Tyto znamenité přístroje, dalekohledy, nám umožní dohlédnout
daleko za hranice naší představivosti a otevřou cestu k hlubšímu
a dokonalejšímu porozumění přírodě. - René Descartes, 1637
Po tisíciletí lidstvo vzhlíželo k fascinující noční obloze
bez vědomí, 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.
Dnes jsme na nejlepší cestě k objasnění mnohých
kosmických záhad. Možná žijeme v nejvýznamnější
éře astronomických objevů.
Jmenuji se Dr. J a budu vaším průvodcem historií dalekohledu -
úžasného přístroje, který lidstvu otevřel
brány vesmíru.
ASTRONOMICKÉ OČI - 400 let od vynálezu dalekohledu
1. Nový pohled na nebe
Před čtyřmi stoletími, roce 1609, vyšel jeden člověk
do polí poblíž svého domu.
Namířil dalekohled, který si sám sestrojil, na Měsíc, planety a hvězdy.
Jmenoval se Galileo Galilei.
Od té chvíle už astronomie nebyla taková jako před tím.
Dnes, 400 let poté, co Galileo poprvé zamířil dalekohled na oblohu
používají astronomové ke zkoumání nebe obří zrcadla na vrcholech odlehlých hor.
Radioteleskopy sbírají slabé cvrlikání a šum ze vzdáleného vesmíru.
Vědci dokonce vypustili dalekohledy na oběžnou dráhu
vysoko nad naši chvějící se atmosféru.
A výhled odtamtud bere dech!
Galileo však ve skutečnosti dalekohled nevynalezl.
Tato čest patří Hansi Lipperheymu, pozapomenutému
holandsko-německému optikovi.
Hans Lipperhey se ale dalekohledem nikdy nepodíval na hvězdy.
Spíš uvažoval, že jeho nový vynález bude užitečný
mořeplavcům a vojákům.
Lipperhey pocházel z Middelburgu, v té době velkého obchodního centra
tehdy mladé holandské republiky.
V roce 1608 Lipperhey zjistil, že při pozorování vzdáleného cíle
pomocí vypuklé a vyduté čočky, předmět jeví se zvětšený,
jsou-li čočky umístěny do určité vzdálenosti od sebe.
Zrodil se dalekohled!
V září 1608, Lipperhey odhalil svůj objev
nizozemskému princi Mauritsovi.
Nemohl si vybrat vhodnější chvíli, protože
Nizozemí bylo v té době zapleteno
v osmdesátiletém konfliktu se Španělskem.
Nový vynález mohl zvětšovat objekty a tudíž s předstihem odhalit
vzdálené nepřátelské lodě a šiky, které by jinak nebyly patrné
prostým okem.
Opravdu velmi užitečný vynález!
Holandská vláda však Lipperheymu nikdy neudělila patent,
protože se k vynálezu téhož přístroje přihlásili i jiní obchodníci
především Lipperheyho konkurent Sacharias Janssen.
Spor nebyl nikdy rozhodnut
a vynález dalekohledu je dodnes obestřen rouškou tajemství.
Italský astronom Galileo Galilei, zakladatel moderní fyziky,
se o dalekohledu doslechl a rozhodl se sestrojit svůj vlastní.
Asi před deseti měsíci, donesla se mi zpráva, že jistý
Fleming zkonstruoval kukátko, s jehož pomocí předměty,
byť velmi vzdálené od oka pozorovatelova, jsou zřetelně
viditelné jako kdyby byly blízko.
Galileo byl největším učencem své doby.
Také byl rozhodným zastáncem nového pohledu na svět, který hlásal
polský astronom Mikuláš Koperník, jenž tvrdil, že
Země obíhá okolo Slunce a nikoli Slunce okolo Země.
Na základě toho, co slyšel o holandském dalekohledu, Galileo
sestavil své vlastní přístroje.
Dokonce ještě kvalitnější.
Nešetřil jsem práce ani výdajů a konečně se mi podařilo
zkonstruovat tak znamenitý přístroj, že
předměty jím pozorované vypadaly málem tisíckrát
větší než při pozorování prostým okem.
Byl čas vyzkoušet dalekohled na obloze.
Dospěl jsem k názoru a přesvědčení, že povrch
Měsíce není hladký, stejnorodý a přesně sférický
jak se mnoho učenců domnívá,
nýbrž je nerovný, hrbolatý, plný prohlubní a výčnělků,
není nepodobný tváři Země.
Krajina kráterů, hor a údolí.
Svět podobný našemu!
O několik týdnů později, v lednu 1610, se Galileo podíval na Jupiter.
V blízkosti planety uviděl čtyři světelné body, které
měnily polohu spolu s Jupiterem.
Vypadalo to jako pomalý kosmický balet měsíců obíhajících okolo planety.
Ty čtyři světelné body se měly stát známými jako
Jupiterovy galileovské družice.
Co ještě Galileo objevil?
Fáze Venuše!
Podobně jako Měsíc, Venuše dorůstá a couvá od srpku
po úplněk a zase zpátky.
Podivné přívěsky po obou stranách Saturnu.
Tmavé skvrny na povrchu Slunce.
A, samozřejmě, hvězdy.
Tisíce hvězd, možná miliony.
Všechny příliš slabé na to, aby byly patrné prostým okem.
Bylo to, jako kdyby si lidstvo náhle strhlo pásku z očí.
Celý vesmír se před námi otevřel novým objevům.
Zpráva o dalekohledu se Evropou šířila jako požár.
V Praze, na dvoře císaře Rudolfa II, Johannes Kepler
zdokonalil konstrukci přístroje.
V Antverpách, holandský kartograf Michael van Langren nakreslil
první hodnověrnou mapu Měsíce zachycující domnělé
pevniny a oceány.
A Jan Hevelius, blahobytný sládek z Polska, stavěl obří
dalekohledy na své hvězdárně v Gdaňsku.
Observatoř byla tak velká, že zakrývala střechy tří domů!
Avšak nejlepší přístroje té doby konstruoval
Christiaan Huygens v Nizozemí.
V roce 1655, Huygens objevil Titan, největší Saturnův měsíc.
O několik let později jeho pozorování odhalila soustavu Saturnových prstenců,
jejichž podstatu Galileo nikdy nerozpoznal.
A v neposlední řadě, Huygens uviděl tmavé skvrny a světlé
polární čepičky na povrchu Marsu.
Mohl by na tomto vzdáleném cizím světě být život?
Tahle otázka zaměstnává astronomy do dnešních dní.
Nejstarší dalekohledy byly vesměs refraktory, využívaly
čoček ke sběru a soustředění světla hvězd.
Později byly čočky nahrazeny zrcadly.
Zrcadlový dalekohled, reflektor, poprvé sestavil Niccolo Zucchi
a později zdokonalil Isaac Newton.
Koncem 18. století odléval největší zrcadla na světě
William Herschel, původně varhaník, jenž se stal astronomem
a spolupracoval se svou sestrou Caroline.
Ve svém domě v anglickém městě Bath Herschelovi vlévali do ruda
rozžhavený kov do formy a po vychladnutí,
vyleštili povrch tak, aby dokázal odrážet světlo hvězd.
Během svého života vyrobil Herschel více než 400 dalekohledů.
Největší z nich vyžadoval obsluhu čtyř lidí,
kteří ovládali táhla, kola a kladky,
což bylo potřeba ke sledování pohybu hvězd po obloze,
jenž způsobuje rotace Země.
Herschel postupoval jako zeměměřič - pročesával oblohu
a zanášel do katalogu stovky nových mlhovin a dvojhvězd.
Také objevil, že Mléčná dráha musí mít tvar plochého disku.
A dokonce měřil pohyb sluneční soustavy vůči tomuto disku
pozorováním relativních pohybů hvězd a planet.
A nakonec, 13. března 1781, nalezl novou planetu - Uran.
Uplynulo přes 200 let než sonda Voyager 2
zprostředkovala astronomům první detailní pohled na tento vzdálený svět.
V bohaté a úrodné krajině středního Irska William Parsons,
třetí lord Rosse, vybudoval největší dalekohled 19. století.
S kovovým zrcadlem o průměru 1,8 metru, se obří
teleskop proslavil jako "Parsonstownská obluda".
Za mimořádně tmavých nocí sedával lord u okuláru
a brázdil vesmírem.
Navštívil Velkou mlhovinu v Orionu - dnes známou jako hvězdná porodnice.
Záhadnou Krabí mlhovinu, pozůstatek po explozi supernovy.
A co Vírová mlhovina?
Lord Rosse jako první zaznamenal její velkolepou spirální strukturu.
Je to galaxie podobná naší, se spletitými mračny temného prachu a svítícího plynu
miliardami hvězd a - kdo ví -
možná i planetami podobnými Zemi.
Dalekohled se stal plavidlem, jež nás nese za poznáním vesmíru.
2. Na velikosti záleží
V noci se naše oči přizpůsobují tmě.
Zorničky se rozšíří, aby do očí propustily více světla.
Díky tomu můžeme vidět slabší objekty a hvězdy.
Teď si představte, že bychom měli zorničky o průměru jednoho metru.
Vypadali bychom sice podivně, ale stali bychom se bystrozrakými!
Právě tohle nám umožní dalekohled.
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 musíme 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 byl dlouhý neuvěřitelných 18 metrů.
Stavbou Yerkesova dalekohledu dosáhly čočkové dalekohledy hranice možností.
Potřebujeme ještě větší dalekohledy?
Uvažujme 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 zde 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.
Byl největším dalekohledem na světě po následujících 30 let.
Nová kosmická zbraň byla připravena k útoku na vesmír.
A k útoku skutečně došlo.
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 v Andromedě 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 roků.
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.
Hubble 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 pojednou 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 několika tisících hvězd.
Astronomie by byla v plenkách.
Jako ukryté poklady, lákaly výspy vesmíru
od nepaměti dobrodruhy.
Panovníci, politici i průmyslníci, společně s vědci
podlehli vábení nezmapovaného vesmíru a jejich prostřednictvím
se díky zdokonalování techniky sféra výzkumu rychle rozšiřovala.
George Ellery Hale měl životní sen:
postavit dvakrát větší dalekohled než byl jeho předchozí rekordman.
Seznamme se s první dámou astronomie 20. století.
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.
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?
Pohřbít sny o ještě větších přístrojích?
Dospěla historie dalekohledu k předčasnému konci?
V žádném případě!
Dnes již existují desetimetrové dalekohledy.
A ještě větší přístroje jsou na kreslicích prknech.
Kde jsme našli řešení?
V nových technologiích.
3. Technické zázraky
Tak jako současná auta nepřipomínají Fordův Model T, současné
dalekohledy se radikálně liší od svých klasických předchůdců
jako byl Haleův pětimetr.
Například jejich montáže jsou menší.
Montáže starého stylu jsou ekvatoreální s jednou osou
orientovanou rovnoběžně s osou zemské rotace.
Při sledování pohybu hvězdné oblohy stačí dalekohledem jednoduše
otáčet okolo této osy stejnou úhlovou rychlostí, jakou se otáčí Země.
Je to snadné, ale prostorově náročné.
Moderní azimutální montáže jsou mnohem kompaktnější.
S takovým systémem je dalekohled zaměřován podobně jako dělo.
Prostě zvolíte směr a výšku, a je to.
Problém však je sledovat pohyb hvězdné oblohy.
Dalekohledem je třeba otáčet v obou osách a navíc s proměnlivou rychlostí.
Ovládání dalekohledů převzaly počítače.
Menší montáž je levnější.
Navíc se vejde do menší kupole, 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 kupolí
než palomarský pětimetr.
Zdokonalila se i zrcadla dalekohledů.
Bývala tlustá a těžká.
Nyní jsou tenká a lehká.
Mnohametrová zrcadla jsou odlévána 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 mechanismy pomáhají zrcadlo udržet
v dokonalém tvaru.
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!
Toto je 3,6 metrový New Technology Telescope
zkonstruovaný evropskými astronomy koncem 80. let 20. století.
Sloužil k testování mnoha technologií použitých
při stavbě dalších dalekohledů.
Ani jeho budova nemá nic společného s tradičními kupolemi.
New Technology Telescope představoval obrovský úspěch.
Umožnil prolomit hranici šesti metrů.
Observatoř Mauna Kea se nachází na nejvyšším místě Pacifiku
4200 metrů nad hladinou moře.
Na havajských plážích si turisté užvají sluníčka a surfování,
ale vysoko nad jejich hlavami čelí astronomové mrazům
a horské nemoci během luštění největších záhad vesmíru.
Keckovy teleskopy patří k největším na světě.
Jejich zrcadla jsou tenká jako oplatky, ale mají průměr 10 metrů.
Jsou složená jako dlažba v koupelně ze 36 šestiúhelníkových segmentů.
Poloha každého segmentu je řízena s nanometrovou přesností.
Představují skutečné obry zasvěcené pozorování nebes.
Chrám vědy.
Na Mauna Kea začíná noc.
Keckovy teleskopy sbírají fotony z nejvzdálenějších koutů vesmíru.
Jejich dvě zrcadla se spojují dohromady, aby shromáždila více světla
než všechny předchozí dalekohledy.
Co bude dnešním úlovkem?
Dvojice kolidujících galaxií, vzdálená miliardy světelných roků?
Umírající hvězda, jejíž poslední výdech vytvoří planetární mlhovinu?
Nebo snad vzdálená planeta, na níž by mohl být život?
Na Cerro Paranal v chilské poušti Atacama - nejsušším místě na Zemi -
se nacházejí zdaleka největší astronomický přístroj, jaký kdy byl sestrojen:
evropský Very Large Telescope.
Ve skutečnosti jej tvoří čtyři dalekohledy v jednom.
Každý se pyšní 8,2 metrovým zrcadlem.
Antu.
Kueyen.
Melipal.
Yepun.
V jazyce domorodých Mapučů jména pro Slunce, Měsíc, Jižní kříž a Venuši.
Obří zrcadla byla odlita v Německu, vyleštěna ve Francii, dopravena do Chile
a potom pomalu transportována přes poušť.
Při západu Slunce se budovy dalekohledů otevírají.
Na zrcadla se snáší světlo hvězd.
Přicházejí nové objevy.
Noční oblohu protíná laserový paprsek.
Vytváří umělou hvězdu v zemské atmosféře
90 kilometrů nad našimi hlavami.
Snímače vlnoplochy měří zkreslení obrazu umělé hvězdy
způsobené neklidem vzduchu.
Rychlé 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 při tom zachovat
relativní posun mezi světelnými vlnami.
Pokud se to udělá dostatečně chytře, pak se oba dalekohledy chovají
jako by byly součástí jednoho obrovského zrcadla,
jehož průměr odpovídá vzdálenosti mezi dalekohledy.
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 Very Large Telescope 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.
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.
Některé mají rozlišovací schopnost opravdových obrů,
díky interferometrii.
Tohle nám ukázaly:
Planety.
Mlhoviny.
Skutečné velikosti - a deformované tvary - některých hvězd.
Studenou planetu obíhající okolo hnědého trpaslíka.
Obří hvězdy, jež se hemží okolo jádra naší Galaxie
ovládány gravitací černé veledíry.
Od Galileových časů jsme ušli pořádný kus cesty.
4. Od stríbra ke kremíku
Když chtěl Galileo Galilei před lety ukázat ostatním to,
co viděl svým dalekohledem, musel použít kresby.
Zvrásněnou tvář Měsíce.
Tanec Jupiterových družic.
Sluneční skvrny.
Nebo hvězdy v Orionu.
Své kresby zveřejnil v útlém spisu nazvaném
Hvězdný posel.
Byla to jediná cesta, kterou mohl podivuhodné objevy
sdělit ostatním.
Po více než dvě století museli astronomové být zároveň umělci.
Dívali se do okulárů svých dalekohledů a detailně
zakreslovali vše, co zahlédli.
Pevný povrch Měsíce.
Bouři v atmosféře Jupiteru.
Jemné plynné závoje vzdálené mlhoviny.
A občas zakreslili to, co si jen mysleli, že vidí.
Tmavé linie na povrchu Marsu byly považovány za kanály
naznačující, že červenou planetu obývá civilizovaný život.
Dnes víme, že kanály byly optickým klamem.
Astronomové nutně potřebovali objektivně zaznamenat
světlo soustředěné dalekohledem, aniž by informace nejdříve musely
projít jejich mozkem, rukou a perem.
Záchrana přišla v podobě fotografie.
První daguerreotypie Měsíce.
Pořídil ji v roce 1840 Henry Draper.
Fotografii nebylo ještě ani 15 let, ale astronomové
už využívali její převratné možnosti.
Jak fotografie pracovala?
Citlivá emulze na fotografické desce obsahovala
malá zrnka halidu stříbra.
Pokud se vystavila světlu, pak ztmavla.
Výsledkem byl negativní snímek oblohy
s tmavými hvězdami na světlém pozadí.
Nejdůležitějším přínosem bylo to, že fotografická deska mohla být
exponována po dobu několika hodin.
Když se zadíváme na noční oblohu vlastníma očima,
po chvíli adaptace už neuvidíme více
hvězd, delší pohled nové hvězdy neukáže.
S fotografickou deskou je tomu jinak.
Světlo na ni můžeme sbírat po celé hodiny.
Delší expozice zachytí více a více...
a více hvězd.
A ještě více.
A tak dále.
Schmidtovou komorou na palomarské observatoři
byla v 50. letech 20. století nasnímána celá obloha.
Téměř 2000 fotografických desek, každá exponovaná bezmála hodinu.
Představují pokladnici objevů.
Fotografie učinila z astronomického pozorování skutečnou vědeckou metodu.
Objektivní, měřitelnou a opakovatelnou.
Ale stříbrný proces byl pomalý.
Vyžadoval trpělivost.
Všechno změnila digitální revoluce.
Stříbro bylo nahrazeno křemíkem.
Zrnka vystřídaly pixely.
Ani v běžných fotoaparátech už většinou nepoužíváme filmy.
Obrazy jsou místo toho zaznamenávány čipem citlivým na světlo:
CCD - charge coupled device.
Profesionální CCD čipy jsou mimořádně účinné.
A pro zvýšení citlivosti jsou chlazeny
pomocí kapalného dusíku.
Téměř žádný foton neunikne zaznamenání.
Díky tomu může být expozice mnohem kratší.
Čeho docílila palomarská fotografická přehlídka za hodinu,
to dokáže CCD za několik minut.
A stačí k tomu i menší dalekohled.
Křemíková revoluce ještě zdaleka neskončila.
Astronomové zkonstruovali velké CCD kamery
se stovkami milionů pixelů.
To nejlepší však teprve přijde.
Velkou výhodou digitálních snímků je to, že jsou digitální.
Jsou ihned připraveny ke zpracování pomocí počítačů.
Astronomové používají k analýze snímků
oblohy speciální software.
Úprava jasu a kontrastu pomáhá odhalit nejjemnější detaily
mlhovin a galaxií.
Nepravé barvy zvýrazňují struktury,
které by jinak nebyly patrné.
Navíc kombinací více záběrů téhož objektu, které
byly pořízeny přes různě barevné filtry, můžeme
vytvářet efektní obrazy, které ruší hranici
mezi vědou a uměním.
Všichni máme prospěch z digitální astronomie.
Nikdy nebylo tak snadné vyhledat a pokochat se nádhernými
obrazy vesmíru.
Snímky jsou přitom na dosah kliknutí myši!
Automatické teleskopy vybavené citlivými elektronickými detektory
neustále, i v této chvíli, sledují oblohu.
Dalekohled Sloan v Novém Mexiku vyfotografoval
a zanesl do katalogu více než 100 milionů nebeských objektů,
změřil vzdálenost více než milionu galaxií a objevil
sto tisíc nových kvasarů.
Jedna přehlídka však nestačí.
Vesmír se neustále mění.
Ledové komety přilétají a odlétají, zanechávajíce za sebou
rozptýlený prach.
Prostorem se řítí asteroidy.
Vzdálené planety obíhají kolem mateřských hvězd,
aby na chvíli zakryly část jejich zářícího disku.
Někde vybuchují supernovy, zatímco jinde se rodí nové hvězdy.
Blikají pulsary, objevují se záblesky záření gama, černé díry pohlcují horký plyn.
Abychom mohli sledovat toto velkolepé přírodní divadlo,
musíme provést přehlídku celé hvězdné oblohy každý rok.
Nebo každý měsíc.
Nebo dvakrát týdně.
Alespoň podle smělých plánů projektu Large Synoptic Survey Telescope.
Až bude v roce 2015 dokončen, jeho třígigapixelový čip se otevře
jako okno vesmírné webkamery.
Reflektor, o kterém se astronomům ani nesnilo,
dokáže portrétovat téměř celou oblohu během pouhých tří nocí.
5. Pozorování neviditelného
Když se zaposloucháme do oblíbené hudby, náš sluch přijímá
velký rozsah frekvencí, od nejhlubšího dunění basů
až po vibrace v nejvyšších výškách.
Teď si představme, že by naše uši byly citlivé
v mnohem menším rozsahu frekvencí.
O většinu té nádhery bychom rázem přišli!
Ve stejné situaci se ocitli astronomové.
Naše oči jsou citlivé jen na velmi malý rozsah
elektromagnetického spektra: viditelné světlo.
Vůči jiným druhům záření
jsme úplně slepí.
Mnohé vesmírné objekty však vydávají
záření v jiných částech elektromagnetického spektra.
Ve 30. letech 20. století bylo objeveno
rádiové záření přicházející z hlubin vesmíru.
Některé takové vlny mají stejnou frekvenci jako naše
rozhlasové stanice. Jsou však slabší a
nevysílá se na nich nic k poslechu.
Abychom si mohli "naladit" rádiový vesmír,
potřebujeme přijímače: radioteleskopy.
S výjimkou přijímačů nejdelších vlnových délek, mají radioteleskopy tvar parabolické mísy,
velmi podobné hlavním zrcadlům optických dalekohledů.
Protože jsou rádiové vlny mnohem delší než vlny viditelného světla,
nemusí být povrch antény tak hladký,
jako povrch zrcadla.
Proto je mnohem snazší postavit
velký radioteleskop než velký optický dalekohled.
V rádiovém oboru je také mnohem jednodušší interferometrie.
Tedy zlepšení schopnosti rozlišovat detaily
spojením dvou samostatných teleskopů, jako kdyby
byly součástí jedné obrovské antény.
Například systém Very Large Array v Novém Mexiku sestává
z 27 antén, z nichž každá má průměr 25 metrů.
Každá anténa se může nezávisle pohybovat,
takže v nejrozvinutější konfiguraci systém představuje
pomyslnou anténu o průměru 36 kilometrů.
Jak vypadá vesmír v rádiovém oboru?
Začněme Sluncem, které je v rádiových vlnách velmi nápadné.
Jasné je též jádro naší Galaxie.
Je toho však ještě více.
Pulsary jsou hustá jádra vyhaslých hvězd, která vysílají rádiové vlny
jen ve velmi úzkém svazku.
Navíc rotují rychlostí až několika set
otáček za sekundu.
Pulsar vypadá jako rádiový maják.
Přichází od něj velmi pravidelný a rychlý
sled kratičkých rádiových pulsů.
Odtud jejich název.
Rádiový zdroj označený Cassiopeia A je ve skutečnosti
pozůstatek po supernově, jež explodovala v 17. století.
Centaurus A, Cygnus A a Virgo A - to jsou vzdálené galaxie, které
také patří mezi jasné radiové zdroje.
V jádru každé z těchto galaxií je černá veledíra.
Některé z rádiových galaxií a kvasarů vydávají tolik energie,
že jsme schopni zachytit jejich signály ze vzdálenosti 10 miliard světelných let.
A pak je tu slabý krátkovlnný rádiový šum,
který se šíří celým vesmírem.
Je to mikrovlnné reliktní (zbytkové) záření.
Jakási ozvěna Velkého třesku.
Odlesk horkých počátků vesmíru.
Každá část elektromagnetického spektra vypráví svůj příběh.
Na milimetrových a mikrometrových vlnových délkách studují astronomové
tvorbu galaxií v raném vesmíru a vznik
hvězd a planet v naší Galaxii.
Většina tohoto záření je ale pohlcována vodní párou v zemské atmosféře.
Abychom je mohli přijímat, musíme být vysoko a na suchém místě.
Například na Llano de Chajnantor.
Pět kilometrů nad hladinou moře, na náhorní plošině
na severu Chile se staví ALMA:
Atacama Large Millimeter Array.
Až bude ALMA v roce 2014 dokončena, stane se největší radioastronomickou
observatoří, jaká kdy byla postavena.
Všech 64 stotunových antén bude vzájemně spolupracovat.
Obří tahače je rozmístí na ploše odpovídající rozloze Londýna,
aby bylo dosaženo detailního rozlišení, nebo je přisunou k sobě,
aby se zvětšilo sledované zorné pole.
Všechny pohyby musejí být prováděny s milimetrovou přesností.
Mnohé vesmírné objekty září v infračerveném oboru.
Infračervené záření objevené Williamem Herschelem je často nazýváno
"tepelným zářením", protože jej vydávají relativně teplé objekty,
včetně nás lidí.
S infračerveným zářením jsme obeznámeni lépe než si mnozí myslíme.
Na Zemi tohoto záření využívají
dalekohledy a kamery pro noční vidění.
Abychom mohli zachytit slabé infračervené záření vzdálených objektů,
potřebujeme citlivé detektory, ochlazené jenom na několik stupňů
nad absolutní nulou. Tak potlačíme jejich vlastní tepelné záření.
Většina dnešních velkých dalekohledů je vybavena infračervenými kamerami.
Ty umožňují proniknout mračny temného prachu a odhalit
v nich čerstvě narozené hvězdy, nepozorovatelné ve viditelném světle.
Toto je známá hvězdná porodnice v souhvězdí Orionu.
Podíváme-li se na ni infračervenýma očima,
vypadá úplně jinak!
Infračervené záření nám pomáhá také při studiu
nejvzdálenějších galaxií.
Čerstvě narozené hvězdy v mladé galaxii vydávají především ultrafialové záření.
Toto záření pak miliardy let putuje
rozpínajícím se vesmírem.
Rozpínání vesmíru prodlužuje vlnovou délku záření a my je přijímáme
v infračerveném oboru.
Tento moderní přístroj na ostrově La Palma se jmenuje MAGIC.
Hledá záření gama,
záření s nejvyšší energií.
Smrtící záření gama - naštěstí pro nás - pohlcuje
zemská atmosféra.
Stopy po něm však zůstávají.
Při setkání s atomy pozemského ovzduší se tvoří kaskády
sekundárních částic s vysokými energiemi.
Ty vydávají slabou záři, kterou zaznamenává MAGIC.
Observatoř Pierre Auger v Argentině
vůbec nevypadá jako dalekohled.
Pierre Auger sestává z 1600 detektorů rozmístěných na ploše
300 čtverečních kilometrů.
Detektory zaznamenávají částice kosmického záření od vzdálených supernov
a černých děr.
A co třeba detektory neutrin v hlubokých dolech,
na dně oceánu nebo v antarktickém ledu?
Můžeme je považovat za dalekohledy?
Proč ne?
Vždyť pozorují vesmír i když neregistrují
elektromagnetické záření.
Neutrina jsou těžko polapitelné částice přicházející například ze Slunce
a vzdálených supernov.
Vznikala také při samotném Velkém třesku.
Neutrina procházejí běžnou látkou,
pohybují se rychlostí blízkou rychlosti světla a nemají elektrický náboj.
Ačkoli jsou obtížně pozorovatelná, víme že jich je spousta.
Více než 50 bilionů elektronových neutrin ze Slunce
projde lidským tělem za jednu sekundu.
Astronomové a fyzikové společně vybudovali detektory
gravitačních vln.
Tyto "dalekohledy" nepřijímají záření, ani nezachycují částice.
Měří jemné vlnění prostoročasu,
které předpověděla Einsteinova teorie relativity.
Pomocí rozmanitých přístrojů otevřeli astronomové celé spektrum
elektromagnetického záření a odvážili se ještě dále.
Některá pozorování však nelze uskutečnit ze zemského povrchu.
Co nám pomůže?
Kosmické teleskopy.
6. Mimo naši Zemi
Hubblův kosmický dalekohled,
je nejznámějším dalekohledem v historii.
Zaslouženě.
Způsobil revoluci v mnoha oborech astronomie.
Podle současných měřítek je zrcadlo Hubblova dalekohledu docela malé.
Má průměr přibližně 2,4 metru.
Pozorovací stanoviště z něj však činí dalekohled z jiného světa.
Nachází se vysoko nad chvějící se zemskou atmosférou
a má nerušený výhled do celého vesmíru.
Navíc může sledovat ultrafialové a infračervené záření,
které je nedostupné pozemským dalekohledům,
protože je atmosférou pohlcováno.
Jeho kamery a spektrografy – velké jako telefonní budka –
zaznamenávají a analyzují světlo přicházející ze vzdáleného vesmíru.
Podobně jako pozemské dalekohledy, je i Hubblův dalekohled postupně zdokonalován.
Astronauti občas podnikají servisní výpravy.
Opravují poškozené části,
starší přístroje nahrazují novými,
technologicky modernějšími.
Hubblův dalekohled se stal základnou astronomických pozorování.
A zcela změnil náš pohled na vesmír.
Svým ostřížím zrakem pozoroval sezónní změny na povrchu Marsu,
srážku komety s Jupiterem,
Saturnův prstenec zboku
a dokonce i povrch maličkého Pluta.
Portrétoval životní cyklus hvězd od jejich zrodu
v oblacích plynu a prachu, až po jejich poslední výdechy:
subtilní mlhoviny odváté do kosmického prostoru umírajícími hvězdami
nebo exploze supernov, jež na chvíli zastíní jas mateřské galaxie.
V nitru Velké mlhoviny v Orionu Hubblův dalekohled zachytil
zrod nových plnetárních soustav: prachové disky,
v nichž zkondenzují planety.
Kosmický dalekohled studoval tisíce hvězd v obřích
kulových hvězdokupách, nejstarších uskupeních hvězd ve vesmíru.
A samozřejmě galaxie.
Nikdy dříve nemohli astronomové vidět tolik detailů.
Spirální ramena, oblaka prachu, impozantní srážky.
Velmi dlouhé expozice odhalily v "prázdných" místech oblohy
tisíce galaxií vzdálených miliardy světelných let.
Zachytily fotony, které se vydaly na cestu v době, kdy byl vesmír ještě mladý.
Představují okno do dávné minulosti a pomáhají nám
pochopit stále se rozvíjející vesmír.
Hubblův dalekohled však není jedinou vesmírnou observatoří.
Spitzerův kosmický dalekohled vypustil NASA v srpnu roku 2003.
Je to Hubblův vrstevník v infračerveném oboru.
Zrcadlo Spitzerova dalekohledu má průměr 85 centimetrů.
Přístroj je vybaven velkým stínidlem, které
jej chrání před slunečním zářením.
Detektory jsou ukryty v dewarových nádobách a chlazeny tekutým héliem
na teplotu několika stupňů
nad absolutní nulou.
Tím se zvyšuje jejich citlivost.
Spitzerův dalekohled zjistil, že vesmír je celý zaprášený.
Temná neprůhledná mračna vydávají infračervené záření,
jsou-li zevnitř zahřívána hvězdami.
Rázové vlny způsobené kolizemi galaxií vytvářejí prachové
prstence a nová místa zrodu hvězd.
Prach se také uvolňuje do okolí umírajících hvězd.
Spitzerův dalekohled ukázal, že planetární mlhoviny a pozůstatky po supernovách
jsou plné prachových částic, stavebního materiálu pro budoucí planety.
V infračerveném oboru může Spitzerův dalekohled proniknout
oblaky prachu a odhalit hvězdy ukryté v jejich temných nitrech.
Spektrografy kosmické observatoře také zkoumaly
atmosféry extrasolárních planet - obrů podobných Jupiteru,
kteří obíhají okolo svých mateřských hvězd s periodou několika dní.
A co třeba rentgenové nebo gama záření?
Zemskou atmosférou vůbec neprochází,
takže bez kosmických dalekohledů bychom byli zcela slepí
v těchto pásmech záření s vysokou energií.
Kosmické dalekohledy v tomto elektromagnetickém oboru zkoumají
kupy galaxií, černé díry,
exploze supernov a galaktické srážky.
Takové přístroje je však obtížné zkonstruovat.
Záření o vysokých energiích se od klasických zrcadel neodráží.
Rentgenové obrazy jsou vytvářeny speciálními soustavami válcových zrcadel z čistého zlata.
Záření gama je zachycováno zvláštním druhem dírkových komor
nebo pomocí scintilátorů, které vydávají záblesky světla,
když se v nich zachytí foton záření gama.
V roce 1990 NASA vynesl do vesmíru Comptonovu gama observatoř,
největší vědeckou družici,
jaká byla do té doby vypuštěna.
Byla to plně vybavená fyzikální laboratoř.
V roce 2008 následovala observatoř GLAST:
Gamma Ray Large Area Space Telescope.
Studuje všechny objekty vydávající záření o vysoké energii,
od temné hmoty po pulsary.
Ve vesmíru jsou i dva rentgenové dalekohledy.
Observatoř Chandra vypustil NASA a observatoř XMM-Newton vyslala na oběžnou dráhu ESA.
Obě zařízení zkoumají místa s nejvyšší teplotou.
Takto vypadá obloha v rentgenovém záření.
Rozsáhlá oblaka plynu jsou zahřátá na miliony stupňů Celsia
rázovými vlnami šířícími se okolo supernov.
Jako bodové zdroje se jeví neutronové hvězdy
nebo černé díry pohlcující látku ze sousedních hvězd:
horký plyn padá do černé díry a vydává rentgenové záření.
Podobně se projevují černé veledíry
v jádrech vzdálených galaxií:
látka, která klesá do černé veledíry, vydává rentgenové záření
než je pohlcena a zmizí nám z dohledu.
Horký řídký plyn vyplňuje také prostor
uvnitř kup galaxií.
Teplota tohoto plynu občas stoupá v důsledku
srážek a splývání kup galaxií.
Ještě zajímavější je záření gama,
které doprovází děje, při nichž se uvolňuje nejvíce energie.
Jedná se například o exploze velmi hmotných,
rychle rotujících hvězd.
Během necelé sekundy se při nich uvolní více energie
než vydá Slunce za 10 miliard let své existence.
Hubble, Spitzer, Chandra, XMM-Newton a GLAST
jsou velké kosmické observatoře.
Jiné vesmírné dalekohledy jsou menší, ale zaměřené
na jeden určitý úkol.
Příkladem je COROT.
Francouzská družice se specializuje na hvězdnou seizmologii
a hledání vzdálených planet.
Družice Swift v sobě spojuje rentgenovou a gama observatoř,
jejímž cílem je odhalit tajemství kosmických záblesků záření gama.
Sonda Wilkinson Microwave Anisotropy Probe
za dva roky práce ve vesmíru detailně zmapovala
reliktní záření
a ukázala kosmologům, jak vypadal rodící se vesmír
před více než 13 miliardami roků.
Vynesení dalekohledů do vesmíru bylo jedním
z nejdůležitějších kroků v historii astronomie.
Co bude dál?
7. Co nás čeká?
V Arizoně se právě odlévá první zrcadlo
Velkého Magellanova dalekohledu,
jenž bude umístěn na observatoři
Las Campanas v Chile.
Jeho sedm osmimetrových zrcadel
bude uspořádáno do tvaru květiny.
Zachytí čtyřikrát více světla
než jakýkoli ze současných optických přístrojů.
Kalifornský třicetimetrový dalekohled má být
dokončen v roce 2015. Je větší verzí Keckova teleskopu.
Stovky segmentů budou složeny do jednoho
obrovského celku.
Evropané plánují European Extremely Large Telescope.
Hlavní zrcadlo o průměru 42 metrů bude disponovat
dvakrát větší plochou než
třicetimetrový teleskop v Kalifornii.
Tyto obří přístroje budou zkonstruovány pro infračervené záření
a vybaveny citlivými detektory a adaptivní optikou.
Pomohou odhalit hvězdy a galaxie první generace,
které se objevily v raném vesmíru.
Možná pořídí i první záběr
planety ve vzdálené sluneční soustavě.
Pro radioastronomy je 42 metrový dalekohled tintítkem.
Spojují menší antény dohromady, aby
získali mnohem větší přijímač.
V Nizozemsku se buduje LOFAR:
Low Frequency Array.
30 000 antén bude optickými vlákny propojeno s centrálním počítačem.
Přestože systém nebude mít žádné pohyblivé části,
zvládne pozorovat osm částí oblohy současně.
Podobná technologie se zřejmě uplatní u soustavy
Square Kilometre Array, která představuje
vrchol současných technických možností.
Mezinárodní projekt bude realizován v Austrálii nebo jižní Africe.
Systém tvořený parabolickými anténami a malými přijímači
rozliší neuvěřitelné detaily.
S celkovou sběrnou plochou jednoho čtverečního kilometru
se stane nejcitlivějším radioteleskopem
všech dob.
Bude sledovat zárodky galaxií, kvasary, pulsary...
Detektorům soustavy Square Kilometre Array
neunikne žádný významnější rádiový zdroj.
Přístroj bude pátrat také po signálech
mimozemských civilizací.
A co se chystá v kosmu?
Díky poslední servisní výpravě by měl Hubblův dalekohled
pracovat alespoň do roku 2013.
Potom se do vesmíru zřejmě dostane jeho nástupce.
James Webb Space Telescope je infračervená kosmická
observatoř pojmenovaná po bývalém řediteli NASA.
Po vynesení do vesmíru se její 6,5 metrové zrcadlo rozevře jako květ.
Bude mít sedmkrát větší sběrnou plochu
než zrcadlo Hubblova dalekohledu.
Velké stínidlo pomůže udržovat nízkou teplotu optiky
a přístrojů, které budou pracovat
při mrazu -233 stupňů Celsia.
Webbův kosmický dalekohled nebude obíhat okolo Země.
Bude umístěn 1,5 milionu kilometrů od naší planety
a spolu se Zemí obíhat okolo Slunce.
Před půl stoletím byl Haleův palomarský dalekohled
největším dalekohledem na světě.
Teď bude ještě větší dalekohled vynesen do vesmíru.
O objevech, které učiní, můžeme zatím jenom spekulovat.
Počkejme si!
Vynalézaví konstruktéři přišli s dalším revolučním
způsobem konstrukce dalekohledu.
Kanadští vědci vyrobili dalekohled s "kapalným zrcadlem".
Světlo hvězd se v tomto přístroji neodráží
od pevného zrcadla, ale od zakřivené hladiny
kapalné rtuti v rotující nádobě.
Taková zrcadla mohou být zaměřena jen kolmo vzhůru,
ale jejich výhodou je nízká cena
a jednodušší konstrukce.
Radioastronomové by rádi umístili soustavu malých antén
podobnou LOFARu na povrchu Měsíce
daleko od pozemského rušení.
Jednou možná bude na odvrácené straně Měsíce postaven
i velký optický dalekohled.
Astronomové pracující v rentgenovém oboru by
rádi pomocí kosmických dalekohledů v budoucnu
ještě zpřesnili svá pozorování.
Mohli by dokonce zobrazit
hranici černé díry.
Jednou možná dalekohled najde i odpověď na nejzávažnější
otázku, jíž se lidstvo zabývá: jsme ve vesmíru sami?
Dnes víme o cizích planetárních soustavách.
Předpokládáme, že v nich jsou planety podobné Zemi
s kapalnou vodou na povrchu.
Ale...
...je na nich také život?
Najít vzdálené planety je obtížné.
Většinou se ztrácejí v intenzivní
záři své mateřské hvězdy.
Pomoci by mohly interferometry vypuštěné
do vesmíru.
NASA v současné době připravuje projekt
Terrestrial Planet Finder.
V Evropě vědci pracují na projektu Darwin, který bude sestávat
ze šesti kosmických dalekohledů obíhajících společně okolo Slunce.
Jejich vzájemná poloha bude koordinována laserem s přesností jednoho nanometru.
Společně – pomocí interferometrie – odstraní
světlo vzdálených hvězd. Pak se pokusí v jejich blízkosti
zaznamenat planety podobné Zemi.
Astronomové budou analyzovat světlo těchto planet,
které nese spektroskopické otisky tamějších atmosfér.
Možná už za 15 let objevíme stopy
kyslíku, metanu a ozonu,
jež považujeme za indikátory života.
Vesmír je plný překvapení
a pohled na hvězdnou oblohu bude vždy působivý.
Není divu, že stovky tisíc amatérských astronomů
po celé Zemi obdivují každou jasnou noc
krásy vesmíru.
Mají přístroje mnohem dokonalejší
než měl Galileo.
Amatérské digitální snímky jsou dnes lepší
než profesionální fotografie staré jenom několik desetiletí.
Úsilí astronomů porozumět vesmíru pomocí dalekohledu
trvá teprve 400 let.
Ještě pořád jsou jsou tu neprobádaná území.
Od doby, kdy Galileo začal zkoumat hvězdnou oblohu dalekohledem,
jsme dosáhli značného pokroku.
Stále ještě pozorujeme dalekohledem,
už nejen ze Země, ale také z vesmíru.
Touha lidstva po poznání tkví v nevyčerpatelné
zvědavosti a vynalézavosti.
Začínáme nacházet odpovědi na největší otázky,
které jsme si položili.
Objevili jsme více než 300 planet obíhajících okolo
vzdálených hvězd v naší Galaxii
a na některých i organické molekuly.
Ačkoli se takové objevy zdají být vrcholem lidských možností,
ty nejdůležitější máme bezpochyby ještě před sebou.
Všichni se můžeme na budoucích objevech podílet.
Pohleďme vzhůru a hledejme.