Nová okna do vesmíru
Od loňského léta pracují v blízkosti takzvaného Lagrangeova bodu L2 soustavy Země-Slunce dvě významné evropské sondy - Planck a Herschel. První z nich nahlíží do časů raného vesmíru. Druhá je největším dalekohledem, jaký kdy pozemští technici sestrojili a vypustili do kosmu. Kolem Země navíc od prosince obíhá i další nový dalekohled, tentokrát americké provenience - malý, ale užitečný WISE. Co od těchto sond vědci očekávají? Opravdu toho není málo.
Sondy Evropské kosmické agentury Planck a Herschel odstartovaly 14. května 2009 z kosmodromu Kourou ve Francouzské Guyaně na severu Jižní Ameriky. Jejich další cestu popisuje astrofyzik Petr Kulhánek z Fakulty elektrotechnické ČVUT v Praze .
Obě sondy vynesla na oběžnou dráhu raketa Ariane, což je v tuto chvíli vůbec nejspolehlivější nosič, zhruba za půl hodiny. Pak byl uvolněn nejprve Herschel a poté Planck a obě sondy se vydaly do takzvaného Lagrangeova bodu L2 soustavy Slunce-Země. Tento bod je 1,5 milionu kilometrů za Zemí směrem od Slunce a právě tam byly obě sondy umístěny. Ta cesta trvá zhruba dva měsíce, takže se tam dostaly koncem června.
Co je Lagrangeův bod za místo, a proč je pro astronomy výhodné umisťovat do něj sondy, když se nachází tak daleko od Země?
Lagrangeův bod je takové místo u soustavy dvou těles, ve kterém na sondu nepůsobí žádné síly. To znamená, že se v něm vyrovnávají gravitační síly od obou těles a také síly odstředivé od oběhu kolem těchto těles. Lagrangeových bodů je v každé soustavě dvou těles celkem pět, označují se písmenky L1 až L5. Pro umisťování sond se nejčastěji používá Lagrangeův bod L2.
Jaké úkoly sondy plní a nebo teprve budou plnit a jak dlouho by měly zůstat aktivní? Začněme třeba sondou Planck.
Sonda Planck je primárně určena pro výzkum reliktního záření. Je to zatím nejcitlivější sonda, jakou lidstvo mělo. Reliktní záření se dosud zkoumalo dvěma sondami - první byla americká sonda Cobe, druhá byla sonda Wilkinson Microwave Anisotropy Probe, také americká. Planck je první evropská sonda. Oproti té poslední americké sondě má desetkrát vyšší citlivost, co se týče teplotního rozlišení a zhruba dvakrát větší citlivost, co se týče úhlového rozlišení. Hlavní náplní sondy Planck je výzkum reliktního záření, což je záření z konce velkého třesku, kdy se vesmír ochladil natolik, že vznikaly atomární obaly. V tu chvíli to prvopočáteční horké období plazmatické koule skončilo a vesmír se stal neutrální. Elektromagnetické záření se v neutrálním světě může pohybovat bez zastávky, oddělí se od látky a toto záření dnes sledujeme sondami, jako je Planck.
Jaký význam má podobný výzkum?
To záření je nesmírně důležité pro fyziku a astronomii, protože v sobě nese informaci o raném vesmíru, o období zhruba 400 tisíc let po jeho vzniku. Dají se tam nalézt první struktury, které tady už byly tenkrát a později se vyvinuly v dnešní galaxie a kupy galaxií. Sonda Planck má zrcadlo o průměru zhruba 1,5 metru. Samozřejmě, jestliže má měřit reliktní záření v té mikrovlnné oblasti - maximum má na jednom milimetru - tak musí být dokonale chlazená. To znamená, že ohnisko musí být vychlazené na jednu desetinu stupně nad absolutní nulou. To se skutečně podařilo zhruba 14 dní po přílet do Lagrangeova bodu L2, kdy byla sonda připravena k prvním experimentům.
První testy sondy proběhly v červenci roku 2009. Jak dopadly?
Ukázalo se neuvěřitelné - sonda oskenovala první pás oblohy o šířce 15 stupňů a zjistilo se, že veškerá data jsou naprosto dokonalá. Sonda dokonce měřila s vyšší citlivostí, než se předpokládalo. Ten první testovací pás měl původně sloužit k tomu, aby se přístroje sondy nastavily na správné hodnoty a aby se nastavil přenos. Všechno ale fungovalo nad očekávání dobře, takže se i ten první pás mohl vzít už jako součást té radiové přehlídky oblohy. Celá ta přehlídka trvá několik měsíců a budou provedeny dvě. S přehlídkami, ve kterých se pak vyhledávají různé fluktuace reliktního záření, se dělají matematická kouzla, kdy se rozkládá obraz do jednotlivých harmonických a z nich se dají získat takové informace, jako například, jak je vesmír starý, kolik je v něm temné energie a všichni doufají, že se zjistí i takzvaná vztahová rovnice temné energie, ze které se dá určit, co vlastně temná energie je. Je to jakási entita, která rozfukuje vesmír, ale její skutečnou podstatu do této chvíle neznáme. Zjistit ji by měl být jeden z hlavních úkol sondy Planck.
Kolik tato sonda stála a jak dlouho by měla fungovat?
Celý vývoj sondy Planck byl relativně drahý. Stála zhruba 600 milionů euro, což je na sondy docela hodně. Běžně se sondy vyrábějí za nějakých sto milionů euro. Celková doba její činnosti by měla být 15 měsíců. Za tu dobu stihne udělat dvě kompletní přehlídky oblohy a tedy dvě mapy fluktuací reliktního záření.
Zatímco sonda Planck hledá fluktuace čili nepravidelnosti ve zbytkovém záření, které pochází z pravěku vesmíru, Herschelova vesmírná observatoř, jak zní oficiální název druhé evropské sondy o které dnes hovoříme, má úplně jiné úkoly. Její uvedení do provozu nebylo ani zdaleka tak snadné, jako u sondy Planck. Dalekohled Herschel brzy pořídil první zkušební snímky, vzápětí však přestal pracovat jeden z jeho hlavních přístrojů, spektrometr s vysokým rozlišením. Sice se ho na dálku podařilo opravit, ale úspěšně oživen byl až letos v lednu. Povídání o Herschelově vesmírné observatoři začněme základními údaji...
K Hubbleovu teleskopu bylo možné pořádat různé mise, které ho opravovaly a vylepšovaly. Hubbleův teleskop se ovšem nachází na oběžné dráze kolem Země; Herschelova vesmírná observatoř pracuje podstatně dál, jeden a půl milionu kilometrů od Země. To je dost z ruky pro nějaké servisní mise s přímou účastí pozemských techniků. Na žádné opravy ani vylepšování proto u této sondy v budoucnu nedojde.
Jak už jsme říkali na začátku, na konci loňského roku se do vesmíru dostal ještě další dalekohled - americká astronomická družice WISE.
O sondě Planck a dalekohledech Herschel a WISE hovořil astrofyzik Petr Kulhánek z Fakulty elektrotechnické ČVUT v Praze. Nejde o jediné dalekohledy v kosmu... Do hlubin vesmíru dnes z nejrůznějších oběžných drah a pozic nahlíží také Hubbleův teleskop, Spitzerův vesmírný dalekohled, vědecká družice Kepler, rentgenová observatoř Chandra, družice INTEGRAL a některé další přístroje. Vesmír nám díky nim odhalil mnohá tajemství. Pořád jich ale ještě spousta zbývá.
Vysíláno v Planetáriu č. 07/2010, 13. - 19. února.
Přepis: NEWTON Media, a.s.
Kompletní rozhovor si poslechněte ZDE (13:59).
