Nové obzory astronomie

ESO Evropská Jižní Observatoř

Nové obzory astronomie

ESO a astronomie

Astronomie je často prezentována jako nejstarší věda. I my, stejně jako lidé minulých století a kultur, stojíme v bázni před majestátným pásem Mléčné dráhy táhnoucím se za jasné a tmavé noci oblohou. Dnešní astronomie patří k nejrychleji se rozvíjejícím oborům. Využívá sofistikované metody a nejvyspělejší technologie, jaké mají vědci k dispozici. A právě moderní technika nám umožňuje zkoumat objekty na samotné hranici pozorovatelného vesmíru nebo zaznamenat planety obíhající kolem cizích hvězd. Můžeme tak začít odpovídat na otázku, která fascinuje snad každého z nás: Existuje někde jinde ve vesmíru život?

Observatoř Paranal, domov dalekohledu VLT (Very Large Telescope).

2

ESO je jednou z nejvýznamnějších mezinárodních astronomických organizací světa. Uskutečňuje ambiciózní program zaměřený na návrh, konstrukci a provoz výkonných pozemních zařízení pro pozorování vesmíru. V roce 2012 oslavila 50. výročí podepsání takzvané „Úmluvy o ESO“ (ESO convention), k ­ terou byla tato organizace formálně založena. Rok 2013 je pak ve znamení 50. výročí dlouhé a plodné spolupráce s Chilskou republikou, která na své půdě hostí všechny pozorovací komplexy ESO. Observatoř La Silla-Paranal (The La Silla Paranal Observatory) se

rozkládá na dvou stanovištích ležících v oblasti chilské pouště Atacama. Na La Silla je v provozu několik dalekohledů, z nichž největší má průměr primárního zrcadla 3,6 m. Vlajkovou lodí ESO je dnes dalekohled VLT (Very Large Telescope) pracující na hoře Cerro Paranal. Ten díky své konstrukci, přístrojovému vybavení a metodám práce stanovil nový standard pro pozemní pozorování ve viditelném a infračerveném oboru spektra. Interferometr VLTI dále rozšiřuje schopnosti tohoto unikátního zařízení, stejně jako přehlídkové dalekohledy VST a VISTA pro viditelnou, respektive infračervenou, oblast spektra.

ESO rovněž zastupuje Evropu při realizaci projektu ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array), na kterém spolupracuje se severní Amerikou, východní Asií a Chilskou republikou. Unikátní zařízení ALMA

je provozováno na náhorní plošině Chajnantor ve vysoké nadmořské výšce chilského Altiplana. Observatoř ALMA byla slavnostně otevřena v roce 2013 za účasti prezidenta Chilské republiky Sebastiána Piñery. První vědecká pozorování s nedokončeným polem antén však proběhla již roku 2011. Dalším krokem při plnění cílů ESO jako vůdčí světové organizace pozemního astronomického výzkumu je stavba dalekohledu E-ELT (European Extremely Large Telescope) se segmentovým primárním zrcadlem o průměru 39 m. Program E-ELT byl schválen v roce 2012 a zařízení by mělo zahájit vědecká pozorování v roce 2023.

Tim de Zeeuw Generální ředitel ESO

ESO/J. Girard

Každý rok obdrží ESO 1700 návrhů na využití svých dalekohledů. Požadovaný čas na jejich realizaci však až pětinásobně překračuje skutečné možnosti. Tato poptávka je jedním z důvodů, proč je dnes ESO nejproduktivnější pozemní observatoří světa — každý den jsou v průměru zveřejněny více než dva odborné články založené na datech z ESO (jen v roce 2012 to bylo 871 článků).

3

Pozorovací stanoviště ESO

Severní část Chile částečně pokrytá pouští Atacama je známa svou mimořádně čistou a temnou noční oblohou, která nabízí působivý pohled na střed naší Galaxie a obě Magellanova mračna.

Součástí systému VLT jsou také další čtyři pomocné pohyblivé teleskopy se zrcadly o průměru 1,8 m. Všechny společně tvoří interferometr VLTI. Na Paranalu rovněž sídlí dva výkonné přehlídkové dalekohledy VST a VISTA.

První observatoř ESO byla postavena asi 600 km severně od hlavního města Santiago de Chile na hoře La Silla v nadmořské výšce 2 400 m. V současnosti je vybavena řadou dalekohledů pro viditelnou oblast spektra a největší z nich má průměr primárního zrcadla 3,6 m. A právě k tomuto dalekohledu je dnes připojen nejúspěšnější lovec exoplanet na světě, spektrograf HARPS (High Accuracy Radial velocity Planet Searcher).

Dalekohled E-ELT (European Extremely Large Telescope) bude postaven na hoře Cerro Armazones, ležící asi 20 km od observatoře Paranal, se kterou bude sdílet provozní systémy.

Jedno z nejsušších míst na Zemi, hora Paranal s nadmořskou výškou 2600 m n. m., je domovem komplexu dalekohledů VLT (Very Large Telescope). Leží asi 130 km jižně od chilského města Antofagasta, vzdušnou čarou jen asi 12 km od pobřeží Tichého oceánu. VLT není jen jeden dalekohled, ale komplex čtyř základních dalekohledů s primárními zrcadly o průměru 8,2 m.

Radioteleskop ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array) je tvořen soustavou 66 antén o průměrech 12 m a 7 m. Je partnerským projektem ESO se státy severní Ameriky, východní Asie a republiky Chile. Nachází se na planině Chajnantor v nadmořské výšce

5 000 m a patří k nejvýše položeným astronomickým zařízením světa. Na planině Chajnantor je umístěn také přístroj APEX (Atacama Pathfinder Experiment), radioteleskop pro milimetrovou a submilimetrovou oblast spektra s anténou o průměru 12 m. Ředitelství ESO sídlí v Garchingu u Mnichova (Německo) ve vědecko-­ technickém a administrativním centru ESO. ESO však provozuje i svou kancelář v hlavním městě Chile, Santiagu.

Ředitelství ESO v Garchingu u Mnichova, Německo.

SAN PEDRO DE ATACAMA ANTOFAGASTA

Cerro La Peineta

Mapa zachycuje polohu observatoří, které ESO provozuje v Chile.

Cerro Las Campanas

Garching, Německo.

Cerro Cinchado

LA SERENA

Cerro Tololo Cerro Pachón Cerro Guatulame

4

Chile

Letecký pohled na observatoř Paranal. Vlevo na vrcholku hory Cerro Paranal se nachází dalekohledy systému VLT a vpravo je vidět přehlídkový dalekohled pro infračervenou oblast VISTA.

ESO/José Francisco Salgado (josefrancisco.org) Clem & Adri Bacri-Normier (wingsforscience.com)/ESO

ALMA (Atacama Large Millimeter/ submillimeter Array) na náhorní plošině Chajnantor.

J. L. Dauvergne & G. Hüdepohl (atacamaphoto.com)/ESO

Observatoř La Silla.

Představa dalekohledu E-ELT (European ­E xtremely Large Telescope) na vrcholku hory Cerro Armazones.

5

Vědecké úspěchy ESO 10 nejdůležitějších astronomických objevů ESO: 1 Hvězdy obíhající centrální superhmotnou černou díru naší Galaxie Velké dalekohledy ESO se již dvacet let podílí na sledování pohybů hvězd kolem obří černé díry v srdci naší Galaxie. Polohy a vlastní pohyby hvězd je možné díky těmto přístrojům určovat stále přesněji. 2 Zrychlená expanze vesmíru Dva nezávislé týmy vědců použily pozorování vzdálených supernov, včetně dat získaných pomocí dalekohledů ESO na observatořích La Silla a Paranal, a ukázaly, že expanze vesmíru se v současnosti zrychluje. Za tento objev byla v roce 2011 udělena Nobelova cena za fyziku. 3 První snímek exoplanety Dalekohled VLT pořídil vůbec první snímek planety ve vzdáleném hvězdném systému. Planeta je 5krát hmotnější než Jupiter a obíhá kolem ne zcela vyvinuté hvězdy — hnědého trpaslíka — ve vzdálenosti 55krát větší než Země kolem Slunce. 4 Záblesky záření gama a jejich spojitost se supernovami a splynutím neutronových hvězd Dalekohledy ESO pomohly vyřešit letitou kosmickou záhadu, když poskytly nezvratný důkaz, že dlouhotrvající záblesky záření gama mají spojitost s explozemi hmotných hvězd v samotném závěru jejich života. Pomocí dalekohledů na observatoři La Silla se poprvé podařilo pozorovat viditelné světlo doprovázející krátkodobý gama záblesk. Na základě těchto měření bylo možné ukázat, že nejpravděpodobnější příčinou jejich vzniku je přibližování a následná srážka vzájemně se obíhající dvojice neutronových hvězd. 5 Měření kosmické teploty Pomocí dalekohledu VLT byly detekovány molekuly oxidu uhelnatého v galaxii vzdálené téměř 11 miliard světelných let, což je pozorování, na které se čekalo 25 let. Astronomové díky němu získali první přesná měření teploty vesmíru v takto vzdáleném období jeho vývoje. 6 Nejstarší hvězda v Galaxii Pomocí dalekohledu ESO/VLT astronomové určili věk nejstarší známé hvězdy v naší Galaxii. Při svém stáří 13,2 miliardy roků hvězda musela vzniknout v nejranější epizodě tvorby hvězd, která v mladém vesmíru proběhla. Ve hvězdách naší Galaxie se rovněž podařilo detekovat uran a použít jej k nezávislému odhadu jejího stáří.

6

7 Záblesky z okolí superhmotné černé díry v centru Galaxie Společnými silami dalekohledu VLT a radioteleskopu APEX byly sledovány záblesky odehrávající se poblíž supermasívní černé díry v centru naší Galaxie. Ukázalo se, že hmota je při svém oběhu v intenzivním gravitačním poli blízké černé díry roztahována podél své dráhy. Navíc se pomocí mimořádně kvalitních pozorování dalekohledu VLT v infračervené oblasti podařilo odhalit záblesky přicházející z okolí černé díry, což naznačuje, že toto monstrum velmi rychle rotuje. 8 Přímé měření vlastností atmosféry exoplanety Pomocí dalekohledu VLT byla poprvé provedena analýza složení atmosféry exoplanety typu super-Země. Planeta známá pod označením GJ 1214b byla pozorována při přechodu přes disk své mateřské hvězdy a přitom došlo k průchodu části světla její atmosférou. 9 Nejbohatší exoplanetární systém Astronomové využívající spektrograf HARPS objevili systém pěti planet, které obíhají kolem Slunci podobné hvězdy HD 10180. V systému by však mohly být ještě nejméně další dvě planety a jedna z nich by mohla být dosud nejlehčí známou exoplanetou. Kromě toho se zdá, že vzdálenosti planet od centrální hvězdy tohoto systému jsou pravidelně rozloženy, podobně jako v případě Sluneční soustavy. 10 Pohyby hvězd v Galaxii V průběhu 15 let a za 1000 pozorovacích nocí na observatoři La Silla se astronomům podařilo změřit vlastní pohyby 14 000 hvězd podobných Slunci, které se nacházejí v nejbližším okolí Slunce. Na základě těchto měření se ukazuje, že život Galaxie je mnohem proměnlivější a chaotičtější, než se dříve myslelo.

1

2

3

4

6

7

8

9

10

7

Galaxie Centaurus A (NGC 5128). Snímek byl pořízen přístrojem Wide Field Imager na 2,2m dalekohledu MPG/ESO na observatoři La Silla, Chile.

8

ESO. Poděkování: VPHAS+ Consortium/Cambridge Astronomical Survey Unit

Pozoruhodná mlhovina Carina (v souhvězdí Lodního kýlu) s probíhající tvorbou hvězd na detailním snímku z přehlídkového dalekohledu VST (VLT Survey Telescope) na observatoři ESO Paranal. Snímek byl pořízen s pomocí Sebastiána Piñery, prezidenta Chile.

Krásný pohled na kolébku rodících se hvězd IC 2944 byl zveřejněn na oslavu patnáctého výročí velkého dalekohledu ESO (ESO’s Very Large Telescope).

9

Velký dalekohled VLT

Velký dalekohled (Very Large Telescope) je na začátku třetího tisíciletí vlajkovou lodí evropské optické astronomie. Je to nejmodernější optický přístroj na světě a skládá se ze čtyř hlavních dalekohledů, každý s rekordním průměrem hlavního zrcadla 8,2 m, a čtyř pohyblivých pomocných dalekohledů s průměrem 1,8 m, které se dají dohromady kombinovat jako interferometr. 8,2m dalekohledy se dají používat také individuálně. Jsou tak výkonné, že každý z nich dokáže pořídit snímky nebeských objektů čtyřmiliardkrát slabších, než by dokázalo spatřit pouhé lidské oko.

Dalekohled VLT při západu Slunce.

10

Seznam přístrojového vybavení VLT je tím nejambicióznějším programem, který byl kdy vytvořen pro jedinou observatoř. Zahrnuje zobrazovací zařízení, kamery a spektrografy, které pokrývají široký úsek spektra od ultrafialové (0,3 µm) do střední infračervené (20 µm) oblasti spektra. Hlavní 8,2m dalekohledy VLT jsou umístěny v kompaktních, teplotně kontrolovaných budovách, které rotují synchronně s dalekohledy. Tím se výrazně snižuje vliv lokálních podmínek na pozorovací podmínky, jako například turbulence vzduchu v tubusu dalekohledu, která vzniká v důsledku změn teploty a proudění vzduchu.

První z hlavních dalekohledů VLT začal s rutinním vědeckým pozorováním prvního dubna 1999. Od té doby se dalekohled VLT výrazně zapsal do historie pozorovací astronomie. Je to nejproduktivnější individuální pozemní zařízení na světě. V průměru víc než jeden vědecký článek za den, publikovaný v recenzovaném časopisu, se týká výsledků VLT.

UT4 (Yepun) AOF (2015) HAWK-I SINFONI NACO MUSE

UT3 (Melipal) ISAAC SPHERE (2014) X-SHOOTER VIMOS

LGS

UT2 (Kueyen) FLAMES UVES

VST OmegaCAM

VISTA VIRCAM

UT1 (Antu) VLT Nekoherentní společné ohnisko: ESPRESSO (2016)

VLTI MIDI AMBER PRIMA Dočasně umístěný (hostující) přístroj GRAVITY (2015) MATISSE (2015)

Přístroje na VLT.

ESO/G.Hüdepohl (atacamaphoto.com)

CRIRES KMOS FORS2

11

Adaptivní optika

Turbulence v zemské atmosféře zkresluje obrazy pořízené i za těch nejlepších pozorovacích podmínek na observatořích ESO v Chile. Díky turbulenci hvězdy poblikávají, což sice těší básníky, ale dost to frustruje astronomy, protože poblikávání rozmazává jemné detaily během pozorování vesmíru. Při pozorování přímo z vesmíru se astronomové tomuto nepříjemnému efektu vyhnou, ale vysoké náklady na vybudování a údržbu vesmírných dalekohledů v porovnání s pozemskými limitují velikost a rozsah přístrojů, které můžeme umístit mimo Zemi. Metoda, kterou používají astronomové, aby problém „poblikávání“ vyřešili, se jmenuje adaptivní optika. Sofistikovaná deformovatelná zrcadla ovládaná počítači dokáží v reálném čase měnit tvar takovým způsobem, že odstraní deformaci obrazu způsobenou turbulencí v zemské atmosféře, a výsledné obrazy

jsou téměř tak ostré, jako by byly pořízeny z vesmíru. Adaptivní optika umožňuje pozorovat jemnější detaily ještě slabších objektů, než by jinak bylo ze Země možné. Adaptivní optika vyžaduje přítomnost poměrně jasné referenční hvězdy, která musí být blízko pozorovaného objektu. Tato referenční hvězda se používá k měření rozmazanosti obrazu, kterou má deformovatelné zrcadlo odstranit. Protože vhodné hvězdy nejsou všude na nočním nebi, astronomové si vytvářejí umělé referenční hvězdy tak, že svítí výkonným laserovým paprskem do vrstvy zemské atmosféry ve výšce 90 kilometrů. Díky těmto umělým hvězdám je možné pozorovat téměř celou oblohu pomocí adaptivní optiky. ESO mělo vůdčí roli ve vývoji adaptivní optiky a technologie laserových naváděcích hvězd a spolupracovalo

s několika evropskými institucemi a průmyslovými podniky. Zařízení ESO využívající adaptivní optiku dosáhla pozoruhodných vědeckých výsledků. Mezi nimi je i první přímé pozorování exoplanety (viz str. 6), nebo detailní pozorování okolí černé díry v centru Mléčné dráhy (viz str. 6). Další generace adaptivní optiky bude instalována na dalekohledu VLT i na E-ELT (European Extremely Large Telescope). Nová generace bude zahrnovat jak použití systému několika referenčních hvězd na VLT, tak pokročilé systémy adaptivní optiky pro hledače planet. Vyvíjejí se ještě modernější zařízení navrhnutá pro potřeby E-ELT. Nedávno bylo dosaženo významného úspěchu při zvětšení korigovaného zorného pole, který bude mít důsledky pro návrh budoucího systému adaptivní optiky VLT a E-ELT.

Schéma principu a funkce adaptivní optiky.

Atmosférická turbulence Světelné paprsky Sekundární zrcadlo

Primární zrcadlo

Deformovatelné zrcadlo Astronomická kamera

Počítač

12

Měření turbulence

ESO/G.Hüdepohl (atacamaphoto.com)

Laser PARLA na VLT. Laser se používá k vytvoření umělé hvězdy ve výšce asi 90 km v atmosféře.

13

Interferometr VLTI

Jednotlivé dalekohledy VLT se dají zkombinovat do obřího interferometru VLT (VLTI), který astronomům umožňuje pozorovat detaily až 16krát menší, než to dokáží individuální teleskopy, a studovat nebeské objekty v nevídaném rozlišení. Pomocí VLTI můžeme vidět detaily na povrchu hvězd a dokonce i studovat oblasti v blízkosti černých děr v centrech cizích galaxií.

Jeden ze čtyř 1,8m pomocných dalekohledů, který je součástí interferometru VLTI.

Panoramatický pohled na tunel VLTI.

14

Světelné paprsky přicházející z jednotlivých dalekohledů jsou ve VLTI zkombinovány složitým systémem zrcadel v podzemních tunelech, ve kterých se optické dráhy paprsků od všech dalekohledů musí rovnat s přesností lepší než jedna tisícina milimetru na vzdálenosti sto i více metrů. S tímto 130m „virtuálním teleskopem“ dosahuje VLTI prostorového rozlišení, které můžeme přirovnat k pozorování matičky šroubku na mezinárodní vesmírné stanici na orbitě 400 km nad námi.

Pomocné dalekohledy VLTI

Aby mohla být kapacita VLTI využita každou noc, jsou k dispozici čtyři menší pomocné dalekohledy. Pomocné dalekohledy jsou umístěny na kolejích a přemisťují se mezi přesně definovanými pozorovacími stanovišti. Z těchto míst jsou světelné paprsky přivedeny z dalekohledů a spojeny ve VLTI.

Pomocné dalekohledy jsou velmi neobvyklé dalekohledy: ve svých ultrakompaktních kopulích jsou plně soběstačné, vozí si svou vlastní elektroniku, ventilaci, hydraulická zařízení a chladící systémy, a mají dokonce své vlastní transportéry, které je zvedají a přesunují z místa na místo.

ESO/José Francisco Salgado (josefrancisco.org)

Hlavní 8,2m dalekohledy se sice dají kombinovat do VLTI, ale po většinu času pozorují jednotlivě své vlastní pozorovací programy a pro interferometrická pozorování se používají jen během omezeného počtu nocí za rok.

15

Přehlídkové dalekohledy

Na observatoři ESO Paranal jsou umístěny další dva výkonné dalekohledy: VISTA (Visible and Infrared Survey Telescope for Astronomy) a VST (VLT Survey Telescope). Jedná se o světově nejvýkonnější dalekohledy určené k přímé přehlídce oblohy, které výrazně zvyšují objevitelský potenciál observatoře Paranal. Mnoho ze zajímavých astronomických objektů — od slabých hnědých trpaslíků v Mléčné dráze k nejvzdálenějším kvazarům — se vyskytuje jen zřídka. Hledat je připomíná hledání jehly v kupce sena. Největší dalekohledy, jako třeba velký dalekohled VLT (ESO) nebo Hubbleův vesmírný dalekohled (NASA/ESA), pozorují v danou chvíli jen malou část oblohy, ale dalekohledy VISTA a VST jsou navrženy tak, aby rychle fotografovaly rozsáhlé oblasti oblohy. V současné době oba dalekohledy provádějí přehlídky vybraných částí oblohy a vytvářejí ohromné archívy jak obrazového materiálu, tak katalogů

Přehlídkové dalekohledy přinášejí nové vědecké výsledky, avšak navíc se zajímavé objekty objevené přehlídkovými dalekohledy stanou předmětem zájmu pro další detailnější studium, např. sousedním VLT nebo jinými dalekohledy na Zemi i ve vesmíru. Oba přehlídkové dalekohledy jsou umístěny v kopulích poblíž VLT a tak využívají stejně kvalitní pozorovací podmínky i obdobný vysoce efektivní provozní model.

VST je moderní 2,6m dalekohled vybavený kamerou OmegaCAM, monstrem s 268 miliony pixelů a zorným polem velkým jako čtyři měsíční úplňky. Doplňuje dalekohled VISTA a pozoruje oblohu ve viditelném světle. VST je výsledkem spolupráce ESO a OAC (Astronomická observatoř Capodimonte) v Neapoli, což je výzkumné centrum Italského národního astrofyzikálního ústavu (INAF).

VISTA má hlavní zrcadlo s průměrem 4,1 m a je to nejvýkonnější přehlídkový dalekohled v blízké infračervené oblasti na světě. Srdcem dalekohledu VISTA je třítunová kamera s šestnácti detektory citlivými na infračervené světlo, které mají dohromady 67 milionů pixelů. Má největší rozsah ze všech astronomických kamer v blízké infračervené oblasti.

Dalekohled VST: Největší dalekohled na světě určený k přehlídkám oblohy.

ESO/G. Lombardi (glphoto.it)

Uvnitř kopule dalekohledu VISTA.

objektů, které budou využívat astronomové i v příštích dekádách.

16

ESO/J. Emerson/VISTA. Poděkování: Cambridge Astronomical Survey Unit

Širokoúhlý snímek Mlhoviny v Orionu (M42) ve vzdálenosti 1350 světelných let od Země pořízený dalekohledem VISTA na observatoři ESO Paranal v Chile.

ESO/INAF-VST/OmegaCAM. Poděkování: OmegaCen/Astro-WISE/Kapteyn Institute

První uveřejněný snímek z dalekohledu VST ukazuje působivou oblast tvorby hvězd M17, která je známá také jako mlhovina Omega či Labuť.

17

ALMA

Vysoko na náhorní plošině Chajnantor v chilských Andách provozuje Evropská jižní observatoř spolu s partnery z amerického i asijského kontinentu pole radiových antén ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array). Jedná se o velice moderní dalekohled pozorující záření z nejchladnějších objektů ve vesmíru. Typická vlnová délka tohoto záření je okolo jednoho mm. V elektromagnetickém spektru se toto záření nalézá mezi infračervenými a rádiovými vlnovými délkami a označujeme je jako milimetrové a submilimetrové záření. ALMA dokáže zkoumat vesmír v těchto vlnových délkách s nepřekonatelnou citlivostí i rozlišením a s až desetkrát ostřejší zobrazovací schopností, než má Hubbleův vesmírný dalekohled. Doplňuje tak pozorování získaná interferometrem VLTI. Světlo těchto vlnových délek pochází z rozlehlých chladných mračen v mezihvězdném prostoru s teplotami až –263 °C a z některých z prvních a nejvzdálenějších galaxií ve vesmíru. Astronomové využívají toto záření ke studiu chemických a fyzikálních podmínek v molekulárních oblacích

Letecký pohled na náhorní plošinu ­Chajnantor s nadmořskou výškou 5 000 m v chilských Andách, kde stojí antény radiového pole ALMA.

18

— hustých oblastech plynu a prachu, kde vznikají nové hvězdy. Často jsou tyto oblasti temné a ve viditelném světle neviditelné, ale v milimetrové a submilimetrové oblasti spektra jasně září. ALMA studuje komponenty, ze kterých se skládají hvězdy, planetární systémy, galaxie a samotný život. Tím, že vědce zásobuje detailními obrázky hvězd a planet, které se tvoří nedaleko Sluneční soustavy, i tím, že detekuje vzdálené galaxie vznikající na okraji pozorovatelného vesmíru, dává ALMA astronomům příležitost k tomu, aby se dotýkali některých z nejhlubších otázek ohledně našeho kosmického původu. Milimetrové a submilimetrové záření otevírá okno do záhadného chladného vesmíru, ale zároveň je toto záření velmi silně pohlcováno vodními parami v zemské atmosféře. Dalekohledy tohoto typu musí být umístěny na vysoko položených a suchých místech. Z tohoto důvodu byla ALMA, největší existující astronomický projekt v lidské historii, postavena v nadmořské

výšce 5 000 m na náhorní plošině Chajnantor. Toto místo, vzdálené asi 50 km od severochilského města San Pedro de Atacama, má jedno z nejsušších podnebí na Zemi. Astronomové zjistili, že podmínky pro pozorování jsou tu nepřekonatelné, ale zato musí provozovat tuto špičkovou observatoř za obtížných podmínek a s nedostatkem kyslíku. Chajnantor je o více než 750 m výš než observatoře na Mauna Kea a o 2400 m výš než VLT na Cerro Paranal. Na projektu ALMA se partnersky podílejí Evropa, Japonsko a Severní Amerika ve spolupráci s Chile. Projekt ALMA financuje v Evropě ESO, v Japonsku Národní ústavy přírodních věd ve spolupráci s Academia Sinica na Tchaj-wanu a v Severní Americe Národní vědecká nadace USA ve spolupráci s Kanadskou národní radou pro výzkum. Výstavbu a provozování soustavy ALMA řídí za Evropu ESO, za Japonsko Japonská národní astronomická observatoř a za Severní Ameriku Národní radioastronomická observatoř, kterou spravuje společnost Associated Universities, Inc.

Clem & Adri Bacri-Normier (wingsforscience.com)/ESO

ALMA (ESO/NAOJ/NRAO)

Evropská anténa projektu ALMA vážící 100 t se veze na jednom z obřích transportérů Lore v operačním středisku v chilských Andách.

19

ALMA (ESO/NAOJ/NRAO). Snímek ve viditelném světle: NASA/ESA Hubble Space Telescope

Galaxie Antény se nacházejí ve vzdálenosti 70 miliónů světelných let. Na této dvojici spirálních galaxií jsou patrné deformace vyvolané vzájemnou srážkou. Tento snímek kombinuje pozorování ALMA ve dvou pásmech z období testování přístroje s obrazem ve viditelném světle z Hubbleova kosmického dalekohledu společně provozovaného NASA/ESA.

20

ALMA má revoluční konstrukci sestávající ze 66 velmi přesných antén. Hlavní soustava padesáti antén s průměrem 12 m může pracovat společně jako jeden teleskop — interferometr. Může však také zahrnout přídavné pole čtyř 12m a dvanácti 7m antén. Tyto antény se mohou pohybovat po náhorní plošině ve vzdálenostech od 150 m do 16 km od hlavní soustavy. Tím ALMA získává schopnost zvětšovat či zmenšovat pozorované objekty, podobně jako to dělají objektivy s měnitelnou ohniskovou vzdáleností (zoomy). Superpočítač ALMA (korelátor) dosahuje výkonu 17 × 1015 výpočetních operací za sekundu a je jedním z nejrychlejších počítačů pro zvláštní určení na světě. ALMA byla slavnostně otevřena v roce 2013, avšak vědecká pozorování s neúplnou soustavou antén probíhají již od roku 2011.

APEX

Pro pozorování v oblasti milimetrových a submilimetrových vln mají astronomové na planině Chajnantor k dispozici i další zařízení: APEX (Atacama Pathfinder Experiment). Jedná se o 12m dalekohled vycházející z prototypu antény ALMA, pracující na stejném místě. APEX pracoval již mnoho let před soustavou ALMA a nyní, když je ALMA dokončena, na sebe převzal roli přehlídkového přístroje.

APEX v měsíčním světle.

Oblast vzniku hvězd v mlhovině v Orionu zachycená aparaturou APEX.

ESO/B. Tafreshi (twanight.org)

APEX je výsledkem spolupráce Institutu Maxe Plancka pro radioastronomii, Kosmické observatoře v Onsale a ESO. Jeho provoz zajišťuje ESO. Je následovníkem Švédsko–evropského submilimetrového dalekohledu SEST, který pracoval na La Silla v letech 1987 až 2003 ve spolupráci ESO a Kosmické observatoře v Onsale.

ESO/Digitized Sky Survey 2

Astronomové využívají APEX ke studiu podmínek v nitrech molekulárních oblaků, takových jako je například mlhovina v Orionu (M42) nebo Sloupy stvoření v Orlí mlhovině (M16). Přístroj objevil molekuly oxidu uhelnatého (CO) a komplexní organické molekuly, stejně jako nabité molekuly obsahující fluór, které dosud nebyly detekovány. Tyto objevy přispívají k pochopení plynných kolébek, ve kterých se rodí nové hvězdy.

21

Evropský velmi velký dalekohled — E-ELT

Extrémně velké dalekohledy jsou celosvětově považovány za jednu z nejvyšších priorit pozemní astronomie. Nesmírně posunují naše současné astrofyzikální poznatky, dovolují nám detailně studovat kosmické objekty včetně planet u jiných hvězd, prvních objektů ve vesmíru, superhmotných černých děr, stejně jako podstatu a rozdělení temné hmoty a temné energie, které dominují našemu vesmíru. Revoluční Evropský velmi velký dalekohled E-ELT (European Extremely Large Telescope) bude mít hlavní zrcadlo o průměru 39 m a bude největším dalekohledem pro optickou a blízkou infračervenou oblast na světě. Stane se tak „největším okem pozorujícím oblohu“.

22

E-ELT bude větší než všechny stávající optické vědecké dalekohledy dohromady a bude shromažďovat 13krát více světla než největší optický dalekohled dneška. E-ELT bude při pozorování schopen eliminovat zkreslení obrazu způsobeného naší atmosférou tak, že výsledný obraz bude 16krát ostřejší než snímky z Hubbleova kosmického dalekohledu. Dalekohled bude mít novou konfiguraci s pěti zrcadly. Primární zrcadlo se bude skládat ze 798 šestiúhelníkových segmentů, každý o šířce 1,4 m a tloušťce 5 cm. Se zahájením jeho činnosti naplánovaným kolem roku 2023 se E-ELT dotkne nejsložitějších otázek, jaké před nás staví současná věda. Mimo jiné

se zaměří na nalezení a pozorování Zemi podobných planet v obyvatelných zónách kolem jiných hvězd, kde by mohl existovat život — jeden ze Svatých grálů moderní observační astronomie. Bude se také zabývat hvězdnou archeologií, tj. studiem starých hvězd a hvězdných populací v sousedních galaxiích. Stejně tak by měl přinést nové poznatky pro kosmologii měřením vlastností prvních hvězd a galaxií. Bude také zkoumat podstatu temné hmoty a temné energie. Kromě toho astronomové plánují neočekávané — nové a nepředvídatelné otázky, které přinesou objevy E-ELT.

Tento noční snímek zobrazuje Cerro Armazones, místo budoucího Evropského velmi velkého dalekohledu.

Několik testovacích segmentů obřího hlavního zrcadla E-ELT nyní podstupuje testy v blízkosti ředitelství ESO v Garchingu v Německu.

Umělecká představa budoucího E-ELT.

23

Tanec tří planet nad La Silla. Nahoře nad kopulemi ukrývajícími dalekohledy najdeme po západu Slunce tři z planet Sluneční soustavy — Jupitera (nahoře), Venuši (níže vlevo) a Merkur (níže vpravo).

24

La Silla

Dalekohled NTT (New Technology Telescope — Dalekohled nové technologie) o průměru zrcadla 3,58 m byl přelomem v koncepci a konstrukci pozemních dalekohledů. Je to první dalekohled na světě, jehož tvar primárního zrcadla kontroluje počítačem řízený systém (aktivní optika)

tak, aby zachoval za všech podmínek jeho optimální tvar. Tuto technologii vyvinulo ESO a v současné době je využita u VLT i u většiny největších dalekohledů světa. V jiném místě na La Silla najdeme ESO 3,6m dalekohled, který pracuje od roku 1977. Díky zásadní modernizaci si na jižní polokouli drží svou pozici ve třídě 4m dalekohledů. Je základnou pro světově nejúspěšnějšího lovce exoplanet — spektrograf HARPS s nepřekonatelnou přesností. Vybudovanou infrastrukturu na La Silla využívá také mnoho členských zemí ESO pro své vlastní projekty.

Najdeme zde například švýcarský 1,2m dalekohled Leonarda Eulera (Leonhard Euler Telescope), REM (Rapid Eye Mount) a TAROT (Télescope à Action Rapide pour les Objets Transitoires — dalekohled s rychlou odezvou pro přechodné jevy) pro sledování gama záblesků, stejně jako víceúčelové dalekohledy jako MPG/ESO o průměru 2,2 m. Dalekohled MPG/ESO může díky širokoúhlé kameře (Wide Field Imager) s 67 milióny pixelů pořizovat opravdu velkolepé snímky vesmírných objektů, z nichž některé se již staly velmi známými. Na observatoři La Silla pracuje také dánský 1,54m dalekohled, který na základě česko–dánské smlouvy nyní využívají i čeští astronomové.

ESO/Y. Beletsky

Observatoř La Silla se nachází 600 km severně od Santiaga v Chile, ve výšce 2400 m n. m. Byla hlavní základnou ESO již od roku 1960. ESO zde stále provozuje dva z nejlepších dalekohledů v kategorii 4m primárních zrcadel, které tak umožňují tomuto místu držet si i nadále pozici jedné z vědecky nejvíce produktivních observatoří na světě.

25

Od nápadu k publikované práci: datový tok

Práce dalekohledů ESO je založena na souvislém procesu začínajícím ve chvíli, kdy astronomové navrhnou pozorovací projekt a stanoví jeho konkrétní vědecké cíle. Návrhy jsou posuzovány experty z oboru a přijaté projekty jsou doplněny detailními popisy, jak má být pozorování provedeno. Pozorování jsou pak realizována pomocí konkrétního dalekohledu a získaná data jsou ihned po pozorování zpřístupněna danému vědeckému týmu. Vědecká pozorování a s nimi spojená kalibrační data jsou také využívána vědci ESO k monitorování kvality dat i chování jednotlivých přístrojů tak, aby bylo zajištěno, že přístroje pracují vždy v rámci svých požadovaných specifikací. Celý tento proces se opírá o spolehlivý přenos dat a informací mezi observatořemi v Chile a centrálou ESO v Garchingu v Německu. Všechna pořízená vědecká i kalibrační data jsou ukládána ve vědeckém archívu

ESO (ESO Science Archive Facility). Ten obsahuje kompletní záznamy všech pozorování získaných od spuštění dalekohledu VLT na Paranalu, jeho interferometru a přehlídkových dalekohledů VISTA a VST. Archív také obsahuje data získaná z přístrojů na La Silla a ze submilimetrového dalekohledu APEX na platu Chajnantor. Data uložená v archívu se obvykle zpřístupňují odborné veřejnosti jeden rok po jejich získání, což umožňuje jejich další využití ostatními vědci. Tradiční způsob pozorování je založen na rezervování pevně daného termínu, ve kterém musí astronomové přicestovat na observatoř a za asistence odborného technického personálu pozorování provést sami. Tento přístup známý jako „návštěvní“ (visitor mode) dovoluje astronomům aktuálně přizpůsobit strategii pozorování právě získaným výsledkům stejně jako stavu atmosféry. Nelze však zajistit, aby v době, na kterou byl pozorovací čas

přidělen, byly na observatoři potřebné pozorovací podmínky. ESO vyvinulo nové alternativní schéma servisních pozorování, ve kterém jsou pozorování přesně specifikována autory odpovídajícího projektu, pružně vybírána na konkrétních dalekohledech a realizována pouze za vhodných podmínek. Každý definovaný pozorovací projekt mimo jiné také přesně specifikuje akceptovatelné pozorovací podmínky, za kterých je možné získat výsledky naplňující jeho vědecké cíle. Ačkoliv toto flexibilní pozorovací schéma nedovoluje astronomům rozhodovat o pozorovací strategii v reálném čase, poskytuje mnoho výhod. Pro své programy si ho vybírá až 70 % uživatelů VLT.

Datové centrum v centrále ESO v německém Garchingu, kde jsou archivována a distribuována data z dalekohledů ESO.

26

Spolupráce

Péče o spolupráci v astronomii je podstatou poslání ESO a organizace hraje také rozhodující roli ve vytváření evropského výzkumného prostoru pro astronomii a astrofyziku.

Vlajky členských států ESO na plošině u VLT.

Každý rok tisíce astronomů, nejen z členských zemí ESO, realizuje svůj výzkum s využitím dat získaných na observatořích ESO. Astronomové často vytvářejí mezinárodní výzkumné týmy, v nichž figurují členové z mnoha zemí, a jejich výsledky jsou každým rokem publikovány v mnoha stech vědeckých článků.

Aby ESO mohla poskytovat uživatelům modernější a lepší astronomické dalekohledy a přístroje, těsně spolupracuje s velkým počtem evropských špičkových průmyslových firem. Evropský průmysl hraje zásadní roli v realizaci projektů ESO. Bez aktivní účasti komerčních partnerů z členských států a Chile by takové projekty nebylo možné realizovat.

Evropská komise a EIROforum jsou zárukou pro rozšiřování spolupráce.

Skupinová fotografie z konference „Věda ­založená na příští ­generaci ­spektroskopických přehlídkových projektů“.

V oblasti technologického vývoje ESO udržuje těsné vztahy s mnoha výzkumnými skupinami na univerzitách v členských státech i mimo ně. Takto jsou astronomové z členských států těsněji vtaženi do plánování a realizace vědeckých přístrojů pro současné dalekohledy ESO, stejně jako ostatních existujících nebo plánovaných dalekohledů. Vývoj přístrojů nabízí důležité zkušenosti pro národní výzkumná centra excelence, jež jsou atraktivní pro mnoho mladých vědců a inženýrů. Alvio Renzini na Konferenci ESO@50 u příležitosti 50 let Evropské jižní observatoře.

M. McCaughrean (ESA)/ESO

ESO má rozsáhlý program pro začínající vědce (mladí astronomové s titulem Ph.D.) a studenty, čímž přispívá k mobilitě evropských vědců. Starší a zkušení vědci z členských i ostatních zemí mohou po určitou dobu pracovat jako hostující vědci na pracovištích ESO. Navíc ESO ­podporuje intenzivní program mezinárodních konferencí zaměřených na ­nejaktuálnější témata současné astronomie i související technologie a poskytuje logistickou podporu mezinárodnímu časopisu Astronomy & Astrophysics.

27

Ředitelství ESO Karl-Schwarzschild-Str. 2, 85748 Garching bei München, Německo Telefón: +49 89 32006 0 | Fax: +49 89 3202362 | E-mail: [email protected]

08.2014 — Czech

ESO/T. Preibisch

www.eso.org