Jak se vyvíjela technická stránka teleskopů? A jak velké jsou dnes ty největší z nich? Lidská dovednost se nezastaví před žádnou překážkou. O dnešních i dřívějších teleskopech ...
Na nočním nebi obou polokoulí můžeme sledovat neozbrojeným okem kolem 6000 hvězd. Je to málo, nebo hodně?
V dnešní době není pozorování hvězd zrovna snadnou záležitostí. Na vině jsou rušivé, téměř všudy přítomné zdroje světla. Optimální podmínky nacházíme jen daleko od velkých měst nebo silně obydlených oblastí. Nejslabší hvězdy, které se dají dobře pozorovat pouhým okem, mají zhruba 6. hvězdnou velikost.
Hvězdná velikost (jinak nazývaná zdánlivá magnituda, která se označuje symbolem mag nebo m) udává jasnost objektu (světelného zdroje) na obloze. Její hodnota představuje zdánlivou, tedy subjektivně vnímanou nebo přístrojem detekovanou, jasnost hvězdy. Hvězdy na obloze dělíme historicky od nejjasnějších, které jsou označeny 1. mag, po nejslabší s 6. magnitudou.
Rozdíl jasnosti o 1 magnitudu odpovídá poměru 2,512:1. Hvězdy lišící se o 5 magnitud mají vzájemný poměr jasností 1:100. Vyšší magnituda znamená nižší jasnost hvězdy.
Nejvzdálenější pozorované hvězdy se nacházejí zhruba ve vzdálenosti 7000 světelných let. Pro pozorování vzdálenějších hvězd musíme své oko ozbrojit optickým pomocníkem - teleskopem. Tyto přístroje slouží ke zvětšení blízkých objektů, mají ale hlavně zásluhu na tom, že pozorujeme větší množství objektů vzdálených.
Informace o vzdálených objektech získáváme díky světlu, které k nám vysílají. Fotony, které vznikly v dalekých hvězdách a musely překonat obrovské vesmírné vzdálenosti, dopadají do našeho oka nebo teleskopu a vytváří v nich odpovídající světelnou stopu. Díky tomu, že jsou umělé „oči“ teleskopů větší než lidské oko, mohou sbírat více světla (fotonů) a tím i více informací. Odhalí tak i slabší objekty, které jsou pro neozbrojené lidské oko nerozlišitelné.
Schema: teleskop zachycuje daleko více informací, než pouhé lidské oko.
Obrázek: By LehrerCN (Own work) [CC BY-SA 3.0 (http://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0)], via Wikimedia Commons, zdroj: https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/6/66/Galilei_telescope.svg, https://commons.wikimedia.org/wiki/File%3AGalilei_telescope.svg
Optické dalekohledy dostávaly postupem času větší a dokonalejší čočky, výroba ale záhy narazila na technické problémy.
Světelný signál, které čočka sbírá, totiž průchodem přes ni zároveň slábne. Čím větší čočku se pokusíme vyrobit, tím silnější musí být, aby byla dostatečně stabilní. Tím více následně oslabuje světlo, které přes ni prochází. U čoček větších než 1 metr už nepozorujeme další zlepšení viditelnosti vzdálených hvězd. Začnou u nich převažovat negativní následky silné vrstvy skla. Další zvětšování teleskopů muselo jít jinou cestou – využilo techniku, která je sice známa už od 17. století, ve velkém se pak začala používat až v 19. století.
Schema: Dva příklady zrcadlových teleskopů. Schematické znázornění sběru světelných paprsků pomocí zrcadel. Kromě těchto dvou typů existují i typy smíšené.
... se při velikostech kolem deseti metrů nepřihlásila pro změnu ke slovu další překážka, která je tentokrát téměř nepřekonatelná. Není technického rázu, je čistě fyzikální. Světlo vzdálených pozorovaných hvězd totiž nemusí projít jen sběrnou soustavou teleskopu (čočkou nebo soustavou zrcadel), musí především projít pozemskou atmosférou. Pohyb vzduchových vrstev v ní ale způsobuje mihotání a rozostření signálu. Vzdálený signál, který by mohla zachytit větší a větší zrcadla, bude neodvolatelně degradovat. Ani větší počet zrcadel proto už nepřinese lepší výsledek.
Skutečným převratem se stalo uplatnění z tzv. „adaptivní optiky“. Do věci se vkládá počítačová technika. Bere si na pomoc laserový paprsek, kterým „proměří“ aktuální stav atmosféry. Počítač pak předává signál na pohyblivou vrstvu zrcadla, která se podle potřeby deformuje a chvění atmosféry „dorovná“. Mikroskopické pohyby zrcadlové vrstvy, které často trvají jen tisícinu vteřiny, tak umožnily další technickou revoluci – rozměry dnešních teleskopů už opravdu nemají žádné hranice.
Jeden takový superteleskop právě vzniká v rámci ESO (evropská jižní observatoř) projektu „EELT“ na náhorní planině Paranal v Chile. Extremly Large Telescope (EELT) bude mít v průměru 39 metrů a po svém dokončení se pravděpodobně postará o podobnou revoluci, jakou vyvolal před několika staletími první galileův optický teleskop. Bude se mimo jiné podílet na hledání malých kamenných exoplanet, které mají podobnou strukturu jako Země, i na průzkum nejstarších a nejvzdálenějších galaxií, které vznikly brzy po Velkém Třesku.
Obrázek: EELT (European Extremely Large Telescope), který vyrůstá v Chile. Jeho zrcadlo je složeno ze 798 menších zrcadel. Využívá adaptivní optiku. Do provozu bude uveden plánovaně v roce 2024.
Zdroj: http://www.eso.org/public/germany/images/elt_8_cc/
Obrázek: Systém zrcadel EELT, celkový průměr bude 39 metrů.
Zdroj: http://www.eso.org/public/germany/images/eelt-5345/
Obrázek: Porovnání velikostí nejdůležitějších teleskopů. EELT je vpravo-uprostřed.
Autor: Cmglee (Own work iThe source code of this SVG is valid.) [CC BY-SA 3.0 (http://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0) or GFDL (http://www.gnu.org/copyleft/fdl.html)], via Wikimedia
Zdroj: https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/c/c5/Comparison_optical_telescope_primary_mirrors.svg
Za posledních 400 let udělala věda a technika obrovský pokrok. Rozměry dnešních teleskopů, a tím i hranice našich možností, už nejsou ovlivněny nedokonalostí naší techniky.
O jejich rozměrech ode dneška rozhodují už jen finance – a politika.
Doufejme, že se tato poslední překážka, která se staví do cesty pohledu do vesmíru,
neukáže být nepřekonatelnou.
Na nočním nebi obou polokoulí můžeme sledovat neozbrojeným okem kolem 6000 hvězd. Je to málo, nebo hodně?
V dnešní době není pozorování hvězd zrovna snadnou záležitostí. Na vině jsou rušivé, téměř všudy přítomné zdroje světla. Optimální podmínky nacházíme jen daleko od velkých měst nebo silně obydlených oblastí. Nejslabší hvězdy, které se dají dobře pozorovat pouhým okem, mají zhruba 6. hvězdnou velikost.
Hvězdná velikost (jinak nazývaná zdánlivá magnituda, která se označuje symbolem mag nebo m) udává jasnost objektu (světelného zdroje) na obloze. Její hodnota představuje zdánlivou, tedy subjektivně vnímanou nebo přístrojem detekovanou, jasnost hvězdy. Hvězdy na obloze dělíme historicky od nejjasnějších, které jsou označeny 1. mag, po nejslabší s 6. magnitudou.
Rozdíl jasnosti o 1 magnitudu odpovídá poměru 2,512:1. Hvězdy lišící se o 5 magnitud mají vzájemný poměr jasností 1:100. Vyšší magnituda znamená nižší jasnost hvězdy.
Nejvzdálenější pozorované hvězdy se nacházejí zhruba ve vzdálenosti 7000 světelných let. Pro pozorování vzdálenějších hvězd musíme své oko ozbrojit optickým pomocníkem - teleskopem. Tyto přístroje slouží ke zvětšení blízkých objektů, mají ale hlavně zásluhu na tom, že pozorujeme větší množství objektů vzdálených.
Informace o vzdálených objektech získáváme díky světlu, které k nám vysílají. Fotony, které vznikly v dalekých hvězdách a musely překonat obrovské vesmírné vzdálenosti, dopadají do našeho oka nebo teleskopu a vytváří v nich odpovídající světelnou stopu. Díky tomu, že jsou umělé „oči“ teleskopů větší než lidské oko, mohou sbírat více světla (fotonů) a tím i více informací. Odhalí tak i slabší objekty, které jsou pro neozbrojené lidské oko nerozlišitelné.
Refraktor – optický dalekohled
První teleskop vyrobil Galileo Galilei na začátku 17. století. Jeho vlastnoručně broušená čočka měla průměr jen několik centimetrů, přesto způsobil malou revoluci a zprostředkoval úplně nový pohled na vesmír.
Obrázek: By LehrerCN (Own work) [CC BY-SA 3.0 (http://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0)], via Wikimedia Commons, zdroj: https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/6/66/Galilei_telescope.svg, https://commons.wikimedia.org/wiki/File%3AGalilei_telescope.svg
Optické dalekohledy dostávaly postupem času větší a dokonalejší čočky, výroba ale záhy narazila na technické problémy.
Světelný signál, které čočka sbírá, totiž průchodem přes ni zároveň slábne. Čím větší čočku se pokusíme vyrobit, tím silnější musí být, aby byla dostatečně stabilní. Tím více následně oslabuje světlo, které přes ni prochází. U čoček větších než 1 metr už nepozorujeme další zlepšení viditelnosti vzdálených hvězd. Začnou u nich převažovat negativní následky silné vrstvy skla. Další zvětšování teleskopů muselo jít jinou cestou – využilo techniku, která je sice známa už od 17. století, ve velkém se pak začala používat až v 19. století.
Reflektor – zrcadlový teleskop
Světelný paprsek v něm nemusí procházet skleněnou čočkou. Namísto toho je odražen od tzv. „zrcadla“, uvnitř tubusu. Díky tomu, že se dá zrcadlo ze zadní strany podepřít, je stabilnější. Zrcadla těchto teleskopů běžně dosahují několika metrů. U těch největších z nich se ale opět vynořily technické problémy. I jejich zrcadla se bortí pod vlastní vahou, i když se to projevuje při daleko větších rozměrech, než u optické čočky.Děje se to zhruba od pěti metrů průměru zrcadla.
Segmentované teleskopy
Jakým způsobem vylepšit teleskop, který narazil na hranici možností použité techniky? Řešením se se stala tzv. „segmentace“. Její princip spočívá v tom, že není nutné, vyrábět zrcadlo z jednoho kusu materiálu. Jak se ukázalo, stejně dobře poslouží několik menších, vzájemně propojených zrcadel. Teoreticky bychom tak mohli vytvořit neomezeně velkou sběrnou plochu teleskopu, kdyby ...... se při velikostech kolem deseti metrů nepřihlásila pro změnu ke slovu další překážka, která je tentokrát téměř nepřekonatelná. Není technického rázu, je čistě fyzikální. Světlo vzdálených pozorovaných hvězd totiž nemusí projít jen sběrnou soustavou teleskopu (čočkou nebo soustavou zrcadel), musí především projít pozemskou atmosférou. Pohyb vzduchových vrstev v ní ale způsobuje mihotání a rozostření signálu. Vzdálený signál, který by mohla zachytit větší a větší zrcadla, bude neodvolatelně degradovat. Ani větší počet zrcadel proto už nepřinese lepší výsledek.
Adaptivní optika
Jak si poradit s negativním vlivem naší atmosféry? Její vlastnosti se nedají ovlivnit, dají se ale obejít. Jednou z možností je přenos celého teleskopu na oběžnou dráhu kolem Země. I když je tato varianta technicky uskutečnitelná, má citlivé nedostatky. Doprava teleskopu na oběžnou dráhu není zrovna levná záležitost. A jeho opravy a obsluha, jak ukázal například Hubbleův telekop, jsou pak technicky velice náročné.Skutečným převratem se stalo uplatnění z tzv. „adaptivní optiky“. Do věci se vkládá počítačová technika. Bere si na pomoc laserový paprsek, kterým „proměří“ aktuální stav atmosféry. Počítač pak předává signál na pohyblivou vrstvu zrcadla, která se podle potřeby deformuje a chvění atmosféry „dorovná“. Mikroskopické pohyby zrcadlové vrstvy, které často trvají jen tisícinu vteřiny, tak umožnily další technickou revoluci – rozměry dnešních teleskopů už opravdu nemají žádné hranice.
Jeden takový superteleskop právě vzniká v rámci ESO (evropská jižní observatoř) projektu „EELT“ na náhorní planině Paranal v Chile. Extremly Large Telescope (EELT) bude mít v průměru 39 metrů a po svém dokončení se pravděpodobně postará o podobnou revoluci, jakou vyvolal před několika staletími první galileův optický teleskop. Bude se mimo jiné podílet na hledání malých kamenných exoplanet, které mají podobnou strukturu jako Země, i na průzkum nejstarších a nejvzdálenějších galaxií, které vznikly brzy po Velkém Třesku.
Zdroj: http://www.eso.org/public/germany/images/elt_8_cc/
Zdroj: http://www.eso.org/public/germany/images/eelt-5345/
Autor: Cmglee (Own work iThe source code of this SVG is valid.) [CC BY-SA 3.0 (http://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0) or GFDL (http://www.gnu.org/copyleft/fdl.html)], via Wikimedia
Zdroj: https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/c/c5/Comparison_optical_telescope_primary_mirrors.svg
Za posledních 400 let udělala věda a technika obrovský pokrok. Rozměry dnešních teleskopů, a tím i hranice našich možností, už nejsou ovlivněny nedokonalostí naší techniky.
O jejich rozměrech ode dneška rozhodují už jen finance – a politika.
Doufejme, že se tato poslední překážka, která se staví do cesty pohledu do vesmíru,
neukáže být nepřekonatelnou.
Žádné komentáře:
Okomentovat