Nejvzdálenější kosmický dalekohled
Uvažuje se o nové sondě, která by měla dolétnout až do vzdálenosti 550x větší, než je vzdálenost Země od Slunce. Odtamtud by sledovala, co je za Sluncem.
Má jít o kosmický dalekohled, který by byl vůbec nejvzdálenějším lidským výtvorem. Mise se jmenuje FOCAL a měla by letět minimálně do vzdálenosti 550 astronomických jednotek. Možná vás překvapí, že z této obrovské vzdálenosti by sonda měla za cíl hledět zpět na Slunce. A to jenom proto, aby viděla, co je za ním. Pokud se vám zdá tento nápad trochu přitažený za vlasy, tak to opravdu nemusí. S myšlenkou tohoto vzdáleného kosmického dalekohledu přišel italský vědec Claudio Maccone, který dnes působí v Mezinárodní astronautické akademii, kde je technickým ředitelem pro vědecký výzkum vesmíru. Koncept sondy FOCAL je starý skoro dvacet let, vždyť už v roce 1993 ji Maccone nabízel k realizaci Evropské kosmické agentuře. Jenomže technicky je to nedořešená mise, zkrátka ještě neumíme poslat sondu tak daleko. Pokud vás zajímá, proč právě do takové vzdálenosti, tak přinášíme rozhovor, který Českému rozhlasu Leonardo poskytl Claudio Maccone při své návštěvě Prahy.
Proč by měl dalekohled FOCAL letět zrovna do vzdálenosti 550 astronomických jednotek?
Bohužel, toto je nejkratší vzdálenost, které musíme dosáhnout, abychom dospěli do ohniska, které způsobuje naše Slunce v roli optické spojné čočky vyvolané slunečním gravitačním polem. Jinými slovy. Když si představíte kouli obklopující Slunce o poloměru 550 astronomických jednotek, tak to je plocha, kterou když dosáhnete jakoukoli kosmickou lodí, můžete vidět velice zesílený obraz toho, co se nachází přímo za Sluncem - tedy na opačné straně spojnice kosmické lodi a Slunce. 550 astronomických jednotek je tedy vzdálenost, které bezpodmínečně nutně musíme dosáhnout, pokud chceme tohoto efektu využít. Kdekoli uvnitř koule tohoto poloměru jsme jakoby „ve stínu“ Slunce a nemůžeme efekt čočky vidět.
Proč je tak důležité vidět to, co je za Sluncem?
Protože Slunce hraje roli jakési lupy nebo zvětšujícího skla, tak nejde jen o to vidět, co je za Sluncem, ale jde o to, vidět to v mnohonásobně lepším detailu, než dokážeme ze Země jakýmkoli dalekohledem. Představme si objekt vzdáleného vesmíru, jakým je např. kvasar, který se nachází na hranicích vesmíru, nějakých 10 miliard světelných let daleko. Ze Země dokážeme pořídit snímek takového objektu, ale je velice neostrý a slabý kvůli velké vzdálenosti, přestože kvasar produkuje hodně záření. Kdybychom ale poslali sondu na opačnou stranu od Slunce, než je kvasar, do zmíněné vzdálenosti 550 astronomických jednotek, tak sluneční gravitace zesílí signál z kvasaru. Studiem takového kvalitního obrazu bychom se mohli dozvědět mnohem víc o původu celého vesmíru i o vzniku samotného kvasaru. Dalším příkladem toho, k čemu by dalekohled v ohniskové sféře mohl posloužit, je detekce signálu některé vzdálené civilizace. Takový signál bude nepochybně velmi slabý, ale Slunce v roli spojné čočky by ho mohlo dokázat dostatečně zesílit. Takže díky Slunci bychom mohli jednak vidět dál a také zachytit opravdu velmi slabé signály, které bychom jinak nebyli schopni zachytit vůbec.
Jak bychom vůbec s tak vzdáleným dalekohledem dokázali komunikovat?
Šlo by to pomocí obdoby dnešní sítě antén pro hluboký vesmír, kterou má NASA pro komunikaci s velmi vzdálenými sondami, např. Voyagery. Tyto sondy vypuštěné koncem sedmdesátých let dosáhly zatím vzdálenosti kolem 120 astronomických jednotek. To je asi pětina vzdálenosti, kam bychom rádi poslali naši plánovanou sondu. S Voyagery jsme přes jejich vzdálenost ve spojení bez větších problémů a zvýšení této vzdálenosti na pětinásobek není úplně snadné, ale je v našich silách.
Jak dostat sondu do tak velké vzdálenosti? Voyagery letí 35 let a jsou v pětině.
Bohužel, jak dostat sondu na místo v nějaké dohledné době, to je především otázka paliva. A je to otevřená otázka, o které se diskutovalo například na Mezinárodním astronautickém kongresu předloni v Praze. Možností je víc a v současné době nevíme, která z nich je lepší. Jednou z variant je tzv. sluneční plachetnice. To je veliká tenká plachta, do které se opírá sluneční záření a tlačí ji od Slunce pryč. Je to dobrý způsob, jak neustále zrychlovat pohyb sondy bez použití obrovského množství paliva. Další možností je využití jaderného paliva, tedy sonda s jaderným reaktorem. Nebo v budoucnu třeba dokážeme využít i antičástic. Švýcarský CERN nebo Chicagský Fermilab produkují antičástice. To jsou částice hmoty, které jsou naprosto identické se svými protějšky, liší se však nábojem. Například antiproton má stejnou hmotnost jako proton, ale záporný náboj. Nebo pozitron je stejný jako elektron, akorát kladný. Je prokázáno, že když se částice se svojí antičásticí srazí, tak anihilují, zkrátka zmizí. Ale je v tom okamžiku uvolněno veliké množství energie podle známé Einsteinovy rovnice E = m krát c na druhou. Kdybychom sestrojili pohon pro sondu na tomto principu, postupným uvolňováním antičástic by mohla být poháněna velice dlouhou dobu. Takže když to celé shrnu, všechny možnosti pohonu sondy jsou teď zkoumány, ale nepanuje shoda na tom, který z nich je nejlepší pro dosažení vzdálenosti 550 astronomických jednotek.
Kdybychom použili Slunce jako gravitační čočku, tak se budeme moci dívat jen jedním směrem. Znamená to, že bude třeba s dalekohledem hýbat, aby viděl i jiná místa ve vesmíru?
Ano, to máte pravdu. Bohužel toto je ten případ, kdy budeme moci vidět jen jedním směrem, ale zato nesmírně kvalitně. Pro vzdálenou budoucnost příštích století to znamená, že pokud budeme chtít pozorovat nějaký obzvláště zajímavý objekt ve vesmíru nebo dokonce civilizaci, budeme muset poslat sondu na opačné místo oblohy do ohniskové sféry Slunce. Ale stále budeme potřebovat pro každý takový objekt jednu sondu. Kdybychom chtěli sledovat třeba hvězdu Alfa Centauri, musíme poslat sondu do protilehlého bodu, ale ten leží jinde, než třeba bod pro sledování centra naší Galaxie. Tedy pro každý objekt bude potřeba sondu vyslat zvlášť. A neexistuje žádný způsob, jak tento problém překonat. Ta vzdálenost je obrovská a my nemůžeme hýbat tak vzdáleným dalekohledem, aby se mohl podívat i někam jinam.
Jak to zařídit, aby se sonda zastavila v požadované ohniskové vzdálenosti Slunce?
To je vyřešený problém. V klasické optice jsme se všichni učili, že existuje ohnisková vzdálenost čočky, a když chcete mít obraz zaostřený, musíte být přesně v ní. Ale to neplatí, když se tou čočkou stane Slunce. Teorie Slunce coby gravitační čočky, je odvozena od obecné teorie relativity. Takže výpočty ohniskové vzdálenosti pro klasickou skleněnou čočku a pro gravitační čočku jsou naprosto rozdílné. Pro Slunce se dá dokázat, že od minimální vzdálenosti od Slunce 550 astronomických jednotek až do nekonečna bude obraz neustále zaostřen. A nejen to. Čím dále od Slunce sonda bude, tím od Slunce vzdálenější paprsky dokáže zachytit. To je velmi dobré. Zaprvé, nemusíme sondu vůbec zastavovat, ale můžeme ji prostě nechat letět. Zadruhé, čím dál poletí, tím to bude lepší, protože zachytí paprsky vzdálenější od sluneční koróny. Ta deformuje obraz, protože v jejích spodních vrstvách je mnoho elektronů. A ty mají tendenci rozptylovat záření, které jimi prochází. Proto bude lepší obraz zhruba od 1000 astronomických jednotek. V této vzdálenosti už bude vliv koróny na kvalitu obrazu příliš slabý. Dostaneme tak perfektní zesílený signál gravitačním polem Slunce. Takže ještě jednou opakuji, je to dobré, nemusíme sondu brzdit, necháme ji letět, a čím bude dál, tím lepší to pro nás bude.
Více z pořadu
E-shop Českého rozhlasu
Kdo jste vy? Klára, nebo učitel?
Tereza Kostková, moderátorka ČRo Dvojka
Jak Klára obrátila všechno vzhůru nohama
Knížka režiséra a herce Jakuba Nvoty v překladu Terezy Kostkové předkládá malým i velkým čtenářům dialogy malé Kláry a učitele o světě, který se dá vnímat docela jinak, než jak se píše v učebnicích.
