Blesky na Jupiteru znějí pozemským pozorovatelům jako hvízdání

Bouřlivý obr Sluneční soustavy nese jméno mocného antického boha Jupitera. Vlastnosti blesků na této planetě pomáhá z Prahy odhalovat japonský vědec Masafumi Imai z Ústavu fyziky atmosféry Akademie věd ČR. Stavbou observatoře v rodném Kóči si splnil sen a do svého bádání zapojuje i talentované středoškoláky. O tom, jak vědci poslouchají „hudbu sfér“, vypráví v aktuálním A / Magazínu.

Prefektura Kóči se nachází na jižní straně japonského ostrova Šikoku. Je známá panenskou přírodou, vysokými horami a průzračnými řekami. Rájem je nejen pro cestovatele, ale také pro pozorovatele hvězdné oblohy. Je v ní totiž minimum světelného znečištění a rádiového rušení, která v blízkosti větších sídel komplikují sledování vesmíru.

„Mám štěstí, že jsem vyrůstal v tak nádherném prostředí, kde jsem mohl odmalička pozorovat hvězdy. O nich i o Jupiteru jsem se záhy dozvídal od otce, který byl profesorem na místní vysoké škole a přivedl mě k zájmu o vědu,“ říká ve své kanceláři v Ústavu fyziky atmosféry AV ČR Masafumi Imai.

Masafumi Imai z Ústavu fyziky atmosféry AV ČR (CC)

Jeho současné pracoviště stojí v rušném Spořilově, obklopeném magistrálou a pražským obchvatem, což je proti japonskému venkovu poněkud rozdíl. Ze třetího patra má ale vědec krásný výhled na notný kus české metropole. Podle něho je dobré mít v životě rozmanitost – pobyt v Praze velmi oceňuje, líbí se mu historické budovy a město, které je hektické „tak akorát“. Zároveň se zhruba dvakrát do roka vrací do rodného kraje, v němž miluje klid a přírodu.

Japonská data v Praze
K cestám do Kóči má ovšem další důvod. Od roku 2023 tam totiž funguje rádiová observatoř LWA-Nijodo, jejíž založení díky znalosti domácího prostředí prosadil a kterou společně s místními partnery a za podpory Akademie věd ČR provozuje. Osm speciálních antén přijímá od března 2024 rádiové signály ze Slunce a Jupiteru a naměřená data putují v reálném čase přímo do Prahy.

Nízkofrekvenční stanice na ostrově Šikoku doplňuje celosvětovou síť obdobných zařízení, jejichž cílem je sledování rádiových emisí z vesmíru. Pro měření v různých částech dne je vhodné mít stanice rozmístěné v odlišných lokalitách. Zatímco Evropa a Spojené státy jsou pokryty celkem obstojně, v Asii a Oceánii je sledovacích bodů méně, než by bylo potřeba.

O tom, že by mohl založit observatoř ve svém rodném Kóči, začal Masafumi Imai uvažovat asi před šesti lety. V té době končil postdoktorský vědecký pobyt na americké Univerzitě v Iowě, při kterém mimo jiné získal zkušenosti s radioteleskopem v Novém Mexiku. Po návratu ze Spojených států začal vyučovat v Národním technologickém institutu v japonské Niihamě a pátrat po vhodném místě k instalaci antén.

Observatoř v japonských horách vznikla díky spolupráci s místním nadšencem pro výzkum vesmíru (Tošimicu Ono stojí vpravo od Masafumiho Imaie).

„Měl jsem velké štěstí, že jsem narazil na rodinného přítele, který byl ochotný pronajmout svůj pozemek a nechat na něm postavit vědeckou stanici. Celý život působil v oblasti vzdělávání na místní radnici a dodnes se aktivně zajímá o vědu, především vesmír,“ popisuje badatel.

Druhou šťastnou okolností, která pomohla observatoř rozjet, bylo napojení Masafumiho Imaie na pražskou akademickou komunitu. Toužil pokračovat ve vědeckém bádání, ale při učení na vysoké škole mu nezbývalo moc času a energie. Napadlo ho, že osloví Ivanu Kolmašovou a Ondřeje Santolíka z Ústavu fyziky atmosféry AV ČR, s nimiž se znal z předchozích krátkých pobytů v Praze.

„V našem oboru jsou mezinárodně uznávanými experty a já se s nimi chtěl poradit, jak nebo kde bych mohl pokračovat ve výzkumné práci, ať už v Evropě, nebo Spojených státech,“ vysvětluje Masafumi Imai s úsměvem, „byl jsem velmi rád, když mi nabídli místo u sebe, v oddělení kosmické fyziky.“

Ke spořilovskému týmu se japonský výzkumník připojil na jaře 2024 a už rok a půl nato obdržel od Akademie věd ČR prestižní ocenění spojené s finanční prémií Lumina quaeruntur, jejíž část slouží právě k podpoře provozu observatoře LWA-Nijodo.

Hudba z Jupiteru
Díky přijímačům elektromagnetického záření rozesetých po různých místech Země můžou vědci „poslouchat“ zvuky z vesmíru, které jim napovídají, co se děje v realitě, od níž je dělí desítky i stovky milionů kilometrů. Rádiové vlny k nám putují jak ze Slunce, vzdáleného v průměru 149,6 milionu kilometru, tak z Jupiteru. Ten leží více než sedm stovek milionů kilometrů od naší planety, ale protože je obrovský a má extrémně intenzivní magnetické pole, vysílá vlny tak silné, že je zachytí i amatérské pozemské antény.

Observatoř LWA-Nijodo tvoří osm antén typu „bow-tie“. Jsou propojeny s moderními přijímači založenými na technologii vyvinuté pro malé družice.

Rádio si většina lidí spojuje s hudbou nebo mluveným slovem. Pravda je, že si lze poslechnout i elektromagnetické záření z vesmíru, když se převede do slyšitelného spektra. Zní jako kombinace praskání, šumění a hvízdání různé intenzity, přičemž hvízdavý zvuk zpravidla znamená bleskový výboj. Vědci ale nejčastěji pracují s grafickým záznamem zvuku ve formě tzv. spektrogramu, ze kterého umějí vyčíst informace o blescích a dalších procesech, jež vyzařují elektromagnetické signály.

Úplně první „zvuk“ blesku z Jupiteru zachytila v roce 1979 mise Voyager 1 americké vesmírné agentury NASA. Sonda tehdy zaznamenala rádiové signály ve slyšitelné oblasti elektromagnetického spektra a její kamera zároveň natočila záblesky v atmosféře Jupiteru. Bylo jasné, že na Jupiteru se blýská, nebylo ale průkazné, nakolik intenzivní nebo časté výboje jsou.

Vědci se již tehdy domnívali, že bouřky na obří plynné planetě se zřejmě podobají pozemským v tom smyslu, že vznikají v oblacích sestávajících z vody v různém skupenství včetně ledových krupek. Zprávy o tom, že skutečnost může být poněkud pestřejší, začínají přicházet až v posledních letech.

Novinky ze sondy Juno
Na rozdíl od Země nebo Marsu nemá Jupiter pevný povrch a vzhledem k jeho velikosti se mu často říká plynný obr. Je zdaleka největší planetou Sluneční soustavy, naše Země by se do něj vešla minimálně 1300krát. Všimli si ho tak už starověcí pozorovatelé oblohy a zajímali se o něj i novověcí badatelé. Pomocí dalekohledu jej v roce 1610 sledoval například astronom Galileo Galilei a odhalil někte ré jeho měsíce – vulkanický Io, ledovou Europu, největší Ganymed a Callisto s četnými krátery (dnes víme, že kolem Jupiteru obíhá skoro stovka měsíců).

„Díky přijímačům elektromagnetického záření rozsetých po Zemi víme, co se děje v realitě, od níž nás dělí stovky milionů kilometrů,“ říká Masafumi Imai. (CC)

Právě Galileiho jméno nese sonda, která Jupiter prozkoumávala v letech 1995–2003. Zprostředkovala detailnější snímky bouří a záblesků a zpřesnila informace o „počasí“ na planetě – stále se ale jednalo především o optické snímkování noční strany planety. Zásadní informace o atmosféře Jupiteru přináší až současná sonda Juno, která na palubě nese dva zajímavé přístroje. Aparatura „Waves“ měří elektromagnetické vlny v různých frekvenčních rozsazích a mikrovlnný radiometr mimo jiné detekuje emise jupiterovských blesků.

Rádiové vlny, které se uvolňují při bleskových výbojích, jsou pro vědce mimořádně cenné, protože jim umožňují studovat bouře i ve chvíli, kdy mračna nebo jiné složky atmosféry blokují viditelné světlo. Daří se tak odhalovat jevy, které dosud unikaly pozornosti kvůli tomu, že předchozí sondy buď neměly příslušné přístrojové vybavení, nebo se nedostaly dostatečně blízko k planetě.

Co tedy díky analýzám dat ze sondy Juno víme? Ve spolupráci s kolegy z Univerzity v Iowě objevili výzkumníci ze Spořilova například „rychlé hvizdy“ – signály od blesků, které „hvízdaly“ přibližně stokrát rychleji než ty, jež zaznamenal Voyager 1. Zjistili také, že se na Jupiteru blýská podobně často jako na naší planetě. Na základě předchozích měření totiž předpokládali výrazně nižší bleskovou aktivitu v porovnání se Zemí, a to až tisíckrát.

Krátké pulzy zachycené ve vyšším frekvenčním pásmu mezi 20 kHz a 150 kHz dále napověděly, že ionosféra Jupiteru má oblasti s výrazně nižší hustotou, a že tak může připomínat cedník. Ve spektrogramech vlnového přístroje pak vědci nalezli skupiny krátkých rádiových pulzů s rozestupy o délce jedné tisíciny vteřiny, které je dovedly k překvapivému závěru: blesky na Jupiteru vznikají podobně jako vnitrooblačné blesky na Zemi.

Stanice LWA-Nijodo stojí v krásné přírodě prefektury Kóči na ostrově Šikoku, která je díky malému světelnému znečištění ideální pro pozorování noční oblohy.

S využitím dat z mikrovlnného radiometru se podařilo odhalit ještě fenomén skrytých superbouří, které jiné aparatury „nevidí“, blýská se v nich ale průměrně třikrát za sekundu, což je výrazně více, než uváděla dřívější měření.

Člověka napadá otázka, jestli velikost blesků na Jupiteru odpovídá jeho gigantickým rozměrům. Jinak řečeno: jsou na obří planetě obří blesky? V popularizačních textech, například na webu Science, se lze dočíst, že nejextrémnější blesky na Jupiteru můžou uvolnit až 10 bilionů joulů energie! To ale nemusí odpovídat realitě většiny bouří. „Někteří vědci říkají, že intenzita blesků je srovnatelná, jiní soudí, že je vyšší. Stále se o tom debatuje,“ říká Masafumi Imai s tím, že se více dozvíme až při dalším výzkumu.

Nezkrotná energie
Pravděpodobnost, že člověka během života zasáhne blesk, je relativně malá, ale když už se tak stane, vyvolá katastrofu s fatálními nebo dlouhodobými následky. Ve Spojených státech a Evropě se evidují nižší desítky úmrtí ročně, v Indii jsou to však i stovky nebo tisíce. Obecně platí, že čím blíže je člověk rovníku, tím větší je riziko. Blesky mají rovněž drastické ekonomické následky, hovoří se až o miliardách dolarů ročně.

„U nás na Zemi může být blesk skutečně pěkně nebezpečný. A to je také důvod, proč se jím zabýváme. Myslím si ale, že je nezbytné, abychom poznávali i bouře na jiných planetách právě proto, že nám umožní lépe porozumět blesku v obecné rovině,“ konstatuje Masafumi Imai.

Výzkum bouří na jiných planetách Sluneční soustavy vědcům pomáhá i v hlubšímu pochopení pozemských blesků.  

Blesky nejsou jediným tématem, které japonského vědce zajímají. Uchvátily ho mimo jiné polární záře, jež se na Jupiteru také vyskytují. I ony se podobají pozemským, ale zároveň se od nich v mnohém liší. Na Zemi je jejich hlavním zdrojem sluneční vítr, zatímco na Jupiteru jsou to měsíce. Sám Jupiter má extrémně silné magnetické pole, největší ve Sluneční soustavě, a obrovskou magnetosféru. Interakce jeho vlastní magnetosféry s částicemi proudícími z měsíců, zejména z Io, je hlavní příčinou polárních září.

„Aktuálně se nejvíce zabývám tématem blesků a polárních září na Jupiteru, částečně také na Saturnu. V budoucnu bych se ale velmi rád podíval i na situaci na ostatních planetách Sluneční soustavy,“ odpovídá mladý badatel na otázku, jaký je jeho vědecký sen. Dodává, že si velmi váží podpory Akademie věd ČR v podobě prémie Lumina quaeruntur, která mu umožňuje pokračovat v jeho práci a rozvíjet ji.

Poslední dobou ho pak těší a naplňuje ještě další aktivita organizovaná Akademií věd. Stal se totiž lektorem Otevřené vědy, programu pro talentované středoškoláky. Během roční stáže je učí, jak přijímat a interpretovat rádiové signály z malé družice, které se říká CubeSat. Jde o přístroj velikosti dlaně, jenž se dá vyrobit z dostupných součástek za relativně krátkou dobu. Podobná zařízení stavěl i se studenty v Japonsku – jimi vytvořený CubeSat úspěšně vysílá signály z oběžné dráhy kolem Země od roku 2021 a další odstartoval letos v dubnu.

„Jsem velmi šťastný, že můžu se stážisty pracovat, protože z nich cítím velké nadšení. Mám dva – student se víc zajímá o inženýrskou stránku věci a studentku zase baví záležitosti kolem softwaru,“ doplňuje Masafumi Imai. Podpora mladé generace v zájmu o vědu mu dává velký smysl a věnuje se jí jak u nás, tak v domovském Japonsku. Také na provozu rádiové observatoře LWA-Nijodo v Kóči se podílejí místní žáci a studenti, kteří vidí, že se špičková věda může odehrávat i v jejich sousedství. Signály z vesmíru se nakonec dají přijímat a zkoumat z nejrůznějších míst naší planety, z horských oblastí ostrova Šikoku i z české krajiny.

Článek vyšel pod názvem Jupiter, vládce blesků v A / Magazínu 2/2026.

2/2026 (verze k listování)
2/2026 (verze ke stažení)

Text: Leona Matušková, Divize vnějších vztahů SSČ AV ČR
Foto: Jana Plavec, pro SSČ AV ČR; Shutterstock; ÚFA AV ČR

 Text a fotografie označené CC jsou uvolněny pod svobodnou licencí Creative Commons.

Přečtěte si také

• Když počasí zabíjí. Vědci prozkoumali nejtragičtější přírodní katastrofy u nás
• Prvohorní fauna pod Prahou. Při ražbě metra se našel nový druh členovce
• Pravěké želví puzzle aneb Jak paleontologové zkoumají krunýře
• Ničivým zemětřesením předcházejí tiché, ale přitom důležité pohyby
• Malý, ale mocný: měsíc Enceladus cvičí s magnetickým polem obřího Saturnu
• Stoleté zkameněliny želv z Česka a Polska ožívají v nové digitální databázi
• Derecho a downbursty: když si bouře podají ruce a plivou vichr
• Díky sopkám existuje na naší planetě život, říká vulkanolog Lukáš Krmíček
• Jak předpovědět blesk? Pomoci by mohl i model elektrizace oblačnosti
• Hydrochemik Martin Pivokonský zkoumá, jak zlepšit úpravu a čištění vody