RADIOTELESKOPY – II. 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.

4) Rádiová interferometrie

I v oboru radioastronomie platí: čím větší průměr antény radioteleskopu, tím detailnější je pohled na strukturu vesmíru. Avšak výroba antén má svá omezení. Proto se radioastronomové vydali jinou cestou. Konstruují sice malé antény, které však rozmísťují na velkou plochu a signály jednotlivých antén slučují do jednoho zařízení. Získají tak signál s rozlišením, které odpovídá vzdálenosti krajních radioteleskopů. V následujícím textu si některé radiointerferometry (jak taková zařízení označujeme) představíme.

ALMA
V chilské poušti Atacama, v nadmořské výšce 5 000 m, probíhá v současné době výstavba impozantního radioteleskopu ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array). Bude jej tvořit 66 antén o průměru 12 m a hmotnosti 100 tun, které budou rozmístěny na ploše o průměru 18,5 km. Společně budou fungovat jako jeden velký radioteleskop. Pomocí antén budou astronomové studovat chladné oblasti vesmíru, obsahující molekulární plyn a jemné prachové částice. Z těchto stavebních kamenů se formují galaxie, hvězdy, planety, a také živé organismy. V září 2009 byla nainstalována první anténa radioteleskopu.

Pozorování přístrojem ALMA poskytne vědcům nevídaný pohled na rané fáze procesů formování hvězd i planet. ALMA pomůže astronomům zodpovědět některé důležité otázky týkající se původu našeho vesmíru. Soustava bude pracovat v rozsahu milimetrových a submilimetrových vlnových délek, tj. mezi infračerveným a rádiovým oborem. Zmíněné záření pochází z nejchladnějších, ale také nejvzdálenějších objektů ve vesmíru, mezi které spadají chladná oblaka prachu a plynu, z nichž se rodí nové hvězdy či vzdálené galaxie na okraji pozorovatelného vesmíru. Na těchto vlnových délkách je náš vesmír stále málo probádán, protože pozorování vyžadují extrémně suché prostředí a technologicky vyspělé detektory.

VLA
VLA (Very Large Array) je soustavou 27 radioteleskopů – každý o průměru 25 m, poskládaných do tvaru písmene Y. Každé rameno je dlouhé 21 km. Nachází se v nadmořské výšce 2 124 m poblíž města Socorro v Novém Mexiku. Do provozu byl radioteleskop uveden v roce 1981. Údaje jednotlivých antén jsou skládány směšovačem, a tak VLA slouží jako radiointerefometr s úhlovým rozlišením 0,04“. Citlivost celé soustavy pak odpovídá jedné anténě o průměru 130 m.

Jednotlivé antény se mohou přesouvat v rámci svého ramene. Jsou-li rozmístěny tak, že zaujímají nejširší plochu, rozlišení radioteleskopu odpovídá pozorování jednoho zařízení o průměru 36 km. Antény se dají přemístit co nejblíže středu soustavy, do rozmezí vzdálenosti 0,6 km. V tomto případě je zařízení využíváno k výzkumu celkové struktury zdrojů záření. Nová konfigurace antén se nastavuje přibližně jednou za 4 měsíce. Síť provozuje National Radio Astronomy Observatory (NRAO) od roku 1980.

Počítá se s tím, že radioteleskop VLA bude upraven a přejmenován na EVLA (Expanded Very Large Array). Rozšířena bude především kvalita jeho elektroniky a softwaru vůbec. Citlivost anténní soustavy tak bude zvýšena více než 10krát.
VLA je víceúčelovým zařízením. Mezi zkoumané objekty patří například radiové galaxie, kvasary, supernovy a další objekty, emitující radiové záření: hvězdy, Slunce, planety, černé díry, Mléčná dráha aj. Během roku 1989 byla soustava VLA využívána při komunikaci se sondou Voyager 2, která v tu dobu prolétala kolem planety Neptun.

Jodrell Bank
Lovellův radioteleskop o průměru antény 76 m je součástí centra pro astrofyziku v Jodrell Bank (University of Manchester). Jeho příběh začíná v roce 1945, kdy se do Manchesteru vrací Dr. Bernard Lovell. Chtěl navázat na svůj předválečný výzkum, a tak hledal klidné pozorovací místo. Nalezl je asi 30 km jižně od Manchesteru, v místě známém jako Jodrell Bank. A zde později vyrostl známý radioteleskop.

Lovellův radioteleskop může spolupracovat současně s šesti dalšími menšími radioteleskopy na území Velké Británie, rozmístěnými v prostoru se základnou 217 km. Pro tento radiový interferometr se používá označení MERLIN (Multi-Element Radio Linked Interferometer Network).

ATA
ATA (Allen Telescope Array) je interferometr, který bude sestaven z 350 radioteleskopů o průměru 6 m. První signály z vesmíru byly zachyceny v říjnu 2007, kdy bylo v provozu 42 antén. Radioteleskop je budován pro SETI Institute a Radio Astronomy Laboratory (RAL) při University of California, Berkeley. Po dostavbě by se měl využívat k astronomickému výzkumu a k pátrání po signálech mimozemského původu na frekvencích 500 MHz až 11,2 GHz.

Část finančních prostředků na realizaci projektu věnoval spoluzakladatel Microsoftu Paul G. Allen, jehož jméno soustava radioteleskopů nese. Jednotlivé antény mají rozměr 6,1 x 7 m se sekundární anténou o průměru 2,4 m.

Zatím je stále v provozu pouze 42 antén, na další rozvoj aparatury schází peníze.

DSN
Americký radioteleskop Goldstone je součástí mezinárodní sítě radioteleskopů, umožňující komunikovat s kosmickými sondami, určenými k výzkumu těles Sluneční soustavy. První z nich se nachází v Goldstone (poušť Mojave, Kalifornie). Druhá anténa je postavena poblíž Madridu (Španělsko) a třetí byste našli v Austrálii, poblíž města Canberra. Každá stanice se skládá z antén o průměru 70 m, 34 m a 26 m.

VLBA
VLBA (Very Long Baseline Array) je síť 10 radioteleskopů o průměru 25 m a hmotnosti 240 tun, rozmístěných mezi Havajskými ostrovy a Portorikem, tedy se základnou o délce 8 611 km. Dokončena byla v roce 1993. Dosažitelné rozlišení je kolem 0,001“. Provozovatelem je National Science Foundation se sídlem v Novém Mexiku.

SMA
Astronomové používají množství radioteleskopů, kterými přijímají rádiové záření, přicházející z vesmíru. Jeden z nich se nachází na Havajských ostrovech, na úbočí sopky Mauna Kea. Radioteleskop SMA (Submillimeter Array) se skládá z osmi antén o průměru 6 m. Při společném pozorování s radioteleskopem JCMT (James Clerk Maxwell Telescope) o průměru 15 m a s radioteleskopem CSO (Caltech Submillimeter Observatory) o průměru 10 m, které jsou propojeny optickými vlákny, vznikne v brzké době doposud největší radioteleskop, odpovídající anténě o průměru 782 m, s doslova „orlím zrakem“.

Představme si v této části alespoň jeden objev, o který se právě zasloužil radioteleskop SMA. Na základě pozorování objektu 253-1536 na vlnové délce 880 mikronů byly zřetelně rozlišeny dva prachové disky, z nichž jeden má hmotnost téměř 70krát převyšující hmotnost Jupiteru, zatímco hmotnost menšího disku je asi 20 hmotností planety Jupiter. Astronomové havajské univerzity tak objevili dvojici odlišných hvězdných prachových disků, které obklopují dvě mladé hvězdy. Takovéto disky obvykle bývají předchůdci mladých planetárních soustav.

SKA
Vybudování současných i připravovaných radioastronomických přístrojů stálo desítky až stovky milionů dolarů. Ještě nákladnější však bude soustava SKA (Square Kilometer Array) za obrovskou cenu 1,5 miliardy euro. Má pracovat v rozsahu 0,1 - 25 GHz. Výstavba bude zahájena v roce 2016, v roce 2019 má začít zkušební provoz části systému a v roce 2024 plný provoz. Mělo by jít o tisíce antén o průměru 12 m: 20 procent z nich se bude nacházet v kruhu o průměru 1 km, 50 procent do 5 km, 75 procent do 150 km a nejdelší základna bude měřit více než 3000 km. Citlivost soustavy bude 100krát vyšší, než u současného stometrového radioteleskopu v Effelsbergu.

Evropa se rozhodla financovat stavbu největšího radioteleskopu na světě (podobně jako největšího optického dalekohledu E-ELT s objektivem o průměru 42 m). SKA však bude mezinárodní radioteleskop se sběrnou plochou o skutečné rozloze jednoho km2. Takový teleskop by už měl být natolik citlivý, že by mohl zjistit televizní vysílání přicházející od nejbližších hvězd.

Profesor Richard Schilizzi, ředitel mezinárodního projektu SKA, zdůrazňuje velikost přístroje potřebného pro splnění takovýchto vědeckých cílů. Astronomové z Austrálie, Jižní Afriky, Kanady, Indie, Číny a USA úzce spolupracují s kolegy v Evropě, aby vyvinuli požadovanou technologii, která zahrnuje sofistikovanou elektroniku a výkonné počítače, které zde budou hrát daleko větší roli než v současné generaci radioteleskopů.

Soustava radioteleskopů bude postavena na jižní polokouli, s největší pravděpodobností v jižní Africe či v Austrálii.

LOFAR
Nový evropský radioteleskop s názvem LOFAR (Low Frequency Array), který je nyní připravován v Holandsku a částečně v Německu, bude po dohotovení největším radioteleskopem svého druhu na světě. Jeho 25 000 samostatných antén bude rozmístěno v oblasti o průměru 350 km na severu Holandska a části Německa. Jedna „stanice“ radioteleskopu velikosti fotbalového hřiště bude tvořena více než stovkou samostatných antén. Radioteleskop LOFAR bude obsahovat 48 takovýchto stanic. Bude pracovat na frekvenci 10 až 240 MHz. Jeho efektivní sběrná plocha dosáhne 300 000 m².

Vědci očekávají mnoho nových objevů, protože radioteleskop LOFAR otevírá velkou neznámou oblast elektromagnetického spektra. Bude pracovat s rozlišením jedné obloukové vteřiny (1“). Každá stanice bude detekovat radiový signál, digitalizovat získaná data a předávat je prostřednictvím sítě z optických vláken do centrálního počítače.

Jedním z hlavních úkolů radioteleskopu LOFAR je zjistit, co se dělo ve vesmíru v časovém okamžiku několik miliónů roků po velkém třesku. Prostřednictvím radioteleskopu LOFAR bude možné studovat vznik galaxií, mapovat strukturu magnetických polí galaxií včetně naší Galaxie a registrovat částice o mimořádně vysokých energiích, které bombardují zemskou atmosféru. Pozorování mohou také přispět k objasnění záhady původu kosmických paprsků.

První pozorování pomocí ještě nedokončené soustavy antén se uskutečnilo 20. 8. 2009 a cílem pozorování byl kvasar 3C 196, který je od Země vzdálen 10 miliard světelných roků.

5) Kosmické radioteleskopy

Snahou astronomů je mít k dispozici radioteleskopy s co největším průměrem. Z konstrukčního hlediska však jsou zde určité limity. Astronomové to „obcházejí“ využíváním tzv. radiointerferometrů, tj. soustavy radioteleskopů s menšími průměry, avšak ve velkém počtu a rozmístěné na co největší základně. Na Zemi jsme však omezeni průměrem zeměkoule. Aby bylo dosaženo co největší základny, stěhují se radioteleskopy do vesmíru. První radioteleskop byl vyzkoušen na palubě sovětské orbitální stanice Saljut 6 v roce 1979 pod označením KRT-10. První velký parabolický radioteleskop na oběžné dráze pracoval ve spolupráci s novým radioteleskopem na Krymu, jehož průměr byl 70 m (získala se tak základna o délce přes 10 tisíc km).

Haruka
Japonská družice s rozkládací parabolickou anténou z molybdenové pozlacené síťoviny o průměru 8 m a detektory rádiového záření, která pracovala na frekvenci 1,6; 5 a 22 GHz, byla vypuštěna v únoru 1997. Anténa kroužila kolem Země po eliptické dráze ve vzdálenosti 560 až 21 400 km nad povrchem. Ve spojení s pozemní soustavou antén VLBI vytvořila radiointerferometr se základnou přes 30 tisíc km. Družice Haruka je známá také pod označením HALCA (Highly Advanced Laboratory for Communications and Astronomy). Svoji činnost oficiálně ukončila v listopadu 2005.

Na rok 2013 byl naplánován start dalšího japonského kosmického radioteleskopu s označením VSOP-2 (VLBI Space Observatory Programme). Výzkum měl provádět ve spolupráci se sítí pozemních radioteleskopů. Družice s anténou o průměru 9 m měla kroužit ve výšce 1000 až 25 000 km nad zemským povrchem. V roce 2012 byl vývoj kosmického radioteleskopu zrušen.

Radioastron
Rusko připravovalo vypuštění unikátního kosmického radioteleskopu na oběžnou dráhu kolem Země, který může být zapojen i do pátrání po mimozemských civilizacích. Jedná se o kosmickou observatoř s názvem SPEKTR-R (Radioastron). Start se uskutečnil 18. 7. 2011.

Úkolem družice bude detailní výzkum velmi vzdálených kosmických objektů, jako jsou například černé díry, neutronové hvězdy, kvasary apod. na základě studia rádiového záření.

Družice bude mít předpokládanou životnost 5 až 10 roků. Kolem Země bude obíhat po eliptické dráze ve vzdálenosti 10 000 až 390 000 km od zemského povrchu.

Součástí mezinárodního projektu s názvem Radioastron je kosmický radioteleskop s anténou o průměru 10 m. Cílem projektu je provádět souběžná pozorování vesmíru společně s celosvětovou sítí pozemních radioteleskopů. Takto vzniklý kosmický interferometr bude schopen pořizovat snímky s mimořádně vysokým rozlišením, zjišťovat polohy a registrovat pohyb různých vesmírných objektů. 

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