„Kozmické stroje času“: Ako vesmírne teleskopy zmenili našu schopnosť porozumieť vesmíru

NETKY.SK • 12 Február 2024, 14:33 • 2 min
„Kozmické stroje času“: Ako vesmírne teleskopy zmenili našu schopnosť porozumieť vesmíru

Na titulnej fotografii tzv. Champagne supernova - hmlovina v mimoriadnych detailoch, na fotografii vytvorenej spojením viditeľného svetla a iných údajov z niekoľkých ďalších ďalekohľadov, medzi nimi napríklad aj Hubbleovho teleskopu.

slovakia

left justify in out

Ak vás niekedy uchvátila fotografia vesmíru, je celkom isté, že bola zhotovená v nejakého kozmického telesa. To nie je žiadnym prekvapením, ak hovoríme o planétach našej vlastnej slnečnej sústavy, kde sondy od 60. rokov 20. storočia posielajú veľkolepé zábery. Ale čo všetky tie hmloviny, hviezdokopy a galaxie, ktoré sú oveľa ďalej? Pre ohromujúcu astrofotografiu nič neprekoná Hubblov vesmírny teleskop NASA alebo jeho nového obrovského nástupcu, vesmírny teleskop Jamesa Webba (JWST). Nazývajú sa vesmírne teleskopy nielen preto, že pozorujú vesmír, ale aj preto, že sa nachádzajú vo vesmíre.

 

Napríklad JWST je asi 930 000 míľ (1,5 milióna kilometrov) ďaleko – približne štyrikrát tak ďaleko ako Mesiac a dostatočne ďaleko na to, aby k nemu rádiové signály vysielané zo Zeme, ktoré sa šíria rýchlosťou svetla, dorazili asi päť sekúnd. Inými slovami, JWST je od Zeme vzdialený asi päť svetelných sekúnd. Mnohé z galaxií, ktoré odfotografoval, sú však vzdialené stovky miliónov alebo dokonca miliardy svetelných rokov. Je zrejmé, že dôvod na lokalizáciu JWST a Hubbleovho teleskopu pred ním vo vesmíre nemá nič spoločné so získavaním detailných obrázkov. Nie sú bližšie k objektom, ktoré sledujú, ako ďalekohľady tu na Zemi. Prečo teda astronómovia vynakladajú všetky problémy a náklady spojené s umiestnením teleskopov do vesmíru?

 

Nad atmosférou

Jedným z dôvodov je získať jasnejší pohľad. Je zrejmé, že vesmírny teleskop nebude obťažovať mrak alebo opar, ale je tu ďalší atmosférický efekt, ktorý je tu na Zemi taký známy, že ho považujeme za samozrejmosť. Je to spôsob, akým hviezdy blikajú, namiesto toho, aby sa javili ako stabilné body svetla. Stáva sa to preto, že lúče hviezdneho svetla sú neustále otrasené atmosférickými turbulenciami a to znamená, že bez ohľadu na to, aký dobrý je teleskop teoreticky, nikdy nemôže vytvoriť dokonale ostrý obraz, ak sa nachádza na zemskom povrchu. Myšlienku vypustenia teleskopu do vesmíru na obídenie tohto problému prvýkrát navrhol americký fyzik Lyman Spitzer v roku 1946.

To, samozrejme, bolo dávno predtým, ako sa vesmírne lety stali praktickou realitou. Až v roku 1990, po dlhom lobovaní astronómov, NASA konečne vypustila Hubble na obežnú dráhu. Pokiaľ ide o dizajn, je porovnateľný so stredne veľkým pozemným teleskopom, ale vďaka jedinečnému výhodnému bodu na obežnej dráhe je oveľa výkonnejší ako ktorýkoľvek nástroj na zemskom povrchu.

 

Najzrejmejším dôsledkom bol prúd nádherných plnofarebných obrázkov, ktoré všetci poznáme, ale – možno prekvapivo – tieto majú len veľmi málo spoločného s hlavným poslaním Hubbleovho teleskopu. Sú v podstate „dosahom“, ktorého cieľom je priniesť divy astronómie domov širokej verejnosti a dúfajme, že inšpirujú nové generácie študentov, aby sa venovali kariére vo fyzikálnych vedách. Akokoľvek je to dôležité, je to len vedľajšia téma k hlavnému účelu Hubbleovho teleskopu, ktorým je špičková veda. V priebehu troch desaťročí boli jeho zistenia zaznamenané vo viac ako 20 000 recenzovaných vedeckých prácach, z ktorých mnohé boli bez akýchkoľvek fotografických obrázkov. Pre astronómov sú veľmi presné merania – napríklad intenzity svetla alebo chemických spektier – najdôležitejšou vecou a práve na to je hardvér Hubbleovho teleskopu na zber údajov skutočne navrhnutý.

 

Ultra dlhé expozície

Atmosféra má okrem rozmazania astronomických snímok ešte jeden škodlivý vplyv. Fenomén „Skyglow“ alebo rozptyl svetla v atmosfére znamená, že sa nikdy úplne nestmaví, čo obmedzuje schopnosť pozemských teleskopov vidieť extrémne slabé objekty. Vo vesmíre je však obloha v pozadí úplne čierna, vďaka čomu je možné rozoznať aj tie najslabšie objekty pri dostatočne dlhej expozícii.

V prípade Hubbleovho teleskopu sa jeho fotografie s najdlhšou expozíciounasnímané opakovaným namierením na tú istú časť oblohy a sčítaním výsledku počas mnohých dní – nazývajú snímky „hlbokého poľa“, pretože sondujú oveľa hlbšie do vesmíru než ktorékoľvek pozemské. teleskop mohol. A pretože svetlo sa pohybuje konečnou rýchlosťou, snímky s hlbokým poľom sa tiež zameriavajú hlbšie do minulosti. Zjednodušene povedané, čím je objekt ďalej, tým skôr sa jeho svetlo vydalo na cestu k nám.

 

To robí z Hubbleovho teleskopu niečo ako kozmický stroj času, pričom jeho najhlbšie snímky z hlbokého poľa prenikajú cez 97 % 13,8 miliardy rokov života vesmíru, aby nám ukázali, ako to vyzeralo len 400 miliónov rokov po veľkom tresku. A to je len začiatok; astronómovia dúfajú, že JWST uvidí ešte ďalej, až po vznik úplne prvých hviezd a galaxií.

 

Hľadanie exoplanét

Spomedzi mnohých vedeckých cieľov, ktoré sledujú dnešní astronómovia, niektoré dokážu rovnako fascinovať širokú verejnosť. Jedným príkladom je skúmanie zrodu vesmíru, ako to robia snímky z hlbokého poľa z Hubbleovho teleskopu, a ďalším je hľadanie mimozemského života. Ak hovoríme o živote v porovnateľnom štádiu zložitosti ako my, potom je veľmi nepravdepodobné, že ho nájdeme tu v našej vlastnej slnečnej sústave; naozaj sa musíme pozrieť na exoplanéty, obiehajúce okolo iných hviezd ako je naše vlastné slnko. Ukazuje sa, že toto je ďalšia oblasť, v ktorej majú vesmírne teleskopy obrovské výhody oproti pozemským modelom.

 

Existuje niekoľko spôsobov, ako objaviť nové exoplanéty, ale je tu jeden konkrétny, ktorý sa dá urobiť v priemyselnom meradle – ak použijete špeciálne navrhnutý vesmírny teleskop. Nazýva sa to „metóda tranzitu“ a využíva skutočnosť, že keď planéta obiehajúca vzdialenú hviezdu z našej perspektívy prejde cez tvár tejto hviezdy, potom bude malá časť svetla hviezdy zablokovaná. Aby astronómovia odhalili planétu, musia len sledovať tento charakteristický pokles jasu. Zatiaľ je všetko dobré; sledovanie jasnosti hviezdy v čase – jej „svetelná krivka“ – je zaužívanou súčasťou astronómie. Tradične sa však používa na hľadanie relatívne veľkých a častých výkyvov, nie tých malých, ktoré môže tranzitujúca exoplanéta vyprodukovať raz za niekoľko rokov.

Aby sme mali nádej na úspech, musíme monitorovať tisíce svetelných kriviek súčasne – a nepretržite po dobu niekoľkých rokov – hľadať poklesy jasu len o niekoľko častí na milión. Toto je obrovská inžinierska výzva, ktorú možno v konečnom dôsledku dosiahnuť iba pomocou špeciálne navrhnutých vesmírnych teleskopov. Prvá z nich, Kepler od NASA, bola vypustená v roku 2009 a do konca svojej životnosti v roku 2018 objavila najmenej 2 700 nových exoplanét – viac ako dve tretiny všetkých vtedy známych. Následná misia NASA, družica na prieskum tranzitných exoplanet, sa pripravuje na rovnako plodnú.

 

Mimo viditeľného spektra

Vlnové dĺžky svetla, ktoré naše oči môžu vidieť, pokrývajú malú časť celého rozsahu elektromagnetických (EM) vĺn, analogicky s jedným klávesom v strede klaviatúry klavíra. Všetky tieto „neviditeľné“ vlnové dĺžky na oboch stranách viditeľného vlnového pásma nesú informácie potenciálne zaujímavé pre astronómov, ale mnohým z nich sa nedarí dostať sa cez zemskú atmosféru (jeden z dôvodov, prečo sa naše oči vyvinuli, aby používali také úzke spektrum).

 

Vo svojom prorockom článku z roku 1946 Spitzer poukázal na to, že umiestnenie teleskopu do vesmíru by otvorilo tie časti EM spektra, ktoré sú normálne zatienené atmosférou. V skutočnosti sa niektoré z prvých vesmírnych teleskopov, desaťročia pred Hubbleom, sústredili na pásma kratších vlnových dĺžok, ako je ultrafialové a röntgenové žiarenie. Pri dlhších vlnových dĺžkach je infračervené žiarenie obzvlášť užitočné na prenikanie do oblakov prachu obklopujúcich oblasti tvorby hviezd a na pozorovanie slabých, chladných objektov, ako sú exoplanéty – a nie je náhoda, že pokrytie JWST siaha z viditeľného pásma až do tejto časti spektra.

 

Dokonca aj vlnové dĺžky, ktoré dosahujú zemský povrch, ako napríklad rádio, môžu byť niekedy ľahšie pozorovateľné z vesmíru. Dobrým príkladom je kozmické mikrovlnné pozadie – prvotné žiarenie, ktoré preniklo vesmírom asi 380 000 rokov po veľkom tresku. Je taký slabý, že sa ho pozemské teleskopy snažia odhaliť proti konkurencii zo zdrojov podobných vlnových dĺžok vytvorených ľuďmi, ako sú mobilné telefóny a wifi – ale vesmírne teleskopy ako Planck z Európskej vesmírnej agentúry (Esa) to podrobne zmapovali.

 

Budúcnosť

Od veľkého tresku po exoplanéty, vesmírne teleskopy zohrali kľúčovú úlohu pri budovaní nášho súčasného chápania vesmíru. Ale pri každom objave sú nové otázky, na ktoré treba odpovedať – takže astronómovia sa budú vždy dožadovať väčších a lepších vesmírnych teleskopov. Medzi nedávnych účastníkov v tejto oblasti patrí Esa's Euclid, ktorý bol spustený minulý rok a práve sa pustil do ambicióznej úlohy zmapovať distribúciu miliárd galaxií do vzdialenosti 10 miliárd svetelných rokov v snahe odhaliť tajomstvá temnej energie (energie v prázdnom priestore, ktorý spôsobuje zrýchlenie rozpínajúceho sa vesmíru) a temnú hmotu (ktorá tvorí asi 85 % hmoty vesmíru).



twiterfacebooklinkedinwhatsapp

Za Netky.sk
Marek Nemček
Zdroj: The Guardian / Andrew May, Foto: Space Telescope Science Institute Office of Public Outreach / Nasa, ESA, NRAO/AUI/NSF, and G Dubner (University of Buenos Aires)

Netky
JAR JE TU O
00 DNÍ 00 HODÍN 00 MINÚT 00 SEKÚND
logo
Copyright © 2023 PetsoftMedia Inc.
Všetky práva sú vyhradené. Publikovanie alebo ďalšie šírenie správ, fotografií a video správ zo zdrojov TASR, SITA, taktiež z vlastnej autorskej tvorby, je bez predchádzajúceho písomného súhlasu porušením autorského zákona