| |
Herschel a Planck po prvním roce pozorování
Petr Kulhánek
Dne 14. května tomu byl přesně rok, co z evropského kosmodromu
v jihoamerickém Kourou odstartovala nosná raketa ArianeAriane – nosná raketa využívaná Evropskou kosmickou agenturou. Její název pochází z francouzského přepisu jména mytologické postavy Ariadne. Nosič byl vyvíjen od 70. let dvacátého století. První úspěšný start Ariane 1 proběhl v roce 1979. Dnes je k dispozici nosič Ariane 5 ECA s výškou 59 metrů, průměrem 5,4 metru, celkovou hmotností 770 tun a užitečným nákladem 10 tun. Rakety startují ze základny Kourou ve Francouzské Guianě. s infračervenou
observatoří Herschel a mikrovlnnou observatoří Planck na palubě. Po zhruba
půlhodině letu se od nosné rakety oddělila observatoř Herschel a dvě
minuty po ní ji následovala observatoř Planck. Sondy se vydaly do
Lagrangeova boduLagrangeovy body – pět bodů v sousedství dvou obíhajících hmotných těles, ve kterých je gravitační a odstředivá síla vyrovnána. Polohu těchto bodů poprvé vypočítal italsko-francouzský matematik Joseph-Louse Lagrange. Velmi výhodné je například umístění sondy do Lagrangeova bodu L2 soustavy Země-Slunce, který je vzdálený od Země 1 500 000 km ve směru od Slunce (WMAP, Planck, Herschel, TPF). L2, kde nyní provádí pozorování. Oba přístroje jsou
unikátní a patří k tomu nejlepšímu, co lidské společenství vytvořilo.
Observatoř Herschel je největším dalekohledem, který byl vyslán do
vesmíru, jeho hlavní zrcadlo má průměr 3,5 metru. Observatoř Planck je
dosud nejcitlivějším přístrojem pro pozorování reliktního zářeníReliktní záření – záření, které se od látky oddělilo přibližně 400 000 let po vzniku vesmíru, tedy v době, kdy se vytvářely atomární obaly prvků a končilo plazmatické období vesmíru. Počáteční horkou (plazmatickou) fázi existence Vesmíru nazýváme Velký třesk a reliktní záření tedy pochází z období konce Velkého třesku. Dnes má teplotu 2,73 K a vlnovou délku v milimetrové oblasti. Je jedním ze základních zdrojů informací pro naše poznání raného vesmíru. V anglické literatuře se označuje zkratkou CMB (Cosmic Microwave Backgroud, mikrovlnné záření pozadí)., které
pochází ze samotného konce Velkého třesku, kdy se ve vesmíru formovaly
atomární obaly a končila éra počáteční plazmatické koule. O přípravě
sond, jejich startu a práci jsme psali v AB 42/2005,
AB 35/2007, AB 21/2009,
a AB 37/2009.
Zaměřme se nyní na stav těchto observatoří rok po jejich startu a pojďme
se pokochat fascinujícími záběry, které pořídily.

Herschel a Planck. Zdroj: ESA.
|
Herschel – sonda ESA, která byla vynsena do vesmíru 14. května 2009. Jde o obří infračervenou observatoř se zrcadlem o průměru 3,5 metru, která byla umístěna do Lagrangeova bodu L2 soustavy Země-Slunce. Observatoř pokrývá obor vlnových délek od 55 μm do 672 μm a je pojmenována po vynikajícím anglickém astronomovi a objeviteli infračerveného záření Williamu Herschelovi. V současnosti jde o vůbec největší dalekohled umístěný lidstvem ve vesmíru.
Planck – mikrovlnná observatoř ESA, která byla vynesena do vesmíru 14. května 2009. Je určena k výzkumu fluktuací reliktního záření a monitorování Vesmíru v mikrovlnné oblasti. Má úhlovou rozlišovací schopnost 5′ a teplotní citlivost 2 μK při frekvenčním pásmu 30÷857 GHz. Zrcadlo sondy má rozměry 1,9×1,5 m a teplota nejchladnější části ohniska je 0,1 K. Sonda je pojmenována podle významného kvantového fyzika Maxe Plancka. Je umístěna je v Lagrangeově bodě L2 soustavy Země-Slunce.
ESA – European Space Agency, Evropská kosmická agentura. ESA spojuje úsilí 18 evropských zemí na poli kosmického výzkumu. Centrální sídlo je v Paříži, pobočky v mnoha členských zemích. ESA byla založena v roce 1973 jako přímý následovník organizací ESRO a ELDO. Nejznámější nosnou raketou využívanou ESA je Ariane. Česká republika vstoupila do ESA v listopadu 2008.
Ariane – nosná raketa využívaná Evropskou kosmickou agenturou. Její název pochází z francouzského přepisu jména mytologické postavy Ariadne. Nosič byl vyvíjen od 70. let dvacátého století. První úspěšný start Ariane 1 proběhl v roce 1979. Dnes je k dispozici nosič Ariane 5 ECA s výškou 59 metrů, průměrem 5,4 metru, celkovou hmotností 770 tun a užitečným nákladem 10 tun. Rakety startují ze základny Kourou ve Francouzské Guianě.
|
Herschel
V tomto článku se seznámíme především se snímky dosud pořízenými
infračervenou observatoří Herschel. Při jejich zpracování se skládá
obraz ze tří různých vlnových délek, kterým se přiřadí červená, zelená a modrá barva. Výsledný obraz vznikne složením snímků do jediné barevné
kompozice. Barvy jsou samozřejmě nepravé, lidské oko není schopné vnímat
infračervené záření. Technické detaily o observatoři lze nalézt buď
na
www stránkách sondy Herschel nebo v dřívějších článcích (AB 42/2005,
35/2007, 21/2009).
Základní údaje o sondě proto čtenáři připomeneme jen v krátké tabulce:
| Základní údaje o observatoři |
| start |
14. 5. 2009, kosmodrom Kourou, Jižní Amerika |
| nosná raketa |
Ariane 5 ECA |
| první „světlo“ |
14. 6. 2009, Vírová galaxie M 51 |
| umístění |
Lagrangeův bod L2 soustavy Země-Slunce |
| pracovní fáze |
přípravná |
| průměr zrcadla |
3,5 m |
| hmotnost sondy |
3 500 kg |
| rozměry sondy |
4,6×7,6 m |
| zásoby kapalného helia |
2 300 l |
| vlnový rozsah |
55÷572 μm |
| životnost |
3 (4) roky |
| cena |
1,1 miliardy € |
| Přístrojová část observatoře (viz
AB 42/2005) |
| HIFI |
Zkratka z anglického Heterodyne Instrument for the Far Infrared.
Jde o spektrometr pro vzdálený infračervený obor s rozlišením 5 až 13″. |
| PACS |
Zkratka z anglického Photodetector Array
Camera and Spectrometer. Jde o pole fotometrů s mřížkovým
spektrometrem. Rozlišení je 18 až 36″. |
| SPIRE |
Zkratka z anglického Spectral and
Photometric Imaging Receiver. Jde o zobrazovací spektrometr a frekvenční
analyzátor. |
Pořízené snímky (Herschel)
První světlo – Vírová galaxie M 51. Na snímku je vůbec první
záběr pořízený ještě neseřízenou observatoří přístrojem PACS. Barevná kompozice byla vytvořena snímky
na vlnových délkách 70 μm (modrá), 100 μm (zelená) a 160 μm (červená).
Kolem jádra jsou dvě spirální ramena, jejichž prach je zahřátý světlem právě
se rodících hvězd. Výrazná modrá skvrna v horní části je jádro menší
galaxie, jež prochází v těsné blízkosti Vírové galaxie. Galaxie je
vzdálená 23 milionů světelných roků a nachází se v souhvězdí Honících psů.
Zdroj: ESA/Herschel/PACS.

Jižní kříž, pole 2°×2°. Na snímku je oblast,
která ve vizuálním oboru vůbec nezáří a jeví se na obloze jako zcela temný flíček. Pohled infračervenýma očima
observatoře Herschel nám umožnil spatřit aktivní oblast rodících se
hvězd s kroutícími se vlákny plynu a prachu. Oblast je několik tisíc
světelných roků daleko od Země ve směru souhvězdí Jižního kříže. Obraz
byl složen z pěti barevně okódovaných snímků v rozmezí vlnových délek 70
až 500 μm.
Zdroj: ESA/Herschel/SPIRE&PACS.

Jižní hluboké pole GOODSGOODS – Great Observatories Origins Deep Survey, program zaměřený na sledování vývoje velmi starých objektů, vedlejším produktem je řada pozorování supernov SN Ia. Do projektu jsou zapojeny 4 vynikající vesmírné dalekohledy: HST (vizuální obor), SST (IR obor), Chandra (RTG obor) a XMM Newton (RTG obor). K pozorování byly vybrány dvě malé oblasti (20×16') oblohy: na severní obloze ve Velké Medvědici a na jižní obloze v souhvězdí Pece..
Tato malá oblast v souhvězdí Pece byla opakovaně snímkována mnoha
dalekohledy (HSTHST (Hubble Space Telescope) – Hubblův vesmírný dalekohled. Největší dalekohled na oběžné dráze kolem Země, kde byl v roce 1990 umístěn do výšky 614 km. Průměr primárního zrcadla je 2,4 m. Z hlediska kosmologie je zajímavý HST Key Project (klíčový projekt HST), který v roce 1999 posloužil k prvnímu přesnému určení Hubbleovy konstanty. V lednu 2004 NASA zrušila servisní mise k tomuto unikátnímu přístroji, nicméně v roce 2006 bylo rozhodnuto o poslední servisní misi, která měla proběhnout v roce 2008. Mise byla kvůli závadě na dalekohledu odložena a uskutečnila se v květnu 2009., SSTSST (Spitzer Space Telescope) – Spitzerův vesmírný dalekohled. Kosmická observatoř NASA pracující v infračerveném oboru, která byla vynesena na oběžnou dráhu v srpnu 2003 nosnou raketou Delta 7920H ELV. Zrcadlo má průměr 85 cm a je chlazené kapalným heliem na teplotu 5,5 K. Pozorovací spektrální rozsah je 3÷180 μm. Předpokládá se životnost tři až pět let. Program družice má na starosti California Institute of Technology.,
ChandraChandra – družicová observatoř NASA zkoumající vesmír v rentgenovém oboru. Byla vypuštěna v roce 1999. Na palubě observatoře je rentgenový dalekohled o průměru 1,2 m a ohniskové vzdálenosti 10,05 m, tvořený čtyřmi soubory souosých paraboloidně-hyperboloidních zrcadel o délce 0,85 m, se zorným polem o průměru 1,0° a s rozlišením 0,5″., XMM-NewtonXMM-Newton – X ray Multi Mirror, rentgenový dalekohled na oběžné dráze (Evropská rentgenová observatoř). Jeho hlavní součástí jsou tři systémy soustředných pozlacených zrcadel o celkové ploše 120 m2. Evropská kosmická agentura (ESA) vypustila do vesmíru observatoř XMM-Newton 10. prosince 1999 z paluby rakety Ariane 5.). Na výsledných snímcích se
nachází tisíce galaxií v nejrůznějších vývojových stádiích. V lednu 2010
tuto oblast vyfotografovala i observatoř Herschel přístrojem PACS na
vlnových délkách 70 μm, 100 μm a 160 μm. Jednotlivým
vlnovým délkám byly přiřazeny různé barvy (modrá, zelená a červená)
a složením snímků vznikla výsledná barevná fotografie s nepřeberným
množstvím velmi vzdálených galaxií zářících v infračerveném oboru.
Zdroj: ESA/Herschel/PACS.

Otevřená hvězdokupa NGC 133. Hvězdokupa se
nachází v
souhvězdí Kasiopeja a je
propojena s mlhovinou, ve které i dnes vznikají hvězdy. Na pozadí je
snímek oblasti pořízený Spitzerovým dalekohledemSST (Spitzer Space Telescope) – Spitzerův vesmírný dalekohled. Kosmická observatoř NASA pracující v infračerveném oboru, která byla vynesena na oběžnou dráhu v srpnu 2003 nosnou raketou Delta 7920H ELV. Zrcadlo má průměr 85 cm a je chlazené kapalným heliem na teplotu 5,5 K. Pozorovací spektrální rozsah je 3÷180 μm. Předpokládá se životnost tři až pět let. Program družice má na starosti California Institute of Technology.. Přístroj HIFI
observatoře Herschel pořídil spektra vybraných členů hvězdokupy a nalezl v nich
čáry vody. Voda je nedílnou součástí hvězdných porodnic. Snímek byl
zveřejněn 6. května 2010.
Zdroj: ESA/Herschel/HIFI.

Obří bublina RCW 120. Tato bublina ionizovaného
vodíku se nachází v souhvězdí Štíra ve vzdálenosti 4 300 světelných
roků. Bublinu vytvořila hvězda v jejím středu (v infračerveném oboru je
neviditelná), jejíž záření z oblasti vytlačuje plyn a prach. Na okrajích
bubliny dochází ke vzniku hvězd. V pravé dolní části okraje bubliny je
zřetelná vznikající hvězda, jejíž hmotnost se odhaduje na 8÷10 MS.
V okolí hvězdy je dostatek materiálu, který může v budoucnu hmotnost
hvězdy ještě zvýšit. Zdá se, že v této rodící se hvězdě ještě nebyla zažehnuta termojaderná syntéza v jejím nitru. Snímek byl pořízen
23. dubna 2010 – jde o kompozici složenou z vlnových délek 70 μm, 160 μm
(PACS) a 250 μm (SPIRE).
Zdroj: ESA/Herschel/SPIRE&PACS.

Mlhovina Rosetta, NGC 2244. Na tomto
fascinujícím snímku vidíme rozsáhlé molekulární mračno s mnoha hvězdnými
zárodky, které mají podobu „prstíků“ vznikajících na ostrých hranách
mračna. Oblast se nachází v souhvězdí Jednorožce ve vzdálenosti 5 000 světelných roků
a jako nenápadná hvězdokupa
s mlhovinou byla objevena Johnem Flamsteedem již v roce 1690.
Snímek byl pořízen 12. dubna 2010, jde o kompozici složenou z vlnových
délek 70 μm, 160 μm
(PACS) a 250 μm (SPIRE). Zdroj: ESA/Herschel/SPIRE&PACS.
Planck
Mikrovlnná observatoř Planck je určena především pro pořízení mapy
fluktuací
reliktního zářeníReliktní záření – záření, které se od látky oddělilo přibližně 400 000 let po vzniku vesmíru, tedy v době, kdy se vytvářely atomární obaly prvků a končilo plazmatické období vesmíru. Počáteční horkou (plazmatickou) fázi existence Vesmíru nazýváme Velký třesk a reliktní záření tedy pochází z období konce Velkého třesku. Dnes má teplotu 2,73 K a vlnovou délku v milimetrové oblasti. Je jedním ze základních zdrojů informací pro naše poznání raného vesmíru. V anglické literatuře se označuje zkratkou CMB (Cosmic Microwave Backgroud, mikrovlnné záření pozadí).. Má dvakrát lepší úhlové rozlišení
a desetkrát lepší teplotní rozlišení než její předchůdce
WMAPWMAP – Wilkinson Microwave Anisotropy Probe, sonda z roku 2001, která pořídila podrobnou mapu fluktuací reliktního záření s úhlovým rozlišením kolem 15′ a citlivostí 20 μK. Zrcadlo sondy má rozměry 1,4×1,6 m a teplota chlazené části je nižší než 95 K. Data sondy jsou nejdůležitějším zdrojem informací o raných fázích vývoje vesmíru, většinou se kombinují s daty z pozemských zařízení jako je CBI a ACBAR. Sonda je umístěna v Lagrangeově bodě L2 soustavy Země-Slunce.. Oblohu
skenuje v pásech o šířce 15°. Když mezi 13. srpnem a 27. srpnem 2009
pořídila první testovací pás. Po jeho vyhodnocení se ukázalo, že data jsou bez jediné chybičky, a tak mohl být tento
testovací pás rovnou použit jako první pás celooblohové mapy
reliktního záření. V květnu 2010 dokončila sonda první radiovou
přehlídku oblohy a započala druhou. Při skenování se samozřejmě
k mikrovlnnému záření přidá i záření z Mléčné dráhy, které je třeba od
signálu odečíst. Za tím účelem se pořizují referenční snímky Mléčné
dráhy, které jsou cenným vedlejším produktem rutinního skenování
oblohy. Životnost sondy byla původně plánována na 15 měsíců, ale
v lednu 2010 byla mise prodloužena až do konce roku 2011. Detaily o sondě
Planck nalezne čtenář na
www stránkách sondy nebo v dřívějších článcích (AB 35/2007,
AB 21/2009,
AB 37/2009). Zde se budeme
věnovat především pořízeným snímkům, a proto shrneme základní údaje o
sondě jen do stručné tabulky:
| Základní údaje o observatoři |
| start |
14. 5. 2009, kosmodrom Kourou, Jižní Amerika |
| nosná raketa |
Ariane 5 ECA |
| první „světlo“ |
13. 8. až 27. 8. 2009 (první testovací pás) |
| umístění |
Lagrangeův bod L2 soustavy Země-Slunce |
| pracovní fáze |
rutinní skenování |
| průměr zrcadla |
1,5 m |
| hmotnost sondy |
1 800 kg |
| rozměry sondy |
4,2×4,2 m |
| vlnový rozsah |
0,3÷10 mm |
| úhlové rozlišení |
0,17° |
| teplotní rozlišení |
2 μK |
| teplota ohniska |
0,1 K |
| životnost |
původně 15 měsíců, mise prodloužena do konce
roku 2011 |
| cena |
700 milionů € |
| Přístrojová část observatoře (viz
AB 37/2009) |
| LFI |
Zkratka z anglického Low Frequency Instrument.
Jde o 52 detektorů, které měří na šesti mikrovlnných frekvencích 100,
140, 220, 350, 550 a 850 GHz (vlnové délky 3, 2, 1,5, 0,9, 0,5 a 0,3 mm). |
| HFI |
Zkratka z anglického High Frequency
Instrument. Jde o 22 detektorů, které měří na třech radiových
frekvencích 30, 45 a 70 GHz (vlnové délky 10, 7 a 4 mm). |
Pořízené snímky (Planck)

Fluktuace reliktního záření. Na snímku je
zobrazena oblast o rozměru 10°×10° ve směru mimo rovinu Mléčné dráhy.
Viditelné fluktuace jsou otiskem struktur, které byly ve vesmíru
přítomny již na konci Velkého třesku. Jde o barevné kompozice z několika frekvencí. Data byla pořízena při
skenování prvního testovacího pásu v období od 13. 8. do 27. 8. 2009. Levý
obrázek pochází z měření
LFILFI – Low Frequency Instrument, nízkofrekvenční přístroj. na
frekvenci 70 GHz,
pravý z HFIHFI – High Frequency Instrument, vysokofrekvenční přístroj. na
frekvenci 100 GHz. Zdroj: ESA/Planck/LFI&HFI.

Prachová vlákna v Mléčné dráze. Zobrazená
oblast má rozměr 15°×15°. Snímek byl pořízen dne 17. 3. 2010 přístrojem
HFIHFI – High Frequency Instrument, vysokofrekvenční přístroj. na frekvenci 857 GHz. Nejde o barevnou kompozici, ale o monochromatický snímek (na jediné frekvenci). Barvou je kódována
intenzita signálu (modrá nejnižší, tmavočervená nejvyšší). Zdroj: ESA/Planck/HFI.

Snímkování Mléčné dráhy. Při rutinním skenování
fluktuací reliktního záření se do souboru dat dostává i mikrovlnné
záření Mléčné dráhy. Proto se pořizují referenční snímky Mléčné dráhy,
pomocí kterých se na mapě fluktuací reliktního záření tento „šum“ z Mléčné
dráhy odčítá. K nejznámějším snímkům tohoto druhu patří netradiční fotografie Velké
mlhoviny v Orionu a fotografie oblasti rodících se hvězd v Perseu. Můžete si je
prohlédnout na následujících snímcích. Zdroj: ESA/Planck.

Velká mlhovina v Orionu M 42. Povšimněte si
postupu skládání obrazu. V prvním řádku jsou monochromatické snímky (na
jediné frekvenci), barvy v nich vyjadřují intenzitu signálu. V druhém
řádku jsou snímky obarveny – každé frekvenci je přiřazena určitá barva.
V posledním řádku je výsledek – barevný snímek oblasti o velikosti
15°×15° složený z frekvencí 30,
353 a 857 GHz. Zdroj: ESA/Planck.

Perseus. Oblast rodících se hvězd o rozměru 30°×30°
v souhvězdí Persea. Barevná kompozice byla získána stejnou technikou
jako u minulého snímku. Obraz je složený z frekvencí 30,
353 a 857 GHz. Zdroj: ESA/Planck.
Animace týdne: Observatoř Planck skenuje oblohu

Observatoř Planck skenuje oblohu. Planck je mikrovlnná observatoř
Evropské kosmické agentury, která byla vypuštěna v květnu 2009. Je
umístěna v Lagrangeově bodě L2 soustavy Země-Slunce, 1,5 milionu
kilometrů za Zemí směrem od Slunce. Hlavním úkolem sondy je pořízení
mapy fluktuací reliktního záření, které se oddělilo od látky v období
konce Velkého třesku, když se formovaly atomární obaly. Sonda skenuje
oblohu v pásech širokých 15°, po dokončení skenování je třeba od
pořízených dat odečíst radiový šum přicházející z Mléčné dráhy.
V animaci si prohlédněte sondu Planck a princip skenování oblohy.
Fluktuace reliktního záření jsou cenným zdrojem informací o raném
vesmíru. Lze z nich například určit stáří vesmíru, jeho složení i křivost.
(mpg, 12 MB)
Literatura
Fórum – diskuze k tomuto
bulletinu

|
|