ESA – 9. díl – Vesmír Newtonovýma očima

Pozemská atmosféra nás chrání před mnohými druhy nebezpečného kosmického záření. Jedním z druhů záření, které nikdy nedosáhne povrchu zemského je to rentgenové. Pro nás, živoucí bytosti by bylo smrtící, a tak můžeme atmosféře poděkovat za její ochranu. Avšak rentgenové záření, stejně jako všechny ostatní vlnové délky elektromagnetického spektra, s sebou nese informace o vzdálených končinách hlubokého vesmíru. Zemská atmosféra tedy okrádá astronomy o tyto informace a před příchodem kosmického věku neexistovala žádná možnost, jak je získat. S vypuštěním Sputniku ale astronomům začalo svítat na lepší časy. Už v padesátých letech začali reálně pomýšlet na observatoře umístěné na oběžné dráze. Ty by oproti těm pozemským měly řadu výhod – ničím nerušený výhled, možnost pozorování na všech vlnových délkách, nesmírně dlouhé expozice ad. Vytoužené se stalo skutečností a dnes je na oběžné dráze i daleko za ní umístěno mnoho astronomických observatoří pozorujících vesmír v oboru viditelného, infračerveného, rentgenového, ale i gama záření. V devátém díle našeho seriálu se tedy zaměříme na to výše zmíněné, rentgenové. Předmětem článku bude orbitální rentgenová observatoř XMM-Newton, kterou vypustila Evropská kosmická agentura v roce 1999.

Před koncem sedmdesátých let bylo rentgenové záření detekováno pouze u čtyř galaxií – u té naší, u M31 v Andromedě, a ve Velkém a Malém Megellanově mračnu. V roce 1973 byla odsouhlasena evropská mise Exosat, která měla za úkol relativně jednoduchá pozorování v oblasti rentgenového záření. V roce 1983 tak byl vypuštěn první evropský satelit, jehož úkolem bylo výhradně pozorování v rentgenovém spektru. Z vysoce eliptické oběžné dráhy prováděl pozorování a měření po tři roky, než 6. května 1986 brzdění atmosféry v perigeu způsobilo jeho ohnivý zánik. Exosat pozoroval velké množství objektů od aktivních jader galaxií, přes binární systémy, pozůstatky supernov až po shluky galaxií. Tato mise vedla k řadě nových objevů a poznatků, které posunuly naše vědění zase o kus dál. Především byl ale Exosat předchůdcem a jakýmsi testovacím kusem pro nové modernější rentgenové laboratoře, kterými jsou Chandra patřící NASA a XMM-Newton od ESA.

Ještě před vypuštěním Exosatu byla v roce 1982 navržena nová mise XMM (X-ray Multi Mirror). Práce na XMM začaly v roce 1985 ustanovením několika pracovních skupin. Celkový návrh a konfigurace byly hotovy do roku 1987 a moc se nelišily od dnešního XMM, jak jej známe. Po zkušenostech s Exosatem, který dokázal přínos vysoce excentrické oběžné dráhy pro nerušená dlouhodobá pozorování rentgenových zdrojů, bylo navrženo, aby byl XMM umístěn na podobnou orbitu za pomoci rakety Ariane 4. V roce 1988 ESA misi odsouhlasila a o rok později se začalo s výběrem a vývojem vědeckých experimentů, které XMM ponese.

Příprava rentgenové observatoře XMM-Newton.

Příprava rentgenové observatoře XMM-Newton.
Zdroj: http://xmm.esac.esa.int/

Srdcem observatoře je rentgenový teleskop skládající se ze tří velkých modulů zrcadel. Každý modul se skládá z 58 pozlacených niklových zrcadel Wolterova typu, které přivádějí paprsky X do společného ohniska, kde jsou snímány kamerami a spektrometry. Ohnisková vzdálenost zrcadel je 7,5 m. O tomto typu objektivu se můžete dočíst více ve 3. díle naší Rentgenové astronomie. Kromě rentgenových objektivů XMM dále obsahuje i optický monitor, který umožňuje souběžné pozorování objektů ve viditelné a ultrafialové části spektra, což dělá pozorování ještě efektivnějším. Nebýt zkušeností nabytých při misi Exosatu, tato užitečná část by na palubě XMM nebyla.

Celková délka observatoře je 10,8 m, šířka s roztaženými solárními panely činí přes 16 m a hmotností přesahuje 3800 kg. Tím se XMM stal doposud největším vědeckým satelitem, jaký kdy ESA do kosmu dopravila. K orientaci v prostoru mu slouží dva senzory snímající polohu hvězd. Udržení správné orientace umožňují čtyři gyroskopy a zachování správné oběžné dráhy zajišťuje soustava hydrazinových trysek, které měly v čase startu k dispozici 530 kg paliva. O dodávku elektrické energie se starají dva solární panely o přibližných rozměrech 2×6 m a s celkovou plochou 21 m2. Ty dokážou vyprodukovat až 1600 W elektrické energie. Na palubě není žádné záznamové zařízení. To znamená, že všechna získaná data jsou ihned odesílána rychlostí 70 kbit/s do třech pozemních stanic v Austrálii, Francouzské Guyaně a Chile, které jsou řízeny z ESOC. Celková doba oběhu kolem Země je 48 h, pozorování je však možné pouze během 40 h, během kterých se observatoř nachází nad zemskými radiačními pásy.

Rentgenový snímek známé Vírové galaxie M51 kolidující s menší NGC 5195.

Rentgenový snímek známé Vírové galaxie M51 kolidující s menší NGC 5195.
Zdroj: http://xmm.esac.esa.int/

10. prosince 1999 XMM odstartoval na špici rakety Ariane 5 z jihoamerického Kourou. Nosná raketa jej umístila na orbitu 838 x 112 473 km se sklonem 40° vůči rovníku. Po oddělení od rakety byly vyklopeny panely slunečních baterií a orientační kamery pořídily záběr části družice.  Poté přišla na řadu úprava oběžné dráhy. Šest postupných zážehů v apogeu ve dnech 10. – 16.12. zvýšilo perigeum a upravilo tak dráhu na 7365 x 113 774 km. Oběžná doba tudíž činí výše zmíněných 48 h. V nejvyšším bodě se tak XMM dostává až do třetinové vzdálenosti k Měsíci. 17.12. pak byla otevřena apertura rentgenového dalekohledu a den poté apertura toho optického. Od ledna do dubna pak probíhala řada testů, kalibrací, zkušebního snímkování a získávání spekter pozorovaných objektů. Rutinní vědecké pozorování začalo až v červnu roku 2000. To už byl ale XMM nositelem nového hrdého jména XMM-Newton, které mu bylo přiděleno v únoru.

Po svém úspěšném vypuštění XMM potvrdil evropskou přední pozici v rentgenové astronomii. Poskytl do té doby nevídaná pozorování rodících se hvězd, aktivních jader galaxií, pozůstatků supernov a další. Začal zkoumat formování a vývoj galaktických mračen, supermasivních černých děr a také mapovat temnou hmotu. XMM-Newton byl jako první schopen změřit vliv gravitačního pole neutronové hvězdy na světlo, které sama vyzařuje. Vědci věří, že teplota a tlak panující uvnitř neutronových hvězd jsou podobné těm, které ve vesmíru existovaly zlomek sekundy po velkém třesku. Usuzují, že by základní částice hmoty mohly kolidovat a slévat se dohromady. K tomu, aby mohla být neutronová hvězda zkoumána blíže, je zapotřebí znát její přesnou hmotnost a poloměr, z čehož odvodíme hustotu. Avšak před vypuštěním XMM-Newton nebylo žádné zařízení schopno poskytnout takováto měření. Díky ESA a její astronomické misi vědci poprvé v historii změřili hmotnost a poloměr neutronové hvězdy a získali tak první představu o jejím složení. Tato představa předpokládá, že neutronové hvězdy jsou tvořeny normální, neexotickou hmotou. Ačkoli 100% jistí si zatím nejsme.

Rentgenový snímek Marsu.

Rentgenový snímek Marsu.
Zdroj: http://spaceinimages.esa.int/

XMM-Newton však nepozoruje pouze nekonečné dálavy vesmíru. Do jeho hledáčku se dostaly i objekty Sluneční soustavy. Pro některé z vás bude nejspíš překvapivě znít fakt, že i tělesa ve Sluneční soustavě včetně planet emitují rentgenové záření. Možných zdrojů tohoto záření je několik. Jedním z těchto zdrojů jsou fluorescenční emise. Rentgenové paprsky ze Slunce narážejí do atomů prvků, např. kyslíku v atmosféře planety a toto záření je odraženo jako charakteristické záření identifikující určitý prvek. Tak byl například pořízen snímek Marsu, který zobrazuje především kyslíkové fluorescenční emise rentgenového záření. Takový snímek nám může mnohé napovědět o interakci radiace s atmosférou planety a jejím prostředím.

XMM-Newton detekuje více rentgenových zdrojů než kterýkoliv předchozí satelit a pomáhá tak vyřešit mnohé záhady nám stále ještě tajemného vesmíru. Díky němu jsme o krok blíže k pochopení dějů uvnitř a okolo černých děr nebo formování galaxií v mladém vesmíru. Byl navržen pro nejméně desetiletou práci, avšak v tomto měsíci byla jeho mise znovu prodloužena a to nejméně do roku 2016.

 

Všem čtenářům tohoto seriálu děkuji za to, že si udělali čas a přečetli si pár článků o tom, že Evropa není jen malým hráčem na poli průzkumu vesmíru. V některých ohledech válcuje i Roskosmos a některými misemi se dokáže vyrovnat i NASA. Tímto dílem náš seriál nekončí, ale dává si malou letní pauzu. Během letních prázdnin tudíž nebude vycházet a další, desátý díl, si budete moct přečíst až v září. Tímto dílem jsme završili všechny historické mise (i když některé z nich stále pokračují), které započali v minulém století. Od září se pak můžete těšit na články o těch misích a projektech, které se uskutečnili v novém tisíciletí, i o těch, které se teprve uskuteční. Ještě jednou tedy děkuji všem čtenářům, zejména těm pravidelným, kterým se seriál zalíbil. Cením si vašich pozitivních hodnocení i komentářů a dnes vás požádám o napsání vašich názorů na klady a zápory mé tvorby. Využijte komentářů pod článkem a sdělte mi prosím své pohledy na tento seriál. Přes léto si je vezmu k srdci a od září tak, doufejme, budou články o Evropské kosmické agentuře o něco lepší. Všem přeji hezké a prosluněné léto.

Zdroje informací:
http://www.esa.int/
http://heasarc.gsfc.nasa.gov/docs/xmm/
http://forum.kosmonautix.cz/
http://www.lib.cas.cz/space.40/index.html

Zdroje obrázků:
http://heasarc.gsfc.nasa.gov/
http://xmm.esac.esa.int/
http://xmm.esac.esa.int/
http://spaceinimages.esa.int/

ESA - 9. díl - Vesmír Newtonovýma očima, 2.5 out of 5 based on 34 ratings
Pin It
(Visited 402 times, 1 visits today)
Nahlásit chybu

Hlášení chyb a nepřesnostíClose

VN:F [1.9.22_1171]
Rating: 2.5/5 (34 votes cast)
(Visited 402 times, 1 visits today)
Níže můžete zanechat svůj komentář.

Více se o tomto tématu dočtete zde »
(odkaz vede na příslušné vlákno diskuzního fóra www.kosmonautix.cz)


8 komentářů ke článku “ESA – 9. díl – Vesmír Newtonovýma očima”

  1. indian22 napsal:

    Doufám, že nebudu nepříjemný, ale musím dát dvě poznámky.

    Newtonovo zrcadla jsou počítána nestandardně. Wolterův objektiv je určen tím, že má dva prstence zrcadel za sebou, jinak to není objektiv Wolterova typu. Těch 58 zrcadel znamená, že jich je tolik v obou prstencích. Takže jich zanořených do sebe 58, ale jen 28 v každém souboru. V případě Chandry by toto počítání znamenalo 8 zrcadel ne jen 4.

    Fluorescence není totéž co odraz. Jedná se o pohlcení fotonu molekulou(nebo obecně nějakého kvanta energie, třeba i elektronu), její excitace a opětovné vyzáření pohlceného kvanta na typických vlnových délkách, jedná o ten samý typ emisních spektrálních čar jako v optickém oboru. Vše se sice děje poměrně rychle, ale je to něco jiného než prostý odraz. Snažil bych se tomu slovu vyhnout, už proto že by to mohlo být matoucí, když já v rentgenové astronomii psal, jaký je problém vysokoenergetické záření k odrazu přinutit. Asi bych použil slovní spojení „znovu vyzářeno“.

    • Michael Voplatka napsal:

      Díky moc za opravu a upřesnění. Rentgenová astronomie, pravda, není moje parketa, a proto jsem článek docela zestručnil, abych se podobných chyb vyvaroval.

      • indian22 napsal:

        Musím se omluvit, ale Newtonovo objektivy se opravdu skládají z 58 párů zrcadel, to znamená že jsou počítána stejně jako všude jinde. Můj omyl byl způsoben nejednotnou terminologií NASA vždy uvádí počet párů nebo souborů zrcadel, ESA prostě píše 58 vnořených zrcadel, vnořená jsou ale přece všechna.

        Přišel jsem na to tak, že jsem si jednoduše nalezl dostatečně podrobnou fotografii a spočítal jednotlivé kroužky 🙂 .

        http://xmm.sonoma.edu/scitech/inst/images/mirror-section.jpg

  2. Pajos napsal:

    Moje hodnocení,…
    Myslím že je to napsané tak jak článek má být
    stručně, výstižně, trefně

  3. Michael Voplatka napsal:

    Ještě trochu doplním závěrečný odstavec. Žádost o vaše komentáře se, samozřejmě, týkala celého seriálu, ne jen tohoto článku.

  4. Tomáš Kohout napsal:

    Vím, že ti moje hodnocení asi moc nepomůže. Přesto: Osobně bych na seriálu nic neměnil. Pokračoval bych v podobném duchu. Dobře se čte a má velkou informační hodnotu.

  5. Modelar napsal:

    Super článok ako aj všetky ostatné, dobre sa to číta, pokračuj tak ako doteraz. Už sa teším na pokračovanie 🙂

  6. kopapaka napsal:

    Opravdu zajímavé…
    Další, o které jsem nevěděl…

Zanechte komentář