Novinky

Na čem pracujeme: ALMA bude pozorovat i Slunce

Projekt ALMA bývá označován za největší astronomickou observatoř současnosti. Jde o téměř sedm desítek rádiových antén spojených do důmyslného interferometru, čímž dohromady vytváří radioteleskop s nebývalým prostorovým rozlišením. Těžištěm pozorovací programu jsou přirozeně objekty daleko ve vesmíru – galaktická jádra, vzdálené hvězdy, černé díry. Radioteleskopy však budou mít i „denní program“, v němž budou pozorovat Slunce. V adaptaci radioteleskopů na sluneční pozorování hrají důležitou roli astrofyzikové z ASU.

Systém ALMA najdeme v Chile na náhorní plošině Chajnantor v poušti Atacama, ve výšce kolem 5000 metrů nad mořem. Toto místo patří mezi nejsušší místa na Zemi, což jej společně s vysokou nadmořskou výškou činí téměř ideálním místem ke stavbě observatoře pracující v pásu mikrovln. Toto velmi zajímavé pásmo elektromagnetického záření je jinak intenzivně ovlivňováno vzdušnou vlhkostí, která je na plošině Chajnantor minimální. Jedná se o jeden z nejdražších pozemních pozorovacích projektů vůbec, na němž se podílí jednak Evropská jižní observatoř, ale také národní rádiové observatoře Spojených států amerických a Japonska. ALMA započala svá první vědecká pozorování v roce 2011 a její stavba byla zcela dokončena v roce 2013, kdy byla do Chile dovezena poslední anténa a observatoř byla slavnostně otevřena. Slavnostní inaugurací observatoře ovšem nic neskončilo a ALMA rozhodně není uzavřený projekt. Naopak, v souladu s jejím rozvojovým plánem se postupně rozšiřují její operační možnosti a schopnosti, mimo jiné i zaváděním nových specifických pozorovacích režimů. Jedním z nich je právě ten, který komunitě slunečních fyziků z celého světa zpřístupní tento špičkový přístroj pro výzkum naší nejbližší hvězdy.

Po stránce infrastruktury jsou styčnými organizacemi mezi samotnou observatoří a jejími uživateli tři regionální centra (ALMA regional centre – ARC), přičemž to evropské je rozděleno do sedmi uzlů (nodů), z nichž každý má určitou odbornou specializaci. Je více než potěšující, že jeden z těchto nodů se nachází v Ondřejově na ASU a tento je navíc jediným nodem se specializací na pozorování Slunce. Ondřejovští astrofyzikové mají dlouholeté zkušenosti s rádiovými pozorováními Slunce a ty nyní zúročují v široké mezinárodní spolupráci.

Rádiová pozorování v oblasti milimetrových vln lákají sluneční fyziky již nějakou dobu. Toto obtížně dosažitelné okno (z důvodů napsaných výše) nejspíš obsahuje velmi důležité a prozatím unikající informace o vlastnostech a fyzice sluneční chromosféry a chromosférických struktur (např. protuberancí). Možná se právě na těchto vlnových délkách ukrývá informace o samotné podstatě chromosféry: proč tato vrstva vůbec existuje a co způsobuje její ohřev?

Vůbec první „snímek“ Slunce radioteleskopy ALMA v porovnání s magnetogramem ze SDO. Snímek ukazuje vzhled Slunce v milimetrových vlnách, nebyl však pořízen v interferometrickém modu a navíc bylo využito zvýšené vlhkosti k utlumení slunečního záření. Ve standardním modu bude sluneční záření utlumováno elektronicky a očekává se, že produkční snímky budou mít mnohem lepší rozlišení. (c) ALMA

Sluneční pozorování s radioteleskopy ALMA však nelze provádět ve standardní konfiguraci. Jeden důvod je zřejmý: Slunce je mnohem jasnějším objektem než ty „noční“, z nichž některé (jasné kvazary) se pozorují prakticky současně s ním kvůli kalibraci. Tak obrovský rozdíl v jasnosti je zcela mimo rozsah citlivých detektorů observatoře a signál ze Slunce se musí poměrně sofostikovanou metodou zeslabovat. Krom toho, na Slunci vidíme díky jeho blízkosti mnoho dynamických jevů odehrávajících se na krátkých časových škálách – jsou tedy zapotřebí mnohem kratší expoziční časy. Další ze specialit je i to, že sluneční fyzikové používají jiné souřadnicové systémy než zbylí astronomové. Polohu aktivní oblasti na Slunci neuvádí v rektascenzi a deklinaci, ale v heliografické šířce a délce. Kvůli složité rotaci Slunce se navíc objekty na jeho „povrchu“ komplikovaným způsobem pohybují. I tento problém musí astronomové zohlednit při použití interferometru ALMA pro sluneční pozorování. Tým expertů z Evropy (vedený ondřejovskými astronomy a kolegy z ESO), USA a Japonska proto navrhl postupy, jak tyto obtíže překonat. Samozřejmě, ještě před započetím skutečných vědeckých pozorování Slunce (první snad proběhnou už na přelomu let 2016/2017) je nutné tyto procedury otestovat – k tomu slouží speciální pozorovací kampaně pro vývojáře přímo na místě v chilských Andách. Té v prosinci loňského roku se jako jediní zástupci Evropy zúčastnili jako vyslanci ESO i dva astronomové z ondřejovského uzlu (psali jsme zde).

Důležitým aspektem je ale i oslovení celosvětové komunity slunečních fyziků, její seznámení s nově se otevírajícími možnostmi ve slunečním výzkumu s pomocí observatoře ALMA a společné definici vhodných cílů pozorování spolu s optimalizací procedur specifických pro daný cíl (např. ohřev chromosféry, dynamiku protuberancí, magnetismus sluneční koróny atd.) Tým slunečních fyziků, mezi nimiž je i několik jmen z ASU, proto vytvořil projekt SSALMON (Solar Simulations for the Atacama Large Millimeter Observatory Network) – specifickou sociální síť, která si klade za cíl provádět případové studie proveditelnosti některých slunečních pozorování a informovat tak sluneční fyziky o možnostech, které ALMA poskytuje nebo bude poskytovat v budoucnosti. Některé z případových studií pak diskutují v představovaném článku. Jedná se zejména o jevy ve vyšší atmosféře Slunce a jejich dynamiku.

Budoucnost slunečních pozorování s ALMOU se zdá být zářivá. Určitě by nemělo zapadnout, že vědci z ASU v tomto hrají důležitou roli.

Michal Švanda

Citace práce

Wedemeyer, S. a kol., SSALMON – The Solar Simulations for the Atacama Large Millimeter Observatory Network, Advances in Solar Physics (2015) v tisku, arXiv:1502.05601.

Kontakt: Mgr. Miroslav Bárta, Ph.D., barta@asu.cas.cz