Oči astronomie: Technické zázraky
16. 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. Současné dalekohledy se ale radikálně liší od svých klasických předchůdců. Jejich montáže jsou menší a umožňují sledovat pohyb hvězdné oblohy. Zdokonalila se i zrcadla dalekohledů. Bývala tlustá a těžká. Nyní jsou tenká a lehká. A jejich řízení převzaly počítače. Navíc ostrý obraz umožňují postupy zvané aktivní a adaptivní optika.
Současné dalekohledy se radikálně liší od svých klasických předchůdců. Například jejich montáže, tedy způsoby upevnění, jsou naprosto jiné. Montáže následující po prostých trojnožkách jsou ekvatoreální, nebo též paralaktické, s jednou osou orientovanou rovnoběžně s osou zemské rotace. Při sledování pohybu hvězd stačí dalekohledem otáčet okolo této osy stejnou úhlovou rychlostí, jakou se otáčí Země. Je to snadné, ale prostorově náročné.
Různé typy montáží si veřejnost může prohlédnout na Štefánikově hvězdárně, která stojí v Petřínských sadech u Hladové zdi.
Jakub Rozehnal, ředitel, Štefánikova hvězdárna, Praha: U nás na hvězdárně jsou k vidění dalekohledy řekněme střední třídy. Za mnou vlastně vidíme Zeissův dalekohled na klasické montáži s paralaktickým stolem, které je odvozená od německé montáže.
Tento dalekohled nabídla v roce 1928 České astronomické společnosti vdova po vídeňském selenografovi Königovi. Přístroj se tehdy stal hlavním dalekohledem hvězdárny, ale astronomové s ním pracují ještě i nyní.
Jakub Rozehnal, ředitel, Štefánikova hvězdárna, Praha: Dvojitý Zeissův astrograf dnes používáme ve dne k pozorování Slunce, v noci potom k pozorování jasnějších objektů, jako je Měsíc, planety, případně vícenásobné hvězdy, přičemž využíváme toho, že dalekohled, přestože je sto let starý, tak jeho optika je na úrovni dnešní špičky.
Na paralaktické montáži je upevněn i druhý dalekohled petřínské hvězdárny, umístěný v západní kopuli. Pochází od německé firmy Karl Zeiss Jena a v provozu pro veřejnost je od roku 1967.
Moderní azimutální montáže jsou mnohem kompaktnější. S takovým systémem se dalekohled zaměřuje podobně jako dělo – prostě se zvolí směr a výška.
Dr. Joe Liske, European Southern Observatory: Problém však je sledovat pohyb hvězdné oblohy. Dalekohledem je třeba otáčet v obou osách a navíc s proměnlivou rychlostí. Ovládání dalekohledů proto převzaly počítače. Menší montáž je levnější. Navíc se vejde do menší kopule, což dále snižuje náklady a zlepšuje kvalitu obrazu.
Podívejme se například na dvojici Keckových teleskopů na Havaji. Ačkoli jsou jejich desetimetrová zrcadla dvakrát větší než to, které má Haleův teleskop, vejdou se do menších kopulí, než palomarský pětimetr.
Zdokonalila se i zrcadla dalekohledů. Bývala tlustá a těžká. Nyní jsou tenká a lehká. Mnohametrová zrcadla se odlévají v obrovských rotujících pecích a mají tloušťku necelých 20 centimetrů. Důmyslný podpůrný systém pak zajišťuje, aby tenké zrcadlo vlastní vahou nepopraskalo. Počítačem řízená táhla a přítlačné mechanizmy pomáhají zrcadlo udržet v dokonalém tvaru.
Dr. Joe Liske, European Southern Observatory: Tento systém se jmenuje aktivní optika. Cílem je kompenzovat a korigovat všechny deformace hlavního zrcadla způsobené tíhou, větrem nebo změnami teploty. Tenké zrcadlo má také mnohem menší hmotnost. To znamená, že celá nosná konstrukce včetně montáže může být též mnohem jednodušší a lehčí. A levnější!
Keckovy teleskopy patří k největším na světě. Jejich zrcadla jsou tenká jako oplatky, ale mají průměr deset metrů. Jsou složená jako dlažba v koupelně z 36 šestiúhelníkových segmentů.
Poloha každého segmentu je řízena s nanometrovou přesností. Představují skutečné obry zasvěcené pozorování nebes. Chrám vědy.
Na Cerro Paranal v chilské poušti Atacama – nejsušším místě na Zemi – se nachází zdaleka největší astronomický přístroj, jaký kdy byl sestrojen: evropský Very Large Telescope. Ve skutečnosti jej tvoří čtyři dalekohledy v jednom. Antu. Kueyen. Melipal. Yepun. V jazyce domorodých Mapučů jména pro Slunce, Měsíc, Jižní kříž a Venuši. Každý se pyšní více než osmimetrovým zrcadlem. Obří zrcadla byla odlita v Německu, vyleštěna ve Francii, dopravena do Chile a potom pomalu převezena přes poušť. Při západu Slunce se budovy dalekohledů otevírají. Na zrcadla se snáší světlo hvězd. Přicházejí nové objevy.
Dr. Joe Liske, European Southern Observatory: Noční oblohu protíná laserový paprsek. Vytváří umělou hvězdu v zemské atmosféře devadesát kilometrů nad našimi hlavami. Snímače vlnoplochy měří zkreslení obrazu umělé hvězdy způsobené chvěním vzduchu. Počítače vzápětí prozradí pružnému zrcadlu, jak se má zdeformovat, aby se zkreslení atmosférou odstranilo. Hvězdy se tím výrazně zaostří. Systém se označuje jako adaptivní optika a představuje velký kouzelnický trik současné astronomie. Bez něho by byl pohled na vesmír rozmazaný chvěním vzduchu. S ním je však obraz ostrý jako břitva. Další kousek optického čarodějnictví se jmenuje interferometrie. Základní myšlenkou je zachytit světlo dvěma různými dalekohledy, přivést je do jednoho místa a přitom zachovat relativní posun mezi světelnými vlnami.
Pokud se to udělá chytře, pak se oba dalekohledy chovají, jako by byly součástí jednoho obrovského zrcadla, jehož průměr odpovídá vzdálenosti mezi dalekohledy.
Dr. Joe Liske, European Southern Observatory: Interferometrie poskytuje dalekohledu ostříží zrak. Umožňuje menším teleskopům rozlišit detaily, které by jinak byly dostupné jen mnohem větším přístrojům. Dvojice Keckových dalekohledů na Mauna Kea pravidelně spolupracuje jako interferometr. V případě velkého teleskopu v Chile mohou síly spojit všechny čtyři dalekohledy. Několik menších pomocných dalekohledů se může postavit po jejich boku a přispět k dalšímu zaostření obrazu.
Po celém světě najdeme další velké dalekohledy. Subaru a Gemini North na Mauna Kea. Gemini South a Magellanovy teleskopy v Chile. Large Binocular Telescope v Arizoně. Observatoře jsou budovány na těch nejlepších stanovištích. Ve vysokohorských suchých oblastech s čistou a tmavou oblohou. Jejich oči jsou velké jako plavecké bazény. Všechny jsou vybaveny adaptivní optikou k boji proti chvění zemské atmosféry.
A ukázaly nám toto: Planety. Mlhoviny. Studenou planetu obíhající okolo hnědého trpaslíka. Obří hvězdy z jádra naší Galaxie ovládané černou veledírou.
Příště ukážeme, co v astronomii způsobila fotografie.
Autor: Šárka Speváková