S Richardem Hammondem tentokrát na Havaji. Americký dokumentární cyklus

Litujeme, ale pořad není v iVysílání dostupný
Video není k dispozici

I na tropickém ostrově může panovat zima, když vystoupáte téměř 4000 metrů nad mořskou hladinu. V takové výšce je podstatně řidší vzduch. A to je také důvod, proč na vyhaslé sopce Mauna Kea stojí hned několik observatoří. Řídký vzduch a odlehlá poloha snižují rušivé vlivy atmosféry a to je mimořádně výhodné pro astronomická pozorování.

Místo čočky zrcadlo

Dalekohledy vytvářejí zvětšený obraz. A ten je tvořen světlem. Běžně se k soustředění světelných paprsků používají soustavy skleněných čoček. Čím je čočka větší, tím více světla zachytí a výsledné zobrazení je podrobnější. Což oceníte, když se chcete podívat hluboko do vesmíru. V roce 1896 byl pro Yerkesovu hvězdárnu sestrojen dalekohled s tehdy největší čočkou na světě. Měla v průměru více než jeden metr. Základní skleněný odlitek se podařilo vyrobit až za tři roky, a to po 18 neúspěšných předchozích pokusech. Teprve pak následovalo broušení a leštění. O sto let později by Keckova observatoř potřebovala čočku s desetimetrovým průměrem. Astronomové však tuto cestu dávno opustili.

Klikněte pro větší obrázek Pátrání po původu nové metody nás zavede za Archimédem a jeho legendárním paprskem smrti. Údajně použil odraz velkých zrcadel ke zničení římské flotily, která útočila na jeho město. Soustředěním paprsků zachycených zrcadlem do jednoho bodu došlo ke koncentraci energie. Toto poznání způsobilo v astronomii revoluci. Roku 1668 sestrojil Isaac Newton nový druh dalekohledu. Místo zvětšovacího skla bylo použito duté zrcátko o průměru čtyř centimetrů. O 325 let později zachytilo zrcadlo Keckova teleskopu 70 000× více světla. Ve skutečnosti má teleskop zrcadel hned několik. To největší, primární, sbírá světlo a odráží ho ke druhému menšímu. Odtud putuje ke třetímu, které ho přesměruje na snímač digitální kamery. Nástupce zastaralých okulárů zaznamenává obrazy vesmíru s nevídanou přesností.

Konstrukce nesoucí soustavu přístrojů je vysoká osm poschodí a váží téměř 300 tun. Přesto ji lze nastavovat s přesností na setiny milimetru. Keckova observatoř má taková zařízení hned dvě. Ptáte se proč? Představte si tyto teleskopy jako dva okraje jednoho zrcadla. Přestože jsou Keck I a Keck II od sebe vzdáleny 75 metrů, pracují jako jeden teleskop. Jeho rozlišení proto odpovídá průměru zrcadla 85 metrů. Kvalita zobrazení je tak osmkrát vyšší, než kdybychom pracovali pouze s jedním z nich.

Čím větší, tím lepší

Tvůrci havajského vědeckého komplexu si vytkli za cíl vytvořit největší zrcadlo na světě, které jim umožní dohlédnout do vesmíru hlouběji než kdykoliv předtím. Pokud by se však deset metrů široký kolos pokusili vyrobit z jednoho kusu skla, narazili by na vážný problém. Když v roce 1948 Kalifornský technologický institut sestrojil Haleův teleskop, jeho součástí bylo v té době největší zrcadlo na světě. Pětimetrový průměr byl podle astronomů maximum, kterého bylo možné dosáhnout. Narazili totiž na přirozené možnosti materiálu.

Konstruktéři nakonec přišli s řešením, které úplně proměnilo astronomii. Místo jednoho obrovského zrcadla použili 36 šestiúhlých segmentů, které do sebe zapadají. Jednotlivé části musely být vzájemně naprosto přesně srovnány tak, aby vytvořily jednolitou plochu. Pokud by se to nepodařilo, zrcadlo by nemělo dokonalé zakřivení potřebné k přesnému soustředění světla. Nakonec k tomu dopomohl podivně znějící hudební nástroj s názvem theremin.

Klikněte pro větší obrázek Roku 1919 se ruský vynálezce Lev Těrmen snažil vytvořit čidlo pro poplašný systém. Vynalezl však hudební nástroj vydávající zvuk podle změn v elektrickém poli, kterých se dosahuje pohybem ruky v blízkosti antény. Konstruktéři využili obdobné snímače k měření míst, kde se jednotlivé části zrcadla stýkaly. Citlivé senzory dokážou odhalit odchylku v řádu nanometrů. Čidla měří polohu každé části dvakrát za sekundu a podle potřeby ji upravují. Celá soustava si tak neustále zachovává dokonalý optický tvar. Pohyby musí být velice jemné a přesné, pracuje se s tolerancí odpovídající tisícině síly lidského vlasu.

Sestavením velkého zrcadla z menších částí se mimo jiné snížila jeho hmotnost. Ačkoliv jsou Keckovy teleskopy čtyřikrát větší než Haleův dalekohled, neváží ani o jeden gram navíc. Dokonalý tvar zrcadel dodává jejich obrazu takovou ostrost, že by bylo možné rozlišit dvojici reflektorů automobilu vzdáleného 800 kilometrů.

Mikroskopické leštění

Perfektně tvarované zrcadlo ale pro záznam obrazů z vesmíru nestačí. Sklo musí být zároveň dokonale hladké. I nepatrná nerovnost jejich povrchu může výsledný obraz významně zkreslit. Tím se znovu dostáváme do minulosti, do roku 1871, krátce po skončení americké občanské války. Benjamin Chew Tilghman byl generálem v barvách Unie. Vypráví se, že si jednou všiml obrazců, které do okenních tabulek vyryl písek hnaný pouštním vichrem. Potud legenda. Jisté však je, že Tilghman vynalezl stroj, který vysokou rychlostí tryská drobné částice. Dnes tato pískovací zařízení najdete všude tam, kde je třeba zbavit se rzi, staré barvy nebo špíny.

Klikněte pro větší obrázek Ale když chcete cídit něco mnohem jemnějšího, potřebujete také mnohem jemnější brusivo. Sto let poté, co Tilghman vynalezl pískovací pistoli, sestrojili odborníci na optiku přístroj, ze kterého tryskají jednotlivé atomy. Bez něj by zrcadla Keckových teleskopů tak ostrého obrazu nikdy nedosáhla. Dvousvazkový rastrovací elektronový mikroskop používá elektrony k pozorování vzorků a fokusované ionty k jejich oddělování s velkou přesností. Stejná technologie se dnes používá k preparování rakovinotvorných buněk. Pokud chceme něco vyleštit, namíříme ionty pod velmi malým úhlem. Částice odstraní všechny nerovnosti a vytvoří dokonale hladký povrch.

Dalekohledy se čistí proudem oxidu uhličitého v podobě takzvaného suchého ledu. Jeho vločky rychle přecházejí do plynného skupenství, a proto sklo vůbec nevlhne. Ze zrcadla se tak odstraňují částice sopečného popela. Smítka jsou totiž velmi ostrá a mohla by snadno poškodit odrazivou vrstvu. Takto důkladná očistná kúra se provádí každý měsíc. Keckovy teleskopy byly vůbec první, na kterých byla tato metoda použita. Ošetření jednoho z 36 segmentů trvá 7 dní. To je 72 týdnů na oba dalekohledy.

Do dálky i do hloubky

Klikněte pro větší obrázek Ani dokonalé optické systémy však nezaručují bezproblémové pozorování oblohy. Mnohé galaxie jsou zahaleny mračny prachu a plynů. Je možné tyto přirozené bariéry překonat? V roce 1952 vrcholil válečný konflikt v Koreji. Bojů se účastnily také jednotky OSN v čele se Spojenými státy. Američané se spoléhali především na své bombardovací letectvo. Ve dne byly nálety úspěšné. Ale jakmile se snesla noc, účinnost zásahů výrazně klesala. Pak ale přišel zásadní obrat. Ve vojenských laboratořích bylo vyvinuto zařízení, které pilotům umožňovalo doslova vidět ve tmě. Speciální kamery totiž dokázaly zaznamenat infračervenou energii vyzařovanou sledovaným tělesem. Cíle byly opět jasné jako za světla.

Stejná technika, kterou používali američtí piloti k zaměřování cílů během temných nocí, nyní pomáhá hasičům vidět v hustém dýmu. A dnešním astronomům umožňuje záznam infračerveného záření pozorovat biliony kilometrů vzdálené objekty zahalené v závojích vesmírného prachu. Přístroje v Keckově observatoři jsou tak citlivé, že by dokázali odhalit plamen svíčky ve vzdálenosti Měsíce. Zaznamenávají infračervené záření i z galaxií, o nichž si ostatní hvězdárny mohou jenom nechat zdát.

Od komára k ledničce

I na zaledněném a chladném vrcholu Mauna Kea se může během dne vyšplhat teplota nad nulu. Každodenní ohřívání a následné ochlazování nepříznivě ovlivňuje přesnost zobrazení Keckových teleskopů. Astronomické přístroje se vlivem střídání teplot rozpínají a zase smršťují, a tím dochází ke zkreslení obrazu.Proto bylo nutné najít způsob, jak teplotním změnám zabránit.

Klikněte pro větší obrázek Zárodky řešení mají kupodivu kořeny v rozlehlých floridských bažinách. Vraťme se proto do roku 1840, kdy floridské močály obýval obávaný zabiják. Byl to komár přenášející životu nebezpečnou žlutou zimnici. Lékař John Gorrie si všiml, že smrtelná nemoc nejvíce propuká v létě. Mylně se domníval, že hlavní příčinou jsou vysoké teploty. Začal proto vyvíjet přístroj, který by v místnosti udržel nízkou teplotu. Vycházel z prostého principu. Když se plyn rozpíná, ochlazuje se a s ním i všechno v jeho okolí. Na principu Gorrieho přístroje vznikla první lednička. A stejná základní myšlenka ovlivnila i současnou astronomii.

Lék na žlutou zimnici tedy Gorrie nenašel. Přišlo se na to, že ji přenášejí komáři. Jeho objevy však přinesly revoluční změnu do našich domácností a nyní ovlivňují i naše možnosti při pohledech do hlubokého vesmíru. V Keckově observatoři totiž chrání drahé přístroje před teplotními výkyvy okolního prostředí. Udržet teleskopy při stálé teplotě není nic snadného. Každá kupole obsahuje 20 milionů litrů vzduchu. Tento objem se musí vyměnit jednou za pět minut. Obří chladicí jednotky ve dne vyrovnávají klima na hodnoty nočního provozu. A to všechno díky účinku rozpínajícího se plynu.

Originální názevRichard Hammond's: Engineering Connections
Stopáž50 minut
Rok výroby 2011
 ST
ŽánrDokument