Slunce v proměnách staletí

Pavel Najser, 10. dubna 2006

„Záříš krásně na obzoru nebe, ó Atone živoucí, jenž jsi žil na prapočátku. Když vycházíš na východním obzoru, naplňuješ celou zemi svou krásou... Ač samojediný, vytvořils ze sebe milióny bytostí, města, osady, cesty i řeky. Oči všech vzhlížejí k tobě, ó Atone dne, když vznášíš se nad zemí...“

Hymnus faraóna Achnatona, oslavující Atona, boha Slunce

Slunce, oslnivě zářící kotouč na obloze, osvětlující a zahřívající Zemi, určující běh lidského času a rozhodující o bytí všeho živého na naší planetě. Není divu, že jeho životodárnou roli si lidé uvědomovali od samého úsvitu lidských dějin. Kult Slunce je starý jak lidstvo samo a setkáváme se s ním prakticky ve všech nejstarších kulturách. Pečlivé sledování běhu Slunce sloužilo nejen k náboženským obřadům, ale zejména ke stanovení rytmu střídání ročních období, které bylo tolik důležité pro veškerý hospodářský život. O pozorování východů a západů Slunce pro kalendářní účely během roku máme mnoho důkazů ještě z prehistorických dob. Svědčí o tom celá řada kamenných staveb a památníků pocházejících z pozdního neolitu, které jsou orientovány na mezní východy a západy Slunce o slunovratech. O významu a důležitosti těchto pozorování vypovídá nejen nezměrné úsilí, s nímž byly tyto kamenné svatyně budovány, ale i délka jejich využívání, přesahující celé tisíciletí.

Stonehenge, Anglie.

Uctívání Slunce spojené s jeho pravidelným pozorováním bylo součástí každodenního života ve všech velkých civilizacích starověku. Nově rozvíjené pozorovací metody prováděné již s pomocí jednoduchých přístrojů, jakými byly například gnómónGnómón – nejjednodušší astronomický přístroj. Jde o tyč zaraženou svisle do Země. Z délky jejího stínu lze určit výšku Slunce nad obzorem a ze směru stínu azimut Slunce. či sluneční hodiny, vedly i k podstatně pokročilejším výsledkům. Astronomům staré Číny se podařilo již na sklonku druhého tisíciletí př. n. l. systematickým pozorováním Slunce poměrně přesně určit nejen hlavní kalendářní periody, ale i vzájemné sklony základních nebeských rovin. Hlavní snahou čínských hvězdářů bylo najít způsob, jak předpovídat zatmění. První záznam o pozorování zatmění Slunce pochází z roku 1216 př. n. l., někdy jsou ale uváděna ještě starší data. K roku 2137 př. n. l. se například váže i známá legenda o nesvědomitých dvorních hvězdářích Hsi a Ho, kteří se opili a propásli zatmění Slunce. Protože nedali včas střílet a bubnovat proti obludě požírající Slunce, přišli o hlavu.

Gnómon: Sloužil k určování slunečního času a slunovratů. Kolem roku 1100 př.n.l.
jjím čínský astronom Ču Kong změřil i sklon ekliptiky k rovníku.

I ve starém Egyptě patřil bůh Slunce Ré k nejvyšším božstvům. Faraón Achnaton povýšil sluneční kotouč dokonce na jediného univerzálního boha, Atona. Staří Babyloňané objevili na základě dlouhých pozorovacích řad periodu, v níž dochází opakovaně k zatměním. Perioda po níž se skutečně opakuje shodné postavení Slunce, Měsíce a Země se nazývá saros a trvá 18 roků a 11 dnů. Pravděpodobně z této periody vyšel i jeden z prvních antických učenců Thalés, když v roce 585 př. n. l. šokoval své současníky předpovědí zatmění Slunce. Antická věda se zabývala zejména otázkou postavení Slunce v prostorovém modelu světa. Názory na podstatu Slunce prošly řadou proměn, od kamene o velikosti poloostrova Peloponés, až po ústřední světové těleso v Aristarchově modelu světa. Nakonec zůstalo v Ptolemaiově soustavě jednou z planet obíhající kolem nehybné Země, nicméně „planetou“ s výsadním postavením. Tuto výjimečnost Slunce si začali znovu uvědomovat renesanční myslitelé, definitivně ji posléze potvrdil Mikuláš Koperník, když ve svém heliocentrickém systému povýšil Slunce na střed celého světa.

Achnaton uctívá boha Slunce - Atona.

Heliocentrický systém Mikuláše Koperníka.

Již z doby před počátkem našeho letopočtu pocházejí první zprávy o přímém pozorování Slunce. Ve výjimečných případech, kdy byla sluneční záře ztlumena mlhou nebo řídkou oblačností, či při pozorování slunečního kotouče těsně u obzoru, si občas lidé všimli tmavých teček na slunečním disku. Protože ale při dalších podobných pozorováních nebylo na Slunci nic neobvyklého, nebral tyto zprávy nikdo vážně. A když už nebylo o tmavé skvrně pochyb, byla považována za přechod Merkuru, nebo hypotetické planety Vulkánu před slunečním kotoučem. Před vynálezem dalekohledu začali hvězdáři používat k nepřímému pozorování Slunce dírkovou komoru. Máme o tom zprávu dokonce od samotného Johannese Keplera, který tímto způsobem pozoroval v Praze v roce 1607 sluneční skvrnu, kterou považoval za planetu Merkur. Již prvá pozorování Slunce dalekohledem ale potvrdila, že skvrny na Slunci jsou reálné objekty přímo na slunečním povrchu. K tomuto objevu došli téměř současně Johann Fabricius, Galileo Galilei, Thomas Harriot a Christoph Scheiner. Po objevu Jupiterových měsíců a Venušiných fází to byl další průlom do aristotelských představ o čistotě a neměnnosti světa nebeských těles.

Christoph Scheiner při pozorování Slunce.

Scheiner použil poprvé k pozorování tzv. Keplerův dalekohled, složený ze dvou spojných čoček. Tento typ dalekohledu umožňoval využití tzv. projekční metody, která odstranila nebezpečí poškození zraku přímým pohledem do Slunce. Nechráněný pohled do Slunce se stal osudným Galileovi, který takto přišel prakticky o zrak. Pravidelným sledováním skvrn zjistil Scheiner brzy jejich pohyb, který správně vyložil otáčením Slunce jednou za 27 dní. Některé skupiny pozoroval po dobu až tří otoček. Současně dokázal, že některé velké skvrny lze s jistotou spatřit i pouhým okem, čímž potvrdil platnost dřívějších záznamů. Názory na podstatu skvrn byly v té době ještě velmi naivní, William Herschel se například domníval, že jsou to otvory ve žhavých slunečních oblacích, kterými pozorujeme chladné sluneční nitro.

Scheinerova kresba pohybu sluneční skvrny.

Systematická pozorování slunečních skvrn přinesla brzy další zajímavá zjištění. Amatérský astronom Samuel Schwabe, veden touhou po objevu neznámé vnitřní planety Vulkán, pozoroval každý jasný den Slunce ve víře, že jednou planetu spatří při jejím přechodu přes Slunce. Přitom soustavně zakresloval sluneční skvrny. Planetu sice nenašel, ale zato si v téměř dvacetileté řadě pozorování všiml zřetelné nepravidelnosti v jejich výskytu. V letech 1828–1829 a 1837–1839 bylo na Slunci stále poměrně hodně skvrn, zatímco v mezidobích byla dlouhá období, kdy skvrny prakticky ze Slunce zmizely. Objevil tak 11-letý cyklus slunečních skvrn, který se podařilo posléze vysledovat ze starých pozorování více než jedno století do minulosti. Aby bylo možno sluneční aktivitu ve výskytu skvrn vyjádřit nějakou univerzální hodnotou, zavedl v polovině 19. století švýcarský profesor matematiky Rudolf Wolf tzv. relativní číslo slunečních skvrn. To je vyjádřeno jednoduchým vzorcem R = 10g + f, přičemž g je počet skupin a f je počet všech skvrn ve skupinách.

Dvě nové zákonitosti, týkající se slunečních skvrn objevil další amatér, Richard Ch. Carrington. Pečlivým zakreslováním poloh skvrn si všiml, že skvrny vzdálenější od slunečního rovníku se pohybují při sluneční rotaci pomaleji než skvrny ležící v blízkosti rovníku. Objev nerovnoměrné rotace Slunce byl potvrzen později i jinými měřeními. Dalším studiem Carrington zjistil, že skvrny se na začátku cyklu objevují zhruba ve vzdálenosti až 35° od slunečního rovníku, v době maxima jejich poloha klesá zhruba k 15°, zatímco na konci cyklu sestupují až do blízkosti samotného rovníku. V období kolem slunečního minima lze pak zřetelně odlišit skvrny začínajícího cyklu od skvrn cyklu končícího. Při dlouhodobém vynesení poloh skvrn na časovou osu je toto rozložení zcela zřetelné a podle svého charakteristického vzhledu připomínajícího motýlí křídla, se tento diagram nazývá motýlkovým diagramem. Sluneční cykly se dnes označují čísly, za počátek byl stanoven cyklus s maximem v roce 1760. V současnosti končí 23. cyklus, který měl maximum v letech 2002–2003.

Motýlový diagram (NASA/Marshall Space Flight Center).

Při snaze sestavit graf sluneční aktivity prostřednictvím relativního čísla, narazil Rudolf Wolf na pozoruhodnou skutečnost. Po objevu skvrn ve dvacátých letech 17. století se najednou záznamy o pozorováních na téměř celé století vytratily. Wolf se domníval, že není pro toto období dostatek věrohodných záznamů a svou snahu o sledování slunečních cyklů do vzdálenější minulosti vzdal. Koncem 20. století ale anglický fyzik Maunder potvrdil na základě historických záznamů, že mezi lety 1638–1715 se skvrny na Slunci prakticky neobjevily. Toto období dnes nazývané Maunderovým minimemMaunderovo minimum – období odpovídající zhruba rokům 1645 až 1715, kdy sluneční skvrny byly výjimečně vzácné a sluneční cyklus byl velmi potlačen. Časově odpovídá takzvané Malé době ledové, kdy se prokazatelně alespoň severní polokoule Země ochladila. Podle posledních výzkumů se Slunce v té době zřejmě zvětšilo a zpomalila se jeho rotace. ukázalo, že v delším časovém horizontu je skvrnová aktivita Slunce nerovnoměrná. Jinými měřeními byla objevena podobná proluka v četnosti skvrn mezi roky 1460–1540. Můžeme tedy být spokojeni s tím, že v současnosti je nám dopřána možnost sluneční skvrny pozorovat a studovat.

V sedmdesátých letech 17. století zkoumal Isaac Newton rozklad slunečního světla na barevné složky hranolem, podobné pokusy konal ještě 15 let před Newtonem český fyzik Jan Marek Marci. V té době ještě nikdo neměl tušení, že právě studium spektra se v druhé polovině 19. století stane kolébkou astronomické disciplíny zvané sluneční fyzika.

Bonus: Klip „Sluneční skvrna“

Sluneční skvrna je oblast se silným magnetickým polem (až 0,1 T), které způsobuje její ochlazení oproti okolí až o 1 500 K. Na klipu pořízeném ze snímků dalekohledu DOT (Dutch Open Telescope) je patrná tmavá umbra (jádro skvrny), světlejší penumbra (vnější část skvrny) s plazmovými vlákny a okolní granulace – vrcholky vzestupných a sestupných proudů. Snímek je zrychlen, skutečný čas běží vlevo dole. Zdroj: DOT, Tom Berger.

Odkazy