Betelgeuse a radost z poznání

Hvězdy jsou pro oko bodové zdroje záření, jeví se nám na obloze jako svítící body. Naopak Slunce, Měsíc, Velká galaxie v souhvězdí Andromedy, Magellanova oblaka, polární záře... jsou protažené zdroje, vidíme je pod určitým zorným úhlem. Rozhraní mezi oběma skupinami zdrojů je dáno rozlišovací schopností. To je schopnost (oka, dalekohledu, rádiového dalekohledu, rentgenovského dalekohledu) vidět nepatrné podrobnosti. Čím menší podrobnosti uvidíme, tím je rozlišovací schopnost větší.

Neozbrojené oko uvidí vždy každou hvězdu jako svítící bod. Její úhlový průměr (statisíciny až setiny vteřiny) zůstává hluboko pod rozlišovací schopností našeho oka. Ta je přibližně úhlová minuta (60 vteřin) – což jest třicetina měsíčního nebo slunečního disku. Je to úhel, pod kterým vidíme korunovou minci ze vzdálenosti sedmdesáti metrů. Naše oko nerozliší dva svítící body (např. dvě hvězdy), které jsou od sebe vzdálené méně než jednu úhlovou minutu; oko je uvidí jako bod jediný.

Astronomický dalekohled posiluje rozlišovací schopnost našeho oka. Dokonalými přístroji ji lze posílit až několikatisíckrát. To znamená, že dalekohledem můžeme rozlišit (např. na Měsíci, Slunci, planetách) drobnosti až tisíckrát menší než pouhým okem.

Největší pozemské dalekohledy by teoreticky mohly rozlišit až setinu úhlové vteřiny, ale brání jim v tom neklid atmosféry. I bodový zdroj na obloze se zobrazí v ohniskové rovině pozemského dalekohledu jako malý neklidný disk o průměru kolem jedné vteřiny. Za výjimečně dobrých pozorovacích podmínek může pozemský dalekohled rozlišit i desetinu úhlové vteřiny. To je velice malý úhel – pod tak malým zorným úhlem by dalekohled viděl naši korunovu minci ze vzdálenosti čtyř set kilometrů.

Všechny hvězdy na naší obloze však mají – pro svou obrovskou vzdálenost – úhlový průměr menší než jednu desetinu vteřiny. Proto nemohly ani ty největší pozemské dalekohledy vidět hvězdné disky. I Keckův dalekohled na Havaji (o průměru deseti metrů) zobrazí hvězdu jako bod. Mohl by „vidět“ disk velké Betelgeuse, kdyby mu v tom nebránila zemská neklidná atmosféra.

Jestliže astronomové chtěli pořídit snímek hvězdného disku, museli použít velký dalekohled umístěný mimo zemskou atmosféru a pro pozorování vybrat největší hvězdu v blízkém vesmíru.

Prvou podmínku splňuje Hubblův dalekohled kroužící kolem Země ve výšce 600 km nad jejím povrchem. Má 2 metry 40 centimetrů v průměru. Jeho rozlišovací schopnost dosahuje setiny úhlové sekundy – tedy by viděl dvoukorunu ze vzdálenosti 4 000 kilometrů.

Největším jasným veleobrem do vzdálenosti tisíc světelných let je Betelgeuse. Je to jasná červená hvězda v souhvězdí Oriona. Symetrický obrys tohoto krásného zimního souhvězdí tvoří pět nejjasnějších hvězd. Až nahoře je Betelgeuse. Snadno ji identifikujeme, neboť je červená, kdežto ostatní jsou bílé (na mapce souhvězdí je označena šipkou).

Podle astrometrických měření je od nás Betelgeuse vzdálena 600 světelných roků. Ostatní jasné bílé hvězdy v Orionu jsou tisíc pět set světelných roků daleko. Fotometrická měření určila zářivý tok, to jest kolik záření z Betelgeuse dopadá každou sekundu na jednotkovou plochu postavenou kolmo k paprskům (je to velmi malá veličina, jedna a půl stomiliontiny wattu na m²). Jednoduchým vynásobením {4π krát (vzdálenost v metrech)² krát (zářivý tok)} pak zjistíme zářivost Betelgeuse. Je to celkové množství záření, které povrch hvězdy každou sekundu vyzařuje do vesmíru ve všech směrech. Je asi 16tisíckrát větší než zářivost našeho Slunce. Zářivost Slunce vypočtená ze sluneční konstanty je 3,8.10²⁶ wattů.

Ze spektra Betelgeuse byla odvozena povrchová teplota: T = 3 000 K. Stefanův zákon (σ.T⁴) nám pak řekne, kolik energie vyzařuje 1m² povrchu hvězdy za jednu sekundu (zářivý tok z 1m² povrchu). Jestliže zářivost podělíme zářivým tokem z 1m² povrchu, obdržíme povrch, a tedy i průměr hvězdy. Tyto výpočty dávají hodnotu dvě miliardy kilometrů. Kdybychom umístili sluneční soustavu do Betelgeuse tak, aby Slunce bylo ve středu veleobra, Jupiter by běhal hluboko pod povrchem. Průměr Jupiterovy dráhy (půldruhé miliardy km) je jen 5krát větší než průměr dráhy Země (tři sta milionů km).

Omlouvám se čtenářům za suchopárné úvahy. Nešlo o přesné výpočty – chtěl jsem jen ukázat, jak lze odvodit velikost hvězdy z její vzdálenosti stanovené např. trigonometricky, zářivého toku měřeného fotometrem a z její povrchové teploty odvozené ze spektra. Odvodíme průměr hvězdy, aniž bychom jej přímo změřili.

Betelgeuse je jasný červený veleobr. Objemově je skutečný hvězdný veleobr, neboť má miliardkrát větší objem než naše Slunce. Samo Slunce je objemově milionkrát větší než naše Země, takže Betelgeuse je tisícibilionkrát objemnější než naše Země. Betelgeuse je největší hvězda v okolí do tisíce světelných let. Její disk má přitom průměr menší než desetina úhlové vteřiny, takže ho nelze pozemským dalekohledem vidět či fotografovat.

Když však Hubblův teleskop poskytl vysoké úhlové rozlišení, bylo logické, že se astronomové snažili poznat její disk. Podařilo se to 3. března 1995, a tak už víme – i když velmi zhruba – jak vypadá tvář jasného červeného veleobra Betelgeuse. Snímek (viz obr. obrázek) byl pořízen v ultrafialovém světle jedním z dalekohledů speciálně vybavených pro pozorování slabých objektů (Faint Object Camera). Je to vůbec první přímý obrázek hvězdného disku, nepočítáme-li naši hvězdu, Slunce.

Na povrchu veleobří hvězdy je vidět obrovská jasná bílá skvrna. Její teplota je vyšší než 5 tisíc stupňů – tedy o více než 2 tisíce stupňů teplejší než její červené okolí. Zatím její původ není vysvětlen. Je místem velmi silných magnetických polí? Nebo souvisí s oscilacemi, které byly už dříve na veleobru objeveny? Pohybuje se v důsledku rotace hvězdy? Mění svůj tvar, rozlohu a jas? Další pozorování snad dají vysvětlení.

Pozorování Betelgeuse Hubblovým teleskopem nám poprvé podalo důkaz o tom, že hvězdy jsou skutečně velké koule žhavých plynů. Takové přímé poznatky jsou pevnou oporou našeho poznávání vesmíru. Zvláště dnes, kdy lidé věří všemu možnému i nemožnému a o všem se pochybuje. Díky tomu skrovnému obrázku Betelgeuse můžeme v našich učebnicích (i v jiné literatuře) škrtnout tvrzení, že „Hvězdy jsou tak daleko, že žádnou z nich nikdy neuvidíme jako kotouček“.