Moderní observatoře Pozorování z kosmu, v atmosféře, na zemi i v podzemí V minulosti jen dalekohledy - jednoduché přístroje (v principu) - moderní teleskopy - nové technologie - zvýšení účinnosti - obří teleskopy, urychlovače - největší přístroje Funkce dalekohledu • sběrač světla - větší sběrná plocha • zvětšení rozlišovací schopnosti Typy dalekohledů • čočkové • zrcadlové • kombinované Zrození dalekohledu II. Historie 2.10.1608 - přihláška patentu dalekohledu - Hans Lippershey odmítnut - přístroj je již znám! o dva týdny později - Jacob Metius z Alkmaaru téhož roku - Sacharius Jansen z Middelburgu - prodej dalekohledů na frankfurtském veletrhu duben 1609 - v brýlařství v Pont Neuf (Paříž) poč. léta 1609 - Galileo Galilei - dalekohled (3x zv.) - kresby Měsíce (IX.-X. 1609) -Thomas Harriot (6x zvětšení) - kresby Měsíce (červenec), sl. skvrn (prosinec); objeveno až r. 1784 5> srpen 1609 - Galilei předvádí dalekohled zákonodárcům v Benátkách duben 1611 - Galileův přítel Federico Cesi - termín „telescopium" Zrození dalekohledu II. Historie 1611 Johannes Kepler - princip čočkového dalekohledu jiné konstrukce 1630 Christopher Scheiner, Antonín Maria Šířek z Rejty - konstrukce dalekohledu Keplerova typu zrcadlový dalekohled 1550-1570 Leonard Digges 1616 Nicollô Zucchi - bronzové vyduté zrcadlo (neúspěch) 1663 James Gregory - systém s provrtaným dutým zrcadlem; model až roku 1674, použitelné až 1721 1668 Isaac Newton - jednoduchý systém s dutým zrcadlem 1672 Laurent Cassegrain - podobný systém jako Gregory Čočkové dalekohledy (refraktory) Keplerův dalekohled (2 spojné čočky): Objektiv-spojka, velká ohnisková vzdálenost fob, obraz vzdáleného předmětu v ohniskové rovině je převrácený, zmenšený a skutečný Okulár- spojka fok obraz předmětu jako pod lupou Galileův dalekohled í 1609 ) Keplerův dalekohled ( 1611 ) Zrcadlové dalekohledy (reflektory) • základní prvek - (skleněné) pokovené zrcadlo • povrch - většinou Al+ochranná vrstva => lze pozorovat čočkami pohlcované UV záření (i> 300 nm) • rozšířené, populární-cena/výkon • nevýhoda - malé zorné pole => konstruují se speciálně pro daný účel (fotografie, spektroskopie) tvar plochy: rotační paraboloid pomocne rovinné zrcadlo skleněné zrcadlo tenká vrstva hliníku zde je okular optická osa Montáže dalekohledů montáž-nedílná součást dalekohledu, často určuje využití dalekohledu; umožňuje otáčet tubus dalekohledu kolem 2 vzájemně kolmých os Montáže (podle orientace os): - azimutální - jedna osa je svislá, druhá vodorovná - paralaktické - polární osa (^světová osa), deklinační osa Největší teleskopy světa výběr vhodného místa: - temné nebe, - klidné ovzduší (malý seeing), - malá vlhkost ovzduší, -velký počet jasných (fotometrických) nocí. =^> nejlepší místa na vysokých místech v pouštích, v horách (Mauna Kea na Havajských ostrovech, Atacama v Chile, v horské oblasti Kanárských ostrovů, v jihovýchodní části Austrálie, ve Skalnatých horách v americké Arizoně.... seeing - úhlový průměr osamocené hvězdy při pozorování dalekohledem - na špičkových vysokohorských observatořích < 1". „vylepšení seeingu": adaptivní optika - kompenzace neklidu atmosféry z pozorování jasné nebo umělé (laserové) hvězdy aktivní optika - korekce deformace zrcadel i konstrukce montáže, které vznikají např. nakláněním teleskopu do různých poloh, tepelnou roztažností materiálu apod. Efekt, průměr Pfistroj Observatoř Umístění 10.4 Gran Telescorjio Canarias La Palma, Kanárské ostrovy, Španělsko 28 46 N; 17 53 W 2400 m 10.0 Keck Mauna Kea, Hawaii, USA 19 50 N; 155 28 W Keck II 4123 m 9.2 SALT (11x9.8 m) South African Astronomical Observatory, JAR 32 23S;20 49 E; 1759 m 9.2 Hobbv-Eberlv (11x9.8 m) Mt. Fowlkes, Texas, USA 30 40 N; 104 1 W; 2072 m 2x8.4 Larqe Binocular Telescope Mt. Graham, Arizona, USA 32 42 N; 109 53 W 3170 m 8.3 Subaru Mauna Kea, Hawaii, USA 19 50 N; 155 28 W;4100 m Antu 8.2 Kueven Cerro Paranal, Chile 24 38 S; 70 24 W Melioal 2635m Yepun 8.1 Gillett Mauna Kea, Hawaii, USA 1950 N; 155 28 W,4100m Gemini South Cerro Pachon, Chile 30 20 S;70 59 W (approx) 2737 m Yerkes Observatory refractor (40" lens at the same scale) Williams Bay, Wisconsin, ^ USA (1893) Great Paris Exhibition Telescope (lens at the same scale) Paris, France (1900) Hooker Telescope (100") Mt Wilson, California, USA (1917) Large Sky Area Multi-Object Fiber Spectroscopic Telescope Hebei, China (2009) Gran Telescopio Canarias La Palma, Canary Islands, Spain (2007) Keck telescopes Mauna Kea, Hawaii USA (1993, 1996) I O Hale Telescope (200") Mt Palomar, California, USA (1948) Hobby-Eberly Telescope Davis Mountains, Texas, USA (1996) Southern African Large Telescope Sutherland, South Africa (2005) Gemini North Mauna Kea, Hawaii, USA (1999) (1979-1998) (1999-) Multiple Mirror Telescope Mount Hopkins, Arizona, USA Subaru Telescope Mauna Kea, Hawaii, USA (1999) Thirty Meter Telescope Mauna Kea, Hawaii, USA (planned 2027) Large Binocular Telescope Mount Graham, Arizona, USA (2005) BTA-6 (Large Altazimuth Telescope) Zelenchuksky, Russia (1975) Large Zenith Telescope British Columbia, Canada (2003) Gaia Earth-Sun L2 point (2014) Kepler Earth-trailing solar orbit (2009) Gemini South Cerro Pachon, Chile (2000) o Vera C. Rubin Observatory Cerro Pachon, Chile (planned 2024) Very Large Telescope Cerro Paranal, Chile (1998, 1999, 2000, 2000) o 4* A •#• Hubble Space V W V W mac lAfohh Tplpqrnnp James Webb Space Telescope Earth-Sun L2 point (2021) Hubble Space Telescope Low Earth orbit (1990) Extremely Large Telescope Cerro Armazones, Chile (planned 2027) Magellan Telescopes Las Campanas, Chile (2000, 2002) T Human at the same scale r 10m 10 20 30 ft Giant Magellan Telescope Las Campanas, Chile (planned 2029) Tennis court at the same scale 0 b\^® Are ■ ^•'""nsly Large Telescope ^ rec'bo Observatory 305 m radio telescope at the same scale at the same scale Basketball court at the same scale Plánované dalekohledy: • Extremely Large Telescope ELT, ESO (Chile) 39.3 m (2027) • Thirty Meter Telescope, Hawaii, USA (+Čína a Indie) 30 m (2027) • Giant Magellan Telescope, mezinár., Chile 7x8.4 m zrcadla = průměr 24.5 m (2029) • Vera Rubin Observatory (Large Synoptic Survey Telescope) 8.4 m, USA (2025) Kosmické teleskopy 1923 - první návrhy na dalekohledy v kosmu - Hermann Oberth 1946 - projekt kosmického dalekohledu - Lyman Spitzer (1914-1997) 1968 - Orbiting Astronomical Observatory (OAO-2) 1977 - návrh na vypuštění Hubbleova kosmického dalekohledu 1983 - předpokládaný termín realizace HST, technické potíže + havárii raketoplánu Challenger (1986) => start 1. velkého kosmického dalekohledu až 1990 2013 - Chang'e 3 - 15cm dalekohled na Měsíci Hubbleův kosmický dalekohled - zásadní pro celou astronomii Základní data: družice tvaru válce - délka 13 m, šířka 4,3 m, hmotnost téměř 12 tun, hlavní zrcadlo: 2,4 m, sférická vada - 2 mm , sekundární 30 cm, systém Ritchey-Chrétien (typ Cassegrain); cena 1,5 mld dolarů hln|iicritfc/ otočník Schránko s rundu I h m podpdrnähu Snhrůriko s lelesckcpe-rn a sn ku ndúrnim zrcadle m Cl a nu íErkvndňrnilio zrcadla ■ .7 ! 11 -■ I . I: ■ I -1 točka ofdickúhp doltrkfjhlodlu o primárni ircadlo Opticky komralnb senior pro jemnou navigaci (3) Uloísni hlavni Cúíli kon1rult.ee oplickš-ho doltrkohlEidu í.H nli.l ^ osovým VĚ111: i. ký in přístrojem aCOSTAR Niikopfíjmovů anléna (í) ZhIiiiííoviIcí tubus opllckélu vln. délka IR delší než u světla => prochází oblaky plynu a prachu => možnost sledovat objekty např. v centru Galaxie; oblasti zrodu hvězd, molekulová mračna, chladné hvězdy, hnědé trpaslíky, exoplanety ❖ studium raných stádií vesmíru-v důsledku Dopplerova jevu se pro velmi vzdálené objekty UV záření a světlo posune do IR 2.23 - 2.29uií ft ;cope Trapez, Orion - 100 velmi málo hmotných objektů - hnědí trpaslíci a volné planety "Cigar" Galaxy M82 Spitzer Space Telescope • IRAC NASA / JPL-Caltech / C. Engelbracht and the SINGS team [Steward Observatory) ssc2006-09a Dust in Andromeda Galaxy [M31) NASA / JPL-Caltech / K. Gordon [University of Arizona] Spitzer Space Telescope • MIPS Visible: NOAO ssc2QQ5-20a Infračervená-mikrovlnná astronomie • přechod mezi infračervenou a rádiovou oblastí • pozorování reliktního záření na milimetrových a submilimetrových vlnách - „otisk'' velkého třesku - předpovězeno ve 40. letech 20. století, • objev r. 1964 A . G. Doroškevič & I. Novikov, a A. A. Penzias & R. W. Wilson (publ. 1965) Ultrafialová astronomie ■ 1801 - objev UV záření-J. W. Ritter ■ zkoumá horké objekty - mladé svítivé hvězdy, horké pozůstatky hvězd, Slunce. ■ ze Země špatně pozorovatelné, proto hlavně z kosmického prostoru; ■ konstrukce přístrojů jako pro světlo, různé povrchy zrcadel; modifikované detektory ■ družice - IUE, EUVE, SOHO, GALEX, H ST Gama a rentgenová astronomie Astronomie v oblasti největších energií elektromagnetického spektra => výsledek extrémních dějů ve vesmíru s největšími teplotami Gamma Rays X-rays Ultra- Visible Infrared violet Light Micro- Radio wave _ 1 OTó billion K 100 mil ion K .....——r--i Temperature 0.0005 0.1 nanometer ninometor 0.5 50 0.5 Wavelength micrometers micrometers centimeters rentgenové záření - 1895 W. C. Rôntgen a jiní co se pozoruje? sluneční koróna, Jupiter, kataklyzmické dvojhvězdy, neutronové hvězdy, bílí trpaslíci, výbuchy supernov, okolí černých děr,... gama záření - objev 1900 P. U. Villard; fotony s energiemi > 100 keV výbuchy supernov, splynutí hvězd, anihilace hmoty a antihmoty, inverzní Comptonův rozptyl, gama záblesky zemská atmosféra pro rtg. a g záření neprostupná => detekce až v 60. letech 20. st. satelity VELA Gama a rentgenová astronomie záření spíše časticový než vlnový charakter - speciální detektory, speciální přístupy družice INTEGRÁL, CHANDRA, ROSAT, XMM NEWTON, SWIFT, Fermi... rtg. záření je soustředěno soustavou souosých parabolických a hyperbolických ploch vložených do sebe ťocal Poiiu X-rays dalekohledy pozorují s přesností - řádové arcmin! SWIFT Pozoruhodné výsledky rentgenové a gama astronomie 1989 -1. zdroj g záření v Galaxii - Ml 1992 - 1. extragal. zdroj g záření - galaxie Markarjan 421 2000 - 2704 gama záblesků z B ATS E 2010 - objev obřích bublin g záření od centra Galaxie 2021 - detekce GRB nanosatelitem RXJ1713.7-3946 západnímu okraji (W) odpovídá tok pouhých 4,lx10"8fotonů/m2s 2704 BATSE Gamma-Ray Bursts 10' 10" 10"5 Fluence,. 50-300 keV (ergs cm-2) ■ GRBAIsho KONUS-Wnd {scaled arbitrary uVtx), 50-200 kaV 4^ Tim* (z) since 7P.71-G9-0S 1G:-11:53 UTC Pozemská(?) gama a rentgenová astronomie Detekce pozemními observatořemi (H.E.S.S., MAGIC, VERITAS) díky interakci fotonů s atmosférou - sekundární spršky - Čerenkovovo záření dvojice SST-1M - Ondrejov Cherenkov Telescope Array (CTA) 1. teleskop-říjen 2018 částečně v provozu od 2022, dokončení 2025 Jih - Paranal, sever - La Palma Částková astronomie Kosmické záření -1912 objev Victor Hess - 1937 - Pierre Auger - vysvětlení vzniku spršek záření - detekce sekundárních spršek kosmického záření, částic o energii >1018 eV od 2008 - Observatoř Pierra Augera v Argentině rozloha 3000 km2, 1660 tanků s vodou, 27 optických dalekohledů, 160 radioteleskopů GPS sntenns Časticová astronomie Neutrinová astronomie 1930 - W. Pauli - predpoveď existence neutrin, první detekce 1956 neutrino - velmi slabě interagující částice s téměř nulovou hmotností => detekce hlavně pomocí Čerenkovova záření => obrovské nádrže s různými kapalinami (voda, těžká voda, chlór) - Sadbury (1 ktun těžké vody 2 km pod zemí, koule o průměru 12 m s 9600 fotonásobiči), Superkamiokande (průměr 41 m, 50 kt vody, 11146 fotonásobičů), Borexino (Itálie) Neutrinová astronomie Projekty využívající přírodních „nádrží" - IceCube, Antarktida, okolí jižního pólu; 1 km3 čistého ledu, 86 děr (1450 - 2450 m) s 5160 detektory, - ANTARES, KM3Net, NEMO - Středozem. moře - Baikal-GVD - Rusko IceCube Lab SOm 1450 m 2450 m 2820 m IceTop 80 Stations, each with 2 IceTop Cherenkov detector tanks 2 optical sensors per tank 320 optical sensors 2010: 79 strings in operation 2011: Project completion, 66 strings IceCube Array S6 strings including 6 DeepCore strings 60 optical sensors on each string 5160 optical sensors AMANDA DeepCore B strings spacing optimized for lower energies 360 optical sensors Eiflel Tower 324 m Gravitační vlny = fluktuace zakřivení časoprostoru, které se šíří jako vlny rychlostí světla; nejde o vlnění v prostoru, ale samotného časoprostoru; předpovězeny A. Einsteinem 1916; vznik při vzájemném pohybu těles v gravitačním poli, zdroj - těsné dvojhvězdy v konečném stádiu vývoje (složky ČD, NH), výbuchy supernov, srážky černých děr Do roku 2015 pouze nepřímé detekce: ■ dvojitý pulsar PSR 1913+16 - dochází ke zkracování periody oběhu a stáčení velké poloosy o 4°za rok- přesně podle OTR (1974 Hülse & Taylor - Nobelova cena 1993) ■ experiment BICEP (2014) - v reliktním záření z konce velkého třesku (z období 400 000 roků) nalezen otisk reliktních gravitačních vln z období zlomků sekundy (10~35 s) po vzniku světa - objev odvolán! Detekce gravitačních vln 1. pokusy o přímou detekci - 50. léta 20. století-Joseph Weber 70. léta 20. st. - interferometrie Zrcadlo Normálně by se oba světelné signály vyrušily, protože by ulétly stejnou vzdálenost a vlny by byly identické. Detektor by pak nic nezaznamenal. Detektor světla Zrcadlo ■ 2 'rcadlo i ■ ■ L aser 1 ■■ ..! xxxx detektory VIRGO, LIGO aj. - přesnost až 10n - advanced LIGO - první pozorování - 2015 Detektor Když observatoří LIGO prochází gravitační vlna, tunely se mírně deformují a oba paprsky urazí odlišnou vzdálenost. Nevyruší se a detektor zachytí světlo. Efekt i gravitačních lj vln ■ICH6 m posun ř— Zdroj: idnes LISA (Laser Interferometer Space Antenna) - 1. kosmická observatoř na sledování gravitačních vln (start 2.12.2015), realizace - velké observatoře v L2 - 2028 Detekce gravitačních vln Detekce gravitačních vln LIGO 14. září 2015 (9:51 UT) - GW150914 - výsledek srážky dvou černých děr (29 a 36 MQ), které byly od nás vzdáleny 1 až 1,5 miliardy ly Hanford, Washington (Hl) Livingston, Louisiana (LI) = l.o = 0.5 OG -0.5 -1.0 P4li-unul ralriQuiCy Hjrr«iríůi mlůDniFf ■NMII-^JL-.Lhiy 'A ■ . |'A I 512 256 12& 64 32 J J 0.30 0.35 0.40 Time í:j 0.45 0.30 0.35 0.40 Time (s) 0,45 E % katalog Gravitational-Wave Candidate Event Database (GraceDB) https://gracedb.ligo.org/ GWTC-2 plot v1.0 LIGO-Virgo | Frank Elavsky, Aaron Geller | Northwestern Srpen 2017 - GW170817 splynutí 2 neutronových hvězd; detekce gravitačních vln a pozorované zjasnění v různých částech spektra elmg. záření září 2017 -TXS 0506+056 detekováno neutrino s velmi vysokou energií, určen zdroj; následná kampaň zaznamenala změny jasnosti vysoce energetického gama záření 4 počátek nové éry astronomie multi-messenger astronomy/astrophysics mnohopásmová astronomie LIGO ■ Virgo ;10g -1Í -10 -B -6-4-2 0 S - í