Týdeník věnovaný aktualitám a novinkám z fyziky a astronomie. Vydavatel: AGA (Aldebaran Group for Astrophysics) Číslo 46 – vyšlo 27. listopadu, ročník 18 (2020) © Copyright Aldebaran Group for Astrophysics Publikování nebo šíření obsahu je zakázáno. ISSN: 1214-1674, Email: bulletin@aldebaran.cz

46/2020

Nekrolog za Arecibo (1963–2020)

Petr Kulhánek

Obří radioteleskop Arecibo se stal ikonou rádiové astronomie na více než půl století. Nepřekonaly ho ani sovětské pokusy ze 70. let 20. století, které vyústily ve stavbu radioteleskopu RATAN 600RATAN 600 – sovětský radioteleskop vybudovaný na Kavkaze v roce 1974. Průměr má 576 metrů, 895 odrazných segmentů je umístěno jen po obvodě a jejich celková plocha je třetina odrazné plochy amerického Areciba. Použitelný vlnový rozsah je údajně od 1 cm do 50 cm (frekvenční rozsah 0,6÷30 GHz). o průměru 600 metrů. Přístroj měl ale odrazné plochy jen po obvodu a Arecibu nikdy konkurovat nemohl. Arecibo bylo uvedeno do provozu v roce 1963 a fungovalo 57 let. Sférická odrazná plocha je složena ze 40 000 hliníkových desek o rozměru 1×1,5 metru, které jsou uloženy s přesností 2,2 milimetru. Radioteleskop vyplňuje přirozenou proláklinu na ostrově Portoriko a má průměr 304 metrů. Nad ním se na lanech vznáší pohyblivá ohnisková plošina s přístroji, jejímž posunem se zajistí pohled až 20° od zenitu. Rozsah vlnových délek je od 2,5 centimetru do jednoho metru. Arecibo fungovalo jako radioteleskop přijímající signály z vesmíru i jako radar schopný aktivně odeslat rádiový signál. Rozsáhlou rekonstrukcí prošel přístroj v 90. letech. V roce 2017 byl poškozen hurikánem Maria. V srpnu 2020 prasklo jedno z prorezlých pomocných lan a poškodilo částečně plochu radioteleskopu. Diskuze o opravě ukončilo prasknutí jednoho z hlavních nosných lan dne 7. listopadu 2020. Ukázalo se, že plošinu s přístroji nelze bezpečným způsobem sundat dolů a radioteleskop čeká demolice. Pojďme v dnešním bulletinu popsat ty největší úspěchy radioteleskopu, se kterým se astronomové jen těžko budou loučit.

Arecibo s přístrojovou plošinou vznášející se 150 metrů nad povrchem
radioteleskopu. Zdroj: NAIC – Arecibo Observatory, NSF.

Arecibo – do roku 2016 nejvýkonnější radioteleskop světa, ostrov Portoriko. Průměr antény 304 metrů, anténa vyplňuje celé údolí. Povrch tvoří 40 000 hliníkových desek. Postaven byl v roce 1963. Objevy: první extrasolární planeta, změření periody rotace Merkuru, objev podvojného pulsaru PSR 1913+16 (nepřímé potvrzení existence gravitačních vln), potvrzení Jarkovského jevu u planetky Golevka. RATAN 600 – sovětský radioteleskop vybudovaný na Kavkaze v roce 1974. Průměr má 576 metrů, 895 odrazných segmentů je umístěno jen po obvodě a jejich celková plocha je třetina odrazné plochy amerického Areciba. Použitelný vlnový rozsah je údajně od 1 cm do 50 cm (frekvenční rozsah 0,6÷30 GHz). FAST – Five hundred meter Aperture Spherical Telescope, čínský radioteleskop o průměru 500 metrů, který byl zprovozněn v roce 2016. Celkem 4 600 odrazných segmentů je zavěšených v krasové proláklině na unikátní lanové konstrukci, která umožňuje přesné tvarování odrazné plochy. Ohniskové přístroje pro devět pásem jsou zavěšeny nad mísou na lanech v pohyblivé kabině. Přístroj pokrývá frekvenční rozsah 0,07÷3 GHz (0,1÷4 m).

Velké objevy

Hned v prvních letech provozu se Arecibu podařilo změřit rotační periodu MerkuruMerkur – planeta nejbližší Slunci. Je to skalnatá planeta, posetá krátery podobně jako náš Měsíc. Jde o nejmenší planetu vůbec. Je téměř bez atmosféry. Teplota povrchu tohoto tělesa kolísá mezi −180 °C a 430 °C. Merkur se otočí kolem vlastní osy jednou za 59 našich dní. Jeho doba oběhu kolem Slunce trvá 88 dní. Jde o příklad vázané rotace (spinorbitální interakce) v poměru 2:3 způsobené slapovými silami. Dráha Merkuru kolem Slunce je protáhlá elipsa, která se stáčí vlivem přítomnosti ostatních planet. Malá část stáčení perihelia dráhy (43″ za století) je způsobena efekty obecné relativity.. V roce 1968 Arecibo změřilo periodu pulzaru v Krabí mlhovině, pozůstatku po explozi supernovy z roku 1054. Asi k nejvýznamnějším objevům vůbec patří nalezení podvojné neutronové hvězdyNeutronová hvězda – těleso tvořené degenerovaným neutronovým plynem o hmotnosti menší než přibližně 2,2 až 3 M_S (Tolmanova-Oppenheimerova-Volkoffova mez). Typický průměr neutronové hvězdy je v řádu desítek kilometrů, průměrná hustota 10¹⁷ kg m⁻³ dosahuje hodnot hustoty atomového jádra. Neutronové hvězdy vznikají při gravitačním kolapsu velmi hmotných červených veleobrů, při výbuchu supernovy typu II. Obrovský tlak způsobuje „vtlačení“ elektronů do protonů za vzniku neutronů a neutrin. Neutronové hvězdy byly teoreticky předpovězeny ve 30. letech 20. století. PSR 1913+16 v roce 1974. Jedna ze dvou neutronových hvězd je pulzaremPulzar – neutronová hvězda, jejíž magnetická a rotační osa nemají shodný směr. Zářící oblasti v magnetických pólech hvězdy díky rotaci vytvářejí pro pozorovatele majákovým efektem pulzy, zpravidla radiové, výjimečně až rentgenové či gama. První pulzar byl objeven v roce 1967 Jocelyn Bellovou (dnes Jocelyn Bell Burnell) pod vedením Anthony Hewishe.. Systém je skvělou relativistickou laboratoří. Russel Hulse a Joseph Taylor změřili změnu periody oběhu obou složek způsobenou vyzařováním . Vyneslo jim to Nobelovu cenu za fyziku v roce 1993. Nepřímá detekce gravitačních vln v Arecibu zintenzívnila snahy o přímou detekci, které byly korunovány úspěchem v roce 2015, kdy zachytil první gravitační záblesk nově rekonstruovaný detektor LIGOLIGO – Laser Interferometry Gravitational-Wave Observatory, největší světový interferometr pro hledání gravitačních vln s délkou ramen 4 km. Postaveny jsou dva velké detektory stejného typu, jeden v Livingstonu a druhý v Hanfordu (USA). Oba velké přístroje doplňuje dvoukilometrový interferometr v Hanfordu. Uvažuje se o stavbě dalšího stroje v Indii. Frekvenční rozsah detektoru je od 10 Hz do 10 kHz. Detektor byl uveden do provozu v roce 2002. Od roku 2010 do roku 2015 probíhala kompletní rekonstrukce, jejímž cílem bylo výrazné zvýšení citlivosti přístroje. První přímá detekce gravitačních vln se podařila 14. září 2015. Do konce roku 2021 bylo zachyceno 90 průkazných signálů.. V roce 1982 objevilo Arecibo první milisekundový pulzar B1937+21. V roce 1994 byl v datech z Areciba nalezen pulzar B1257+12, u něhož byla o pouhé čtyři roky později detekována první exoplanetaExoplaneta – extrasolární planeta, planeta obíhající okolo jiné hvězdy, než je naše Slunce. Jejich existence byla předpovězena dlouhou dobu, první exoplaneta u pulzaru byla detekována v roce 1992, první exoplaneta u hvězdy hlavní posloupnosti byla objevena až v roce 1995 u hvězdy 51 Pegasi. Její objevitelé – Michel Mayor a Didier Queloz – získali v roce 2019 Nobelovu cenu. Do roku 2019 bylo nalezeno přibližně 4 000 exoplanet. Většinou jde o velká tělesa s hmotností a velikostí jen o málo menší, než mají hnědí trpaslíci.. Nalezení planety mimo naši Sluneční soustavu byl objev, na který jsme čekali mnoho století. Později byly objeveny i planety v okolí hvězd podobných našemu Slunci.

V roce 2003 potvrdilo Arecibo platnost Jarkovského jevu u planetky Golevka (viz AB 15/2004). Negravitační síly působící na planetky a komety jsou mimořádně důležité, neboť komplikují výpočty trajektorií těchto těles. Arecibo se také podílelo na rozsáhlém hledání organických molekul v mlhovinách. Rotační spektra molekul se nacházejí právě v rádiové oblasti. Například v roce 2008 byly poprvé Arecibem ve vesmíru detekovány hydrokyanidové molekuly.

Poškození Areciba hurikánem Maria v roce 2017.
Zdroj: Giznodo/Ryan F. Mandelbaum.

V souvislosti s Arecibem se často připomínají jeho snahy o zachycení signálů mimozemských civilizací. V roce 1974 byl dokonce vyslán signál směrem ke kulové hvězdokupě M13 ze souhvězdí Herkula. V signálu byly zakódovány základní informace o naší Sluneční soustavě a její poloze. Takový čin samozřejmě upoutal pozornost médií a v konečném důsledku snad přivedl k Arecibu něco peněz. Skutečný význam takového poselství je ale minimální. Není jasné, zda by nahrávku byla příslušná civilizace schopná vůbec dekódovat. Není ani jasné, zda by taková civilizace mohla v kulové hvězdokupě být. Obrovské množství hvězd neumožňuje stabilní dráhy planet tolik potřebné ke vzniku života. Navíc je tato hvězdokupa ve vzdálenosti přes 25 tisíc světelných roků, takže by příslušná odpověď přišla nejdříve po 50 tisících létech. To už ale na naší Zemi pravděpodobně nebude nikdo, kdo by o tomto zoufalém činu svých předků věděl. Přesto mělo hledání mimozemských civilizací i svůj pozitivní dopad. V roce 1999 odstartoval projekt SETI@home, který distribuuje výpočty na miliony počítačů běžných uživatelů. V době, kdy na PC nepracujete, se provádí analýza balíčku dat zaslaných z Areciba. Takovéto distribuované výpočty jsou užitečné v mnoha oborech vědy a byly největším přínosem hledání mimozemšťanů.

Poškození Areciba po prasknutí nosného lana 7. listopadu 2020.
Zdroj: NSF/Arecibo Observatory.

Co dál?

Arecibo byl bezesporu jedním ze nejúspěšnějších radioteleskopů v dějinách lidstva. Teleskop si dokonce zahrál i v některých filmech, například v bondovce Zlaté oko nebo ve vědeckofantastickém snímku Kontakt. Na úvahy, zda v místě, kde stojí Arecibo, vznikne nějaké muzeum, je ještě příliš brzy. Jedno je ale jisté. Arecibo má důstojné nástupce. V Číně od roku 2016 funguje pětisetmetrový radioteleskop FASTFAST – Five hundred meter Aperture Spherical Telescope, čínský radioteleskop o průměru 500 metrů, který byl zprovozněn v roce 2016. Celkem 4 600 odrazných segmentů je zavěšených v krasové proláklině na unikátní lanové konstrukci, která umožňuje přesné tvarování odrazné plochy. Ohniskové přístroje pro devět pásem jsou zavěšeny nad mísou na lanech v pohyblivé kabině. Přístroj pokrývá frekvenční rozsah 0,07÷3 GHz (0,1÷4 m)., buduje se radioteleskopické pole SKASKA – Square Kilometer Array, plánovaná síť radioteleskopů, která by měla fungovat jako jediný gigantický přístroj o ploše 1 km². K vybudování bude potřeba území o průměru 6 000 km, předpokládaná cena je dvě miliardy euro. Mělo by jít o tisíce antén třech typů (pro různé frekvence). Jako místo výstavby byla vybrána západní Austrálie a Jižní Afrika. První antény se začaly stavět v roce 2018 a první snímek pořízený celým komplexem by měl být uskutečněn v roce 2027. Nová observatoř budovaná na dvou kontinentech je prezentována zkratkou SKAO (SKA Observatory). se sběrnou plochou kilometr čtvereční a ve vzdálenější budoucnosti se uvažuje o vybudování radioteleskopu na odvrácené straně Měsíce.

Poškození odrazné plochy. Zdroj: NSF/Arecibo Observatory.

Plošina s přístroji, která se vznáší 150 metrů nad odraznou plochou.
Zdroj: Success Digest.

Po napsání

Dne 1. 12. 2020 prasklo další lano a plošina s přístroji o hmontosti 900 tun se z výšky
150 metrů zřítila na mísu radioteleskopu. To je definitivní konec tohoto přístroje.

Pád plošiny zaznamenaný statickou kamerou a dronem. Zdroj: NSF.

Odkazy