Na dno našeho vzdušného oceánu proniká elektromagnetické záření z vesmíru jen ve dvou pásmech vlnových délek.
Optické okno propouští viditelné záření (světlo) s malou částí blízkého záření infračerveného. Pozorování prostým okem bylo doplněno poč. 17. století použitím dalekohledů, v polovině 19. století spektroskopií, koncem 19. století registrací na fotografickou emulsi a ve 2. polovině 20. století elektronickou registrací (CCD).
Rádiové okno propouští vlny od 100 m (1 Hz) do asi 0,01 m (10 miliard Hz). Odhalil ho poč. 30. let americký inženýr českého původu K. G. Jansky, když zjistil, že zdrojem rádiového šumu, rušícího pozemní komunikaci je jádro Galaxie. V dalším výzkumu pokračoval Grote Reber, který r. 1937 postavil první radioteleskop a r. 1943 objevil rádiové záření Slunce. Roku 1951 bylo zachyceno rádiové záření atom. vodíku v galaktického prostoru. Na těchto základech se rychle rozvinula radioastronomie, v 60. letech doplněná o možnosti radarového výzkumu blízkých těles. Počátkem 21. století pracovalo ve světě několik desítek velkých radioastronomických observatoří.
Největší přístroje:
RATAN 600 – rozměrově největší radioteleskop, avšak 895 odrazných desek je umístěno jen po obvodě na celkové ploše 20 000 m2 , postavený na Kavkaze u obce Zelenčukskaja, 20 km od šestimetrového dalekohledu.
Arecibo – nejvýkonnější radioteleskop světa, parabolická anténa o průměru 304 metrů je tvořena 40000 hliníkovými deskami, uloženými na dně údolí. Postaven 1963, rekonstruován 1997. R. 1974 jím bylo vysláno poselství mimozemským civilizacím směrem ke kulové hvězdokupě M 13.
GBT (Green Bank Telescope) – největší pohyblivý radioteleskop na světě o rozměrech 100×110 m s plochou ze dvou tisíc hliníkových panelů s přesností povrchu až 0,25 mm, takže může sledovat záření do vlnové délky 3,8 mm s rozlišením 1“. Hmotnost pohyblivé konstrukce je 7300 tun! Byl uveden do provozu r. 2000 v na místě antény, která se r. 1988 zřítila únavou materiálu.
VLA (Very Large Array) – síť 27 radioteleskopů (průměr 25 m) poskládaných do tvaru písmene Y o délce 36 km poblíž Socorro, New Mexico byla uvedena do provozu r. 1981; údaje jednotlivých antén jsou skládány směšovačem a VLA slouží jako radiointerefometr s rozlišením 0,04“.
VLBA (Very Long Baseline Array) – síť 10 radioteleskopů o průměru 25 m, rozmístěných mezi Havajskými ostrovy a Portorikem, tedy s měřicí základnou přes 8000 km byla dokončena r. 1993.
Další pokroky radioastronomie
V Evropě se po dvacetiletém úsilí podařilo na přelomu století propojit 18 různých radioteleskopů, které nyní mohou pracovat sdruženě. K největším patří 100 m v Effelsbergu v Německu, 94 m ve Westerborku v Holandsku a proslulý Lovellův 76 m v anglickém Jodrell Banku.
V chilské poušti Atacama ve výšce 5000 m řídí Evropská jižní observatoř výstavbu obří anténní soustavy ALMA, která bude tvořena spřažením minimálně 64 radioteleskopů (paraboly o průměru 12 m mají velmi přesný povrch s odchylkou max. 0,025 mm) se sběrnou plochou 7000 m2. Při délkách základen 10 km bude mít v pásmu submilimetrových vln rozlišení až 0,003“. První testy začnou příští rok a do konce desetiletí bude aparatura v provozu.
Pozorování neviditelného
Na Zemi byly koncem 90. let postaveny ještě další neobvyklé astronomické observatoře pro 21. století. Nepozoruje se v nich však elektromagnetické záření.
LIGO (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory) je největší a nejcitlivější zařízení pro registrování gravitačních vln. Unikátní interferometr má dvě ramena o délce 4 kilometry. Jejich délka je laserem kontrolována s neuvěřitelnou přesností tisíciny pikometru (zlomek velikosti atomu); při průchodu gravitační vlny by mělo dojít ke změně polohy testovacího tělíska na konci ramene. Zařízení jsou postavena dvě, v Hanfordu (Washington) a v Livingstonu (Lousiana). Bohužel, ani v jednom se dosud tělísko nepohnulo…
Super KAMIOKANDE je neutrinová observatoř z roku 1996 – důmyslná past na nejenergetičtější částice, které známe: proletí bez problémů naskrz zeměkoulí aniž by se zbrzdily, natož zastavily. Je postavená ve starém zinkovém dole 1700 m pod povrchem, kde je v nádrži o průměru 40 m asi 50 tisíc tun vody a po stěnách 13 tisíc fotonásobičů.
OBSERVATOŘE VE VESMÍRU 1990–2030
Nástup letů do vesmíru umožnil astronomům splnit část jejich snů. Dalekohledy na oběžné dráze mohou při registraci světla využít teoretických hranic přístrojů, protože jim nepřekáží zemská atmosféra. Turbulence už sice nyní dovede potlačit kouzlo adaptivní optiky, avšak vliv vlastního záření a znečištění atmosféry nikoliv. Z tohoto hlediska je například HST (Hubbleův vesmírný dalekohled) nenahraditelný.
Astronomické družice však vypouštíme především proto, abychom si otevřeli nová okna do vesmíru. Vznikl nový obor: kosmická astronomie. K Zemi přichází elektromagnetické záření všech vlnových délek, avšak ani dlouhovlnné záření ve většině infračervené oblasti, ani krátkovlnné záření ultrafialové, rentgenové a gama neproniká (naštěstí pro nás) až k povrchu.
Nejprve astronomové registrovali neviditelné záření ze Slunce, později i ze vzdálených zdrojů a teprve poté dokázali pořídit přímá zobrazení těchto objektů. Pro účely kosmické astronomie bylo vypuštěno více než sto různých družic, každá přinesla něco nového a nejméně 10 jich představovalo ve své době „revoluci v oboru“. Dosavadním vyvrcholením jsou čtyři družicové observatoře NASA, kterým však více než úspěšně sekunduje několik specializovaných družic evropských a japonských.
1990: HST (Hubble Space Telescope) NASA
Zrcadlo o průměru 2,4 m bylo vyneseno raketoplánem na jaře 1990 a díky 4 servisním výpravám kosmonautů se podařilo nejen odstranit technické závady, ale postupně modernizovat přídavná zařízení. Má nyní lepší technické parametry, než předpokládala původní specifikace! Mezní hvězdná velikost vzrostla na 29 mag a rozlišení na 0,043″. Do kotoučku o poloměru 0,1″ se nyní soustřeďuje 85 % (specifikace 70 %) a HST je schopen s rekordní přesností 0,0002“ měřit paralaxy hvězd do 16,5 mag. Za dobu činnosti pořídil téměř půl milionů snímků a každý den získává tolik informací, že by zaplnily pět encyklopedií; v archivu je přes 11 TB informací (pro srovnání: rozluštěný lidský genom představuje 0,01 TB). Počet prací o výsledcích je fantastický – průměrně každý den dvě až tři! Životnost dalekohledu byla sice plánována na 20 let, jestliže však NASA nezmění své lednové rozhodnutí o zrušení dalších servisních letů, HST zřejmě do tří let přestane fungovat.
1991–2000: Compton GRO (Gamma Ray Observatory) NASA
Observatoř pro studium gama záření patřila hmotností 15,6 t mezi nejmohutnější satelity NASA. Během 9 let činnosti objevila přes 400 zdrojů záření (do startu jsme jich znali 10x méně), podařilo se registrovat přes 2500 gama záblesků – a z výsledků byla obden publikována vědecká zpráva.
1996–2001: BeppoSAX Itálie
družice primárně pro sledování rentgenového záření registrovala též 50 gama záblesků (např. 21.11.1001 simultánně se sondami Ulysses a Mars Odyssey, což umožnilo přesnou lokalizaci a následná pozemní pozorování)
1997: Haruka (HALCA – Highly Advanced Lab. for Communications and Astronomy) Japonsko
družice s rozkládací parabolickou anténou z molybdenové pozlacené síťoviny o průměru 8 m a detektory rádiového záření 1,6; 5 a 22 GHz. Ve spojení s VLBI umožnila vytvořit radiointerferometr se základnou přes 30 tisíc km.
1999: Chandra (AXAF – Advanced X-ray Astrophysics Facility) NASA
Třetí velká observatoř NASA je určena pro studium rentgenového záření. Nese unikátní teleskop o průměru 1,2 m a délce 10 m s rozlišením 0,5“, tvořeným čtyřmi soubory souosých paraboloidně-hyperboloidních zrcadel a napájejícím kameru, spektrometry a fotometry. Citlivost je 25x větší než u předchozích družic a rozlišení 8x větší: jako bychom dovedli číst písmena na značce STOP ze vzdálenosti 20 km!
1999: XMM-Newton (X-ray Multi-mirror Mission) ESA
Evropská observatoř pro rentgenový obor se o čtvrt roku později stala důstojným protějškem Chandry, nad níž vyniká citlivostí za cenu nižší rozlišovací schopnosti. Nejmohutnější družice, vyrobená v Evropě nese 3 rentgenovými dalekohledy, pro které bylo v laboratořích 10000x čistších než je běžná kancelář vyleštěno 200 m2 povrchu s přesností velikosti atomu!
2002: INTEGRAL (International Gamma-Ray Astrophysics Laboratory) ESA
První observatoř, zkoumající objekty simultánně v oboru gama (kde je nejcitlivější a s největším rozlišením), rentgenovém a viditelném; některé technické systémy jsou převzaty z Newtonu. Kromě zemí ESA se na observatoři podílejí USA, Rusko, Česká republika a Polsko.
2003: Spitzer Space Telescope (dř. SIRTF – Space IR Telescope Facility) NASA
Poslední velká observatoř, tentokrát pro snímkování a spektroskopii v IR (3–180 µm) byla umístěna do libračního bodu L2 asi 1,5 mil. km od Země. Nese Cassegrainův dalekohled s primárním beryliovým zrcadlem o průměru 0,85 m a kryostat pro chlazení přístrojů na teplotu 1,4 K (-271,75 °C!) se zásobou kapalného helia na 3-5 let.
2004 SOFIA (Stratospheric Observatory for Infrared Astronomy) NASA
Letecká observatoř s teleskopem 2,7 m pro spektroskopii v IR (5–300 µm), vytvořená přestavbou Boeingu B-747.
2005: ASTRO-IIE Japonsko + NASA
Pátá rentgenová družice, navazující na úspěchy ASCA (1993-2001), určená pro přesnou spektrální analýzu v širokém rozsahu energií od měkkého záření X až k záření gama.
2006: RadioAstron Rusko
družice s rozkládacím anténu o průměru 10 m (přesnost plochy 0,7 mm) pro radioastronomická pozorování i zapojení do sítě VLBI (mezinárodní projekt).
2006 COROT (COnvection ROtation and planetary Transits) – CNES
Družice s teleskopem 0,3 m pro souběžnou detekci hvězdných otřesů (stelární seismologie) a ověření fotometrické metody hledání extrasolárních planet střední velikosti transitní metodou.
2007 GLAST (Gamma-Ray Large Area Space Telescope) – NASA
Velká observatoř pro studium objektů v záření gama, pokračující v činnosti Compton GRO (má dvojnásobné zorné pole a 100x vyšší citlivost než přístroj EGRET).
2007 Herschel Space Observatory (dř. FIRST – Far Infrared and Sub-millimetre Telescope) – ESA
Velká observatoř pro pozorování IR a mikrovlnného záření s dosud největším zrcadlem ve vesmíru (3,5 m), umístěná v libračním bodě L2 pro zkoumání počátků vesmíru.
2007 Planck – ESA
Observatoř s teleskopem 1,75 m pro pozorování mikrovlnného reliktního záření s větší přesností, než dosahuje družice WMAP, umístěná v libr. bodě L2 společně s observatoří Herschel.
2007 Kepler – NASA
Družice s teleskopem o průměru 1 m pro zjišťování přítomnosti extrasolárních planet fotometricky při jejich přechodu přes hvězdný disk; souběžně se sleduje sto tisíc hvězd, protože pravděpodobnost, že hvězda má planetu poblíž spojnice se Zemí je 0,5%.
2007/8 LiSA Patfinder (dř. SMART-2) – ESA
Technologická družice pro ověření systémů plánovaného programu LISA.
2008 Eddington ESA
observatoř pro hledání exoplanet do hmotnosti Marsu u 0,5 mil. hvězd fotometrickou transitní metodou. Program byl v zimě 2003 zrušen.
2009 SIM (Space Interferometry Mission) – NASA
Astrometrická družice pro určení přesné polohy a vzdálenosti hvězd 100x přesněji než dosud pomocí tří optických Michelsonových interferometrů se základnou 10 m. Při měření úhlů s přesností na miliontinu vteřiny se předpokládá nalezení nových exoplanet.
2011 JWST (James Webb Space Telescope) – NASA
Hlavní program, navazující na HST se zaměřením zejm. na pozorování vzdálených galaxií z doby po Big Bangu a kosmologické studie. Průměr zrcadla z 18 segmentů má být 6,5 m s rozlišením 0,1“ a maximální citlivostí v blízkém a středním IR oboru záření.
2012 LISA (Laser Interferometer Space Antenna) – ESA + NASA
První observatoř pro detekci gravitačních vln – trojice družic v trojúhelníku o straně 5 mil. km, umístěná na dráze kolem Slunce bude fungovat jako Michelsonův interferometr pro měření deformace prostoru průchodem gravitačních vln.
2014 XEUS (X-ray Evolving Universe Spectrometer) – ESA
Velká observatoř pro komplexní studium rentgenového záření, 200x citlivější než XMM-Newton (1999). Po r. 2020 bude modernizována na palubě ISS.
2014 Darwin – ESA
Flotila šesti kosmických dalekohledů o průměru 1,5 m v libračním bodě L2 pro hledání exoplanet s podmínkami pro život (10-100x lepší rozlišení než JWST).
2015 TPF (Terrestrial Planet Finder) – NASA
Observatoř pro komplexní studium exoplanet, schopná detekovat a charakterizovat planety podobné Zemi do vzdálenosti 45 sv. r. vč. složení jejich atmosfér a příp. globálních projevů mimozemského života.
2020? Hyper – ESA
Družice pro studium gravitačních a elektromagnetických sil.
2020? SAFIR (Single Aperture Far-Infrared Observatory) – NASA
Observatoř s dalekohledem o průměru 10 m (chlazení pod 5 K nejméně 5 let, rozsah 20 µm – 1 mm) navazující na Spitzerovu observatoř a Herschel.
2025 Large UV/Optical Telescope – NASA
Observatoř s velkým dalekohledem pro studium vesmíru v oboru optického a ultrafialového záření během 2. čtvrtiny 21. století.
2025? Life Finder – NASA
Jestliže se předchozím observatořím podaří nalézt exoplanety s podmínkami pro život, LF by měl chemicky analyzovat příp. biologickou aktivitu, tj. potvrdit skutečnou přítomnost života na nich.
2030? Planet Imager – NASA
Observatoř sestávající z flotily několika dalekohledů tak, aby plocha odpovídala teleskopu o průměru 300 km, který by byl zapotřebí pro pořízení detailních snímků planet, na nichž by byla potvrzena přítomnost života.
