Za čtyři století se dalekohledy změnily k nepoznání. Avšak jejich cíle jsou po celou dobu společné: soustředit do ohniska co nejvíce světla, abychom mohli pozorovat co nejslabší objekty a dosáhnout co největšího úhlového rozlišení.
Ve stavbě čočkových dalekohledů bylo dosaženo maxima již koncem 19. století: objektiv Clarkeova refraktoru na Yerkesově observatoři má průměr 102 cm.Větší čočka se by působením gravitačního pole sama natolik deformovala, že by byla nepoužitelná.
Naštěstí přišel Isaac Newton kolem r.1660 na nápad, že objektivem může být i duté zrcadlo (a nadto nebude mít barevnou vadu).
Dvoumetry, osmimetry a ty další
V roce 1917 byl na Mt. Wilsonu uveden do provozu reflektor o průměru zrcadla 2,54 m a rekord mu vydržel (vinou válečného zdržení) až do r. 1948, kdy byla slavnostně zahájena činnost „pětimetru“ na Mt. Palomaru. Překonán byl v 2. polovině 70. let kavkazským „šestimetrem“ na originální azimutální montáži, jehož optické kvality však byly nevalné (zrcadlo bylo po dvou rocích vyměněno). V posledním čtvrtstoletí jsme byli svědky prudkého rozvoje pozemní pozorovací techniky. V polovině století byla celková sběrná plocha všech velkých dalekohledů 50 m2 , roku 1995 to bylo už 150 m2 a nyní, krátce po začátku 21. století máme k dispozici plochu téměř 1000 m2!
Po třináctiletém budování se hned v 1. roce nového století stal „jedničkou“ evropský VLT (Very Large Telescope), tvořený čtyřmi navzájem spřaženým osmimetrovými teleskopy, jehož úhrnná plocha 211 m2 odpovídá zrcadlu o průměru 16,4 m. Byl vybudován za 350 milionů dolarů ve výšce 2600 m v nejsušším místě planety – poušti Atacama. Na druhém místě s ekvivalentním průměrem 14 m je dvojice desetimetrů Keck I a II, vzdálená od sebe 85 metrů – ovšem nejde o monolitní zrcadla, nýbrž o mozaiky 36 šestiúhelníkových zrcadlových segmentů.
Největším monolitickým zrcadlem je od r. 2001 vybaven japonský teleskop Subaru. Nebude mít rekord dlouho. Ještě letos by mělo projít první světlo reflektorem se zrcadlem o průměru 8,4 m na Mt. Graham v Arizoně. 14 ústavů ze 4 zemí tam buduje originální binokulární teleskop LBT, který bude mít dvě zrcadla na společné montáži. Celkový efektivní průměr bude 11,8 m, ale kvalita by měla odpovídat jednomu teleskopu o průměru 22,8 m! Konečně příští rok bude dokončen segmentový teleskop o průměru 10,4 m GTC na Kanárském ostr. La Palma.
Optika kouzlí
Počátek století rovněž přinesl dosažení magické hranice 0,001 úhlové sekundy v optické interferometrii na Mt. Paranal při měření úhlových průměrů hvězd – tehdy do 6 mag, ale brzy až do 11 mag (HST dosahuje rozlišení o řád horšího).
Ke kvalitě výsledků dnes přispívá nejen dalekohled, ale i jeho vybavení. Stále víc přístrojů pracuje v poloautomatickém nebo dálkovém režimu řízení. O úžasném pokroku detekční techniky svědčí úspěch jednoho kanadského amatéra, který ke svému reflektoru o průměru 0,4 m připojil jednoduchou kameru s maticí CCD 576×384 pixelů a složenou 20 h expozicí dosáhl mezní hvězdné velikosti 24 mag, což o dvě desetiletí dřív ještě nedokázal ani palomarský pětimetr! Největším pomocníkem astronomů se však stala adaptivní optika.
Magie adaptivní optiky
Protože i astronomové žijí na dně vzdušného oceánu, musí každý světelný paprsek přicházející z vesmíru do lesklých objektivů pozemských dalekohledů překonat v závěru své cesty průlet atmosférou. V ní se ovšem láme na rozhraních mnoha vzdušných vrstev, jež mají různou teplotu, vlhkost a hustotu, a protože navíc je skladba těchto oblastí proměnlivá, mění v jistém rozmezí i svůj směr. Výsledkem je, že jinak bodový obraz mění jasnost a také polohu.
Vlivem neklidného vzduchu zejména v troposféře jsou zkrátka obrazy vesmírných objektů rozmazané. Přesvědčit se o tom můžete na vlastní oči: Když se na nějaké hvězdárně podíváte dalekohledem s velkým zvětšením na jasnou hvězdu a trochu si ji rozostříte, spatříte barevně pulsující, poskakující skvrnu. I když si astronomové vybírají místa s co nejlepšími pozorovacími podmínkami, mají pozemní dalekohledy mnohem horší úhlové rozlišení, než by dalekohled poskytl, kdyby atmosféry nebylo a rozlišení záviselo jen na ohybu světla. Stařičký „König“ Štefánikovy hvězdárny by na oběžné dráze měl rozlišení takové, jako dvoumetrový dalekohled v Ondřejově… To byl jeden z důvodů, proč jsme toužili mít přístroj na oběžné dráze, vysoko nad atmosférou.
Vzduch je nepřítelem astronomů
Čtyřmetrový dalekohled teoreticky dosáhne rozlišení 0,04 úhlové vteřiny (pod takovým úhlem uvidíme korunovou minci na vzdálenost 100 km), ale ve skutečnosti je vlivem neklidného vzduchu jeho ostrost běžně pětadvacetkrát horší, kolem jedné vteřiny. Obrazy jsou rozmazané a i na těch nejlepších pozorovacích místech na Havaji dosáhne jen málokdy rozlišovací schopnost dalekohledů pod 0,5 vteřiny.
Odborníci se snažili o různá technická řešení, jak přírodu přelstít. Dosud nejúspěšnější metodou, jak získat lepší úhlové rozlišení, byla tzv. skvrnková interferometrie, kdy se sledovaný objekt mnohokrát rychle vyfotografuje a ze souboru nic neříkajících skvrnek se pak matematicky rekonstruuje výsledný obraz. Nicméně ukázalo se, že lepší než přírodu obcházet je napodobit ji – a to se podařilo až na samém sklonku minulého století.
Jak pracuje adoptivní optika?
Klíčem k tomuto zázraku se stala tzv. adaptivní optika. Celý trik spočívá v řízených deformacích sekundárního zrcadla velkého dalekohledu, které vyrovnává rušivé působení neustále se měnící atmosféry a soustředí posbírané světlo na co nejmenší plochu. Zní to jednoduše, ale technické řešení je neuvěřitelně složité. Není proto divu, že jeho první verse nejdříve s úspěchem využily špionážní družice, kterým atmosféra bránila získat detailní snímky povrchu Země. Ostatně, slavný Hubbleův dalekohled měl své tajné předchůdce v aparaturách právě těchto špionážních družic.
Princip adaptivní optiky je podobný kódování a dekódování televizního signálu. Systém musí být schopen zjistit všechna zkreslení původně rovinné vlnoplochy světla hvězdy v každém okamžiku, a poté vložit zkreslení „opačná“ do cesty světlu směřujícímu k ohnisku. Oba úkoly jsou o něco snazší v blízké infračervené oblasti, protože teoretická rozlišovací schopnost dalekohledu je úměrná vlnové délce přijímaného záření. Takový zásah provede speciální korekční zrcadlo, což je tenké skleněné zrcadlo deformovatelné stovkami piezoelektrických krystalů a to několiksetkrát za sekundu!
Umíme to už udělat několika způsoby
V praxi to nejčastěji vypadá tak, že se menším dalekohledem sleduje skutečná nebo umělá hvězda (silným laserovým svazkem je nabuzen sodík v atmosféře ve výšce asi 90 kilometrů a tím je vytvořena umělá hvězda žluto-oranžové barvy). Na základě její podoby se počítají a provádějí až několiksetkrát za sekundu deformace zrcátka nastaveného do cesty světla posbíraného hlavním dalekohledem.
Nejúspěšnější jsou systémy obou největších dalekohledů – již při zkouškách VLT bylo dosaženo rozlišovací schopnosti blízké teoretické pro 8 m dalekohled, tj.asi 0,06 vteřiny a Keckův teleskop dosahuje v blízké infračervené oblasti (1 mikrometr), která je současně vůči neklidu atmosféry odolnější, fantastického úhlového rozlišení 0,04 vteřiny, tedy zhruba na úrovni Hubblova kosmického dalekohledu. Na Ió se kupříkladu podařilo indentifikovat desítky útvarů včetně jednoho výtrysku z aktivního vulkánu. A to i přesto, že průměr celého měsíce nepřevyšuje 1,4 úhlové vteřiny – pod tímto úhlem spatříme korunovou minci ze vzdálenosti asi tří kilometrů!
