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 čtvrtý

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

Ilustrační foto...Na rádiové obloze najdeme ovšem i takové objekty, které jsou nepochyb-ně velice daleko, mimo naši Galaxii, dokonce až ve vzdálenostech, kterým jsme si zvykli říkat kosmologické. Právě tyto objekty nám totiž pomáhají pochopit, jak vypadá náš vesmír jako celek. V kategorii vzdálených objektů zaujímají výjimečné místo kvasary. Nelze pominout jejich pohnutou historii objevu ani fakt, jak dlouhou dobu se vedly diskuse o jejich povaze.

Mnozí jistě dobře víte, že název kvasar je zkratkové slovo, kte-ré vzniklo zkrácením sousloví "kvazistelární rádiový zdroj". Je sice pravda, že kvasary můžeme pozorovat i optickými dalekohledy, nepotřebujeme radioteleskop, nicméně počátek historie kvasarů je s ra-dio---ast-ronomií spjat velice úzce. Svědčí o tom i náš příběh.

 

Prazvláštní "radiohvězda"

O objev kvasarů se největší měrou přičinili radioastronomové, kteří svými velkými radioteleskopy na obloze postupně objevovali četné zdroje rádiového záření. Většinou jsou to rozsáhlé plošné zdroje, obvykle vodíková mračna, ale často se vyskytly i zdroje téměř bodové.

Ale právě u nich bylo velmi obtížné určit přesnou polohu. Příčinou nesnází byla mizerná rozlišovací schopnost radioteleskopů. Vždyť i dnes největší, plně pohyblivý přístroj o prů-měru antény 100 metrů v německém Effelsbergu má na vlnové délce 10 cm desetkrát horší rozlišení než naše oči. Je to, jako kdyby se na hvězdné nebe díval krátkozraký člověk bez brýlí.

Prudké zlepšení rozlišovací schopnosti přinesly na konci 50. let konstrukce rádiových interferometrů. Nepoužívají jedinou souvislou anténu obřích rozměrů, ale vzorkují rádiový signál z kosmického zdroje menšími anténami, kterými současně sledují tentýž objekt. Antény jsou od sebe vzdáleny stovky metrů až desítky kilometrů. Zesílené rádiové signály z jednotlivých antén se přivedou kabelem do jednoho přijímače a tam se pomocí počítače zpracují; vzniká úhlově dostatečně rozlišený obraz sledovaného objektu.

Rádiové interferometry mohou být na pohled docela neobvyklé přístroje, ale svůj účel plní: dokáží přesně zjistit polohy rádiových zdrojů. Bohužel někdy zaznamenají i rádiové zdroje, které ve skutečnosti neexistují. To byl také případ prvního seznamu rádiových zdrojů, který byl sestaven na základě měření v Cambridge v Anglii. Plných 90 procent zdrojů v seznamu si interferometr prostě "vymyslel".

Ilustrační foto...

Opravený, v pořadí třetí seznam zdrojů již takové chyby neobsahoval a brzy se v astronomii proslavil pod jednoduchou zkratkou 3C (tedy 3. cambridgeský katalog rádiových zdrojů). Do katalogu bylo zaneseno několik stovek objektů. Souřadnice byly již přesné, zdroje skutečně existovaly, a tak brzy některé z nich byly ztotožněny s op-tickými protějšky. Často šlo o vzdálené galaxie, někdy zvláštní mlhoviny v naší Galaxii. Mnohé ob-jekty z katalogu 3C se však ztotožnit nepodařilo.

Astronomové většinou soudili, že nerozpoznané zdroje jsou vlastně běžné hvězdy, které pouze navíc vysílají rádiové záření. Jsou to tedy radiohvězdy, které by sice mohly být viditelné i optickými dalekohledy, ale snad jen těmi největšími. Jenže mnozí se zdráhali plýtvat cenným pozorovacím časem teleskopů na záležitost, která vypadala stále pochybně. Cambridgeský rádiový interferometr teď už sice dával dost přesné souřadnice zdrojů, ale ne zase tak přesné, aby to stačilo na práci velkých přístrojů.

Teprve v roce 1960 se zdařila jednoznačná identifikace: na radioastrono-mické observatoři v Owens Valley v Kalifornii ztotožnili John Bolton a Thomas Matthews zdroj 3C-48 v souhvězdí Trojúhelníku s na-mod-ralou hvězdou asi desettisíckrát slabší než jsou ty, které ještě zahlédneme pouhým okem. Palomarský astronom Allan Sandage změřil jasnost hvězdy a jeho kolega Jesse Greenstein pořídil její spektrum. Když ale na samém sklonku roku 1960 referoval Alan Sandage na 107. schůzi Americké astro-nomické společnosti o výsledcích, musel přiznat, že jim nerozumí. Spektrum radiohvězdy se vůbec nepodobalo spektru běžných hvězd: bylo tam jen několik jasných a širokých emisních čar, ty však nepatřily žádnému známému chemickému prvku.

 

Spektrum rádiového zdroje 3C-48 bylo opravdu těžkou hádankou. Od počátku vše nasvědčovalo tomu, že jde o blízkou hvězdou -- snad jen několik set světelných let vzdálenou. Jako hvězda vypadal objekt i v tehdy největším dalekohledu světa na Mount Palomaru. Docházelo u něj ke značným změnám jasnosti během jediného dne, z čehož vyplývalo, že rozměr objektu není větší než jeden světelný den. To vše podporovalo myšlenku, že je to opravdu radiohvězda z naší Galaxie. Od objevu zvláštního spektra zdroje 3C-48 musely proto uply-nout ještě další dva roky, než se ukázalo, že představa o radiohvězdách v Ga-laxii je neudržitelná. Jasné světlo do celé záležitosti vneslo až pozorování jiného rádiového zdroje, označeného 3C-273.

 

Ostře sledovaný zákryt

Zdroj leží v souhvězdí Panny. To je, jak známo, jedno ze souhvězdí ekliptiky, takže jím pravidelně prochází Měsíc. Britský astronom Cyril Hazard, který pracoval s 63metrovým radioteleskopem na observatoři v Parkesu v jihovýchodní Austrálii, předpověděl na neděli 5. srpna 1962 zajímavý úkaz: toho dne by mohl Měsíc při svém pohybu po hvězdné obloze ten-to rádiový zdroj zakrýt. Z oka-mži-ku zákrytu by pak bylo možné určit polohu zdroje 3C-273 s ne-bývalou přesností.

Příprava k pozorování zákrytu rádiového zdroje Měsícem byla neobyčejně pečlivá. Několik hodin před úkazem opakova-ly rozhlasové stanice v okolí observatoře naléhavou výzvu, aby v době pozorování nikdo nezapínal rádiové vysílačky. Na silnicích kolem radioteleskopu dohlížely hlídky dopravní policie, aby se během měření nepřibližovala žádná vozidla, neboť jejich elektrická zapalování ruší citlivá měření i na velkou vzdálenost.

Ilustrační foto...

V Parkesu už předtím sejmuli z obří antény několik tun kovu, aby se pozorování mohlo uskutečnit v menší výšce nad obzorem, než dovo-lovala původní konstrukce radioteleskopu.

V očekávaný okamžik zákrytu signál rádiového zdroje zmizel. Když se však po skončení zákrytu zase objevil, byl Hazard docela překvapen: po dobu asi deseti sekund byl signál jen poloviční, a teprve pak skokem vzrostl na původní úroveň. Záhadný objekt 3C-273 se tedy skryl za Měsíc jako jed-no-du-chý bodový zdroj, ale odkryl se jako zdroj dvojitý!

Rádiový průběh celého zákrytu zdroje 3C-273 Měsícem byl zaznamenán na dvě magnetické pásky, které pak Cyril Hazard a vedoucí projektu John Bolton odvezli dvěma různými letadly na univerzitu v Sydney k vyhod-no-ce-ní. Člověk nikdy neví, co se může cestou přihodit...

 

Problém dvojitého zdroje byl vyřešen poměrně snadno, plyne totiž z geo-metrie případu. Okraj Měsíce má tvar oblouku. I když je zdroj dvojitý, mohou se při vhodném natočení vůči tomuto okraji obě jeho složky skrýt naráz -- to se také stalo. Při odkrytí má ovšem už jiná část měsíčního okraje odlišnou orientaci vzhledem ke zdroji a proto se každá jeho složka objeví zvlášť.

Přesné souřadnice posloužily k nečekaně snadné identifikaci zdroje s re-la-tiv-ně jasnou hvězdou. Nicméně detailní průzkum v příštích měsících odhalil, že jedním směrem z hvězdy vystupuje podivný výčnělek, připomínající plynný proud. Hvězda s výtryskem plynu? Něco takového dosud nikdo neviděl.

Ilustrační foto...Získat spektrum neobvyklého objektu palomarským dalekohledem nebyl problém, ale vyložit je bylo stejně obtížné jako u zdroje 3C-48. O rozřešení záhady se postaral americko-nizozemský astronom Maarten Schmidt. Tehdy mu bylo pouze 33 let, ale nechyběla mu trpělivost a -- dobrý nápad. Po mnoha marných pokusech, které trvaly týdny, si povšiml, že jasné čáry ve spektru 3C-273 nejsou nic jiného než čáry nejjednoduššího, a také nejhojnějšího prvku ve vesmíru -- vodíku. Čáry jsou jen nebývale mnoho posunuty k dlou-ho-vlnnému, tedy červenému konci spektra. Schmidtův výklad spektra zdroje 3C-273 tedy znamenal, že se tato "radiohvězda" od nás vzdaluje závratnou rychlostí 47 000 km/s, rychlostí naprosto nevídanou ve světě hvězd a dost vysokou i pro galaxie.

Z velké rychlosti vzdalování na základě představy o rozpínání vesmíru současně plyne, že by zdroj 3C-273 měl být od nás pořádně daleko: neuvěřitelných několik miliard světelných let! A zde je první velká záhada: kdyby to byla obyčejná galaxie, mohli bychom ji sledovat jen těmi největšími teleskopy světa. My ji však vidíme i přístroji nesrovnatelně menšími. Nebo přece jen není náš rádiový zdroj tak daleko? Proč jsou potom jeho spektrální čáry tak mnoho posunuty?

Maarten Schmidt sdělil překvapivou novinku Jesse Greensteinovi, který okamžitě podobným způsobem objasnil i spektrum zdroje 3C-48. Je to objekt ještě vzdálenější. Výklad spekter radiohvězd 3C-48 a 3C-273 byl zveřejněn v nejproslulejším vědeckém časopise Nature v březnu 1963. Toto datum můžeme považovat za křtiny nového typu právě objevených kosmických objektů, kterým se začalo přezdívat kvazistelární rádiové zdroje. Bylo totiž zřej-mé, že se jen tváří jako hvězdy, ale že to hvězdy určitě nejsou. Na návrh amerického astrofyzika čínského původu Hong-Yee Chiua se vzápětí ujalo zkratkové slovo "kvasar", které převza-ly všechny jazyky včetně češtiny.

Nebudeme nyní rozebírat všechny zajímavosti, týkající se kvasarů. Jen uvedu, že kvasary jsou pravděpodobně nebývale kompaktní a neobyčejně svítivá jádra obřích galaxií. Ta jsou ovšem takto aktivní jen krátkou dobu na samém počátku své existence.

Jednu zajímavost ze světa kvasarů si ale přece jen neodpustím: kvasary, jak známo, objevili radioastronomové. Dnes ale víme, že drtivá většina kvasarů (a známe jich na 10 000) navzdory původní definici v rá-dio-vém oboru vůbec nezáří (obvykle jsou nejjasnější v ultrafialovém a infračerveném světle)! Typický kvasar tedy není ani hvězdou, ani rádiovým zdrojem, jak by snad mělo plynout z jeho označení "kvazistelární rádiový zdroj". Vpravdě pozoruhodným objektem však zůstává i nadále.

Ilustrační foto...

Nakonec se věnujme záření, které je klasickým příkladem záření pozadí. I jeho objev dnes řadíme mezi nejvýznamnější astronomické události 20. sto-letí. Na samém počátku příběhu sehrála mimořádnou roli družice Echo tvaru kulového balónu, pomocí níž se měla vyzkoušet pasivní radioko-muni-kace mezi starým a novým kontinentem. Bylo to začátkem 60. let, éra kosmo-nau-tiky teprve začínala.

Vodivý hliníkový povrch družic Echo 1 a 2 byl použit k odrazu rádiových vln mezi vysílačem a vzdáleným přijímačem přes Atlantik. Spojení měly zabezpečit nám již známé Bellovy laboratoře v Holmdelu v americ-kém státě New Jersey.

Jenže události šly rychle kupředu: 10. července 1962 odstartovala na oběžnou dráhu ko-lem Země první civilní komunikační družice Telstar, ve které byl zabudován rádiový odpovídač. Tím začala éra aktivní rádiové komunikace prostřednictvím družic -- ale také soumrak projektu Echo. Za několik let již byla všechna zařízení pro sledování družice Echo zastaralá. Přesto tato družice vešla do dějin astrono-mie, i když možná trochu jinak, než si její tvůrci představovali.

 

Neodstranitelný šum

Na téměř stejném místě, kde před třemi desítkami let stavěl svou anténu průkopník radioastronomie Karl Jansky -- na Crawford Hillu v Holmdelu -- vyrostla v roce 1960 další neobvyklá rádiová anténa. Zvláštní byl především její zcela nesouměrný šestimetrový vlnovod, připomínající trychtýř, a pak i skutečnost, že se aparatura vyznačovala mimořádně nízkým vlastním šumem. Pro dva radioastronomy -- Arno Penziase a Roberta Wilsona, zaměstnané v Bellových labora-tořích, to byl ideální přístroj pro rádiový výzkum vesmíru.

Přístroj byl však postaven a zpočátku také používán ke komerčním účelům. Nicméně po startu družice Telstar nebyla již trychtýřová anténa v Holmdelu pro práci s družicemi zapotřebí a tak byla roku 1963 uvolněna pro vědu.

Penzias a Wilson anténu ihned využili k měření galaktického šumu mimo oblasti Mléčné dráhy. Byli však překvapeni, že i přes všechna pečlivá technická opatření a kompenzace v elektrických obvodech přece jen někde vznikal jistý nadbytečný signál. Nepodařilo se jej potlačit ani chlazením aparatury na velmi nízkou teplotu tekutého hélia, ani všemožnými konstrukčními zásahy. Dokonce vyhnali i párek holubů, který se uhnízdil přímo v hrdle antény, a pak pečlivě očistili celou anténu od toho, co dobře znají všichni obyvatelé měst (Penzias to později nazval "bílým dielektrickým materiálem"). Nepomáhalo to -- hladina pozorovaného šumu se nesnížila.

Ilustrační foto...

Těmito pracemi strávili Penzias a Wilson celý rok. Zjistili přitom, že registrovaný šum odpovídá záření tělesa, které je vyhřáto na teplotu asi tří a půl kelvinů. Co však bylo zvlášť zajímavé -- množství záření vůbec nezáviselo na směru, kam anténu namířili, ba neměnilo se ani v průběhu času. Prostě -- bylo to záření, které k nám přicházelo naprosto stejnoměrně z celého vesmíru!

Ve stejné době, kdy Penzias a Wilson měřili v Holmdelu podivný šum pomocí zvláštní trychtýřové antény, v 60 kilometrů vzdáleném Princetonu budovala skupina astronomů vedená profesorem Robertem Dickem malou nízkošumovou anténu. Chtěli registrovat záření, které mělo pocházet z hor-kého raného období našeho vesmíru. To naznačovala řada teoretických prací.

Několik týdnů před tím, než Dickeho skupina zahájila svá pozorování, došlo shodou řady náhod k setkání Penziase a Dickeho. Robert Dicke naznal, že Penzias s Wi-l-so-nem již objevili záření, které jeho skupina chtěla vypátrat. Dohodli se, že v prestižním vědeckém časopisu The Astrophysical Journal uveřejní dvě stručné zprávy: Penzias a Wilson oznámí výsledky svých pozorování, a Dickeho skupina podá jejich vysvětlení.

A tak 1. července 1965 vyšel ve zmíněném časopisu nenápad-ný článek, na-zvaný Měření nadbytku anténní teploty na frekvenci 4080 megahertzů. Penzias s Wilsonem uvedli jen strohé výsledky měření, interpretaci přenechali kolegům z Prin-cetonu. Později přiznali, že byli sice rádi, že záhadný šum měl nějaké fyzikální vysvětlení, ale přesto jejich nálada byla ještě po nějakou dobu jen opatrně optimistická.

 

Penzias s Wilsonem objevili díky své píli a preciznosti záření, které je velice úzce spjato s ranou historií našeho vesmíru. Objevili reliktní záření, jehož existenci předpověděli ve 40. letech George Gamow se svými žáky Ralphem Alpherem a Robertem Hermanem. Gamow spočítal, že zhruba po 300 000 letech od počátku vesmíru -- tedy od velkého třesku -- se náš vesmír rozepnul již natolik, že v něm te-p-lota poklesla na "pouhých" 3700 stupňů Celsia. Za této pro nás stále ještě vysoké teploty se ale už mohly vytvářet stabilní, elektricky neutrální atomy vodíku: doposud samostatné protony a elektrony se houfně spojovaly. To mělo však závažný důsledek: prakticky všechny elektrony se uklidily do atomů a látka v podobě částic již nepředstavovala pro fotony žádnou významnější překážku jako až do té doby. Látka rázem zprůhledněla a ničím nezadržova-né záření se osamostatnilo, začalo žít svým vlastním životem.

Tyto fotony jsou tedy pozůstatkem -- reliktem -- horké fáze vývoje vesmíru. Podávají nám nezkreslenou informaci o stavu našeho světa několik set tisíc let po velkém třesku. Objev Arno Penziase a Roberta Wilsona byl velkým objevem a plným právem se oběma v roce 1978 dostalo Nobelovy ceny za fyziku; George Gamow se této pocty už nedožil.

 

Ilustrační foto...

Ze všech příběhů, které se váží k radioastronomii a jež jsem zde prezentoval, je doufám patrné dost zásadní poučení: nové, závažné objevy přicháze-jí jen tehdy, snažíme-li se poznávat svět kolem nás novými přístroji a postupy. Ne vždy musí jít o nákladné projekty, i když ušetřit na nových přístrojích asi nelze.

Uveďme si jako příklad budoucích aparatur, které se mohou postarat o první velké objevy 21. století, dva radioastronomické projekty. Prvním je projekt ALMA (Atacama Large Millimeter Array). Země sdružené v organi-zaci Jižní evropská observatoř (ESO), USA a Japonsko budují v chilské poušti Atacama komplex několika velkých radioastronomických přístrojů: Evropané tzv. Large Southern Array, Američané Millimeter Array a Japonci zřejmě Large Millimeter and Submillimeter Array. Budou to největší pozemní radioastronomické přístroje, které spolu s kosmickým teleskopem další generace zahájí novou éru astronomického výzkumu. Do provozu budou přístro-je uvedeny zřejmě na konci tohoto desetiletí.

Druhý velký projekt patří do kategorie kosmických projektů: Evropská kosmická agentura ESA připravuje vypuštění družice Planck, která má nebývalým způsobem zpřesnit měření reliktního záření. Zjišťování rozdílů teploty řádu 10-5 K ve zdánlivě izotropním rozdělení tohoto záření je totiž pravým klíčem k pochopení procesů v raném vesmíru i struktury vesmíru dnešního. Není divu, že astronomové a kosmologové na tento výsledek již netrpělivě čekají.

Nemusíme se hned považovat za futurology, když nyní řekneme, že tyto a další radioastronomické projekty přinesou již brzo natolik zajímavá zjištění, že poslouží i nám k přípravě nových příběhů, které budou sice často dost složité, nepravděpodobné, ale také zajímavé a určitě ne vymyšlené. A v tom je zajisté jejich největší kouzlo.

 

(konec)

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
Instantní galerie 22 – kometa C/2006 P1
Ilustrační foto...
Jak staré jsou prstence Saturnu?
Ilustrační foto...
Rádio IAN: Žeň objevů 1999
Ilustrační foto...
Výprava do 21. století (část první)
Ilustrační foto...
Posádka ISS provede další výstup do volného p
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