Jaroslav Heiniš - revize plynu, Ostrava a okolí, stavební práce, rekonstrukce, hodinový manžel (www.heinis.cz). Ženklava, Kopřivnice, Příbor, Nový jičín, Bělotín, Bílovec...=Jaroslav Heiniš - revize plynu, Ostrava a okolí, stavební práce, rekonstrukce, hodinový manžel (www.heinis.cz). Ženklava, Kopřivnice, Příbor, Nový jičín, Bělotín, Bílovec...
DOMŮ   ARCHIV   IBT   IAN 1-50   IAN 50-226   IAN 227-500   RÁDIO   PŘEKVAPENÍ  
STALO SE

Vesmír na dlouhých vlnách -- díl třetí

... aneb radioastronomické příběhy. Záznam přednášky z Ostravského astronomického víkendu 29. září 2001.

Ilustrační foto...Nyní je již nejvyšší čas seznámit se s rádiovou oblohou. Jak se projevují kosmické zdroje rádiového záření? A co představují? Každý jistě tuší, že paleta objektů bude hodně široká.

Zpočátku se nevyhneme několika základním pojmům. K nim určitě patří pojem diskrétní zdroj. Tak označíme zdroj, u něhož známe směr přicházejícího záření. Úhlové rozměry takových zdrojů mohou být pochopitelně dosti rozdílné; jsou-li tak malé, že jsou pod rozlišovací schopností radioteleskopu, obvykle hovoříme o zdroji bodovém. Ve viditelném oboru spektra to odpovídá třeba hvězdám. Naopak zdroje větších úhlových rozměrů budeme nazývat plošné; analogie s mlhovinou ve viditelném oboru je dokonalá. Jistě tušíte, že tyto pojmy jsou dosti relativní, záleží také na vlastnostech radioteleskopu, kterým objekt zkoumáme.

Kromě záření z diskrétních zdrojů existuje však i takové záření, u něhož nelze stanovit směr, odkud k nám přichází. Obvykle se označuje jako záření pozadí. Sledujeme-li například konkrétní blízkou hvězdu, je rádiová emise z Mléčné dráhy právě oním pozadím. V jiném případě -- při studiu vzdálené galaxie -- zase může být záření z Mléčné dráhy rušivým popředím, které je také nutné eliminovat.

Klasickým příkladem diskrétních rádiových zdrojů jsou hvězdy. V mnoha případech (řádově jsou to tisíce případů) byly takové zdroje ztotožněny s optickými; zajímavé jsou především ty, které odpovídají proměnným hvězdám. Zde bývá identifikace relativně snadná, protože periody změn rádiové jasnosti obvykle odpovídají periodám změn optických (týká se to například cefeid, eruptivních hvězd, ale i těsných dvojhvězd).

Jeden typ proměnných rádiových zdrojů je však naprosto unikátní a historie jeho objevu patří dnes už mezi klasické astronomické události 20. století. Kdybychom se v polovině roku 1967 ocitli v Mullardově radioastronomické observatoři nedaleko anglické Cambridge, byli bychom svědky toho, jak se uvádí do provozu speciální nízkofrekvenční radioteleskop. Unikátní přístroj, který se stavěl už dva roky, byl instalován na ploše téměř dvou hektarů. Zdálky se podobal ovšem spíše chmelnicím než vědecké aparatuře.

Z tohoto úvodu mnozí již určitě víte, o jaký objev se jedná. Pojďme se seznámit s celým příběhem.

Ilustrační foto...

 

Objev na Nobelovu cenu

Radioteleskop v Cambridge -- to představovalo 16 řad po 128 dipólových anténách. Dipóly byly zavěšeny na více než tisíci třímetrových dřevěných tyčí. Vše bylo propleteno téměř 200 kilometry drátů, kabelů a stíněných spojů. Bylo tam i 200 transformátorů, 350 konektorů a 24 tisíc izolátorů. To vše sloužilo k tomu, aby se u kvasarů (které v rádiovém oboru představují téměř bodové zdroje) prozkoumaly rychlé změny signálu, který astronomové nazývají scintilací. Takové mihotání -- tedy scintilace -- se projeví například při pozorování jasné hvězdy velmi nízko nad obzorem. Hvězdy blikají, někdy dokonce mění i své zabarvení, zatímco planety za stejných podmínek září docela klidným světlem. Jsou totiž malými kotoučky, a chvění vzduchu, které mihotání způsobuje, se v tomto případě tolik neprojevuje.

U hvězd je za scintilaci světla odpovědná zemská atmosféra, u rádiových zdrojů sluneční vítr. Nabité částice vyletující ze Slunce často vytvářejí velké shluky, šíří se tu rychleji, tu pomaleji, a tyto nehomogenity ovlivňují rádiové signály, přicházející k nám ze vzdálenějšího vesmíru.

Ilustrační foto...Pracovníci Mullardovy radioastronomické observatoře se v polovině roku 1967 připravovali na sledování kolísání signálu vzdálených bodových zdrojů. Pracovní tým vedl profesor Anthony Hewish. Soustředil kolem sebe několik mladých spolupracovníků, většinou čerstvých absolventů univerzity. Patřila mezi ně i tehdy čtyřiadvacetiletá Irka Jocelyn Bellová.

Zpočátku pomáhala se stavbou neobvyklého radioteleskopu, a pak -- když bylo zařízení v červenci 1967 uvedeno do chodu -- neúnavně zakládala do registračních přístrojů papírové pásky, popisovala je a prohlížela. Každý den 30 metrů záznamů ...

Když Bellová vyhodnotila přes pět kilometrů papírových pásek, povšimla si té zvláštnosti: jeden ze zdrojů se projevoval naprosto pravidelnými impulsy, i když signál v každém pulsu měl různou úroveň. To už byl listopad 1967. Nejdříve bylo samozřejmě nutné vyloučit všechny možné pozemské příčiny: vysílačky, zapalování automobilového motoru, zapínání velkých spotřebičů... Zakrátko však bylo jasné, že jde o zdroj kosmický. Nalézá se v souhvězdí Lištičky (tehdy se mu říkalo "hvězda Bellové", dnes je ale oz-načován podle souřadnic CP 1919).

Překvapovalo však, že impulsy rádiového záření jsou vysílány s pravidelností, odpovídající přesnosti špičkových atomových hodin! Impuls každou jednu celou, tři desetiny sekundy -- zcela přesně: 1,3373011512 sekundy.

Ilustrační foto...Anthony Hewish byl od počátku krajně opatrný. Především se o tom nikomu a nikde nezmiňujte, kladl všem účastníkům projektu na srdce. Mohla by to být obrovská blamáž. A skutečně -- navenek neproniklo vůbec nic, ani mezi nejbližší spolupracovníky observatoře, ani do kongresových kuloárů. Ostatně, členové Hewishova týmu si několikaměsíční pozdržení publikace objevu klidně mohli dovolit -- jejich zvláštní radioteleskop byl totiž v té době jediným přístrojem na světě, kterým bylo možné tyto signály zachytit.

Mezi členy týmu se o objevu počalo žertovat: jsou to přece "little green men" -- zelení pidimužíci, mimozemšťánci, kteří k nám vysílají svá sdělení. To by byla potrava pro média, kdyby se zpráva pustila ven! Hewish se svými kolegy ovšem usilovně hledali zdroj těchto signálů. Hvězdy? Galaxie? Kde leží tento zdroj a jak je velký? A hlavně -- co zaručuje tak fantastickou přesnost příchodů jednotlivých impulsů?

V únoru 1968, čtvrt roku po objevu prvního zdroje v souhvězdí Lištičky, byly známy tři další pulsující zdroje. Každý měl jinou periodu, ale jinak bylo jejich chování naprosto stejné.

Koncem února, přesněji: dvacátého čtvrtého, vyšlo ve vědeckém časopisu Nature první sdělení Anthony Hewishe o těchto neobvyklých rádiových zdrojích. O čtyři dny dříve Hewish oznámil objev na pracovním semináři ve starých Cavendishových laboratořích v centru Cambridge. Tak se tedy odborníci i široká veřejnost dověděli o objevu pulsarů.

 

Objev byl perfektní, ale stále něco scházelo. Chybělo vysvětlení, co za pulsary vězí. Jistěže nikdo z astronomů nebral vážně myšlenku "malých mimozemšťanů". Mohl by to být třeba projev rychlých oscilací bílých trpasličích hvězd -- to byla jistou dobu velmi favorizovaná domněnka -- a nebo: mohla by to být rychle rotující neutronová hvězda.

Historie neutronových hvězd byla tehdy již několik desetiletí stará. O jejich existenci začali astronomové uvažovat téměř okamžitě po objevu neutronu Jamesem Chadwickem v roce 1932. Říká se, že když se o objevu neutronu dověděl ruský fyzik Lev Landau, ještě týž večer načrtl prvý model struktury neutronové hvězdy. O rok později Walter Baade a Fritz Zwicky zveřejnili domněnku, že pozůstatkem po výbuchu supernovy může být suprahustá neutronová hvězda. Právě takové těleso můžeme očekávat uvnitř známé Krabí mlhoviny, usoudili v roce 1942 Walter Baade a Rudolph Minkowski. Tehdy to bylo odvážné tvrzení, pro něž chyběly jakékoli přímé důkazy. Dnes ale víme, že Baade a Minkowski měli stoprocentně pravdu.

Ilustrační foto...

Pulsar v Krabí mlhovině objevili radioastronomové už v roce 1968 -- tedy nedlouho po ohlášení objevu prvního z nich. O několik měsíců později, v noci z 15. na 16. ledna 1969, prokázali arizonští astronomové William Cocke, Mike Disney a Donald Taylor ze Stewardovy observatoře v Tucsonu, že tzv. Minkowského hvězda, nacházející se v témže místě mlhoviny jako rádiový pulsar, se mění i v optickém oboru spektra se stejnou perio-dou jako v rádiovém. Perioda impulsů je přitom mimořádně krátká -- pouhých 33 milisekund! Už sama tak krátká perioda definitivně pohřbila myšlenku, že by mohlo jít o oscilace bílých trpaslíků, protože natolik rychle by žádný z nich kmitat nemohl.

Shoda rádiové a optické periody nakonec rozhodla, že se naplno prosadila představa pulsaru jako rychle rotující neutronové hvězdy. Z oblastí u magnetických pólů, které ovšem nesouhlasí s rotačními, vyletují vysokou rychlostí nabité částice. Tak vzniká kužel rádiového záření, který míří do prostoru. Zasáhne-li nás během otáčení hvězdy svazek tohoto záření, zaznamenáme impuls. Při další otočce druhý impuls a tak dál -- vypadá to podobně, jako když sledujeme kužel záření, vycházejícího z výstražného majáčku na automobilu. Tento model pulsaru rozpracoval už v roce 1968 rakousko-britsko-americký astrofyzik Thomas Gold, říká se mu doopravdy majákový model pulsaru.

V současné době známe už více než 1000 pulsarů. Představme si některé z nich i ve zvukové podobě: nejdříve zvuk pulsaru v Krabí mlhovině, pulsar rotuje s frekvencí asi 30 otoček za sekundu. Druhá ukázka nám přiblíží pulsar v souhvězdí Plachet, neutronová hvězda rotuje s frekvencí asi 11 otoček za sekundu.

Ilustrační foto...

 

Vraťme se zpět do sluneční soustavy. Zde je nejznámějším a nejstudovanějším rádiovým zdrojem bezpochyby Slunce. Je to zdroj relativně slabý; nicméně malá vzdálenost ve srovnání s jinými hvězdami způsobuje, že jej přesto můžeme sledovat i poměrně jednoduchými radioteleskopy. Je-li Slunce klidné, je situace poměrně jednoduchá: rádiové záření vychází z různých výšek nad fotosférou. To je dáno elektronovou hustotou tohoto prostředí. Obecně platí, že čím delší vlnovou délku má zachycené záření, tím řidší, a tedy i vyšší vrstvy sluneční atmosféry pozorujeme.

Jiné je to v případě zvýšené sluneční aktivity. Tzv. aktivní oblasti s komplikovanou strukturou magnetických polí se prudce zahřívají, jsou zdrojem intenzivních, často úzce směrovaných toků nabitých částic. Rádiové emise, podobně jako záření v jiných oborech spektra, prudce narůstá. Z charakteru rádiových spekter se pak můžeme pokusit odvodit, za jakých podmínek došlo na Slunci ke zvýšení aktivity, proč vznikly určité typy erupcí, proč uniká horké plazma do koróny a ještě dál, do meziplanetárního prostoru. Ostatně právě toto je výčet ne zcela vyřešených problémů sluneční fyziky.

Všimněme si ještě jednoho pozoruhodného rádiového zdroje ve sluneční soustavě. Natolik výrazného, že o něm radioastronomové věděli již v dobách začátků radioastronomie. Objev se však neobešel bez komplikací.

 

Když je objevitelů více

Průkopník radioastronomie Karl Jansky byl zřejmě také velký smolař. Jen uvažte: sledoval jako první rádiový šum z Mléčné dráhy, ale jeho současníci to nepovažovali za důležitý objev. Prioritu mu dnes sice nikdo neupírá, ale uznání se mu ve své době nedostalo. Rádiové erupce ze Slunce mu unikly jen proto, že v době Janského pozorování bylo Slunce klidné, v minimu svého jedenáctiletého cyklu aktivity. Jansky zřejmě jako první zachytil rádiové záblesky z Jupiteru -- tato planeta je bývá v dekametrovém oboru spektra jedním z nejjasnějších objektů na obloze. Dnes ale tuto domněnku již nikdo nepotvrdí: během stěhování laboratoře, ve které Jansky pracoval, se v 50. letech originální záznamy s registracemi ztratily.

Ilustrační foto...

A tak nezbývá než považovat za objevitele rádiového záření z Jupiteru dvojici radioastronomů Bernarda Burkeho a Kennetha Franklina. Ti v roce 1955 po devět měsíců sledovali rádiové záření známé Krabí mlhoviny, nicméně do jejich záznamů se mísil šum, který odpovídal nějakému pohyblivému, ale diskrétnímu zdroji. Používali anténu ve tvaru tzv. Millsova kříže, která patřila Carnegieho ústavu ve Washingtonu, pracovali na frekvenci 22,2 MHz a ony "poruchy" zaznamenali při 20 z 68 průchodů zdroje svazkem antény. Identifikace vedla jednoznačně k Jupiteru.

Jak už to u mnohých objevů bývá, Burke a Franklin nebyli prvními, kteří registrovali Jupiterovy rádiové záblesky. Obdobné záblesky byly zpětně nalezeny i v pozorováních C. A. Shaina z let 1950-51 a 1954. Burke s Franklinem je ovšem jednoznačně rozpoznali, popsali a objev ihned zveřejnili -- je to tedy jejich objev.

 

Poslechněme si rádiové záření, zaznamenané v dekametrovém oboru spektra, když je převedeme do zvukového spektra. Zpočátku to zní možná jako mořské vlny, rozbíjející se o pobřeží. To jsou tzv. "dlouhé" záblesky, L(long)-bursts. Pak nám tyto zvuky připomenou spíše nárazy ledových krup na plechovou střechu při pořádné letní bouřce -- to slyšíme "krátké" záblesky, S(short)-bursts.

Jupiterovo rádiové záření v oblasti dekametrových vlnových délek je tedy zářením sporadickým, které sestává z řady záblesků. Maximum vyzařování leží u 8 MHz. Kdyby pozorované záblesky vydával objekt zářící jako absolutně černé těleso, musel by mít teplotu několik miliard kelvinů. Bylo proto od počátku jasné, že záření budí nějaký netepelný mechanismus. Krátce po objevu tohoto záření se soudilo, že jde o jev vázaný na ionosféru planety. Po roce 1964 -- poté, co se podařilo zjistit vztah mezi polohou Jupiterovy družice Ió ve dráze a pravděpodobností příjmu jisté části dekametrového záření -- se ale začalo uvažovat o přímém spojení s jevy v magnetosféře planety.

Musím bohužel konstatovat, že dodnes neexistuje po všech stránkách vyhovující vysvětlení původu dekametrového záření Jupiteru, navzdory tomu, ze v Jupiterově magnetosféře pracovaly již mnohé kosmické sondy. Ví se jen, že toto záření musí být stimulované -- vyvolávají je některé nestability plazmatu ve vnitřní Jupiterově magnetosféře. Pozoruhodné je, že existují výrazné periodicity ve výskytu dekametrového záření: to svědčí o dlouhodobě stejných podmínkách pro vznik takových nestabilit. Na druhé straně je ale pravděpodobnost výskytu záření mnohem menší než jedna -- buďto tedy záření nevzniká vždy, nebo je jeho šíření nějakým význačným způsobem ovlivňováno. Na konkrétnější vysvětlení si ještě musíme počkat.

 

(pokračování)

Zdeněk Pokorný

| Zdroj: Ostravský astronomický víkend pořádala Hvězdárna a planetárium Johanna Palisy v Ostravě. Uveřejňujeme s laskavým svolením pracovníků hvězdárny i autora.  IAN.cz
Probíhá experiment. Stránky se pomalu dostávají ze záhrobí zpět na světlo digitálního světa... Omluvte nedostatky, již brzy snad na této adrese najdete víceméně kompletní archiv IAN...
archiv zdroj
RULETA
Ceres
Ilustrační foto...
Sojuz-Apollo po 25 letech
Ilustrační foto...
Astrologové, ufologové a jiní šarlatáni II
Ilustrační foto...
3D nejen v IMAXu?
Ilustrační foto...
Hrozící katastrofa a jak jí čelit?
Ilustrační foto...
STALO SE
4.12.2012 -
Probíhá experiment. Stránky se pomalu dostávají ze záhrobí zpět na světlo digitálního světa... Omluvte nedostatky, již brzy snad na této adrese najdete víceméně kompletní archiv IAN...

WEBKAMERA
 Upice webcam / widecam
UPICE WEBCAM

Add to Google

 

Pridej na Seznam
 

  © 1997 - 2017 IAN :: RSS - novinky z astronomie a kosmonautiky SiteMap :: www :: ISSN 1212-6691