Aktuální číslo:

2017/12

Téma měsíce:

Kontakty

ESO – ALMA centrum v Ondřejově

 |  14. 1. 2010
 |  Vesmír 89, 30, 2010/1

Poté, co se Česká republika stala 13. řádným členem Evropské organizace pro astronomický výzkum na jižní polokouli (Evropské jižní observatoře, ESO), jsme během roku 2008 dostali nabídku zapojit se do již probíhajících vědeckých projektů, včetně projektu obřího rádiového interferometru ALMA. Ihned jsme začali připravovat návrh na zřízení jednoho z evropských center ALMA v Astronomickém ústavu AV ČR, v. v. i., v Ondřejově. Po prezentaci tohoto návrhu v centrále ESO v německém Garchingu dne 17. listopadu 2008 a následném schvalovacím řízení tento návrh Evropská jižní observatoř v listopadu 2009 oficiálně přijala. Česká republika se tak jako první stát střední a východní Evropy řadí k zemím, které se budou moci přímo podílet na provozu nejvýznamnějšího astronomického projektu příštího desetiletí.

Projekt ALMA

V chilských Andách, v poušti na náhorní plošině Chajnantor, která se rozprostírá v nadmořské výšce nad 5000 m, se buduje nejvýkonnější rádiový interferometr světa, ALMA (akronym z anglického Atacama Large Millimeter/submillimeter Array). Tento přístroj se bude skládat z 66 vysoce přesných antén, které budou pozorovat jižní oblohu na vlnových délkách 0,3 až 9,6 mm. Umístění interferometru v extrémně suchém a vysoko položeném místě poblíž San Pedro de Atacama bylo zvoleno proto, že zemská atmosféra je zde již pro rádiové záření na milimetrových a submilimetrových vlnových délkách téměř průhledná. Po svém dokončení v roce 2012 se bude ALMA skládat z 50 antén o průměru 12 m a kompaktního pole složeného z dalších 12 antén stejného rozměru a 4 menších antén (7 m). Později přibudou ještě další. Antény bude možné přemisťovat po připravené síti stanovišť a vytvářet tak nejrůznější konfigurace s délkou základen mezi jednotlivými anténami v rozmezí od 150 m až do 16 km. Přístroj bude fungovat jako rádiový interferometr, kdy jednotlivé antény jsou propojeny v jeden celek a signály z nich zpracovávány ve výsledný obraz. Očekávané úhlové rozlišení na nejvyšších frekvencích tak dosáhne 0,005“, tj. zhruba 10krát lepší hodnoty, než má Hubbleův kosmický dalekohled. ALMA ve svých parametrech bude převyšovat všechny podobné existující systémy. A bude také nejdražším pozemním astronomickým přístrojem všech dob.

ALMA bude sloužit vědecké komunitě z celého světa a očekává se, že bude v provozu nejméně padesát let. Nabídne nám pohled do chladných oblastí vesmíru, které jsou opticky neviditelné, avšak v milimetrové a submilimetrové části spektra jasně září. Do této části spektra je také díky expanzi vesmíru posunuto záření nejvzdálenějších galaxií. Hlavním vědeckým posláním bude studium a zobrazení prvních galaxií, které se tvořily na počátku vesmíru před zhruba dvanácti miliardami let a pozorování a průzkum chemického složení hvězd a planet ve fázi jejich vzniku z plynných oblaků. Již nyní je připravena řada dalších pozorovacích projektů, jakými jsou například:

  • studium galaktických jader a kvasarů na prostorových škálách menších než 100 pc;
  • zkoumání vlivu chemického složení mezihvězdné hmoty na strukturu galaxií;
  • studium protostelárních akrečních disků;
  • mapování fotosfér a chromosfér hvězdných obrů a veleobrů do vzdálenosti několika set parseků;
  • studium kinematiky plynu v protoplanetárních discích okolo hvězd slunečního typu;
  • zobrazování jader komet a asteroidů;
  • pozorování slunečních aktivních oblastí a jejich jemné struktury;
  • studium urychlování částic ve sluneční atmosféře.

ALMA je celosvětovým projektem založeným na partnerství evropských, severoamerických a východoasijských vědeckých institucí a na jejich spolupráci s Chile.2) V Evropě jej hradí Evropská organizace pro astronomický výzkum na jižní polokouli (ESO), v Severní Americe Národní vědecká nadace (NSF) a kanadská Národní vědecká rada (NCR), v Asii japonský Národní ústav přírodních věd (NINS) a Čínská akademie na Tchaj-wanu. Hlavní evropské centrum ALMA (ALMA Regional Center, ARC) je umístěno v sídle ESO v německém Garchingu u Mnichova. Spolu s ním v Evropě existuje i síť menších „státních“ center: Bonn-Bochum-Cologne (Německo), IRAM (Francie, Německo, Španělsko), Bologna (Itálie), Leiden (Nizozemí), Onsala (Dánsko, Švédsko, Finsko) a Manchester (Velká Británie), která vzájemně úzce spolupracují. Každé z nich se však specializuje na určitou vědeckou problematiku. Nově schválené české centrum se zapojí do projektu ALMA v rámci této již existující sítě.

ALMA centrum v Ondřejově

Po listopadovém vyjádření souhlasu ESO se dosavadní evropská síť ARC oficiálně rozšíří o české středisko, které vznikne v Astronomickém ústavu AV ČR, v. v. i., v Ondřejově. Na jeho fungování se budou podílet také Vysoká škola chemicko-technologická v Praze, Univerzita Karlova v Praze a Masarykova univerzita v Brně. Podobně jako ostatní centra evropské sítě bude i to české specializované – zaměří se na sluneční fyziku, molekulární spektroskopii s vysokým rozlišením, extragalaktickou a relativistickou astrofyziku. Z pohledu milimetrové astronomie budou v centru zkoumána zejména následující témata:

  • struktura sluneční chromosféry a přechodové oblasti na Slunci,
  • vznik slunečních protuberancí a filamentů (vláken),
  • studium sluneční konvekce (společný projekt ALMA s 1,5m slunečním dalekohledem GREGOR budovaným na Kanárských ostrovech, na němž se Astronomický ústav AV ČR rovněž podílí),
  • interpretace molekulárních spektrálních čar z chladných temných oblaků a difuzního mezihvězdného prostředí,
  • tvorba hvězd v blízkých i vzdálených galaxiích či studium centrálních oblastí galaxií.

Základním posláním ondřejovského ALMA centra v rámci sítě ARC však bude poskytovat uživatelskou podporu pozorovatelům ze střední a východní Evropy, zejména z Polska, Slovenska a Maďarska (budeme ovšem otevřeni i astronomům ze zemí mimo EU). Odborníci našeho centra budou přijímat mladé vědecké pracovníky z tohoto regionu (v rozsahu finančních možností samotného centra i ESO) a pomáhat jim s přípravou konkrétních pozorovacích programů pro interferometr ALMA, a to zejména se zaměřením na výše zmíněné specializované oblasti. Napozorovaná data z úspěšných programů pak budou posílána do Ondřejova, kde se zpracují a analyzují. Práce s daty bude probíhat pomocí programového balíku CASA (z angl. Common Astronomy Software Applications), který je připravován a testován speciálně pro analýzu dat z dalekohledu ALMA. Všechna získaná data budou také v Ondřejově zálohována na výkonných datových polích.

Součástí ondřejovského centra se má stát i laboratoř vysoce rozlišené milimetrové a submilimetrové spektroskopie, která bude poskytovat laboratorní podklady pro interpretaci mezihvězdných spektrálních čar. Mezi další aktivity našeho centra bude patřit pořádání tematických workshopů a konferencí a popularizace projektu ALMA u české odborné i laické veřejnosti.

Vytvoření ondřejovského centra ALMA přinese několik pracovních míst pro stálé vědecké pracovníky a technický personál. Bude nutno zajistit jejich vyškolení ve vybraných evropských institucích, vybudovat výpočetní a datové centrum pro zálohování a analýzu dat, vytvořit rychlé internetové spojení s hlavním centrem ALMA v Garchingu i s ostatními evropskými centry sítě ARC. Blízká spolupráce s těmito centry bude nedílnou součástí fungování českého střediska. Aby bylo možné toto vše zajistit, podal Astronomický ústav AV ČR žádost o dotaci ze strukturálních fondů EU v rámci Operačního programu Výzkum a vývoj pro inovace (OP VaVpI) „Evropská centra excelence“. České ALMA centrum by tak mělo být součástí nového Centra excelence pro spolupráci s ESO a ESA (ESA – Evropská kosmická agentura).

Projekt vzniku ondřejovského centra ALMA je náročným a ambiciózním úkolem, který však umožní českým odborníkům podílet se bezprostředně na fascinujícím průzkumu dosud málo probádané chladné složky vesmíru a postupně tak vybudovat pevné zázemí modernímu oboru milimetrové astronomie.

Literatura

Evropská jižní observatoř: www.eso.org

ALMA observatoř: www.almaobservatory.org

Stránka hlavního evropského ARC centra: www.eso.org/sci/facilities/alma/arc/

Stránka ALMA centra v Astronomickém ústavu AV ČR v Ondřejově: www.asu.cas.cz/alma

Pozorování budou zpracovávána programovým balíkem CASA: casa.nrao.edu/, casa.nrao.edu/Doc/Cookbook/casa_cookbook.pdf

Poznámky

1) Na přípravě tohoto článku spolupracovali Miroslav Bárta, Pavel Jáchym, Jan Palouš, Petr Heinzel, Štěpán Urban.

2) Pozn. red.: Předpokládá se, že v druhé polovině roku 2011 budou moci observatoř navštívit i zvědaví turisté.

Časový plán projektu ALMA

1995 průzkum pozorovacích podmínek v Chile

1998 začátek první fáze, návrhy projektu

1999 podpis dohody mezi evropskou a severoamerickou stranou

2003 testování prvního prototypu antény

2004 otevření střediska ALMA v Santiagu v Chile

2005 začátek zemních prací v místě anténního systému

2006 podpis dohody s Japonskem

2007 doprava první antény do Chile

2010 fáze prvních vědeckých experimentů

2012 předpokládané dokončení dalekohledu ALMA a zahájení jeho plného provozu

Novinky z projektu ALMA

V září 2009 byla na místo budoucího interferometru ALMA ve výšce 5000 m n. m. vyvezena speciálně vyvinutým obřím transportérem první anténa. Převoz z operačního střediska ve výšce 2900 m n. m. vzdáleného od cíle 28 km trval téměř sedm hodin. Rychlost transportéru však byla během této první cesty výrazně omezena, v budoucnu dosáhne až 12 km/h. Podmínky na náhorní plošině Chajnantor jsou sice ideální pro astronomická pozorování, ale velice obtížné k jakékoliv práci (ve výšce 5000 m je již o polovinu méně kyslíku než u hladiny moře). Proto jsou antény sestavovány a testovány v operačním centru ve výšce 2900 m, a teprve poté přesunuty na místo určení. Dva transportéry budou sloužit nejen k vyvezení stotunových kolosů nahoru na plošinu, ale i k jejich přemísťování mezi jednotlivými pozorovacími stanovišti při změně konfigurace interferometru. Aby mohly být antény na betonové základny jednotlivých stanovišť umístěny s přesností několika milimetrů, jsou transportéry naváděny laserovým systémem a vybaveny přesnými ultrazvukovými „parkovacími“ detektory. Přesnost a opatrnost jsou jistě na místě, neboť brzy bude plošina Chajnantor anténami doslova zaplněna a jejich transport mezi více než dvěma sty stanovišti pak nebude vůbec jednoduchý.

V noci 21. října 2009 se uskutečnilo historicky první testovací pozorování pomocí části interferometru ALMA. Dvě antény byly úspěšně propojeny a jejich signál, synchronizovaný s přesností na jednu pikosekundu (10–12 s), vytvořil první interferenční obrazce dvou velice známých objektů – molekulárního oblaku v Orionu a kvasaru 3C84. Následovalo pozorování kvasaru 3C454.3 na vlnové délce 0,8 mm, čímž byla ALMA pokřtěna v oboru submilimetrových vlnových délek. Nyní již mezinárodní tým vědců a techniků netrpělivě očekává příjezd třetí antény na místo a následné prověřování dalších částí tohoto komplexního systému. Antény samotné využívají nejmodernější dostupné technologie a musí spolehlivě pracovat i v nepříznivých klimatických podmínkách, které panují v pětikilometrové nadmořské výšce chilských And. Navzdory silnému větru a změnám teploty v rozmezí –20 až +20 °C musí jejich povrch zachovávat svůj téměř dokonalý tvar s přesností lepší než 25 μm, což je méně než tloušťka lidského vlasu.

Ke stažení

OBORY A KLÍČOVÁ SLOVA: Astronomie a kosmologie

O autorovi

Marian Karlický

Marian Karlický (*1949) vystudoval Univerzitu Jana Evangelisty Purkyně v Brně. V Astronomickém ústavu AV ČR, v. v. i., se zabývá fyzikou Slunce, zejméjna jevy spojenými se slunečními erupcemi, chováním plazmatu v atmosféře Slunce. Angažoval se též v řízení vědy (v letech 1996–2004 byl zástupcem ředitele Astronomického ústavu AV ČR, od roku 2002 je členem Akademické rady AV ČR).

Doporučujeme

Tajemná „Boží země“ Punt

Tajemná „Boží země“ Punt uzamčeno

Břetislav Vachala  |  4. 12. 2017
Mnoho vzácného zboží starověkého Egypta pocházelo z tajemného Puntu, kam Egypťané pořádali časté obchodní výpravy. Odkud jejich expedice...
Hmyz jako dokonalý létací stroj

Hmyz jako dokonalý létací stroj

Rudolf Dvořák  |  4. 12. 2017
Hmyz patří k nejdokonalejším a nejstarším letcům naší planety. Jeho letové schopnosti se vyvíjely přes 300 milionů let a předčí dovednosti všech...
Hranice svobody

Hranice svobody uzamčeno

Stefan Segi  |  4. 12. 2017
Podle listiny základních práv a svobod, která je integrovaná i v Ústavě ČR, jsou „svoboda projevu a právo na informace zaručeny“ a „cenzura je...

Předplatným pomůžete zajistit budoucnost Vesmíru

Tištěná i elektronická
verze časopisu
Digitální archiv
od roku 1994
Speciální nabídka
pro školy a studenty

 

Objednat předplatné