50 let kosmonautiky - astronomické a meteorologické družice

Ve čtvrtek 4. října 2007 jsme si připoměli přesně 50 let od vypuštění první umělé družice světa Sputniku. Hvězdárna Vsetín připravila velké množství akcí v rámci oslav tohoto významného jubilea kosmonautiky. Jednou z iniciativ bylo uspořádání výstavy 50 let kosmonautiky v Galerii Gratis vsetínského zámku. Pro ty z vás, kteří jste neměli možnost tuto výstavu navštívit přinášíme obrázky a internetový přepis panelů. Jako čtvrtý uveřejňujeme panel nazvaný Astronomické a meteorologické družice a další bude následovat 1. listopadu.

Obr. 1: K prvním astronomickým satelitům patřily například řady družic Ariel (vlevo) či OAO. Na své palubě většinou nesly přístroje pro zkoumání objektů v oborech záření, které jsou z povrchu nepozorovatelné. [1]

Obr. 2: Astronomické satelity COBE a WMAP přinesly řadu informací, ze kterých čerpá moderní kosmologie. Jedná se o dvě generace velmi podobných přístrojů pro snímání mikrovlnného záření kosmického pozadí. Vlevo výsledky stejného pozorování – technologický rozdíl cca 10 let. [1]

Obr. 3: Nejslavnější kosmickou observatoří je bezpochyby Hubbleův kosmický dalekohled (HST). Vpravo nahoře snímek galaxie M64 s tmavými prachovými oblaky, dole pak snímek planety Jupiter složený z jednotlivých záběrů v různých oborech spektra. [1]

Obr. 4: Družice na oběžné dráze dávají vědcům možnost studovat objekty i na vlnových délkách, které jsou ze Země nepozorovatelné. Družice Chandra nabízí takový pohled v rentgenovém záření. [1]

Obr. 5: Příkladem současných přístrojů pro astrofyzikální výzkum mohou být americká družice TRACE (nahoře) a japonská Hinode určené ke sledování Slunce. Vlevo opět příklad informací, které vědcům přinášejí (nahoře snímek Slunce v ultrafialovém záření, dole detail struktur ve sluneční skvrně). [1]

Obr. 6: K nejmodernějším meteorologickým družicím na polární dráze patří americká NOAA (dole) a evropský geostacionární Meteosat Second Generation – MSG. Na obrázcích vlevo můžete vidět některé z produktů, které lze využít k předpovědi počasí. [1]

Kosmická technologie skýtá obrovské možnosti pro rozvoj astronomie. Umístění přístroje nad hranicí atmosféry umožňuje pozorovat za klidných podmínek bez rušivého vlivu ovzduší a navíc sledovat objekty v oborech záření, které atmosférou na povrch nepronikají – infračervené (IR), ultrafialové (UV), rentgenové (RTG) či gama paprsky.

Za dobu výzkumu vesmíru pomocí družic bylo vypuštěno obrovské množství satelitů s astronomickými úkoly. Zmiňme jen některé. Za první astronomické družice lze považovat řadu Ariel připravenou Velkou Británií pro výzkum Slunce a objektů vzdáleného vesmíru. Ariel 1 byl vypuštěn v dubnu 1962. Významnou americkou astronomickou družicí byla počátkem 70. let Orbiting Astronomical Observatory (OAO-3, Copernicus), která nesla UV teleskop o průměru objektivu 80 cm! Do výzkumu kromě USA a USSR rychle promluvilo i mnoho dalších organizací a států – Evropská kosmická agentura a satelit TD-1A (1972), Holandsko s družicí ANS-1 (1974), Indie a její satelit Aryabhata nebo japonská Hakucho (1979). V lednu 1983 byl vypuštěn první velký astronomický satelit IRAS, určený ke sledování oblohy v IR oboru. V roce 1989 se na oběžnou dráhu dostala hned dvojice významných astronomických satelitů – Hipparcos, astrometrická družice určená k přesnému pozičnímu měření miliónu hvězd, a COBE (COsmic Background Explorer), který přispěl k řešení (a zrodu) řady problémů moderní kosmologie. Jeho úkolem bylo měřit záření kosmického pozadí v oboru mikrovln. K významným astronomickým satelitům 90. let patřila Compton Gamma Ray Observatory, která pracovala na oběžné dráze 10 let a sledovala objekty v oboru gama. Dosud nejdražším astronomickým satelitem všech dob je Hubble Space Telescope (HST), vypuštěný v dubnu 1990. S objektivem o průměru 2,4 m a několika generacemi přístrojů přispěl k rozvoji všech oborů astronomie. K velkým observatořím současnosti patří také Chandra X-ray Observatory (1999), která sleduje kosmické zdroje RTG záření. Na práci satelitu COBE navázala v roce 2001 další družice MAP a posledním velkým astronomickým satelitem vypuštěným na oběžnou dráhu v roce 2003 je Spitzer Space Telescope (2003) určený ke sledování objektů vzdáleného vesmíru v oboru IR.

Mezi astrofyzikální družice lze zařadit také přístroje určené ke sledování Slunce. Důležitou roli v tomto ohledu sehrála americká kosmická stanice Skylab v polovině 70. let, z jejíž paluby bylo pořízeno na 150 tisíc snímků naší hvězdy. Prvním rozsáhlým programem pro výzkum Slunce byla Solar Maximum Mission, určená k detailnímu sledování hvězdy v době slunečního maxima na počátku 80. let. V srpnu 1991 promluvilo do výzkumu Slunce Japonsko. Na oběžnou dráhu vypustilo rentgenový satelit Solar-A (Yohkoh), který sledoval RTG záření slunečních erupcí. V únoru 1998 byla vypuštěna sonda TRACE, která poskytuje detailní informace o horních vrstvách atmosféry Slunce. Nejmodernější zařízení pro výzkum naší hvězdy bylo vypuštěno nedávno. Japonská kosmická agentura JAXA dopravila v září 2006 na oběžnou dráhu družici Solar-B (Hinode) s teleskopem o průměru objektivu 50 cm.

Studium planety Země z vesmíru přináší mnoho informací, které mohou být použity jednak v základním výzkumu, ale také pro každodenní aplikace. Jedním z odvětví, jehož rozvoj si ve druhé polovině 20. století nelze představit bez kosmických technologií, je meteorologie. Předpověď počasí, kterou můžete několikrát denně slyšet ve sdělovacích prostředcích, je v mnohém závislá na informacích, které meteorologům dodávají satelity. Meteorologické družice lze rozdělit na dva základní typy podle charakteru oběžné dráhy – geostacionární a družice s polární drahou.

První družicí, která na své palubě nesla meteorologické vybavení, byl Vanguard 2 (1959). První snímek naší planety z vesmíru však pořídil ve stejném roce až Explorer 6. Experimentální družicí určenou výhradně k meteorologickým účelům byl TIROS-1 (1960). Během 79 dní trvající mise pořídil na 23 000 záběrů, na kterých bylo poprvé v historii možné hodnotit oblačný systém Země jako jeden celek. TIROS-8 vypuštěný v prosinci 1963 představil systém ATP (Automatic Picture Transmission). Data byla ihned odesílána v pásmu VHF, což umožnilo použití levného vybavení pro příjem a zobrazení snímků (přijímač a televize). Tato funkce je v upravené podobě dodnes využívána u družic s polární drahou. TIROS-9 pořídil 13. února 1965 první mozaikový snímek zemského glóbu složený ze 450 jednotlivých záběrů. Další významnou sérií satelitů pro meteorologické účely byla řada Nimbus (1964). Jednalo se o první tříose stabilizovaný meteorologický satelit, který byl orientován stále k Zemi. Přelomovou řadou meteorologických satelitů byla série ATS z konce 60. let, která byla vybavena rychlou kamerou s rotačním skenováním. Ta byla poprvé v historii schopná snímat s půlhodinovými intervaly oblačnost celé západní polokoule. Na družici ATS-3 byla tato kamera multispektrální a pořídila vůbec první barevné snímky Země. Velmi důležitý okamžik pro moderní meteorologii přišel v dubnu 1969, kdy byla vypuštěna družice Nimbus-3, která na své palubě nesla spektrometr pro IR oblast. Data pořízená touto družicí byla poprvé použita pro numerickou předpověď počasí. Na dalších družicích řady Nimbus byly poprvé použity přístroje pro obor UV a mikrovlnnou oblast. Na základě těchto dat byly objeveny výhody zobrazování ve vybraných absorpčních pásmech a dodatečného obrazového zpracování. Počátkem 70. let byla zahájena éra družic NOAA, která trvá dodnes. V Sovětském svazu podobný vývoj zaznamenala dlouhá řada (celkem 59) meteorologických družic Meteor, které byly postupně vypouštěny od roku 1969 až do současnosti.

Velmi významnou úlohu v moderní meteorologii hrají geostacionární satelity. První generací byly testovací družice SMS. Díky nim je od 27. června 1974 k dispozici nepřerušené monitorování počasí nad západní polokoulí. Prvním geostacionárním operačním programem byl GOES (1975). Ve stejné době vypouštěly své geostacionární satelity i další státy. Patřil k nim i evropský Meteosat (1977), který se stal součástí operačního systému předpovědi počasí pro Evropu. Program Meteosat nakonec čítal celkem 7 satelitů. V červenci 2002 byla vypuštěna první družice řady MSG (Meteosat Second Generation).