Slunce pod mikroskopem: DKIST je největším slunečním dalekohledem světa

Naše hvězda představuje gigantický nukleární reaktor, který spaluje přibližně 700 milionů tun vodíku za sekundu. Takto funguje už asi pět miliard let a před sebou má ještě další 4,5 miliardy roků života. Veškerou energii vyzařuje do všech směrů a pouze její nepatrná část – asi 45 miliardtin – dopadá na Zemi, na níž tak umožňuje existenci živých forem. V 50. letech minulého století vědci pochopili, že hvězdný vítr z naší stálice vane až na periferii Sluneční soustavy. Vůbec poprvé tak dospěli k závěru, že vlastně žijeme uvnitř atmosféry naší denní hvězdy.

V posledních letech se solární fyzikové věnovali vývoji velkých dalekohledů k pozorování Slunce. Jeden z připravovaných projektů, Daniel K. Inouye Solar Telescope, již pořídil první snímky a po uvedení do plného provozu zvládne poskytovat mimořádně detailní záběry, od povrchu stálice až po spodní vrstvy její atmosféry.

Pod jasnou oblohou

Daniel K. Inouye Solar Telescope (DKIST), postavený za přispění NSF’s National Solar Observatory a řízený prostřednictvím Association of Universities for Astronomy (AURA), vyrostl na vrcholu sopky Haleakala na havajském ostrově Maui, v nadmořské výšce 3 084 m n. m. Výběru lokality předcházelo posouzení 72 různých stanovišť, načež se jejich počet snížil na šestici poloh pro dodatečný průzkum. Z nich pouze Haleakala vyhověla všem požadavkům, mezi něž patřilo malé znečištění atmosféry, nejvyšší počet dní v roce s jasnou oblohou, nízká hladina prachu v ovzduší a nejmenší teplotní výkyvy.

Stavba dalekohledu započala v roce 2010 a 15. prosince 2013 se přístroj, dříve známý jako Advanced Technology Solar Telescope (ATST), přejmenoval na Daniel K. Inouye Solar Telescope. Nese tak jméno bývalého senátora za stát Havaj – neúnavného zastánce vědy, technologií, techniky a matematiky, zejména pokud to vedlo k obohacení života lidí na ostrovech.

Sehraná optika

DKIST disponuje primárním zrcadlem o tloušťce 75 mm a celkovém průměru 4,24 metru, přičemž využitelná optická plocha má průměr 4 metry. Z tzv. zeroduru jej vyrobily Schottovy závody a vyleštily laboratoře v Arizoně. Důležitou součást optické soustavy tvoří i sekundární zrcadlo s průměrem 65 cm. A aby bylo možné posílat sluneční světlo do jednotlivých vědeckých přístrojů, dostal teleskop do vínku dalších sedm menších pomocných zrcadel.

Primární zrcadlo konstruktéři opatřili dvěma hlavními podpůrnými systémy – osovým (axiálním) a postranním – které představují systém aktivní optiky. Jejich úkolem je kompenzovat měnící se prohnutí zrcadla v důsledku gravitačního působení během naklánění v průběhu dne, kdy se přístroj natáčí za Sluncem. Axiální soustava se skládá ze 120 elektromechanických aktuátorů uspořádaných do pěti koncentrických prstenců kolem jejího středu. Postranní systém tvoří 24 aktuátorů umístěných po obvodu zrcadla. Zrcadlo se nejméně deformuje při pozorování co nejvýš nad obzorem, poblíž zenitu.

Systém adaptivní optiky vyššího řádu bude zaostřovat obraz, a odstraňovat tak defekty způsobené zemskou atmosférou. Umožní to pozorovat detaily ve sluneční atmosféře s dosud nevídaným rozlišením. Konstrukce dalekohledu rovněž minimalizuje nepříznivý vliv rozptýleného světla. Ze vzdálenosti 150 milionů kilometrů dokáže DKIST na povrchu Slunce odlišit detaily o velikosti 30 km. „Bude tak působit jako mikroskop při sledování velmi malých útvarů v tamní fotosféře,“ vysvětluje Aparna Venkataramanasastry, sluneční fyzik z Georgia State University v Atlantě. „To je prostě vzrušující!“

Příslib spolupráce

Nový sluneční teleskop je dále osazen pěti vědeckými přístroji, které budou studovat světlo soustředěné primárním zrcadlem, v rozsahu od blízkého ultrafialového (350 nm) až po blízkou infračervenou oblast (5 000 nm). Mají přitom pořizovat snímky umožňující vědcům rozlišit intenzitu magnetického pole Slunce a jeho orientaci. Informace také badatelům nabídnou sondu do rozsáhlých struktur magnetických polí, jež v podobě oblouků propojují dvě různé oblasti na povrchu.

Astronomové doufají, že nová data pomohou rozluštit dlouholetou záhadu, proč je sluneční koróna – nejvzdálenější vrstva atmosféry, jejíž jasnost dosahuje pouze několika miliontin jasu disku hvězdy – o miliony stupňů teplejší než fotosféra. Data získaná dalekohledem DKIST zkombinují vědci s informacemi ze sond Parker Solar Probe (NASA) a Solar Orbiter (ESA), jež naši stálici studují ze vzdálenosti pouhých několika milionů kilometrů. Při přiblížení k ní dokážou měřit původní vyvržený materiál, a přinášet tak neocenitelné údaje.

V zájmu Země

Porozumění úloze magnetických polí ve vnějších oblastech Slunce je rozhodující, abychom pochopili fungování slunečního dynama, proměnlivost solární aktivity včetně erupcí a koronálních výronů hmoty, jež mohou významně ovlivňovat život na Zemi. Projevy činnosti naší hvězdy mohou mít zásadní dopad na pozemské telekomunikace a dálkové energetické soustavy, vyřadit z chodu telekomunikační družice a rovněž ohrozit kosmonauty, především ty, kteří se budou nacházet na cestě k Měsíci či Marsu, mimo ochranu zemské magnetosféry. Erupce na Slunci mohou ovlivnit leteckou dopravu, vyřadit z provozu různé kosmické technologie jako například GPS nebo elektrické rozvodné sítě, což může způsobit dlouhodobý výpadek proudu čili blackout.

Astronomové proto observatoř využijí k výzkumu změn ve sluneční aktivitě a jejich dopadů na tzv. kosmické počasí. „Tento dalekohled posune naše znalosti o tom, co řídí kosmické počasí, a nakonec pomůže zlepšit předpovědi slunečních bouří,“ popisuje ředitelka nadace National Science Foundation France Córdovaová. „Na Zemi můžeme velice přesně předpovědět, jestli bude někde pršet, ale u kosmického počasí taková přesnost dosud neexistuje,“ vysvětluje Matt Mountain, prezident Association of Universities for Research in Astronomy (AURA). „Jeho predikce zaostávají za běžnými předpověďmi o padesát let, možná i víc. Potřebujeme porozumět základní fyzice kosmického počasí, a to začíná na Slunci, které bude DKIST v příštích desetiletích detailně studovat.“

První světlo

„První světlo“ spatřil teleskop v prosinci 2019 a veřejnosti byly fotografie představeny letos v lednu. Snímky s vysokým rozlišením ukazují fotosféru naší hvězdy a mohou poskytnout důležité informace slunečním astronomům a fyzikům. Zachycují strukturu a turbulence „vařícího“ plazmatu, jež pokrývá celý povrch stálice. Zmíněná buněčná struktura představuje důsledek mocných proudů, které vynášejí teplo z nitra Slunce k povrchu. Horké plazma stoupá vzhůru v jasnějších centrech „buněk“ v procesu známém jako konvekce, pomalu chladne a následně klesá v tmavších okolních liniích. 

TIP: Nový největší solární teleskop světa pořídil první snímek sluneční skvrny

Rutinní vědecká pozorování započala letos v červenci, po ukončení zkušebního provozu a kalibrace jednotlivých přístrojů. Během prvních pěti let získá Daniel K. Inouye Solar Telescope o naší denní stálici mnohem víc informací, než kolik jich zahrnují všechna data shromážděná od roku 1612, kdy na ni svůj primitivní dalekohled poprvé namířil Galileo Galilei. „S největším průměrem mezi solárními teleskopy, s unikátní konstrukcí a nejmodernějším přístrojovým vybavením zvládne DKIST ta nejnáročnější měření Slunce,“ slibuje ředitel zařízení Thomas Rimmele.