Oči astronomie: Na velikosti záleží
9. 9. 2009
Po tisíciletí lidstvo vzhlíželo k fascinující noční obloze, aniž by vědělo, že hvězdy Mléčné dráhy jsou jiná slunce, nebo že vesmír je poset miliardami sesterských galaxií, nebo že my sami jsme pouhou tečkou ve vesmírné kronice, která líčí příběh trvající 13,7 miliard let. Dokud jsme k pozorování využívali jen vlastní oči, neměli jsme možnost hledat sluneční soustavy okolo cizích hvězd nebo zjišťovat, je-li někde ve vesmíru život. Teprve před čtyřmi stoletími, roce 1609, vyšel Galileo Galilei do polí poblíž svého domu. Namířil dalekohled, který si sám sestrojil, na Měsíc, planety a hvězdy. Nyní stavíme obří dalekohledy, které zachycují světlo hvězd vzdálených mnoho miliónů světelných let. Největší dalekohled u nás má průměr zrcadla dva metry a stojí v Ondřejově. Ve světě nyní ty největší teleskopy dosahují průměru deseti metrů a ještě větší přístroje jsou již na kreslicích prknech.
V noci se naše oči přizpůsobují tmě. Zorničky se rozšíří, aby propustily více světla. Díky tomu můžeme vidět slabší objekty a hvězdy. Teď si představte, že bychom měli zorničky o průměru jednoho metru – a právě tohle nám umožní dalekohled.
Dr. Joe Liske, European Southern Observatory: Dalekohled pracuje jako trychtýř. Hlavní čočka nebo zrcadlo sbírá světlo hvězd a soustředí je do našeho oka. Čím větší objektiv dalekohled má, tím slabší objekty jím uvidíme. Takže na velikosti opravdu záleží. Ale jak velký dalekohled můžeme sestrojit? Jde-li o čočkový dalekohled, tedy refraktor, pak nijak veliký. Čočkou musí procházet světlo, takže ji můžeme uchytit jenom na okrajích. Vyrobíme-li čočku moc velkou, bude příliš těžká, a začne se vlastní vahou deformovat. Obraz pak bude pokřivený.
Největší čočkový dalekohled byl sestaven v roce 1897 na Yerkesově observatoři poblíž Chicaga. Hlavní čočka měla průměr přes jeden metr. Tubus dalekohledu měl neuvěřitelných 18 metrů. Čočkové dalekohledy tím dosáhly hranice svých možností.
Dr. Joe Liske, European Southern Observatory: Pokud potřebujeme ještě větší dalekohledy, musíme uvažovat o zrcadlech. V zrcadlových dalekohledech – reflektorech – se světlo od zrcadel odráží, neprochází sklem. To znamená, že zrcadlo můžeme udělat mnohem tenčí a podepřít jej speciální podložkou. Díky tomu můžeme vyrobit mnohem větší zrcadla než čočky.
Do jižní Kalifornie přišla velká zrcadla před sto lety. Tehdy byla Mount Wilson odlehlým vrcholem v divočině pohoří San Gabriel. Obloha tu byla čistá a noci temné. George Ellery Hale zde nejprve zkonstruoval teleskop s průměrem 1,5 metru. Byl sice menší než monstrum lorda Rosse, zato mnohem kvalitnější. A také na mnohem lepším stanovišti. Hale požádal místního podnikatele Johna Hookera o financování 2,5 metrového přístroje. Na vrchol Mount Wilson byly dopraveny tuny skla a nýtované oceli. Hookerův teleskop byl dokončen v roce 1917. Po třicet let byl největším dalekohledem na světě. Nová kosmická zbraň byla připravena k útoku na vesmír.
Dr. Joe Liske, European Southern Observatory: A tento útok skutečně nastal. K neuvěřitelné velikosti teleskopu se přidala změna ve způsobu zaznamenávání obrazu. Astronomové se už nedívali do okuláru dalekohledu, nýbrž po celé hodiny sbírali světlo na fotografické desky. Nikdy před tím se nikdo nedíval tak daleko do vesmíru. Spirální mlhoviny se ukázaly být plné hvězd. Mohly by to být hvězdné soustavy podobné naší Galaxii? V mlhovině Andromedy označované M31 objevil Edwin Hubble zvláštní druh hvězd, které mění jasnost s přesností hodin.
Ze svých pozorování dokázal Hubble odvodit vzdálenost M 31: téměř milion světelných let. Spirální mlhoviny, jako ta v Andromedě, byly rozpoznány jako samostatné galaxie. Tím ale záplava objevů neskončila. Ukázalo se, že většina galaxií se od naší Galaxie vzdaluje.
Dr. Joe Liske, European Southern Observatory: Hubble na Mt. Wilson zjistil, že se blízké galaxie od nás vzdalují pomalu, zatímco vzdálené galaxie letí mnohem větší rychlostí. Závěr? Vesmír se rozpíná.
Hookerův teleskop poskytl vědcům nejdůležitější astronomický objev 20. století. Díky dalekohledům jsme začali mapovat historii vesmíru.
Před necelými 14 miliardami roků vznikl vesmír z obrovského vzedmutí času, prostoru, látky a energie označovaného jako Velký třesk. Malé kvantové vlnky vyrostly do zhustků v prvotní polévce. Z nich kondenzovaly galaxie úžasně rozmanitých velikostí a tvarů. Termonukleární reakce v nitrech hvězd tvořily nové atomy. Uhlík, kyslík, železo, zlato. Exploze supernov rozptýlily tyto těžké prvky do kosmického prostoru. Objevil se stavební materiál pro nové hvězdy. A také planety! Z jednoduchých organických molekul se začal vyvíjet život. Život je jedním ze zázraků stále se rozvíjejícího vesmíru. Zrodili jsme se z hvězdného prachu.
Je to ohromující sen a pohnutý příběh, který nám vyprávějí astronomická pozorování. Představte si: bez dalekohledu bychom věděli jenom o šesti planetách, o jediném měsíci a o několika tisících hvězd. Astronomie by byla v plenkách.
U nás je největším dalekohledem teleskop postavený v roce 1967 v Ondřejově. Se zrcadlem o průměru dva metry patřil k největším dalekohledům na světě – zaujímal deváté místo. Čeští vědci tak neztráceli krok s mezinárodní astronomií.
A jak se s takovým obrem pozoruje? Paprsek světla ze vzdálené hvězdy se odrazí od hlavního zrcadla a několika dalších, než se nasměruje do podzemí budovy. Tady v takzvaném Coudé ohnisku se bílé světlo rozloží na mřížce a nakonec dopadá na citlivý polovodičový detektor. A jaké objekty se tu sledují?
RNDr. Miroslav Šlechta, Ph.D., Astronomický ústav AV ČR, Ondřejov: Téměř výhradně sledujeme horké hvězdy. Hvězdy mají různou povrchovou teplotu, ty nejchladnější mají dejme tomu kolem tří tisíc stupňů Celsia na povrchu, ty nejvíce horké třicet, čtyřicet i padesát tisíc stupňů. My se zaměřujeme na ty horké hvězdy s teplotami kolem deseti až dvaceti, dvaceti pěti tisíci stupni Celsia na povrchu.
Světlo rozložené mřížkou detektoru na barevné spektrum přináší informace o chemickém složení hvězdy i o pochodech, které na ní probíhají. Naši vědci systematicky sledují především obálky žhavých plynů u sto čtyřiceti objektů z několika set známých. Chtějí vysvětlit, proč tam tato obálka je, jak vzniká a co ji zahřívá.
Dalekohled také prochází pravidelnou údržbou. Právě letos byla jeho zrcadla opět pokovena – proto podstoupila náročnou cestu do Německa. Před dvěma lety byla modernizována i elektronika dalekohledu. Nový řídicí systém umožní ovládat dalekohled s minimálním zásahem člověka. Vědci zvolí objekt, na který se chtějí podívat, dalekohled na něj najede a sleduje ho tak, aby nevyjel ze zorného pole. Automatika také dokáže opravit chyby, které nutně vznikají průhybem dalekohledu vlastní vahou nebo lomem světla v atmosféře.
Má však ještě smysl udržovat takto staré dalekohledy ve střední Evropě, kde vlastně není ani dostatečná tma, kde je vše prosvětleno díky obcím a městům a kde se už proto ani nové observatoře nestaví?
RNDr. Miroslav Šlechta, Ph.D., Astronomický ústav AV ČR, Ondřejov: Ty staré mají tu výhodu, že můžou pokračovat a dělat to, co velké dalekohledy nemohou, tj. systematické, mnohaleté sledování objektů, které se nějakým způsobem mění, a jde o to zjistit, proč se mění a jak se mění.
A to se dá dělat jen dlouhodobým výzkumem. Astronomové nyní navíc chtějí vybudovat nový spektrograf. Tento přístroj jim umožní sledovat světlo hvězd v různých vlnových délkách – od modré po červenou oblast, jinými slovy: od nevidím do nevidím.
Vraťme se ale ještě do nedávné minulosti. George Ellery Hale měl životní sen: postavit dvakrát větší dalekohled než byl jeho předchozí rekordman. Vznikl pětimetrový Haleův teleskop na hoře Palomar. Přes pět set tun pohyblivých částí, tak přesně vyvážených, že se pohybují s grácií baletky. Čtyřicetitunové zrcadlo zachytí hvězdy 40 milionkrát slabší, než vidí lidské oko. Haleův dalekohled dokončený v roce 1948 poskytuje nepřekonatelné obrazy planet, hvězdokup, mlhovin a galaxií.
Obr Jupiter se svými měsíci. Úžasná mlhovina Plameňák. Plyn ve Velké mlhovině v Orionu.
Dr. Joe Liske, European Southern Observatory: Mohli bychom jít ještě dále? Sovětští astronomové to zkusili koncem 70. let 20. století. Vysoko na Kavkaze, postavili Velký azimutální teleskop s hlavním zrcadlem o průměru šest metrů. Ten ale nikdy nesplnil očekávání. Byl prostě příliš velký, příliš nákladný a příliš komplikovaný.
Měli se konstruktéři dalekohledů vzdát? V žádném případě! Dnes již existují desetimetrové dalekohledy. A ještě větší přístroje jsou na kreslicích prknech. O tom ale příště.
Autor: Šárka Speváková