Shadia Habbal: Nemáme žádné přístroje, které by dokázaly reprodukovat to, co pozorujeme při zatmění

Shadia Habbal poskytla portálu Vysokého učení technického v Brně rozhovor o atmosféře vědeckých expedic, vývoji v oblasti sluneční fyziky a také o záhadách naší denní hvězdy, které ještě čekají na odhalení.

Shadia Habbal úzce spolupracuje s Miloslavem Druckmüllerem z Fakulty strojního inženýrství Vysokého učení technického v Brně (VUT). Jejich inovativní přístup ke zpracování obrazů pořízených během zatmění umožnil studium magnetických struktur Slunce a jeho plazmatu v dosud nevídaných detailech. Jejich výzkum odhalil kritické souvislosti mezi protuberancemi – chladnými, hustými strukturami na povrchu Slunce – a výrony koronální hmoty (coronal mass ejections, CMEs), což posunulo naše chápání dynamické sluneční atmosféry. Jako uznání dlouhodobé vědecké spolupráce byl paní Habbal 29. listopadu 2024 udělen čestný doktorát VUT.

Paní profesorko, když se řekne Slunce, jaká slova vás napadnou jako první?

Než jsem se začala zabývat sluneční fyzikou, vnímala jsem Slunce samozřejmě úplně jinak. Dnes je pro mě zdrojem neuvěřitelné intelektuální radosti. Když se na něj dívám, nevidím jen jasný objekt na obloze, ale složitý systém fascinujících fyzikálních procesů. To, co se dozvídáme díky výzkumu Slunce, nám zároveň pomáhá pochopit i ostatní hvězdy. Slunce a poznatky o jeho vnější atmosféře, koróně, lidi inspirují k dalšímu výzkumu.

Slunce je naše nejbližší hvězda a pochopení jeho chování není jen akademickou záležitostí. Je životně důležité pro předpovídání kosmického počasí, které má přímý dopad na naši společnost závislou na technologiích.

Co vás přitahovalo na sluneční fyzice?

Dostala jsem se k tomu čistě náhodou. Při doktorském studiu jsem zkoumala, co se děje s magnetickými poli v prostředí plazmatu, konkrétně takzvanou magnetickou rekonexi. Aplikace se týkaly především magnetického pole Země, které interaguje se slunečním větrem a magnetickým polem Slunce. O slunečním větru jsem tehdy přečetla poměrně dost prací, ale soustředila jsem se na fyzikální stránku tohoto procesu, ne na samotné Slunce.

Pak jsem se přihlásila na postdoktorské místo v Národním centru pro atmosférický výzkum (National Center for Atmospheric Research v USA, pozn. red.) a přijali mě. Na konferenci jsem se potkala s jedním výzkumníkem a ten mi řekl: „Četl jsem vaši žádost a rád bych, abyste se mnou spolupracovala“. Jeho jméno jsem znala jen z literatury, nikdy jsem se s ním nesetkala, ale byla jsem z té nabídky nadšená. A tak jsem začala svůj výzkum v oblasti sluneční fyziky: čistě náhodou, díky setkání na konferenci.

Vedete mezinárodní tým Solar Wind Sherpas, pracovala jste v nejrůznějších institucích a státech. Jak tyto zkušenosti formují vaši perspektivu a vědeckou spolupráci?

Mám kariéru snů! Vždycky jsem chtěla bádat, už od svých devíti, desíti let, kdy jsem četla o Marii Curie, která byla mým idolem. Byl to můj sen, ale nikdy by mě nenapadlo, že mě zavede tak daleko po celém světě, že budu spolupracovat s tolika lidmi, zejména s Milošem Druckmüllerem a jeho týmem. Dnes jsou pro mě jako druhá rodina. Byla to intelektuální „láska na první pohled“.

Pozorování slunečních zatmění často znamená výpravy do odlehlých lokalit. Jak se pracuje v tak náročném prostředí?

Naše expedice jsou stejně tak o lidské odolnosti, jako o vědě. Výpravy do odlehlých částí světa, jejichž cílem je zachytit prchavé okamžiky úplného zatmění Slunce, vyžadují intenzivní přípravu a taky přizpůsobivost. A je to neuvěřitelně obohacující – z vědeckého i osobního hlediska. Cestujete do nejrůznějších koutů světa a vidíte, že podstata lidství je všude stejná. Že mezi lidmi ve skutečnosti neexistují bariéry a že všechny zeměpisné nebo politické hranice jsou umělé.

Úspěch našich misí závisí výhradně na odhodlání a kreativitě týmu. Každý přináší jedinečné odborné znalosti a panuje společné porozumění tomu, že během těchto prchavých příležitostí si nemůžeme dovolit chyby. Mám to štěstí, že mohu pracovat s neuvěřitelně talentovanými lidmi, které nemotivuje finanční zisk, ale vzrušení z objevování a zážitek z toho, že jsou součástí něčeho většího. To při práci v kanceláři nenajdete.

Umím si představit, že když jste začínala svoji kariéru, neměla jste to jako žena – astrofyzička v oboru jednoduché. Vaše práce nicméně pomohla přehodnotit některé dlouholeté předpoklady v oblasti sluneční fyziky, je to tak?

Moje kariéra nebyla jednoduchá. Dlouho jsem si připadala, jako bych balancovala na napjatém laně. Protože vedecký systém, zejména ve Spojených státech, je velmi konkurenční; musíte dokázat, že umíte dělat něco originálního, ale šlo také o to, aby lidé v oboru přijali vaše myšlenky. Jednou z mých výhod bylo, že jsem do oboru přišla zvenčí, takže jsem uměla nabídnout jiný pohled.

Jedním z klíčových objevů, na kterých jsem se podílela, je poznatek, že sluneční vítr nepochází pouze z polárních oblastí Slunce, jak se dlouho věřilo. Dřívější modely, které to předpokládaly, stavěly na velmi omezených pozorováních. Naše data z pozorování zatmění ukázala, že otevřené magnetické siločáry, které vedou sluneční vítr, jsou přítomny po celém povrchu Slunce. To vyvrátilo zavedené teorie a otevřelo nové cesty k pochopení vlivu slunečního větru na kosmické počasí a meziplanetární podmínky.

Proč je výhodné studovat sluneční korónu během úplných zatmění Slunce, například v porovnání s využitím kosmických přístrojů?

Jediný okamžik, kdy můžete sluneční korónu pozorovat očima, je úplné zatmění Slunce. Z vesmíru umíme přejít do UV, EUV a rentgenové části spektra a vidět všechny jeho struktury. Ale vidíme jen blízké okolí Slunce. Při úplném zatmění sice nevidíte samotné Slunce, protože je zakryto Měsícem, ale lze vidět sluneční korónu do velké vzdálenosti od slunečného disku. A právě to je tak fascinující – můžeme i pouhým zrakem vidět magnetické pole Slunce a plyn, který uniká do meziplanetárního prostoru. Je to skutečně jedinečné, v současnosti neexistují žádné kosmické přístroje, které by dokázaly reprodukovat to, co pozorujeme během zatmění.

Má to samozřejmě háček: snímky, které pořídíte fotoaparátem, nejsou tak dobré jako to, co vidíte pouhým okem. Musíte pořídit různé expoziční časy a následně je zkombinovat. Předtím, než začala naše spolupráce s Milošem, jsme to dělali dost primitivním způsobem. Ale když Miloš poprvé zpracoval naše data, nemohla jsem se na ten snímek přestat dívat, tak byl krásný. To, co Miloš dělá, je nesmírně důležité, protože nám to dává možnost vidět, co se ve sluneční koróně děje. Je to – a to doslova – krásná věda.

Vaše práce také odhalila silnou souvislost mezi slunečními protuberancemi a iniciací výronů koronální hmoty, takzvaných CMEs. Jaké jsou zatím nejpřekvapivější poznatky o jejich vzájemném působení?

Naše chápání protuberancí se výrazně posunulo. Nyní víme, že nejsou jen pasivními strukturami – hrají aktivní roli v masivních erupcích koronální hmoty neboli CMEs. Nejvíce nás překvapil složitý vztah mezi magnetickým polem a těmito chladnějšími strukturami.

Protuberance je mnohem chladnější než okolí, má asi 10 000 K, a zbytek má teplotu 2 miliony K. Nachází se v srdci takové magnetické „klece“, a když jsou splněny určité podmínky – jako magnetická rekonexe nebo destabilizace, stane se protuberance spouštěčem CME. Je to téměř jako dominový efekt: uvolní se energie uložená v magnetickém poli, která vystřelí materiál protuberance a nad ní ležící korónu do vesmíru.

Fascinující je, jak přesně vyvážené tyto systémy jsou. Je to jako tanec mezi stabilitou a nestabilitou. Někdy protuberance jen osciluje nebo mění tvar, ale zůstává neporušená. Jindy zcela vybuchne, což vede ke vzniku CME. Tomuto chování stále ještě plně nerozumíme a je to jeden z problémů, na kterém aktivně pracujeme.

Magnetické pole Slunce je složité a dynamické prostředí. Jaké problémy přináší tato komplexita pro předpovídání sluneční aktivity?

Obrovské! Nevíme, co jej nutí chovat se tak, jak se chová. Je to velmi složitý a komplexní systém, ale už jsme dosáhli určitého pokroku v rozpoznání souvislostí mezi protuberancemi a nad nimi ležícími koronálními strukturami.

Na kterou z aktuálních otázek o sluneční koróně doufáte, že se podaří v příštích letech najít odpovědět?

Důvod, proč jsem se začala zajímat o pozorování zatmění Slunce, byl, že jsem dělala modely a snažila se pochopit fyzikální podmínky, které ovlivňují rychlost slunečního větru. Ten se na Zemi může pohybovat od 300 do 800 kilometrů za sekundu. V modelech bylo velmi důležité znát teplotu sluneční koróny. Proto jsem začala s pozorováním zatmění: věděla jsem, že při úplném zatmění Slunce se lze dostat velmi blízko k jeho povrchu a pozorovat různé spektrální čáry ionizovaného železa, které nám mohou poskytnout teplotní mapu sluneční koróny.

Ale pak se k mému překvapení stalo to, že jsem se podívala na naše pozorování a zjistila jsem, že ionty železa pocházející ze Slunce a unikající se slunečním větrem mají tendenci zachovávat svou teplotu a identitu. Jako by říkaly: „Tady v koróně jsme vznikly“. Proč tomu tak je, nevíme. Co způsobuje, že se Slunce chová jako papiňák, v němž teplota nestoupá, ale něco ji drží dole? To je pro mě velká otázka: Co způsobuje, že je teplota tak konstantní? Takže to je nová hádanka, kterou je třeba vyřešit.

 

Autorka: Iveta Hovorková

Foto: Václav Široký, Václav Koníček

Zdroj: Vysoké učení technické v Brně

---

Shadia Habbal se narodila v Sýrii, bakalářský titul z fyziky a matematiky získala na univerzitě v Damašku a magisterský titul z fyziky na Americké univerzitě v Bejrútu, poté získala doktorát na univerzitě v Cincinnati, USA. Specializuje se na sluneční fyziku, její výzkum je zaměřen na sluneční vítr a úplná zatmění Slunce. Dříve pracovala v Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics a poté na Aberystwyth University ve Walesu. V současné době působí jako profesorka astronomie na Astronomickém ústavu Havajské univerzity. Sehrála klíčovou roli při přípravě cesty sondy NASA Solar Probe, která jako první sonda obíhala uvnitř sluneční atmosféry. Prof. Habbal je členkou mnoha odborných organizací včetně Americké astronomické společnosti, Americké geofyzikální unie a Mezinárodní astronomické unie. Je také jedním z hlavních redaktorů časopisu Astrophysical Journal of the American Astronomical Society.