RADIOTELESKOPY – I. část

Staletí byli lidé odkázáni při pozorování vesmíru pouze na viditelné světlo, na které je citlivé naše oko. Vesmír však „svítí“ rovněž v oboru ultrafialového, infračerveného, rentgenového a gama záření, ale také na rádiových vlnách, které astronomům poskytují informace o vzdálených hlubinách vesmíru. A možná jednou budou použity i při komunikaci s mimozemskými civilizacemi.

1) Zrod radioastronomie

Radioastronomie je poměrně mladé odvětví astronomie v porovnání s klasickou astronomií, studující vesmír ve viditelném světle. Přesto se významně podílí na celkovém počtu uskutečňovaných objevů, přičemž její výsledky jsou jinými druhy pozorování jen obtížně nahraditelné.

K objevu zdrojů rádiového záření ve vesmíru přispěla náhoda. Ve třicátých letech minulého století dostal mladý zaměstnanec Bellových laboratoří Karl Guthe Jansky (1905 - 1950) za úkol hledat příčiny poruch, které ohrožovaly dálkové rádiové spojení, jež se tehdy rychle rozšiřovalo díky rozvoji rozhlasu a radiotelegrafie. V roce 1932 si Karl Jansky postavil citlivou rámovou anténu, pracující na vlnové délce 14,6 m. O rok později s ní učinil kardinální objev. Zjistil, že intenzita rádiového šumu kolísá v periodě jednoho dne, přičemž se zdroj záření nachází v souhvězdí Střelce, tj. v centru naší Galaxie.

Radioastronomie má v porovnání s optickou astronomií řadu výhod. Především je mnohem méně závislá na počasí – dá se pozorovat i přes mlhu nebo silnou oblačnost. Radioteleskopy přitom dohlédnou dále do vesmíru než největší optické dalekohledy. To je dáno dobrou průzračností mezihvězdného i mezigalaktického prostředí v pásmu rádiových vln. Karl Jansky tak otevřel zcela nové okno k poznávání vesmíru a položil základní kámen nového oboru astronomie.

2) K čemu slouží radioteleskopy

Radioteleskopy se již nesmazatelně zapsaly do historie astronomie. Připomeňme si některá významná data. V roce 1967 se Jocelyn Bellová a Antony Hewishe zasloužili o objev prvního pulsaru. Ukázalo se, že se jedná o velmi rychle rotující neutronové hvězdy s extrémně silným magnetickým polem. Slovo pulsar je složenina, která vznikla ze dvou slov: „pulsating star“, tj. pulsující hvězda. V roce 1969 byl opticky identifikován asi nejznámější pulsar v Krabí mlhovině, který byl později ztotožněn s pozorovaným výbuchem supernovy v roce 1054. Byly nalezeny skoky v pomalu se prodlužujících periodách některých mladých pulsarů. V roce 1974 objevili Joseph Taylor a Russell Hulse první binární pulsar 1913+16. V roce 1982 byl nalezen první milisekundový pulsar PSR J1937+21, který se otočí kolem vlastní osy 642krát za sekundu. V roce 1992 byly u pulsaru PSR B1257+12 nepřímo detekovány obíhající exoplanety.

Vědci rovněž prohledávají pomocí obřích radioteleskopů hustá molekulová mračna v naší Galaxii. V mezihvězdném prostoru se snaží objevit složitější molekuly, které mohou být předzvěstí života. Každá molekula se projevuje na unikátní frekvenci, která v rádiovém oboru zanechá spektrální čáru –  „otisk prstu“ identifikující molekulu. Laboratorní testy pak odhalí, o jakou molekulu se jedná. Doposud bylo v mezihvězdném prostoru takto nalezeno víc než 160 různých organických molekul.

Vydatnými rádiovými zdroji jsou zbytky po explozích supernov; typickým důkazem je známá Krabí mlhovina v souhvězdí Býka. Rovněž některé typy galaxií vydávají velmi silné rádiové záření – například obří eliptická galaxie M 87 v souhvězdí Panny, kterou od Země dělí vzdálenost 55 miliónů světelných roků. Dalšími zdroji rádiového záření jsou tzv. kvasary (kvazi-stelární rádiové zdroje), což jsou velmi vzdálená jádra aktivních galaxií.

Kromě astronomických výzkumů jsou radioteleskopy využívány hojně ke komunikaci s kosmickými sondami či družicemi na oběžné dráze kolem Země, ale také například k naslouchání signálům mimozemských civilizací (i když zatím bez úspěchu). Několikrát byly využity rovněž k vyslání poselství, které by mohly zachytit případné vyspělé civilizace ve vesmíru.

K pasivnímu příjmu rádiového záření vesmírných objektů používáme tzv. radioteleskopy (s některými z nich se seznámíme v následujících kapitolách). Při výzkumu blízkých objektů (těles Sluneční soustavy) můžeme uplatnit rovněž metodu aktivního výzkumu. Prostřednictvím velké antény je k cílovému tělesu – například k Měsíci – vyslán úzký svazek záření, které se odrazí od povrchu zkoumaného tělesa a směřuje zpět do místa vyslání, přičemž v sobě nese informaci o charakteru povrchu, od kterého se odrazilo.

Obdobná zařízení, avšak ve zmenšené podobě, byla umístěna na některých kosmických sondách. Osvědčila se například při výzkumu povrchu Venuše, jejíž povrch je ukryt pod souvislou vrstvou husté oblačnosti, neproniknutelné ve viditelném světle. Radary byly umístěny na sovětských sondách Veněra 15 a 16 (v roce 1983) či na velmi úspěšné americké sondě Magellan (start v roce 1989), která zmapovala 98 % povrchu planety. Její radar pracoval na frekvenci 13,8 GHz. Pomocí pozemních radarů byla zkoumána planeta Merkur, Měsíc a některé planetky, které se přiblížily k Zemi. K těmto pozorováním je využíván především radioteleskop v Arecibu s anténou o průměru 305 m.

3) Největší radioteleskopy světa

V následující kapitole si představíme některé radioteleskopy, které se skládají z jedné (pohyblivé či nepohyblivé) antény. Protože takovýchto zařízení je hodně, zaměříme se pouze na ty největší a nejznámější.

Arecibo
Radioteleskop Arecibo byl postaven v roce 1963 v údolí, které vzniklo propadem krasové jeskyně. Průměr jeho hlavního zrcadla je 305 m. Obrovské zrcadlo teleskopu je složeno z více než 40 000 hliníkových segmentů o rozměrech 1 x 2 metry. Nad nimi se ve výšce 140 metrů tyčí plošina, zavěšená na 18 kabelech, napnutých mezi třemi obřími věžemi. Zespodu jsou na plošině umístěny antény, které přijímají signál z odrazné plochy zrcadla.

Radioteleskop pracuje na vlnové délce od 3 cm do 6 m. Na plošině je také připevněn planetární radar. Ten umožňuje vysílat úzký svazek k blízkým objektům Sluneční soustavy, od kterých se signál odrazí a vrátí zpět. To umožnilo například průzkum povrchu Venuše, Merkuru a Měsíce. Běžně se systém využívá při výzkumu tzv. blízkozemních planetek. V roce 1974 byl radioteleskop využit rovněž k vyslání poselství případným civilizacím v kulové hvězdokupě M 13 v souhvězdí Herkula.

RATAN
Radioteleskop RATAN-600 o průměru 576 metrů je situován ve výšce 970 m n. m. Každý z 895 reflektorů o rozměrech 2 x 7,4 m může být nasměrován buďto na centrální kónický přijímač nebo na jeden z pěti cylindrických reflektorů. Možnost řídit zvlášť jednotlivé komponenty s výkonem odpovídajícím talířové anténě o průměru téměř 600 m jej činí největším samostatným radioteleskopem na světě.

RATAN-600 je primárně využíván jako „tranzitní teleskop“, tzn. že je s ním možno pozorovat pouze objekty pohybující se podél místního poledníku. K možnosti sledovat daný objekt na obloze je využito zemské rotace. Rozsah radiových frekvencí, které je RATAN-600 schopen sledovat, je od 610 MHz do 30 GHz v centimetrovém pásmu s úhlovým rozlišením až 5 úhlových vteřin. RATAN byl používán mimo jiné i při sledování radiových emisí Slunce, a také byl zapojen do projektu SETI. Umožňuje pozorovat rádiové zdroje sice jen po dobu asi 4 minut během průchodu meridiánem, ale zato s vynikající citlivostí danou velkou sběrnou plochou, takže v jeho dosahu je asi milión rádiových zdrojů.

Effelsberg
Radioteleskop Effelsberg má průměr 100 m. Provozuje jej Max Planck Institute pro radioastronomii v Bonnu (SRN). Konstrukce antény nedovoluje, aby v důsledku gravitace či tepelné roztažnosti došlo k větším změnám než 0,5 mm. Stavba radioteleskopu probíhala v letech 1968 až 1971, do plného provozu byl uveden 1. 8. 1972. Po dobu 29 let byl největším pohyblivým radioteleskopem na světě, než jej v roce 2000 překonal radioteleskop GBT.

Radioteleskop Effelsberg je tak citlivý, že jeho činnost může být ovlivněna dokonce rušivým elektrickým signálem automobilu či mobilního telefonu, použitého v bezprostřední blízkosti. Proto musí návštěvníci zaparkovat svá auta na parkovišti, vzdáleném asi 1 km od radioteleskopu.

 
 
Green Bank Telescope
Radioteleskop GBT (celým názvem Robert C. Byrd Green Bank Telescope, Virginie, USA) je největší pohyblivý radioteleskop o průměru sběrné plochy 100 x 110 m. Hlavní odraznou plochu tvoří 2004 hliníkových panelů. Na výšku má radioteleskop 150 m a hmotnost 7300 tun. Dokáže se natočit s přesností jedné obloukové vteřiny! Ve středu „talíře“ nemá žádné podpůrné zařízení, snižující velikost přijímací plochy. Navíc se tím eliminují rušivé odrazy a difrakční jevy. A netradiční montáž umožňuje monitorovat radioteleskopem celou oblohu bez omezení (od 5° nad obzorem).

Radioteleskop zachytí signál přibližně miliardkrát slabší, než jaký vysílají AM radiostanice. Proto byl umístěn do oblasti tzv. „zóny radiového ticha“, tj. oblasti, v níž jsou jakékoliv zdroje radiových vln pod přísnou kontrolou.

FAST
Velký radioteleskop FAST, jehož výstavba probíhá v Číně, se připojí mj. k programu pátrání po mimozemských civilizacích. Radioteleskop bude mít za úkol studovat zhruba 5 000 hvězd podobných Slunci a zjišťovat, zda se v jejich blízkosti nevyskytují zdroje umělých rádiových signálů. Bude se věnovat i dalším důležitým výzkumům.

Radioteleskop FAST je budován na jihu Číny. Poprvé se o něm hovořilo již v roce 1994. V roce 2016, kdy by měla být výstavba radioteleskopu dokončena, převezme nálepku největšího radioteleskopu světa od radiotelekopu Arecibo (Puerto-Rico), který byl největším radioteleskopem uplynulých téměř 50 let.

Průměr mísy jeho hlavní antény bude 500 m, čemuž odpovídá plocha 196 000 metrů čtverečních. Pro srovnání – průměr radioteleskopu v Arecibu je 305 m (plocha 73 000 metrů čtverečních). Jeho průměr je rovněž součástí názvu FAST (Five-hundred-metre Aperture Spherical radio Telescope).

Nepohyblivá anténa je složena ze 4 400 hliníkových panelů, které budou neseny sítí vytvořenou ze 7000 nosných ocelových lan. Prostřednictvím napínání kotvících lan bude možné upravovat tvar odrazné plochy od základní kulové až po parabolickou plochu. Nad talířem teleskopu se bude na lanech vznášet pohyblivý detektor (přijímač), který se bude pohybovat v ohniskové ploše pomocí soustavy polohovacích lan. Díky jeho pohybu bude radioteleskop sledovat objekty z různých míst oblohy až do 40° od zenitu. Přijímač bude současně registrovat rádiové signály z 19 úseků oblohy, a to na různých vlnových délkách.

František Martinek, Hvězdárna Valašské Meziříčí

Poznámka:
Seznam všech radioteleskopů světa (v angličtině) najdete například na adrese http://en.wikipedia.org/wiki/List_of_radio_telescopes

Vložit nový příspěvek