Hned v prvních letošních dnech se prakticky na všech kontinentech slavnostně zahajoval Mezinárodní rok astronomie 2009. Šťastnou shodou okolností Česko právě na Nový rok přebíralo předsednictví Evropské unie, a proto se z iniciativy eurokomisaře pro vzdělání a vědu Janeze Potočnika evropské zahájení uskutečnilo v Praze (viz AB 1/2009). O týden později se sjelo na 800 odborníků, astronomů-amatérů, studentů, sponzorů, diplomatů i politiků do sídla UNESCO v Paříži, kde byl ve dnech 15.–16. ledna IYA zahájen celosvětově. Slavnost připravil šestnáctičlenný mezinárodní vědecký komitét, v němž nás zastupoval prof. Jan Palouš.
Kompletní česká delegace. Zleva: Pavel Suchan, Jiří Grygar, Jakub Toman, Miloslav Machoň, Jan Vondrák, Bruno Jungwiert a Jan Palouš.
Foto: Jakub Toman, Archiv autora
Účastníky přivítali generální ředitel UNESCO Koichiro Matsuura, prezidentka IAU Catherine Cesarsky a další významní hosté. To nejzajímavější se však odehrávalo odpoledne a celý následující den. Vědecký komitét totiž pozval do Paříže významné světové odborníky, kteří dychtivému obecenstvu připravili opravdové lahůdky.
Hlavními vědeckými hvězdami byli podle mého mínění především prof. Martin Rees z Cambridge, v současné době prezident britské Královské společnosti, a dále prof. Jocelyn Bellová-Burnellová z Oxfordu – objevitelka pulsarů. Třetím do světového astronomického mariáše byl nositel Nobelovy ceny za fyziku prof. Robert Wilson z USA.
V současné době prožívá astronomie zlatý věk zejména díky úžasnému pokroku ve způsobech, jak vesmír zkoumat. Právě za naší generace se totiž podařilo poprvé v historii astronomie otevřít všechna okna vesmíru dokořán.
© Stanislava Kyselová, Archiv SSČ
Prof. Burnellová vyšperkovala svou poutavou přednášku o pulsarech jedinečnými demonstračními pokusy, k nimž jí stačily drobné předměty v plastové tašce: kapesní svítilna, delší provázek, kuchyňské minutky a náprstek. K tomu navíc ze záznamu pouštěla akusticky transformované impulsy od pulsaru v souhvězdí Plachet (0833-45) s frekvencí 11 Hz, což odpovídá otáčkám neutronové hvězdy (675 ot./min). To jsou přibližně otáčky motoru traktoru při volnoběhu. Pak se však z reproduktorů v sále ozvalo pištění milisekundového pulsaru 1937+21 v souhvězdí Lištičky, který má frekvenci pulsů 640 Hz (téměř dvoučárkované e),
tj. 38 000 ot./min, a přesto se nerozletí odstředivou silou navzdory svému průměru 30 km a hmotnosti větší než Slunce.
Kapesní svítilna sloužila k demonstraci majákového modelu pro pulsary a pípající minutky na dlouhém provázku roztočila prof. Burnellová tak svižně, že jsme zřetelně slyšeli kolísání tónu i intervalu mezi pípnutími během jednoho „oběhu“ minutek kolem paní profesorky. Pokus vyvrcholil demonstrací efektu ztráty energie při obíhání složek binárního pulsaru vlivem vyzařování gravitačních vln. Stačilo, aby si během obíhání minutek kolem vlastní hlavy namotávala provázek na ukazováček – oběžná perioda minutek se rychle zkracovala a délka šňůrky rovněž. Na závěr pak vysvětlila velkou hustotu neutronových hvězd tím, že kdyby se veškeré lidstvo napěchovalo do náprstku, vznikl by z něho degenerovaný neutronový plyn.
Neméně pozoruhodná mi připadla i přednáška prof. R. Wilsona o historii objevu reliktního záření. Nejprve připomněl, jak měla kosmologie mezi odborníky velmi špatnou pověst, protože jediný cenný pozorovací údaj až do prvního desetiletí XX. stol. se týkal temnoty oblohy mezi hvězdami. Kdyby totiž byl vesmír prostorově nekonečný, měla by noční obloha zářit oslepujícím jasem jednoho slunce (průměrné hvězdy) vedle druhého. Tento tzv. Olbersův paradox (správně by se spíš měl jmenovat Keplerův) se považoval za důkaz prostorové konečnosti vesmíru, což ale byla metodická chyba. Astronomové totiž netušili, že tzv. mez dohlednosti ve vesmíru je při známé – astronomicky vzato velmi malé – rychlosti světla příliš dlouhá, takže světlo odtamtud letí mnohem déle, než je životnost průměrných hvězd ve vesmíru. Druhým faktorem, který zesiluje vesmírnou tmu mezi hvězdami, je rozpínání vesmíru, jež předpověděla teorie relativity a poprvé potvrdil E. Hubble až v r. 1929. Přesto však ještě v r. 1948 vznikla domněnka ustáleného stavu vesmíru autorů H. Bondiho, T. Golda a F. Hoylea, která byla vyvrácena až po objevu reliktního záření. Wilson ukázal, jak byla celá řada odborníků v USA, ale též v SSSR docela blízko tomuto objevu, protože technicky to neměl být problém už pro detektory známé kolem r. 1950.
Americký radioastronom Robert W. Wilson (vpravo), laureát Nobelovy ceny za fyziku z r. 1978
Foto: Jiří Grygar, Archiv autora
Nejrůznější omyly a předsudky však způsobily, že k objevu došlo až v r. 1965 při potížích s kalibrací šumu trychtýřové antény, kterou R. Wilson s A. Penziasem postavili v Bellových laboratořích kvůli zlepšení komunikace s umělými družicemi Země. Pak si však uvědomili, že tím získali nástroj pro absolutní kalibraci rádiových měření jasnosti mezihvězdného elektromagnetického záření, a tak chtěli anténu zkalibrovat. K jejich zklamání se jim to nedařilo. Pořád měli v přijímači nadbytečný šum, který ani po devítiměsíčním úsilí nedokázali odstranit. Nakonec rozhodly dva telefonické rozhovory s B. Burkem z MIT a R. Dickem z Princetonu. Dicke totiž jako jediný bral vážně předpověď existence reliktního záření kosmického pozadí, kterou již v r. 1948 publikoval G. Gamow a jeho žáci. Stavěl proto se svými studenty citlivý mikrovlnný radiometr právě pro detekci předpokládaného záření. Když se dozvěděl o zdánlivě neúspěšných měřeních Penziase a Wilsona, ihned pochopil, že ho v hledání reliktního záření neúmyslně předběhli.
Paradoxně však reliktní záření bezděčně objevili již v letech 1939–1943 američtí a kanadští astronomové, kteří pomocí optické spektroskopie měřili rotační teploty molekul CN v chladných mezihvězdných mračnech. Odtud kanadský astrofyzik G. Herzberg odvodil přebytek teploty 2,3 K, velmi blízký dnes přesně měřené hodnotě pro teplotu reliktního záření 2,7 K. Dokonce i E. Ohm v Bellových laboratořích našel na obloze přebytek teploty 3,1 K, ale ani on netušil, co vlastně pozoruje. Reliktní záření je totiž tak intenzivní, že k jeho „pozorování“ stačí rozladit televizor a sledovat zrnění na monitoru. Celé 1 % tohoto zrnění je projevem reliktního záření, které prochází zemskou ionosférou z vesmíru.
© Stanislava Kyselová, Archiv SSČ
Intelektuálním vrcholem zasedání bylo téměř určitě vystoupení prof. Martina Reese, jenž proslul tím, že svými četnými publikacemi, napsanými zčásti ve spolupráci se svými žáky, zasáhl téměř do všech oblastí soudobé astrofyziky. V přednášce ukázal, jak byl podle dnešních poznatků vesmír těsně po svém vzniku prajednoduchý. To vytušil už Ch. Darwin, když si všiml, že oběh Země kolem Slunce lze díky gravitaci popsat docela snadno, ale zato je velmi nesnadné pochopit, kde se vzaly všechny ty různorodé a roztodivné formy života na Zemi. Prof. Rees promítl kresbu mytického hada Ouroborose, který je stočen do kruhu a požírá svůj vlastní ocas. Podél těla hada nakreslil stupnici typických velikostí objektů; od hlavy, v jejíž lokalitě pozorujeme astronomické galaxie o rozměrech trilionů metrů, až po ocas, kde se v mikrosvětě s typickými rozměry elementárních částic triliontin metru nacházíme my. Člověk je svou velikostí právě uprostřed hadova těla a právě tam je složitost existence nejvyšší. U extrémně malých i extrémně velkých objektů se setkáváme s pozoruhodnou jednoduchostí.
Rees se pak dále věnoval antropickému principu, který vychází z údivu nad tím, jak slabou silou ve vesmíru je gravitace, která navzdory tomu dobře vysvětluje velkorozměrovou strukturu vesmíru na úrovni nadkup galaxií a kosmických stěn.
Okolnost, že v porovnání s fyzikou je chemie vesmíru podstatně složitější, je vyvolána velejemným vyladěním mezi jadernými silami a silou elektromagnetickou. Další okolnosti, které vedly ke vzniku komplexního života vesmíru, jsou závislé na nepatrné asymetrii (1 : 10 mld.) v počátečním zastoupení hmoty a antihmoty, dále na velmi jemně vyladěném tempu rozpínání vesmíru a konečně na nenulových fluktuacích hustoty látky ve velmi raném vesmíru. K tomu, aby vesmír dospěl do komplexního stavu se životem (alespoň) na Zemi, bylo zapotřebí nesmírně dlouhého a sladěného řetězce vesmírného vývoje od jednoduchého ke složitějšímu, takže – jak opět správně postřehl Darwin – „žádné stvoření si svou podobu během času nezachovává“.
Prof. Rees končil svou brilantní úvahu konstatováním, že jsme se zrodili v epoše, v níž má člověk poprvé ve své historii technické prostředky k tomu, aby další vývoj výrazně ovlivnil, anebo dokonce zkazil. Jsme fakticky první generace, která vinou světelného znečištění nevidí na obloze hvězdy a Mléčnou dráhu. Podobně se dramaticky zvýšilo rádiové znečištění, zejména vinou rozvoje bezdrátové komunikace, a současně předtím nikdy nevídaným tempem přibývá oxidu uhličitého i dalších skleníkových plynů v atmosféře. Jelikož astronomie je díky existenci Měsíce, planet i hvězd v principu dobře přístupná porozumění široké veřejnosti, měli bychom se všichni snažit rozšířit povědomí o vesmíru tak, aby si většina lidí uvědomila svou doslova kosmickou zodpovědnost. Vždyť se zdá, že jsme jediná obydlená planeta široko daleko.
Náhledový snímek z výstavy ve foyer konference: kometa Hale-Bopp na předměstí Moskvy
Foto: Jiří Grygar, Archiv autora
Je prakticky nemožné připomenout všechny výjimečné okamžiky, které vnímavé obecenstvo této historicky jedinečné události prožívalo v sále i v přilehlých výstavních a demonstračních prostorách pařížského Unesco. Český organizační výbor IYA proto přiblížil celou akci jak snímky, tak videozáznamy umístěnými na webové adrese: www.astronomie2009.cz. My, kteří jsme měli příležitost vidět zblízka, co dokázala a kam kráčí soudobá astronomie, cítíme totiž svou povinnost zpřístupnit široké veřejnosti poznatky a myšlenky, které z úst předních světových odborníků zazněly na pařížském zasedání, prostě proto, že všichni jsme obyvateli vesmíru.
Jiří Grygar,
Fyzikální ústav AV ČR, v. v. i.
Kompletní česká delegace. Zleva: Pavel Suchan, Jiří Grygar, Jakub Toman, Miloslav Machoň, Jan Vondrák, Bruno Jungwiert a Jan Palouš.
Foto: Jakub Toman, Archiv autora
Účastníky přivítali generální ředitel UNESCO Koichiro Matsuura, prezidentka IAU Catherine Cesarsky a další významní hosté. To nejzajímavější se však odehrávalo odpoledne a celý následující den. Vědecký komitét totiž pozval do Paříže významné světové odborníky, kteří dychtivému obecenstvu připravili opravdové lahůdky.
Hlavními vědeckými hvězdami byli podle mého mínění především prof. Martin Rees z Cambridge, v současné době prezident britské Královské společnosti, a dále prof. Jocelyn Bellová-Burnellová z Oxfordu – objevitelka pulsarů. Třetím do světového astronomického mariáše byl nositel Nobelovy ceny za fyziku prof. Robert Wilson z USA.
V současné době prožívá astronomie zlatý věk zejména díky úžasnému pokroku ve způsobech, jak vesmír zkoumat. Právě za naší generace se totiž podařilo poprvé v historii astronomie otevřít všechna okna vesmíru dokořán.
© Stanislava Kyselová, Archiv SSČ
Prof. Burnellová vyšperkovala svou poutavou přednášku o pulsarech jedinečnými demonstračními pokusy, k nimž jí stačily drobné předměty v plastové tašce: kapesní svítilna, delší provázek, kuchyňské minutky a náprstek. K tomu navíc ze záznamu pouštěla akusticky transformované impulsy od pulsaru v souhvězdí Plachet (0833-45) s frekvencí 11 Hz, což odpovídá otáčkám neutronové hvězdy (675 ot./min). To jsou přibližně otáčky motoru traktoru při volnoběhu. Pak se však z reproduktorů v sále ozvalo pištění milisekundového pulsaru 1937+21 v souhvězdí Lištičky, který má frekvenci pulsů 640 Hz (téměř dvoučárkované e),
tj. 38 000 ot./min, a přesto se nerozletí odstředivou silou navzdory svému průměru 30 km a hmotnosti větší než Slunce.
Kapesní svítilna sloužila k demonstraci majákového modelu pro pulsary a pípající minutky na dlouhém provázku roztočila prof. Burnellová tak svižně, že jsme zřetelně slyšeli kolísání tónu i intervalu mezi pípnutími během jednoho „oběhu“ minutek kolem paní profesorky. Pokus vyvrcholil demonstrací efektu ztráty energie při obíhání složek binárního pulsaru vlivem vyzařování gravitačních vln. Stačilo, aby si během obíhání minutek kolem vlastní hlavy namotávala provázek na ukazováček – oběžná perioda minutek se rychle zkracovala a délka šňůrky rovněž. Na závěr pak vysvětlila velkou hustotu neutronových hvězd tím, že kdyby se veškeré lidstvo napěchovalo do náprstku, vznikl by z něho degenerovaný neutronový plyn.
Neméně pozoruhodná mi připadla i přednáška prof. R. Wilsona o historii objevu reliktního záření. Nejprve připomněl, jak měla kosmologie mezi odborníky velmi špatnou pověst, protože jediný cenný pozorovací údaj až do prvního desetiletí XX. stol. se týkal temnoty oblohy mezi hvězdami. Kdyby totiž byl vesmír prostorově nekonečný, měla by noční obloha zářit oslepujícím jasem jednoho slunce (průměrné hvězdy) vedle druhého. Tento tzv. Olbersův paradox (správně by se spíš měl jmenovat Keplerův) se považoval za důkaz prostorové konečnosti vesmíru, což ale byla metodická chyba. Astronomové totiž netušili, že tzv. mez dohlednosti ve vesmíru je při známé – astronomicky vzato velmi malé – rychlosti světla příliš dlouhá, takže světlo odtamtud letí mnohem déle, než je životnost průměrných hvězd ve vesmíru. Druhým faktorem, který zesiluje vesmírnou tmu mezi hvězdami, je rozpínání vesmíru, jež předpověděla teorie relativity a poprvé potvrdil E. Hubble až v r. 1929. Přesto však ještě v r. 1948 vznikla domněnka ustáleného stavu vesmíru autorů H. Bondiho, T. Golda a F. Hoylea, která byla vyvrácena až po objevu reliktního záření. Wilson ukázal, jak byla celá řada odborníků v USA, ale též v SSSR docela blízko tomuto objevu, protože technicky to neměl být problém už pro detektory známé kolem r. 1950.
Americký radioastronom Robert W. Wilson (vpravo), laureát Nobelovy ceny za fyziku z r. 1978
Foto: Jiří Grygar, Archiv autora
Nejrůznější omyly a předsudky však způsobily, že k objevu došlo až v r. 1965 při potížích s kalibrací šumu trychtýřové antény, kterou R. Wilson s A. Penziasem postavili v Bellových laboratořích kvůli zlepšení komunikace s umělými družicemi Země. Pak si však uvědomili, že tím získali nástroj pro absolutní kalibraci rádiových měření jasnosti mezihvězdného elektromagnetického záření, a tak chtěli anténu zkalibrovat. K jejich zklamání se jim to nedařilo. Pořád měli v přijímači nadbytečný šum, který ani po devítiměsíčním úsilí nedokázali odstranit. Nakonec rozhodly dva telefonické rozhovory s B. Burkem z MIT a R. Dickem z Princetonu. Dicke totiž jako jediný bral vážně předpověď existence reliktního záření kosmického pozadí, kterou již v r. 1948 publikoval G. Gamow a jeho žáci. Stavěl proto se svými studenty citlivý mikrovlnný radiometr právě pro detekci předpokládaného záření. Když se dozvěděl o zdánlivě neúspěšných měřeních Penziase a Wilsona, ihned pochopil, že ho v hledání reliktního záření neúmyslně předběhli.
Paradoxně však reliktní záření bezděčně objevili již v letech 1939–1943 američtí a kanadští astronomové, kteří pomocí optické spektroskopie měřili rotační teploty molekul CN v chladných mezihvězdných mračnech. Odtud kanadský astrofyzik G. Herzberg odvodil přebytek teploty 2,3 K, velmi blízký dnes přesně měřené hodnotě pro teplotu reliktního záření 2,7 K. Dokonce i E. Ohm v Bellových laboratořích našel na obloze přebytek teploty 3,1 K, ale ani on netušil, co vlastně pozoruje. Reliktní záření je totiž tak intenzivní, že k jeho „pozorování“ stačí rozladit televizor a sledovat zrnění na monitoru. Celé 1 % tohoto zrnění je projevem reliktního záření, které prochází zemskou ionosférou z vesmíru.
© Stanislava Kyselová, Archiv SSČ
Intelektuálním vrcholem zasedání bylo téměř určitě vystoupení prof. Martina Reese, jenž proslul tím, že svými četnými publikacemi, napsanými zčásti ve spolupráci se svými žáky, zasáhl téměř do všech oblastí soudobé astrofyziky. V přednášce ukázal, jak byl podle dnešních poznatků vesmír těsně po svém vzniku prajednoduchý. To vytušil už Ch. Darwin, když si všiml, že oběh Země kolem Slunce lze díky gravitaci popsat docela snadno, ale zato je velmi nesnadné pochopit, kde se vzaly všechny ty různorodé a roztodivné formy života na Zemi. Prof. Rees promítl kresbu mytického hada Ouroborose, který je stočen do kruhu a požírá svůj vlastní ocas. Podél těla hada nakreslil stupnici typických velikostí objektů; od hlavy, v jejíž lokalitě pozorujeme astronomické galaxie o rozměrech trilionů metrů, až po ocas, kde se v mikrosvětě s typickými rozměry elementárních částic triliontin metru nacházíme my. Člověk je svou velikostí právě uprostřed hadova těla a právě tam je složitost existence nejvyšší. U extrémně malých i extrémně velkých objektů se setkáváme s pozoruhodnou jednoduchostí.
Rees se pak dále věnoval antropickému principu, který vychází z údivu nad tím, jak slabou silou ve vesmíru je gravitace, která navzdory tomu dobře vysvětluje velkorozměrovou strukturu vesmíru na úrovni nadkup galaxií a kosmických stěn.
Okolnost, že v porovnání s fyzikou je chemie vesmíru podstatně složitější, je vyvolána velejemným vyladěním mezi jadernými silami a silou elektromagnetickou. Další okolnosti, které vedly ke vzniku komplexního života vesmíru, jsou závislé na nepatrné asymetrii (1 : 10 mld.) v počátečním zastoupení hmoty a antihmoty, dále na velmi jemně vyladěném tempu rozpínání vesmíru a konečně na nenulových fluktuacích hustoty látky ve velmi raném vesmíru. K tomu, aby vesmír dospěl do komplexního stavu se životem (alespoň) na Zemi, bylo zapotřebí nesmírně dlouhého a sladěného řetězce vesmírného vývoje od jednoduchého ke složitějšímu, takže – jak opět správně postřehl Darwin – „žádné stvoření si svou podobu během času nezachovává“.
Prof. Rees končil svou brilantní úvahu konstatováním, že jsme se zrodili v epoše, v níž má člověk poprvé ve své historii technické prostředky k tomu, aby další vývoj výrazně ovlivnil, anebo dokonce zkazil. Jsme fakticky první generace, která vinou světelného znečištění nevidí na obloze hvězdy a Mléčnou dráhu. Podobně se dramaticky zvýšilo rádiové znečištění, zejména vinou rozvoje bezdrátové komunikace, a současně předtím nikdy nevídaným tempem přibývá oxidu uhličitého i dalších skleníkových plynů v atmosféře. Jelikož astronomie je díky existenci Měsíce, planet i hvězd v principu dobře přístupná porozumění široké veřejnosti, měli bychom se všichni snažit rozšířit povědomí o vesmíru tak, aby si většina lidí uvědomila svou doslova kosmickou zodpovědnost. Vždyť se zdá, že jsme jediná obydlená planeta široko daleko.
Náhledový snímek z výstavy ve foyer konference: kometa Hale-Bopp na předměstí Moskvy
Foto: Jiří Grygar, Archiv autora
Je prakticky nemožné připomenout všechny výjimečné okamžiky, které vnímavé obecenstvo této historicky jedinečné události prožívalo v sále i v přilehlých výstavních a demonstračních prostorách pařížského Unesco. Český organizační výbor IYA proto přiblížil celou akci jak snímky, tak videozáznamy umístěnými na webové adrese: www.astronomie2009.cz. My, kteří jsme měli příležitost vidět zblízka, co dokázala a kam kráčí soudobá astronomie, cítíme totiž svou povinnost zpřístupnit široké veřejnosti poznatky a myšlenky, které z úst předních světových odborníků zazněly na pařížském zasedání, prostě proto, že všichni jsme obyvateli vesmíru.
Jiří Grygar,
Fyzikální ústav AV ČR, v. v. i.
English
