Týdeník věnovaný aktualitám a novinkám z fyziky a astronomie. Vydavatel: AGA (Aldebaran Group for Astrophysics) Číslo 35 – vyšlo 7. září, ročník 5 (2007) © Copyright Aldebaran Group for Astrophysics Publikování nebo šíření obsahu je zakázáno. ISSN: 1214-1674, Email: bulletin@aldebaran.cz

35/2007

Herschel a Planck – velký start se blíží

Petr Kulhánek

Po obrovském úspěchu čtveřice sond ClusterCluster – čtveřice stejných družic pojmenovaných podle latinsko-amerických tanců (Rumba, Salsa, Samba a Tango) vypuštěných v roce 2000 Evropskou kosmickou agenturou. Šlo o druhý pokus, první proběhl v roce 1996 a skončil explozí nosné rakety Ariane. Kolem Země letí ve vzájemné formaci ve vr­cho­lech čtyřstěnu (vzdáleny 5 000 až 20 000 km) a provádějí dosud nejdetailnější prostorová měření parametrů slunečního větru a jeho interakce s mag­ne­to­sfé­rou Země. Cluster poprvé detekoval plazmové vlny v magnetopauze, přepojení magnetických silokřivek, pohyby rázové vlny pod nápory slunečního větru, prolétl polárním kaspem a vytvořil první třírozměrný obraz magnetosféry Země., které byly vypuštěny v roce 2000 a zkoumají magnetosféru ZeměZemě – největší z planet zemského typu. Je jedinou planetou v celém vesmíru, o které víme, že na ní existuje život. Má dostatečně hustou atmosféru, dostatek kapalné vody v povrchových oceánech. Kolem Země obíhá jediný měsíc s vázanou rotací. Při pozorování Země z kosmu vidíme hlavně modrou barvu oceánů. 70 % povrchu Země je pokryto oceány, 30 % tvoří kontinenty. Země sestává z těchto vrstev: jádro, plášť, kůra, troposféra, stratosféra, mezosféra, termosféra. Plášť a kůra jsou odděleny tzv. Mohorovičiæovým rozhraním. Kůra se posouvá a „plave“ na polotekutém plášti. Teplota v centru Země je 5 100 °C, tlak 360 GPa. Magnetické pole Země má přibližně dipólový charakter, je deformováno slunečním větrem do typického tvaru., chystá Evropská kosmická agenturaESA – European Space Agency, Evropská kosmická agentura. ESA spojuje úsilí 18 evropských zemí na poli kosmického výzkumu. Centrální sídlo je v Paříži, pobočky jsou v mnoha členských zemích. ESA byla založena v roce 1964 jako přímý následovník organizací ESRO a ELDO. Nejznámější nosnou raketou využívanou ESA je Ariane. Česká republika vstoupila do ESA v listopadu 2008. další husarský kousek. Již za necelý rok, v červenci 2008, by měla 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. Poslední využívaná varianta je nosič Ariane 5 ECA s výškou 59 metrů, průměrem 5,4 metru, celkovou hmotností 770 tun a užitečným nákladem 10 tun. Tento nosič vynesl na orbitu například dalekohled Jamese Webba. Poslední start rakety proběhl 6. července 2023. Připravuje se další verze rakety, Ariane 6. Starty probíhají z kos­mod­ro­mu Guyanského kosmického centra v blízkosti Kourou ve Francouzské Guyaně. do vesmíru dopravit při jediném startu hned dvě velmi významné sondy: PlanckPlanck – mikrovlnná observatoř evropské kosmické agentury ESA, která byla vynesena do vesmíru 14. května 2009. Byla určena k výzkumu fluktuací reliktního záření a monitorování vesmíru v mikrovlnné oblasti. Měla úhlovou rozlišovací schopnost 5′ a teplotní citlivost 2 μK. Oblohu snímkovala v devíti frekvenčních pásmech od 30 do 857 GHz (0,2 až 10 mm). Zrcadlo sondy mělo rozměry 1,9×1,5 m. Teplotu vysokofrekvenční části ohniska se podařilo po dobu dvou let udržet na extrémně nízké hodnotě 0,1 K. Činnost sondy byla ukončena v říjnu 2013. a HerschelHerschel – sonda ESA, která byla vynesena 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 pokrývala obor vlnových délek od 55 μm do 672 μm a byla pojmenována po vynikajícím anglickém astronomovi a objeviteli infračerveného záření Williamu Herschelovi. Šlo o vůbec největší dalekohled umístěný lidstvem ve vesmíru. Mise byla po spotřebování zásob tekutého hélia používaného na chlazení ohniska ukončena dne 29. dubna 2013.. Obě sondy budou znamenat zásadní přelom pro astronomii. Sonda Planck je určena pro výzkum fluktuací reliktního zářeníReliktní záření – záření, které se od látky oddělilo přibližně 400 000 let po vzniku vesmíru, 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 Background, mikrovlnné záření pozadí). s bezprecedentní přesností a Herschel se stane největší infračervenou observatoří světa s dalekohledem o průměru neuvěřitelných 3,5 metru.

ESA – European Space Agency, Evropská kosmická agentura. ESA spojuje úsilí 18 evropských zemí na poli kosmického výzkumu. Centrální sídlo je v Paříži, pobočky jsou v mnoha členských zemích. ESA byla založena v roce 1964 jako přímý následovník organizací ESRO a ELDO. Nejznámější nosnou raketou využívanou ESA je Ariane. Česká republika vstoupila do ESA v listopadu 2008. Planck – mikrovlnná observatoř evropské kosmické agentury ESA, která byla vynesena do vesmíru 14. května 2009. Byla určena k výzkumu fluktuací reliktního záření a monitorování vesmíru v mikrovlnné oblasti. Měla úhlovou rozlišovací schopnost 5′ a teplotní citlivost 2 μK. Oblohu snímkovala v devíti frekvenčních pásmech od 30 do 857 GHz (0,2 až 10 mm). Zrcadlo sondy mělo rozměry 1,9×1,5 m. Teplotu vysokofrekvenční části ohniska se podařilo po dobu dvou let udržet na extrémně nízké hodnotě 0,1 K. Činnost sondy byla ukončena v říjnu 2013. Herschel – sonda ESA, která byla vynesena 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 pokrývala obor vlnových délek od 55 μm do 672 μm a byla pojmenována po vynikajícím anglickém astronomovi a objeviteli infračerveného záření Williamu Herschelovi. Šlo o vůbec největší dalekohled umístěný lidstvem ve vesmíru. Mise byla po spotřebování zásob tekutého hélia používaného na chlazení ohniska ukončena dne 29. dubna 2013. 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. Poslední využívaná varianta je nosič Ariane 5 ECA s výškou 59 metrů, průměrem 5,4 metru, celkovou hmotností 770 tun a užitečným nákladem 10 tun. Tento nosič vynesl na orbitu například dalekohled Jamese Webba. Poslední start rakety proběhl 6. července 2023. Připravuje se další verze rakety, Ariane 6. Starty probíhají z kos­mod­ro­mu Guyanského kosmického centra v blízkosti Kourou ve Francouzské Guyaně.

Duální start

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. Poslední využívaná varianta je nosič Ariane 5 ECA s výškou 59 metrů, průměrem 5,4 metru, celkovou hmotností 770 tun a užitečným nákladem 10 tun. Tento nosič vynesl na orbitu například dalekohled Jamese Webba. Poslední start rakety proběhl 6. července 2023. Připravuje se další verze rakety, Ariane 6. Starty probíhají z kos­mod­ro­mu Guyanského kosmického centra v blízkosti Kourou ve Francouzské Guyaně. je speciálně vybavena pro starty dvojic sond. Tato úprava byla použita již u Ariane 4 a zůstala zachována i u Ariane 5. Například čtveřice sond Cluster byla na oběžnou dráhu vynesena po dvou dvojicích. V nosné části rakety bude sonda Planck uložena ve speciální konstrukci, která se nazývá SPELTRA. Toto slovo vzniklo z francouzské zkratky pro Speciální konstrukci pro duální starty. Jde o jakýsi válcový kryt spodního nákladu, na jehož horní kuželové části je umístěn další náklad. Tento kryt má hmotnost 850 kg a průměr 5,4 m, což je vlastně průměr rakety Ariane. Pro menší náklady se používá konstrukce SYLDA, která je užší než raketa. Výška válcové části SPELTRY je 5,6 m, celková výška 7 m. Konstrukce chrání spodní sondu Planck při startu i před startem. Větrací otvory umožňují proudění suchého chladného vzduchu. Po startu ze základny Kourou ve Francouzské Guianě budou pomocné motory po stranách rakety (tzv. boostery) hořet přes 2 minuty. Motory prvního a druhého stupně budou vyvíjet tah po dalších 25 minut. Tím budou HerschelHerschel – sonda ESA, která byla vynesena 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 pokrývala obor vlnových délek od 55 μm do 672 μm a byla pojmenována po vynikajícím anglickém astronomovi a objeviteli infračerveného záření Williamu Herschelovi. Šlo o vůbec největší dalekohled umístěný lidstvem ve vesmíru. Mise byla po spotřebování zásob tekutého hélia používaného na chlazení ohniska ukončena dne 29. dubna 2013. s PlanckemPlanck – mikrovlnná observatoř evropské kosmické agentury ESA, která byla vynesena do vesmíru 14. května 2009. Byla určena k výzkumu fluktuací reliktního záření a monitorování vesmíru v mikrovlnné oblasti. Měla úhlovou rozlišovací schopnost 5′ a teplotní citlivost 2 μK. Oblohu snímkovala v devíti frekvenčních pásmech od 30 do 857 GHz (0,2 až 10 mm). Zrcadlo sondy mělo rozměry 1,9×1,5 m. Teplotu vysokofrekvenční části ohniska se podařilo po dobu dvou let udržet na extrémně nízké hodnotě 0,1 K. Činnost sondy byla ukončena v říjnu 2013. nasměrovány 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-Louis Lagrange. Velmi výhodné je například umístění sond určených k pozorování vzdáleného vesmíru do Lagrangeova bodu L2 soustavy Země-Slunce, který je vzdálený od Země 1 500 000 km ve směru od Slunce (WMAP, Planck, Herschel). Naopak, do bodu L1 soustavy Země-Slunce se umísťují sondy určené pro monitorování Slunce (například SOHO). Lagrangeův bod L3 soustavy Země-Slunce leží opačné straně Slunce, nepatrně dále, než je oběžná dráha Země. Body L4 a L5 neleží na spojnici obou těles, ale tvoří s nimi rovnostranné trojúhelníky. L2 soustavy Země-Slunce, který je vzdálený od Země 1,5 milionu kilometrů směrem od Slunce.

Po opuštění atmosféry bude po třech až čtyřech minutách pyrotechnicky odstraněn krycí plášť nákladového prostoru, neboť by šlo o již zbytečnou zátěž. Svislé detonátory ho rozevřou v ose rakety a vodorovné detonátory vzdálí od sond. Po získání dostatečné rychlosti na cestu do Lagrangeova bodu L2 soustavy Země-Slunce bude vypuštěna horní sonda Herschel. Následovat bude oddělení konstrukce SPELTRA pomocí dvou detonátorů a osmi speciálních ocelových pružin. Nakonec dojde k uvolnění sondy Planck. Od tohoto okamžiku je každá sonda zvlášť řízena letovým střediskem v německém Darmstadtu. Do Lagrangeova bodu L2 dolétnou po čtyřech až šesti měsících. Kolem Lagrangeova bodu budou obíhat po speciálních, tzv. Lissajousových draháchLissajousova dráha – periodická dráha sondy kolem Lagrangeova bodu, která má jak rovinnou, tak svislou (kolmou na danou rovinu) komponentu.. Komunikaci se sondami v L2 bude zajišťovat australská pozemská stanice New Norcia v blízkosti Perthu.

Umístění sond Planck a Herschel v nákladovém prostoru rakety Ariane. Sonda Planck je překryta konstrukcí Speltra, na které je teprve sonda Herschel. Zdroj: ESA.

Konstrukce SPELTRA pro duální starty. V ní bude uschována sonda Planck. Na její horní části bude potom umístěna sonda Herschel. Zdroj: ESA

Planck

Sonda Planck je pokračovatelem slavných sond COBECOBE – Cosmic Background Explorer, družice NASA vypuštěná v  roce 1989. Pomocí družice bylo zjištěno, že reliktní záření má teplotu 2,73 K a že jde s vysokou přesností o záření absolutně černého tělesa. V roce 1992 družice objevila fluktuace reliktního záření a jeho anizotropii způsobenou naším vlastním pohybem. Rozlišovací schopnost COBE byla 7°. Činnost sondy byla ukončena v roce 1993.  (1989) a 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 mělo rozměry 1,4×1,6 m a teplota chlazené části byla nižší než 95 K. Data sondy jsou důležitým zdrojem informací o raných fázích vývoje vesmíru, většinou se kombinují s daty z pozemských zařízení jako je CBI a ACBAR a s daty z novější sondy Planck. Sonda byla umístěna v Lagrangeově bodě L2 soustavy Země-Slunce, kde pracovala do 28. října 2010. (2001) pro výzkum reliktního zářeníReliktní záření – záření, které se od látky oddělilo přibližně 400 000 let po vzniku vesmíru, 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 Background, mikrovlnné záření pozadí)., které je svědectvím o raných fázích vývoje našeho vesmíru. Oddělilo se od látky v době přibližně 380 000 let po Velkém třesku, kdy se ve vesmíru začaly formovat atomární obaly, a v důsledku toho se razantně snížil počet volných elektronů. Drobné fluktuace v tomto záření jsou svědectvím dávných vesmírných struktur z období, kdy neexistovaly hvězdy ani galaxie. Reliktního záření má v současnosti teplotu 2,73 K, největší intenzitu má na vlnové délce přibližně 1 mm a je zdrojem mnoha cenných informací o našem vesmíru.

Sonda bude mít při startu hmotnost 1 800 kg. Základním přístrojem je dalekohled s primárním zrcadlem o rozměrech 1,75×1,5 m. Rozlišovací schopnost by měla dosáhnout 0,17″. Sonda Planck bude pracovat na vlnových délkách od 0,3 mm do 3,6 mm (25 GHz až 1 THz). Základním cílem mise je výzkum anizotropie a fluktuací reliktního záření. Předpokládaná délka mise je 21 měsíců. Sonda je pojmenována podle Maxe Plancka, jednoho ze zakladatelů kvantové fyziky, který zavedl energetická kvanta při objasnění způsobu záření absolutně černého tělesa.

Herschel

Sonda Herschel se stane největší infračervenou observatoří světa. Její zrcadlo o průměru 3,5 metru bude největším zrcadlem dosud dopraveným do vesmíru. Bylo vyrobeno ve Francii a leštěno ve Finsku. Hmotnost zrcadla byla při opracování snížena z 720 kg na pouhých 240 kg. Celková hmotnost dalekohledu s konstrukcí je proto jen 315 kg. Observatoř bude pracovat ve vlnovém rozsahu od 60 μm do 670 μm a stane se tak jedinou observatoří pokrývající pásmo od vzdáleného infračerveného oboru až po submilimetrový obor. Hmotnost celé observatoře při startu bude 3 300 kg. Celková doba mise se předpokládá na dobu tří let.

Observatoř Herschel je určena k výzkumu chladných a vzdálených objektů ve vesmíru, zejména prachu a mlhovin, ze kterých se rodí hvězdy a planety. Původní název mise byl FIRST (Far Infrared and Sub-millimetre Telescope), později byla přejmenována podle objevitele infračerveného záření Williama Herschela.

Klip týdne: Ariane

Ariane. Nosná raketa Ariane je nejvýkonnější raketou Evropské kosmické agentury. Byla zkonstruována zejména ve Francii a je schopná vynést na nízkou oběžnou dráhu náklad až 18 tun a 7 tun na geostacionární dráhu. První let proběhl v roce 1979 a v devadesátých letech 20. století vznikla již pátá, zatím poslední, verze. Raketa Ariane vynesla na oběžnou dráhu téměř stovku nejrůznějších družic a sond. Dominují zejména telekomunikační satelity, ale výjimkou nejsou ani obří vědecké observatoře. Ariane 5 je vysoká 59 metrů, průměr má 5,4 metru a hmotnost rakety s palivem a nákladem může být až 770 tun. Její název pochází z francouzského přepisu jména mytologické postavy Ariadne. (wmv, 10 MB)

Odkazy