popsal „malou skvrnu velikosti malé mouchy“, zatímco v dílně viděl „malou, velice temnou skvrnu směrem ke středu... velikosti a vzhledu jako blecha“.
Náčrtky Johannese Keplera
Dlouhotrvající vědecká debata se týká období mezi lety 1645 a 1715, během kterého bylo navzdory snahám astronomů zaznamenáno velmi málo slunečních skvrn. Tento jev, známý jako Maunderovo minimum, byl v historii astronomie jedinečnou událostí.
Maunderovo minimum
Přestože astronomové během této doby pozorovali jen asi 59 slunečních skvrn, ve srovnání s 40 000 až 50 000 skvrnami ve srovnatelném časovém období v současné éře, byli schopni určit, že se sluneční skvrny objevují v jedenáctiletých cyklech.
Německý astronom Gustav Spörer zaznamenal prudký pokles počtu skvrn ve svých pracích z let 1887 a 1889. Jeho britští kolegové, Edward a Annie Maunderovi, navázali na jeho práci a studovali, jak se mění zeměpisné šířky slunečních skvrn v průběhu času. Toto období se následně stalo známým jako Maunderovo minimum.
Spörer také přišel s takzvaným Spörerovým zákonem, který tvrdí, že se skvrny na začátku cyklu objevují ve vyšších zeměpisných šířkách na severní polokouli Slunce a postupně se přesouvají do nižších šířek na jižní polokouli, jak cyklus pokračuje, až do začátku nového cyklu, kdy se skvrny opět objevují ve vyšších šířkách.
Vyřešená záhada
Dosud nebylo jasné, jak solární cyklus přecházel do Maunderova minima. Rekonstrukce založené na analýze letokruhů stromů poskytly protichůdné údaje. Jedna dospěla k závěru, že postupný přechod byl předcházen buď extrémně krátkým solárním cyklem o délce přibližně pěti let, nebo extrémně dlouhým cyklem trvajícím asi 16 let. Další rekonstrukce letokruhů zase ukázala, že solární cyklus měl normální délku 11 let.
Tento rozpor měly pomoci vyřešit nezávislé pozorovací záznamy. Proto se Hisashi Hayakawa z Nagoyské univerzity v Japonsku a jeho kolegové obrátili ke Keplerovým kresbám slunečních skvrn, aby získali další poznatky, které předcházejí teleskopickým pozorováním o několik let později.
Keplerovy kresby, vytvořené v roce 1607, poskytují důležité informace o poloze a vývoji slunečních skvrn před Maunderovým minimem. Analýza těchto historických záznamů pomocí moderních technik umožnila vědcům přesněji určit délku a přechody solárních cyklů v 17. století.
„Uvědomili jsme si, že tento náčrtek sluneční skvrny by nám měl být schopen ukázat polohu skvrny a indikovat fázi solárního cyklu v roce 1607, pokud bychom dokázali přesně určit bod a čas pozorování a rekonstruovat náklon heliografických souřadnic – což znamená pozice prvků na povrchu Slunce – v té době.“ vysvětluje Hayakawa.
Analýza historických náčrtků
Kepler umístil obě skupiny slunečních skvrn do dolního levého kvadrantu. Hayakawa a jeho tým vzali v úvahu fakt, že obrázky byly nakreslené vzhůru nohama, vzhledem k tomu, že byly pozorovány pomocí camera obscura, a kompenzovali úhel, přičemž pro srovnání použili Keplerovy záznamy i současná data.
Zjistili, že sluneční skvrny se nacházely v nižší zeměpisné šířce. To znamená, že Keplerova známá schematická kresba je v rozporu jak s obrazy z camera obscura, tak s původním textem. Autoři naznačují, že ten, kdo vytvořil ilustraci, mohl být zmatený.
Vědci spoléhali na Spörerův zákon, na jehož základě určili, že se skupina slunečních skvrn pravděpodobněji objevila na konci předchozího slunečního cyklu než na začátku nového. Pozdější teleskopická pozorování během nového cyklu umístila sluneční skvrny do vyšších zeměpisných šířek, což odpovídá Spörerovu zákonu.
Potvrzení 11letého cyklu
Pokročilé počítačové modely a analýza historických dat umožnily vědcům lépe pochopit přechod do Maunderova minima. Toto období, které trvalo od roku 1645 do roku 1715, bylo charakterizováno velmi nízkou aktivitou slunečních skvrn. Díky tomu mohli vědci potvrdit, že sluneční cykly probíhají v přibližně 11letých intervalech, což je důležité pro pochopení dlouhodobých změn ve sluneční aktivitě.
„Je fascinující vidět, jak záznamy historických osobností mají i po staletích zásadní vědecké důsledky pro moderní vědce,“ uvedla spoluautorka Sabrina Bechet z Královské observatoře v Belgii. „Pochybuji o tom, že by si dokázali představit, že jejich záznamy budou vědecké komunitě přinášet užitek i dlouho po jejich smrti. Stále se můžeme od těchto historických osobností mnoho naučit“.
Výsledky vědeckého bádání byly publikovány 25. července 2024 v prestižním vědeckém časopise The Astrophysical Journal Letters. Toto periodikum zahrnuje širokou škálu témat v astrofyzice, včetně studií o hvězdách, galaxiích, kosmologii, planetárních systémech a mnoha dalších oblastech. Publikace jsou pečlivě recenzovány odborníky v dané oblasti, aby byla zajištěna jejich kvalita a vědecká hodnota.