V současné době zatím neexistuje technické zařízení, se kterým by se lidstvo mohlo tolik chlubit jako s Hubbleovým vesmírným dalekohledem (HST). Jako by známé latinské heslo Přes překážky ke hvězdám, které jsme si vypůjčili do názvu této kapitoly, bylo stvořeno přímo pro HST. S vesmírnou astronomií se začíná ve větší míře počítat až po ukončení druhé světové války a s nástupem raketového kosmického výzkumu. Prvním skutečným předělem mezi pozemskou a vesmírnou astronomií se stalo pořízení snímků ultrafialového spektra Slunce, k němuž došlo ve stejném roce, kdy Lyman Spitzer začal uvažovat o vesmírném dalekohledu, tedy v roce 1946.
Pozadu nezůstaly ani další státy, a tak v roce 1962 vypustila v rámci vesmírného programu Ariel Velká Británie sluneční observatoř na oběžnou dráhu Země. O čtyři roky později, v roce 1966, americká NASA vypustila první Orbitální astronomickou observatoř OAO-1. Její mladší sestra OAO-2, jež se na oběžnou dráhu dostala v roce 1968, již byla velice úspěšná a po 4 roky prováděla ultrafialová pozorování hvězd a galaxií. Úspěch orbitální laboratoře rozjařil představitele NASA natolik, že začali zcela vážně uvažovat o vesmírném dalekohledu, který by byl umístěn na oběžné dráze Země. Velký orbitální dalekohled, jak jej jeho kmotři pokřtili, měl na svoji kosmickou pouť odstartovat v roce 1979. Od počátku se počítalo s nutností servisních misí prováděných astronauty, a tak byl paralelně vyvíjen i prostředek schopný opakovaných startu do vesmíru - raketoplán (viz 21. 11).
Ovšem růst nákladů, jež si příprava vesmírného teleskopu vyžadovala, vedl nakonec v roce 1974 k pozastavení financování projektu. Finanční problémy však nakonec stejně vedly k redukci projektu. Vlastní práce se nakonec rozeběhly v roce 1978 a start na oběžnou dráhu byl naplánován na rok 1983. Na pracích se podílela celá řada společností. Mezi nimi např. Nejdůležitější součástí HST je bezpochyby systém hyperbolických zrcadel. Důmyslné lešticí stroje vybrousily a vyleštily zrcadla do požadovaného tvaru. Společnost Perkin Elcmer použila speciální nízkoroztažné sklo. Samotné broušení začalo v roce 1979 a pokračovalo až do května 1981. To bylo zrcadlo finalizováno přidáním odrazové hliníkové vrstvy o síle 75 nanometrů a ochranného nátěru z fluoridu hořčíku.
V té době však již NASA opět překročila schválený rozpočet, a tak byl start opětovně odložen až na podzim roku 1984. Ovšem ani tento termín nakonec nebyl dodržen a projekt, jehož náklady se v té době již vyšplhaly na 1,2 miliardy dolarů, nabíral stále větší zpoždění. Ovšem první dva testovací měsíce se pro astronomy změnily v temnou noční můru. Navíc se celý teleskop kvůli úchytům slunečních panelů, které byly při přechodu z denní na noční oblohu a naopak teplotně více zatěžované než původně odborníci předpokládali, rozkmitával. Jediné přístroje fungující od počátku naprosto bezchybně byly spektrografy. Jenže kamery, které měly sledovat vzdálené, a tudíž slabé objekty, prostě nebyly schopné správně zaostřit.
Naštěstí se odborníkům z NASA podařilo příčiny všech potíží poměrně rychle nalézt a navrhnout postupy k jejich odstranění. A ani cena nebyla s ohledem na konečnou částku, na niž HST vyšel, nijak přemrštěná. Podobně se podařilo vyřešit problém s kmitáním, a to za pomoci izolování úchytů solárních panelů. Logicky byly obměněny i gyroskopy (zařízení k stabilizaci HST). Všechny tyto úpravy proběhly během tzv. Následující testy uskutečněné počátkem roku 1994 ukázaly, že HST má po provedených úpravách dokonce lepší parametry, nežli předpokládaly původní specifikace.
Když už se zdálo, že jsou všechny potíže zažehnány, zamrzl počátkem července 1994 HST v tzv. klidové pozici. Porouchal se palubní počítač. Jenže počítač si to nechtěl nechat líbit a poté, co přišel o kus paměti, zahlásil výpadek gyroskopů. Došlo k výměně vysokorychlostního fotometru za „balíček“ korekční optiky COSTAR. Došlo k výměně starých spektrometrů za nové, technického a výzkumného páskového záznamníku za nový elektronický. Vyměněno bylo 6 palubních gyroskopů, vyměněn senzor pro jemnou navigaci a počítač.
Hubbleův vesmírný dalekohled. Hubbleův vesmírný dalekohled je zatím stále nejvýkonnějším dalekohledem na světě. Krouží okolo Země ve výšce okolo 500-600 km. Díky unikátním zařízením na své palubě je schopen nahlédnout vskutku hluboko pod kosmickou pokličku - až do doby pouhých 600 000 let po vzniku vesmíru. Start: 24. 4.
Za dobu svého pobytu na oběžné dráze poslal Hubbleův vesmírný dalekohled astronomům statisíce fotografií blízkých i vzdálených oblastí vesmíru. Je těžké z takového množství zajímavých i krásných snímků vybrat jen několik. V centru eliptické galaxie NGC 7052 se nachází černá díra o odhadované hmotnosti 300 000 000 hmot Slunce. Ovšem stále jde o pouhé 0,05 % celkové hmoty galaxie NGC 7052. Přední okraj disku vypadá tmavší, protože stíní více hvězd než okraj zadní. Navíc je to podle astronomů způsobeno i tím, že modré světlo absorbuje prach lépe než světlo červené.
Ostatně podobný jev můžete spatřit i na Zemi při západu Slunce, když je obzor zahalen kouřem. Astronomové se domnívají, že černá díra a prachový disk nemají společný původ a že jde pravděpodobně o pozůstatek dávné vesmírné galaktické kolize. I díky Hubbleovu vesmírnému teleskopu se jedním z nejznámějších vesmírných objektů stala Orlí mlhovina, kterou astronomové znají i jako Messier 16 či NGC 6611. Je pro ně typické rozprostření v omezené oblasti, mnohem menší než je vzdálenost hvězdokupy od Země. Proto se nalézají všechny takřka ve stejné vzdálenosti. difúzní mlhoviny).
V roce 2002 prvně explodovala proměnná hvězda V838 Monocerotis. Od té doby jí věnoval Hubbleův vesmírný dalekohled poměrně pravidelnou přízeň. Sleduje totiž vývoj jejího tzv. Monocerotis nebyla zpočátku ničím zajímavou hvězdou. Z pohledu astronoma šlo o obyčejnou tuctovku, jakých jsou na nebi mraky. Zajímavou však začala být v okamžiku svého výbuchu počátkem roku 2002. Světlo od nečekané erupce osvítilo prach nacházející se v okolí této hvězdy a astronomům se naskytl pohled na nejkrásnější světelné echo, jaké se v dějinách astronomie objevilo. Oč se jedná? Takto rozptýlené světlo urazí ve srovnání se světlem přímo dopadajícím na Zemi větší vzdálenost. HST při svých pravidelných pokoukáních na Monocerotis odhaluje další a další unikátní vrstvy prachu kolem hvězdy. Pozorování byla využita i při stanovování vzdálenosti V838 od Země. Astronomové využili techniku založenou na polarizaci odraženého světla.
4. Hubbleův teleskop odhalil v roce 2008 na povrchu planety Jupiter třetí obří rudou skvrnu. Objevená skvrna ležící západně od Velké rudé skvrny je však jen zlomkem velikosti svých dvou starších „sourozenců“. Podle astronomů byla v minulosti skvrna bílou bouří oválného tvaru. Detailní analyzování obrázku pořízených ve viditelném světelném spektru a jejich porovnání se snímky vzniklými v infračerveném pásmu umožnilo zjistit relativní výšku rudých oblaků.
Pozorovatelé využili HST ke sledování gravitační čočky zvětšeného obrazu vzdáleného kvazaru PG1115+080, který je vzácný tím, že je v téměř perfektní přímce s galaxií. Snímky dokazují, že vesmír expanduje nepatrně pomaleji, než si astronomové dosud mysleli. Skutečná rychlost je 77 000 km/hod. Světlo z kvazaru PG 1115+080 je rozštěpeno a zakřiveno. Rozpínání je nicméně natolik „pomalé“, že poslouží k vysvětlení nejstarších kulových hvězdokup. Kvazar je vesmírným tělesem podobným hvězdám.
Jedním z nejkrásnějších snímků, které HST pořídil, je snímek mlhoviny NGC 6302, nazvané Motýlí mlhovina. Centrální hvězda této planetární mlhoviny má teplotu asi 250 000 °C, a je tedy vskutku výjimečně horká. Jasně září v ultrafialovém světle, ale před přímým pohledem je tento trpaslík cudně zakryt hustým prstencem prachu. NGC 6302 leží ve vzdálenosti přibližně 4000 světelných let v souhvězdí Štíra.
Snímky mihotající se polární záře na Saturnu byly prezentovány na podzim roku 2010. Polární záře Saturnu se zřetelně mění během „saturnského dne“, trvajícího v porovnání s tím pozemským 10 hodin a 47 minut. To naznačuje, že jde o jev související s určitou vzájemnou polohou Saturnu a Slunce. Základní podmínky pro vznik polární záře se však od těch pozemských neliší. Galaxie, která leží nejblíže Mléčné dráhy, je astronomům známa pod označením NGC 5128. V literatuře se lze setkat i s poetičtějším názvem Centaurus A.
Hubbleův teleskop shromažďoval údaje o 16hodinové rotační době planety Neptunu. Sledoval jej po 9 otoček v pozorovacích sériích, které pomohly astronomům odhalit pohyby mraků v atmosféře Neptunu. Tým vědců poté spojil tato pozorování s pozorováními, která se uskutečnila teleskopem na Mauna Kea na americké Havaji. Převládající modrá barva Neptunu je důsledkem absorpce červeného a infračerveného záření v metanové brtně planety. Mohutný rovníkový proud vane rychlostí převyšující 1000 km/hod.
Deep field, neboli Hluboké pole, je snímek pocházející z roku 1995. Rozprostírá se na něm velice malá oblast hlubokého vesmíru v souhvězdí Velké Medvědice. Samotný snímek zabírá oblast měřící 2,5 úhlové minuty, tedy oblast, kterou bychom si mohli představit jako záběr tenisového míčku ze vzdálenosti 100 metrů, a je složen z 342 samostatných snímků pořízených mezi 18. a 28. prosincem 1995. Většina z přibližně 3000 objektů, jež jsou na snímku zachyceny, jsou galaxie. Některé z nich jsou velice mladé a jsou i galaxiemi nejvzdálenějšími, jaké se dosud podařilo objevit. Hubbleův dalekohled je jedním z největších vědeckých úspěchů lidstva - zařízení na oběžné dráze kolem Země dokázalo vědcům nabídnout obrazy z dalekého vesmíru, a nahlédnout tak do historie kosmu. Díky teleskopu, který před třiceti lety (24. dubna 1990) vynesl na orbitu raketoplán Discovery, astronomové nejen získali úchvatné snímky, ale také dokázali potvrdit řadu teorií. Určili například rychlost, jakou se vesmír rozpíná, a díky tomu i upřesnili jeho stáří.
Myšlenka dalekohledu, který by neomezovala zemská atmosféra, se objevila už mezi světovými válkami, reálně se na něm ale začalo pracovat až o půl století později. Společný projekt NASA a ESA dostal jméno po americkém astronomovi Edwinu Hubbleovi (1889-1953). Ten se jako první věnoval pozorování galaxií a ve 20. letech minulého století mimo jiné objevil rozpínání vesmíru. Dalekohled - válcovitá družice vybavená zrcadlem o průměru 2,4 metru a několika kamerami - se měl původně do vesmíru vypravit už v půlce 80. let minulého století. Po odkladech, způsobených zdržením projektu kvůli technickým obtížím, se uvažovalo o startu v říjnu 1986. V lednu téhož roku ovšem krátce po startu explodoval raketoplán Challenger a celý americký program pilotovaných letů byl rázem v troskách.
GALERIE Galaxie objektivem Hubbleova vesmírného teleskopu Kosmická oprava Raketoplány znovu začaly létat až v září 1988 a o necelé dva roky později se konečně dostal na řadu i vesmírný teleskop. Zařízení, jehož stavba a vynesení na oběžnou dráhu přišly na 2,5 miliardy dolarů, ovšem krátce po pořízení prvních snímků vědce na Zemi poněkud zklamalo. „První snímky vypadaly podobně, jako když se díváte na vesmír dalekohledem se zamlženým objektivem,“ popsal fotografie známý český astronom Marcel Grün. Zkoumání ukázalo, že na vině je nepřesně vybroušené zrcadlo, byť výrobní chyba činila jen malý zlomek tloušťky lidského vlasu. Nekazila také všechna pozorování, výrazně ovšem ovlivnila to, co mohli astronomové zjistit o hlubinách vesmíru. Technici NASA nakonec přišli na to, jak se s vadou vyrovnat - i díky tomu, že přesně věděli, čím byla způsobena. Pro její korekci navrhli speciální zařízení, jakési „brýle“, které měly snímkům z Hubbleova dalekohledu konečně dodat očekávanou ostrost.
Zbývala ovšem „maličkost“ - provést přímo na oběžné dráze potřebný servisní zásah, dopravit teleskop zpátky na Zemi a pak zase do vesmíru by bylo příliš náročné. Na konci roku 1993 se proto do vesmíru vypravili na palubě raketoplánu Endeavour astronauti, kteří měli za úkol dalekohled opravit. Během pěti dlouhých výstupů do volného kosmu se to podařilo, oprava je přitom dodnes považována za jeden z nejnáročnějších výkonů amerických astronautů. Dalekohled, který změnil náš pohled na vesmír, v lednu 1994 se nakonec NASA mohl pochlubit kvalitními snímky, po kterých během následujícího čtvrtstoletí přišly tisíce dalších. Mezi nejslavnější patří série fotografií s velmi mladými galaxiemi, které vznikly už 350 milionů let po Velkém třesku, nebo takzvané Sloupy stvoření v Orlí mlhovině, tedy záběry míst, kde se rodí nové hvězdy. Díky jeho pozorování se podařilo určt stáří kosmu na zhruba 13,8 miliardy let a také změřit Hubbleovu konstantu čili rychlost rozpínání vesmíru.
Hubbleův dalekohled zkoumal i Sluneční soustavu. Zaznamenal třeba srážku komety Shoemaker-Levy 9 s Jupiterem v roce 1994, objevy velkých těles v Kuiperově pásu asteroidů pak přispěl k vyřazení Pluta ze seznamu planet. Po misi v roce 1993 se dočkal ještě čtyř servisních zásahů v letech 1997, 1999, 2002 a 2009. Po zrušení letů raketoplánů v roce 2011 už se ale žádná další neplánuje.
Název: Velký binokulární dalekohled (Large Binocular Telescope, LBT). Průměr: 2 × 8,4 m. V provozu od roku: 2005. Velký binokulární dalekohled vyrostl na Mount Graham na jihovýchodě Arizony. Tvoří jej dvojice zařízení o průměru 8,4 m, umístěných vedle sebe na společné alt-azimutální montáži. Celková sběrná plocha světla je adekvátní jednomu objektivu o průměru 11,8 m. Pokud dvojice pracuje jako interferometr, odpovídá její výkon rozlišení dalekohledu s průměrem 22,8 m. Pro zlepšení kvality obrazu slouží tzv. aktivní i adaptivní optika.
ExTrA neboli Exoplanets in Transits and their Atmospheres představuje projekt k pátrání po exoplanetách velikosti Země, konkrétně metodou tranzitů před blízkými a jasnými hvězdami z kategorie červených trpaslíků spektrální třídy M. Objevené planety astronomové následně podrobí studiu charakteristik jejich atmosfér pomocí největších teleskopů světa. První pozorování proběhlo na ESO La Silla v lednu loňského roku; tři přístroje o průměru 0,6 m dokážou detekovat i nepatrné poklesy jasnosti stálic v důsledku zákrytu jejich možných planet.
Název: Vesmírný dalekohled Jamese Webba (James Webb Space Telescope, JWST). Průměr: 6,5 m. V provozu od roku: 2021. JWST představuje nástupce HST se zaměřením na infračervené záření. Po startu bude veden do L2, přibližně 1,5 milionu kilometrů od Země. Hlavní zrcadlo má 6,5 m a skládá se z 18 segmentů z berylia potažených zlatem. Sluneční štít o rozměrech 22 × 12 m chrání plochy proti slunečnímu teplu. Celkové náklady na JWST dosáhly 10 miliard dolarů.
Náklady na vývoj a výrobu JWST dosáhly astronomických 10 miliard dolarů. Start na evropské raketě Ariane 5 se plánuje na 30. Po stopách temné energie, Název: Euclid. Průměr 1,2 m. V provozu od roku 2022. Euclid mapuje trojrozměrnou strukturu vesmíru a měří rudý posuv galaxií až do vzdálenosti 10 miliard světelných let, aby odhalil vliv temné energie na expanzi vesmíru. Družice nese dalekohled 1,2 m a dva další přístroje: Kamera pro oblast viditelného světla (VIS) 550-900 nm a Detektory pro infračervené záření.
Název ATHENA (Advanced Telescope for High-ENergy Astrophysics). V provozu od roku 2031. Rentgenový dalekohled bude zkoumat vznik velkorozměrových struktur a vývoj supermasivních černých děr prostřednictvím rentgenového záření. Po startu v roce 2031 má být navedena na oběžnou dráhu kolem libračního bodu L2. Hlavní věnování: porozumět energii a mechanizmům, jakými se hmota shromažďuje a galaxie formují okolní vesmír.
Mezinárodní tým astronomů analyzoval data HST a dalších teleskopů a objevil jev v galaktické kupě Abell 370 z let 2010-2016. Gravitační čočky zde zesilují světlo vzdálených objektů, což umožňuje lepší pozorování vzdálených struktur. Tato kupě také odhaluje zajímavé detaily v rámci gravitací, které Einstein předpověděl ve své teorii relativity.
Vědecké mise HST nadále inspirovaly nové projekty i koordinaci mezinárodních vesmírných organizací. Webbův teleskop přináší naději na průlomová zjištění v infračervené oblasti, zatímco Euclid a ATHENA rozšiřují naše chápání temné hmoty, temné energie a extreme vysokých energií v kosmu. Vývoj těchto zařízení je výsledkem spolupráce mezi NASA, ESA a dalšími partnery, včetně evropských a českých vědeckých institucí, které se podílejí na návrzích a testování nových konceptů a přístrojů.
JWST se skládá z Integrated Science Instrument Module (ISIM), Optical Telescope Element (OTE) a servisní platformy, včetně slunečního štítu. Pětivrstvý štít zajišťuje teplotní stabilitu a chrání zrcadla a detektory před teplem a světlem Slunce. Primární zrcadlo je složeno z 18 segmentů, které se rozloží až ve vesmíru, a jeho pozice se jemně ladí pomocí 126 pohyblivých členů. MIRI, NIRCam, NIRSpec a NIRISS/FGS představují klíčové vědecké nástroje JWST pro infračervené spektrum, exoplanety a stabilizaci obrazu.
Řada technických úprav a servisních misí umožnila HST dosáhnout svých nejpozoruhodnějších výsledků. Kromě samotných zrcadel a optických systémů šlo o precizní ladění gyroskopů, fotometru a dalších zobrazovacích prvků. Accelerační a teplotní ochrana JWST vyžaduje specifické mise a průběžné kontroly, aby se dosáhlo požadovaného chlazení a přesnosti měření v infračervené oblasti. Závěrem lze říci, že současný trend vesmírné astronomie vede k postupnému rozšíření spektra pozorování, od viditelného světla k infračerveným a rentgenovým oblastem, a k mezinárodní spolupráci na budování nových, výkonnějších observatoří pro výzkum vesmíru a jeho historie.
Servisní mise 4 pro Hubbleův teleskop
tags: #vesmirny #dalekohled #v #kosmu