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

Rádio IAN: Fotonů jako šafránu -- díl první

... aneb astronomie záření gama. Záznam přednášky z Ostravského astronomického víkendu 30. září 2001.

první část (43 min, 10 MB)

druhá část (45 min, 11 MB)

Záření gama představuje velmi rozsáhlý výsek spektra elektromagnetického záření nejvyšších známých energií. Radioastronomie překlene včetně mikrovlnného záření stěží 5 řádů energií fotonů resp. vlnových délek; infračervená astronomie včetně submilimetrového pásma 3 řády; optická astronomie sotva půl řádu; ultrafialová astronomie 2 řády, podobně jako astronomie rentgenová. Naproti tomu astronomie záření gama zahrnuje už v současné době 8 řádů a není vyloučeno, že se postupem doby tento rozsah ještě zvětší.

Rozhraní mezi jednotlivými spektrálními okny není ovšem nijak ostré a určuje se dohodou. Pro naše účely postačí konstatování, že oblast tvrdého rentgenového záření končí přibližně u energií kolem 50 keV; vyšší energie fotonů již odpovídají měkkému záření gama, zatímco pásmo tvrdého záření gama začíná u energie 1 MeV a v současné době sahá díky pokroku pozorovacích technik až k energiím kolem 10 TeV. Ve fyzice záření gama se neuvádějí ani vlnové délky záření (formálně v rozsahu od 10-11 do 10-18 metrů) ani frekvence (formálně od 1020 Hz do 1027 Hz). Je též prakticky vyloučené, aby kosmické záření gama mělo tepelnou povahu -- z Planckova zákona totiž vyplývá, že příslušné černé těleso by muselo dosahovat teplot řádu GK až PK.

Teploty řádu GK se sice vyskytují v nitrech velmi hmotných hvězd těsně před výbuchem supernovy, ale rozpínající se viditelný povrch supernovy má vždy teplotu o mnoho řádů nižší, a jiné zdroje tepelného záření o tak vysoké teplotě si stěží umíme představit. Z toho plyne, že pokud vůbec přicházejí z kosmu fotony záření gama, jejich zdrojem jsou netepelné procesy.

 

Buzení záření gama v kosmu a jeho detekce na Zemi

Mezi netepelné procesy řadíme především ty, kdy se elektricky nabitá částice pohybuje zrychleně po šroubovici v silném magnetickém poli; tak pozorujeme při nižších rychlostech částic záření cyklotronové a při velmi vysokých (relativistických) rychlostech záření synchrotronové. Zdrojem spojitého záření gama však může být i tzv. inverzní Comptonův rozptyl, kdy nízkoenergetický foton získává energie po srážce s relativisticky rychlým elektronem. Spojité netepelné energetické záření však vzniká i tehdy, když je elektricky nabitá částice brzděna elektrickým či magnetickým polem. Kromě toho lze pozorovat i čárové spektrum gama, kdy příslušné spektrální čáry vznikají přechody mezi energetickými hladinami vzbuzených (excitovaných) atomových jader. Navíc lze očekávat i pozorování anihilace elektronů s pozitrony, což odpovídá klidové energii čáry 511 keV.

Ve skutečnosti může být pozorovaná energie čar posunuta vlivem kosmologického červeného posuvu, anebo též gravitačního posuvu v intenzívním gravitačním poli zhroucených objektů. Samotné zachycení fotonů gama z kosmických zdrojů představuje obtížný technický úkol z několika důvodů. Především je nemožné, aby fotony záření gama prošly nerušeně zemskou atmosférou k povrchu; fotony záření gama se vinou své velké energie nutně srážejí s atomy a molekulami -- nedostanou se hlouběji než do výšky asi 80 km nad zemí, nad níž je mohou přímo zaznamenat jedině sondážní rakety, anebo spíše umělé družice Země či kosmické sondy v hlubinách sluneční soustavy.

Jedině velmi energetické fotony kosmického záření lze nepřímo sledovat na Zemi, neboť při interakci s atmosférou vytvářejí kratičké záblesky Čerenkovova záření, které lze nakonec zaznamenat velkými světelnými teleskopy s citlivými fotonásobiči. Vlastními detektory byly zprvu Geigerovy-Műllerovy a později proporční čítače nebo scintilační detektory. Jelikož neexistuje žádný způsob, jak dopadající foton záření gama zobrazit nějakou optikou, je směrová rozlišovací schopnost detektorů záření gama velmi omezená. Většinou prostě zaznamenají každý dostatečně energetický foton, ať přiletí z libovolného směru. Jistou směrovost dosahují jedině sdružené detektory, kde lze zaznamenat posloupnost průletu fotonu gama více prvky téhož typu detektoru -- je přirozené, že směrová charakteristika takových teleskopů je velmi hrubá a činí obvykle několik úhlových stupňů. Přitom je třeba sestavit rozměrné a hmotné soustavy detektorů, což představuje problém pro rakety i družice nebo sondy, kde je větší hmotnost aparatury nevýhodná kvůli omezeným rozměrům a také nosnosti raket.

Ze zřejmých fyzikálních důvodů je též četnost fotonů záření gama v porovnání s počty fotonů nižších energií nízká a rychle klesá s rostoucí energií. Proto musí astronomie záření gama počítat každý jednotlivý foton, neboť je jich ještě méně než příslovečného šafránu. Citlivost aparatur se dá sice poněkud zvýšit větším rozměrem detektorů, ale tato cesta není příliš efektivní, jelikož prakticky ve stejném poměru roste i šum pozadí. Při sledování určitého kosmického zdroje záření gama se proto musí počítat s mimořádně dlouhými expozicemi, trvajícími desítky až stovky hodin, nezřídka však i celé měsíce! Není proto divu, že astronomie záření gama zůstala při postupném otvírání oken do vesmíru ve II. polovině XX. století hodně pozadu. První mimosluneční fotony gama zaznamenala až americká družice OSO-3 v roce 1967 a první přehlídku celé oblohy v pásmu gama vykonala až družice COS-B, vypuštěná ESA v roce 1975, jež fungovala až do roku 1982. Nesla na palubě detektory záření gama, pokrývající energetické pásmo 25 MeV až 1 GeV. Na základě pozorování z této družice byl sestaven první katalog diskrétních zdrojů, označovaný zkratkou 2GC, k níž se připojují galaktické souřadnice objektu.

Od poloviny 90. let přibyla k specializovaným družicím a sondám s detektory záření gama také pozemní zařízení, využívající buď kratičkých Čerenkovových záblesků při průletu spršek sekundárních energetických fotonů atmosférou, anebo velkoplošné scintilační detektory, rozmístěné na větší ploše vysoko nad mořem. Tak lze v principu odhalit nepřímo primární fotony gama s energiemi vyššími než 0,25 TeV, neboť tak energetické primární fotony produkují v nízké atmosféře dostatečně intenzívní sekundární spršky. Francouzi tak upravili zrcadla pro někdejší sluneční pec v Pyrenejích v nadmořské výšce 1650 m n.m. na astronomický detektor záření gama pod názvem Thémistocle. Skládá se z 18 čítačů Čerenkovova záření, které zaznamenávají kosmické fotony s energií nad 3 TeV. USA vybudovali výkonnou aparaturu MILAGRO poblíž Los Alamos, kde zaznamenávají Čerenkovovy záblesky ve vodní nádrži pomocí 670 fotonásobičů, což dává naději na přehlídku oblohy v pásmu nad 1 TeV. Velmi úspěšná je též aparatura HEGRA na Kanárských ostrovech, tvořená nádobami s vodou, v nichž se zaznamenávají spršky sekundárních částic rovněž díky Čerenkovovým zábleskům.

(dokončení příště)

Jiří Grygar

| Zdroj: Ostravský astronomický víkend pořádala Hvězdárna a planetárium Johanna Palisy v Ostravě. Uveřejňujeme s laskavým svolením pracovníků hvězdárny i autora. Na přípravě mp3 záznamu spolupracoval Tomáš Havlík. 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 7
Ilustrační foto...
Diamantový prach 2
Ilustrační foto...
Jak vypadá ufo?
Ilustrační foto...
Obloha v září
Ilustrační foto...
Den kdy svět slyšel zprávu TASSu
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