Herschel a Planck - startují dva dalekohledy do kosmu

Na start těchto evropských sond, které budou vypuštěny Evropskou kosmickou agenturou (ESA), byli pozváni zástupci České republiky, která se 12. listopadu 2008 stala 18. členem Evropské kosmické agentury ESA (více).

Včera, 12. května 2009, odletěli do Paříže, odkud poletí na místo startu speciálem ESA, ředitel Astronomického ústavu AV ČR, v.v.i. Doc. RNDr. Petr Heinzel, DrSc., zástupce České kosmické kanceláře RNDr. František Fárník, CSc., který je pracovníkem Astronomického ústavu AV ČR, v.v.i. a je zástupcem České republiky ve Vědeckém programovém výboru ESA (SPC - Science Programme Committee) a Ing. Martin Šunkevič, vedoucí odboru Telekomunikace a Navigace v České kosmické kanceláři, zástupce České republiky ve Spojené radě pro telekomunikační družicové programy ESA (JCB - Joint Board on Communication Satellite Programmes) a Programové radě pro družicovou navigaci ESA (PB/NAV - Programme Board on Satellite Navigation)

Předstvame si oba dalekohledy podrobněji:

1. Herschel Space Observatory
Takový je celý název dalekohledu Herschel. Půjde o největší infračervený dalekohled ve vesmíru a vlastně o největší dalekohled v historii kosmonautiky. S průměrem hlavního zrcadla 3,5 metru je o 1,1 metru větší než Hubbleův kosmický dalekohled. Také ve srovnání s americkým Spitzerovým kosmickým dalekohledem, který je jedničkou současné kosmické infračervené astronomie, je Herschel 4x větší.

Infračervená astronomie je poměrně mladá vědní disciplína, která se rozvinula ruku v ruce s kosmickými technologiemi. Infračervené záření se z povrchu Země nedá zkoumat především kvůli vodní páře v atmosféře. A tak není divu, že během posledních desítek let první infračervené družice objevily desítky tisíc infračervených galaxií. Pozorování v tomto oboru spektra také vědce mnohokrát překvapila, uveďme například nečekaně vysoký obsah vodní páry v naší Galaxii.

Konstrukce dalekohledu
Herschelův kosmický dalekohled je dlouhý 7,5 metru a široký 4 metry. Těmto velkým rozměrům odpovídá také vysoká startovní hmotnost 3,4 tuny. Dalekohled je rozdělen do dvou částí. V servisním modulu je zdroj energie, systém orientace, místo pro ukládání naměřených dat a centrum pro komunikaci. Všechna tato zařízení potřebují energii a generují teplo, proto jsou oddělena. Naopak v druhé části teleskopu, kde je zrcadlo, je záměrně udržována co nejnižší teplota. Servisní modul jako zdroj tepla je izolován a zrcadlo je navíc chráněno slunečním štítem. Infračervené záření je vlastně tepelným zářením, a proto se musí detekční aparatura ochlazovat co nejvíce k absolutní nule, tedy -273 °C, aby se co nevíce snížil rušivý tepelný šum dalkohledu a naopak vynikly zdroje vesmírné.

Přístroje
Herschelův dalekohled je konstrukčního typu Cassegrain o průměru primárního zrcadla 3,5 metru a sekundárního 0,3 m. Světlo, které zrcadlo nasbírá, putuje do tří přístrojů:

• HIFI (Heterodyne Instrument for the Far Infrared), spektrometr s vysokým rozlišením
• PACS (Photodetector Array Camera and Spectrometer), fotometr a spektrometr středního rozlišení
• SPIRE (Spectral and Photometric Imaging Receiver) - fotometr a spektrometr pracující na principu Fourierovy transformace

Tyto vědecké přístroje byly navrženy speciálně pro Herschelův dalekohled, aby se maximálně využilo jeho výhod a schopností. Optická soustava musí být chlazena tekutým heliem, jehož má dalekohled zásobu o objemu 2000 litrů. Detektory mají navíc ještě svá chladicí zařízení, která dokáží snížit teplotu až na úroveň 0,3 stupně nad absolutní nulou.

Vědecké výsledky
Nový dalekohled je zatím jediným, který dokáže sledovat tzv. dalekou infračervenou oblast. Jestliže Spitzerův dalekohled sleduje vlnové délky do 180 mikrometrů, Herschelův dalekohled bude mít dosah až 672 mikrometrů. To znamená, že nám dalekohled otevře zcela nový a dosud neprobádaný pohled na vesmír. Pomůže odpovídat především na otázky spojené se vznikem a vývojem galaxií v raném vesmíru a vznikem a vývojem hvězd v mezihvězdném prostředí. Herschelův dalekohled také dokáže zjišťovat chemické složení objektů v naší Galaxii a molekuly v plynných obalech planet, komet a měsíců Sluneční soustavy.

Herschelův dalekohled by měl pracovat po tři roky s případným prodloužením o rok. Předpokládá se, že ročně bude využitelných na 7000 pozorovacích hodin. Zajímavé je, že dalekohled lze ovládat na dálku přes internet, takže ho mohou používat astronomové skutečně z celého světa.

Porovnání dosavadních infračervených družic s Herschelem

název	stát	start	vlnové délky (mikrometry)	průměr zrcadla (m)	hmotnost (kg)
IRAS	USA+VB+Dánsko	1983	12 - 100	0,57	1083
ISO	Evropa	1995	2,5 - 240	0,60	2498
Spitzer	USA	2003	3,0 - 180	0,85	950
AKARI	Japonsko	2006	1,7 - 180	0,67	955
Herschel	Evropa	2009	55 - 672	3,50	3400

2. Planck pro kosmologii
Družice Planck bude měřit záření, jehož nepatrné odchylky astronomové jinak nemohou sledovat vůbec. Bude monitorovat celý vesmír velmi citlivým detektorem radiového záření. Centrem jeho pozornosti bude tzv. kosmické mikrovlnné pozadí, tedy původně záření o mnohem kratší vlnové délce, které během 13,7 miliard let od velkého třesku díky rozpínání vesmíru prodloužilo svou vlnovou délku. Dnes září na pozadí ve všech směrech, do kterých se díváme a je velice slabé.

Družice
Družice Planck má výšku 4,2 metru a největší průměr také 4,2 metru, není to ale krychle. Váží 1,9 tuny. Dalekohled je stejně jako Herschel rozdělen do dvou částí. V servisním modulu je zdroj energie, systém orientace, místo pro ukládání naměřených dat a centrum pro komunikaci. Všechna tato zařízení potřebují energii a generují teplo, proto jsou oddělena. Naopak v druhé části teleskopu, kde je zrcadlo, je záměrně udržována co nejnižší teplota.

Přístroje a vybavení
Hlavní optickou část družice Planck tvoří dalekohled konstrukce Gregory. Poněkud složitější dalekohled má několik zrcadel, hlavní má rozměry 1,9 x 1,5 metru, projekční aparatura průměr 1,5 metru a sekundární zrcadlo 1,1 x 1,0 metru. Dalekohled bude mít na palubě dva přístroje:

• LFI (Low Frequency Instrument), soustava radio detektorů pro měření záření o nižší frekvenci
• HFI (High Frequency Instrument), soustava detektorů mikrovlnného záření

Životnost dalekohledu je plánována na 15 měsíců od chvíle, kdy skončí úvodní kalibrační fáze mise.

Vědecké cíle
Cílem dalekohledu Planck je vytvořit mapu kosmického mikrovlnného pozadí s úhlovým rozlišením lepším než 10 minut a zachytit rozdíly teplot řádu miliontin stupně. Dalekohled bude zároveň stejná místa oblohy měřit v širokém rozsahu frekvencí, aby pak vědci mohli od kosmického pozadí odečíst záření galaxií.

Astronomové doufají, že dalekohled Planck pomůže odpovědět na některé kosmologické otázky, tedy otázky vzniku a vývoje vesmíru: Jaká je velikost základních kosmologických parametrů, jakým je například Hubblova konstanta? Podaří se přesvědčivě dokázat, že raný vesmír prošel fází inflace - tedy zrychleného rozepnutí? Co tvoří temnou hmotu, která dominuje současnému vesmíru?

Porovnání dalekohledů na kosmické pozadí

název	stát	start	rozlišení teploty (°C)	úhlové rozlišení (stupně)	hmotnost (kg)
COBE	USA	1989	0,00001	7	2270
WMAP	USA	2001	0,000001	0,3	840
Planck	Evropa	2009	0,000001	0,12	1900

Dvojstart
Kvůli úspoře finančních prostředků se rozhodla Evropská kosmická agentura vypustit dalekohledy Herschel i Planck najednou. Obří evropská raketa Ariane 5 je vynese společně ve čtvrtek 14. května v 15 hodin a 12 minut našeho času z Kourou ve Francouzské Guyaně. Po startu se oba dalekohledy oddělí a každý poletí na jinou dráhu. Nicméně pro oba bude klíčový tzv. librační bod L2, což je místo 1,5 milionu km od Země směrem od Slunce. Právě kolem něj se budou dalekohledy pohybovat několik let.

Další informace

Podrobné informace a novinky o obou nových kosmických dalekohledech na stránkách ESA

Tento článek je převzat ze stránek Astronomického ústavu Akademie věd ČR