Po rádiové astronomii je řada na přístrojích pro infračervenou oblast spektra. Opět si povíme něco málo o historii, technice pozorování a nejzajímavějších teleskopech světa.
Předně se omlouvám za delší pauzu od minulého dílu, ale nějak se mi nechtělo narušovat místní politické debaty před volbami a také jsem byl mimořádně pracovně vytížený, další články se budu snažit sypat svižněji. Ale teď zpátky k fyzice. Vesmír je plný míst, která jsou ve viditelném spektru skrytá prachem a plynem a pro optické teleskopy neviditelná. Infračervené záření ale těmito místy díky delší vlnové délce může projít a tak je možné zkoumat třeba centrum Mléčné dráhy nebo vznik nových hvězd, obklopených plynem.
Trocha historie infračervené astronomie
Infračervené záření objevil roku 1800 Sir William Herschel, britský astronom německého původu, který během svého života postavil vice než 400 teleskopů. Při testování filtrů pro sledování slunečních skvrn si všiml, že světlo, které prošlo červeným filtrem, produkuje značné množství tepla. Rozložil tedy sluneční záření na viditelné spektrum pomocí optického hranolu a teploměrem zkoumal teplotu jednotlivých barev. Přitom zjistil, že největší výchylka je těsně za červenou barvou na konci viditelného spektra, což Herschela přivedlo na domněnku, že existuje neviditelné záření mimo optické spektrum. Další vývoj byl, i přes pokusy najít infračervené záření z jiného zdroje než Slunce, více než pomalý. Teprve kolem roku 1850 bylo objeveno záření z Měsíce (což je ale opět jen odraz záření slunečního). První cizí zdroj – hvězdu Arktur v souhvězdí Pastýře – pozoroval v roce 1873 Ernest Fox Nichols pomocí upraveného Crookesova radiometru (animovaný gif, zdroj wiki), což je baňka s částečným vakuem, ve které je umístěn jakýsi mlýnek. Ten má lopatky z jedné strany černé a z druhé bílé. Crookes se mylně domníval, že lopatky jsou poháněny tlakem záření (to je detekováno až právě Nicholsovým radiometrem), ve skutečnosti lopatky roztáčí rozdíl tlaku na obou stranách lopatek, který vzniká rozdílem teplot mezi černou a bílou stranou. Crookesúv radiometr se dá dnes koupit za pár stovek a je možné s ním provádět měření intenzity infračerveného záření.
Infračervená astronomie stála na pokraji zájmu dalších skoro sto let, teprve v šedesátých letech minulého století zažila boom díky novým detektorům. První z nich byly ze sulfidu olovnatého (galenit), který vystaven infrazáření mění svůj odpor. V roce 1975 pak následoval mnohem citlivější antimonid india, následně HgCdTe a další polovodiče. Při pokojové teplotě jsou tyto detektory citlivé jen na záření z velmi horkých objektů. Pro účely detekce vzdálených a ne tak teplých těles je potřeba detektor výrazně chladit, nezřídka blízko absolutní nule, pomocí tekutého Helia. Chladit je nutné navíc nejen detektor, ale celou nádobu s příslušenstvím, aby detektor nedetekoval šum z různých motorků, ovládací elektroniky atd. Největším výrobcem a tahounem vývoje infradetektorů byla vždy armáda, se sulfidem olovnatým ostatně poprvé experimentovali Němci během druhé světové války. Většina teleskopů pozoruje stejným čipem, které jsou v tepelně naváděných raketách. Obstarání takového čipu od Američanů zahrnuje nekonečnou byrokracii a spousty povolení, které mají zamezit, aby se čip nedostal do rukou nepříteli (o to už se Američani postarají sami :)
Teleskopy pro infračervenou astronomii
Infračervené záření je pohlcováno vodními párami v atmosféře, která navíc sama září v infračervené oblasti. Pozemské teleskopy je proto nutné stavět ve vysokých výškách a v extrémně suchých oblastech, jakou jsou Chile, Antarktida a podobně. Infrazáření blízké viditelnému světlu (tzv. near-infrared) se chová velmi podobně jako toto viditelné záření, takže mnoho pozemních dalekohledů slouží pro oba druhy záření, není potřeba žádná speciální optika. Budu se jim proto věnovat až v příští sekci o optických přístrojích a teď se vrhneme na balóny, letadla a satelity. Z předchozího je totiž zjevné, že pro kvalitní pozorování musíme vysoko do atmosféry nebo až do vesmíru.
Stratoscope II
Stratoscope II byl následník Stratoscope I – 30 centimetrového (u teleskopů se jako hlavní rozměr udává průměr primárního zrcadla) dálkově ovládaného teleskopu neseného balónem. Stratoscope I byl optický teleskop, určený k pozorování sluneční fotosféry. První let se uskutečnil v roce 1957, obraz byl nahráván kamerou na 35 mm film. Stratoscope II už byl infračervený teleskop, zkoumající atmosféry ostatních planet Sluneční soustavy a extrasolární objekty. Teleskop o průměru 91 cm byl připevněn k 3,5 tunové gondole, nesené balónem o objemu přes 140 tisíc kubíků. Celkem se mezi roky 1963 až 1971 uskutečnilo asi 6 letů, při kterých balón dosahoval výšky až 25 km.
Několik letů uskutečnili i Hoffmann a Frederick, kteří objevili infrazáření ze středu Mléčné dráhy. Nebyl jsem ale schopen najít ani jeden obrázek jejich letů, takže se přesunu rovnou k
Balloon-borne Large Aperture Submillimeter Telescope
BLAST je 2 metrový teleskop nesený balónem o objemu 1,1 milionu kubíků, schopným dosáhnout výšky až 40 km. BLAST má za sebou celkem 3 lety, první zkušební v roce 2003 na území Nového Mexika trval 27 hodin. Druhý let v roce 2005 již byl vědecký a BLAST při něm za 4 dny přeletěl ze Švédska až do Kanady. Třetí let v roce 2006 byl taktéž vědecký, balón byl vypuštěn z Antarktické stanice McMurdo a let trval celých 11 dní. Po přistání se ovšem od gondoly neoddělil padák a větry vláčely teleskop 24 hodin po ledu na vzdálenost 200 km od místa přistání, čímž byl téměř kompletně zničen. BLAST byl nicméně zcela opraven a již tento měsíc je v plánu čtvrtý let, opět ze stanice McMurdo.
Frank Low
Průkopníkem letecké infra-astronomie (a nejen letecké) byl americký fyzik Frank Low. Aby se vyhnul absorpci infrazáření atmosférou, vyvinul Low teleskopy vhodné pro umístění do letadel. Jako první použil 5 cm teleskop ve strategickém proudovém bombardéru Douglas A-3 Skywarrior v letech 1965 a 66. Později pak umístil 30 cm teleskop do nouzového východu Lear Jetu a i za těchto spartánských podmínek dokázal, že Jupiter a Saturn emitují více záření, než je možné pouhým odrazem záření ze Slunce, a že tedy tyto planety mají vlastní zdroj záření. Tato LearJet observatoř létala až do roku 1984 i přes to, že už byla v provozu KAO.
Kuiper Airborne Observatory
KAO byl 0,9 m teleskop na palubě modifikovaného dopravního letounu Lockheed C-141A, který měl základnu v Kalifornii a létal mezi roky 1974 až 1995. Letadlo má v přední části trupu díru pro teleskop a v oddělené části pak pracují vědci, není už tedy nutné mít kyslíkové masky. Výhodou letadlových teleskopů je nejen možnost vystoupat nad většinu atmosféry, ale také letět na místo, z kterého je daný objekt viditelný a následovat jej po obloze během noci bez toho, aby zmizel za horizontem. Mezi nejdůležitější objevy KAO patří prstence Uranu v roce 1977, atmosféry Pluta v roce 1988 a studium hvězd Mléčné dráhy.
Stratospheric Observatory for Infrared Astronomy
SOFIA je nástupce KAO a jde o 2,5 m teleskop na palubě Boeingu 747SP (Jumbo s krátkým trupem) z roku 1977. Přestavba začala na konci 90. let a první pozorování proběhlo letos v květnu. Díra pro teleskop je tentokrát v zadní části letounu, ve střední části je obsluha a přední část je vyhrazena pro novináře a veřejnost. Plán mise počítá se třemi až čtyřmi lety v týdnu v následujících 20 letech. Letoun má základnu v centru Dryden NASA, ale jelikož je to společný projekt Němců a NASA, určitě se ukáže i v Evropě.
Infrared Astronomy Satellite
IRAS byl vůbec první satelit, který byl určen k pozorování v infračervené oblasti. Vypuštěn byl v roce 1983 a za pouhých 10 měsíců svého provozu zmapoval 96% oblohy ve 4 vlnových pásmech a detekoval přes půl milionu objektů. Dodnes je IRAS považován za jednu z nejúspěšnějších vesmírných misí vůbec. Mimochodem, Frank Low (viz výše) byl hlavní technolog a podílel se i na dalších projektech, jako byl infrasatelit Spitzer nebo nástupce Hubbla, James Webb Space Telescope. IRAS je dodnes na orbitě, jeho (plánovaná) krátká funkčnost byla způsobena potřebou intenzivního chlazení celého satelitu na 2 Kelviny (-271 stupňů Celsia). Toho bylo dosaženo postupným odpařováním 475 litrů supratekutého helia, jehož zásoba na palubě po 10 měsících došla a ohřátí satelitu znemožňuje další pozorování. Stejný osud čeká po vyčerpání zásob helia všechny infrasatelity. Nemá cenu je zde rozebírat všechny, kdo bude chtít, najde si informace sám, ať už jde o 4 ukončené mise, 6 stále aktivních nebo ty plánované.
Příště se podíváme na zajímavé přístroje viditelné části spektra.
(6x známkováno, průměr: 2,67 z 5)