Konec GALEXu nebude rychlý, předpokládá se, že až v 80. letech tohoto století (tedy za nejméně dalších 65 let) zanikne v hustších vrstvách atmosféry Země. Závěrečný pokyn přitom vyslali operátoři firmy Orbital Sciences Corp. v pátek 28. června ve 21:09 SELČ.
GALEX
Hlavním úkolem družice bylo zkoumání oblohy v ultrafialovém oboru pro studium změn a vývoje galaxií do vzdáleností zhruba odpovídajících rudému posuvu Z=2 (to je asi do stáří 10 miliard světelných roků) a mapování ultrafialového záření pozadí. Družice GALEX (Galaxy Evolution Explorer) patřila do řady menších vědeckých družic SMEX (Small Class Exploter) jako v pořadí osmá, v neoficiální řadě družic Explorer byla již na 83. místě (první americká družice Explorer 1 startovala 1. února 1958). Na dráhu ve výšce 691-699 km se sklonem 29 stupňů ji 28. dubna 2003 vynesla raketa Pegasus-XL, vypuštěná z letadla L-1011 ve výši 11 900 m nad Atlantským oceánem.
Postavila ji firma Orbital Sciences Corp. se sídlem v Dullesu (Virginie) a vědecké vybavení připravil Kalifornský technologický institut (Caltech) v Pasadeně.
Tříose stabilizovanou družici o hmotnosti 277 kg a výšce 2,5 m tvořil přístrojový modul tvaru nízkého šestibokého hranolu o průměru asi 1 m, k němuž byl připojen válcový tubus dalekohledu a na něj navěšena dvě dvoudílná křídla slunečních baterií o ploše 3 m² (příkon přes 300 W), dobíjející akumulátorovou baterii.
Družice nesla jediný vědecký přístroj, kterým byl zrcadlový dalekohled Cassegrainova typu v tzv. modifikovaném Ritchey-Chretienově uspořádání. Primární zrcadlo (průměr 0,5 m, ohnisková délka 3 m) mělo odrazivou plochu z taveného křemene s napařeným hliníkem, pokrytým CaF2.
Pro ultrafialový obor elektromagnetického záření sloužily dva detektory. Pro vzdálenou spektrální oblast 135 až 180 nm bylo okénko z MgF2, pro blízkou oblast 180 až 280 nm bylo okénko detektoru z SiO2. Zorné pole mělo průměr 1,2 stupně, a bylo tedy větší než průměr Měsíce na obloze při výborném rozlišení 3,5 až 5". Bohužel, v průběhu let se ukázalo, že přístroj pro vzdálenou oblast přestal spolehlivě fungovat.
Pro zjišťování orientace v prostoru měla malá observatoř dva laserové gyroskopy a sluneční i hvězdná čidla. Jako výkonné prvky systému stabilizace a orientace sloužily čtyři silové setrvačníky a magnetické tyče.
Vědecká data byla zaznamenávána do polovodičové paměti s kapacitou 24 Gbit a odtud vysílána v pásmu X rychlostí 24 Mbit/s především na pozemní stanice u Perthu v Austálii a na Havajských ostrovech.
V prvním týdnu na dráze se provádělo oživování vědeckého vybavení družice a 6. května došlo na povel ze Země k otevření ochranného poklopu tubusu dalekohledu. 21. května byla provedena první zkušení měření a 28. května ukončení kalibrace a zahájení vědeckých pozorování. Jako první oblast výzkumu bylo symbolicky vybráno souhvězdí Herkula, které měla posádka raketoplánu Columbia STS-107 při posledním letu v nadhlavníku v okamžiku ztráty kontaktu s řídicím střediskem.
Příprava lodi nesoucí družici Galex.
Původní expedice byla plánována na 29 měsíců, ale družice přinášela tolik zajímavých výsledků, především v bližší části ultrafialového záření, že ji NASA třikrát prodlužovala, vždy zhruba po dvou a půl letech. V únoru 2012 už byla převedena do klidového režimu, ale místo vypojení ji v květnu předala CalTechu, který dál udržoval činnost z dobrovolných příspěvků. Výsledky získané za minulý rok budou během letoška volně zpřístupněny světové vědecké veřejnosti.
Lovec galaxií
Všichni, kteří se na realizaci projektu podíleli, byli spokojeni. "GALEX byl pozoruhodně úspěšný," zhodnotil to lakonicky, ale hrdě Jeff Hayes, šéf programu na ředitelství NASA ve Washingtonu.
Za deset let malá a relativně levná družice registrovala pozorování stovek milionů galaxií do vzdálenosti až 10 miliard světelných roků od nás. Jejich zpracování astronomy celého světa bude trvat ještě léta, ale již nyní víme, že jsme významně pokročili mj. v detailním poznání proměnných hvězd typu Mira, objevili jsme gigantické prstence nových hvězd kolem starých "umírajících" galaxií, našli jsme dosud chybějící spoje ve vývoji galaxií a Galex přispěl k nezávislému potvrzení podstaty tmavé energie.
Ukázky objevů začněme od kolébky hvězd. Za jakých "běžných podmínek" hvězdy vznikají, to už docela dobře víme. Mezihvězdná mračna plynu se vlivem vlastní gravitace hroutí a smršťují a když kolabující oblak dostatečně zhoustne a zahřeje se, vytvoří se v něm jaderná fúze. Zrodí se nová hvězda. Vhodnými oblastmi pro tento proces jsou spirální ramena naší galaxie. "Tady v Mléčné dráze máme dostatek plynu. Je to útulné místo pro tvorbu hvězd," říká spokojeně Don Neil z Kalifornského technologického institutu.
Každý z nás se může na zimní obloze podívat na takovou kolébku hvězd v emisní mlhovině M 42, vzdálené jen 1 600 světelných roků od nás, která je vidět jako mlhavý obláček i prostým okem v meči souhvězdí Oriona. Součástí je i otevřená hvězdokupa Trapez, složená z velmi mladých hvězd. Hubbleův kosmický teleskop v polovině 90. let kolem právě zformovaných hvězd našel zploštěná oblaka prachu a plynu. Takové disky, zvané proplydy, považujeme za počáteční stádia vývoje planetárních systémů a z jednoho takového protoplanetárního disku před 4,6 miliardami let vznikla naše sluneční soustava.
Ale o deset let později je na řadě ultrafialových snímků vzdálených spirálních galaxií pořízených družicí GALEX vidět, že hvězdy vznikají i daleko mimo prachoplynné oblasti spirál v místech, kde by podle našich dosavadních předpokladů měla být hustota galaktického plynu příliš nízká pro zrod hvězd.
Spirální galaxie nejsou jedinými "novinkami" v porodnicích hvězd. GALEX objevil rodící se hvězdy také v eliptických a nepravidelných galaxiích, i když jsou chudé na plyn, v plynných pozůstatcích po galaktických kolizích, v obrovských, kometární chvosty připomínajících plynných stopách, které za sebou zanechávají rychle se pohybující galaxie, i v chladných oblacích plynu, které jsou malé a sotva dostatečně hmotné, aby vůbec držely pohromadě.
Ultrafialový obraz pořízený družicí GALEX (vlevo) a optický snímek (vpravo) galaxie NGC 1291.
"Jsem z toho ohromen. Tyto hvězdy skutečně "žijí na pomezí" konstatoval nadšeně Don Neil nad snímkem galaxie NGC 1291 v souhvězdí Eridanus, vzdálené 33 milionů světelných let. Tato galaxie je zajímavá vnějším prstencem mladých hvězd zachycených až nyní ultrafialovým detektorem teleskopu GALEX a znázorněných modrou barvou.
Spirální galaxie s příčkou NGC 6872, která se nachází 212 milionů světelných let daleko v nevýrazném souhvězdí Páva (u nás nepozorovatelném), se již desetiletí řadí mezi největší známé hvězdné systémy. Na základě ultrafialových snímků z družice GALEX mezinárodní tým odborníků její rekordní mohutnost potvrdil. Nyní totiž bylo možno detekovat i mladé horké hvězdy, jejichž vyzařování je nejintenzivnější právě v ultrafialové části spektra.
Průměr této maxi-galaxie je 522 tisíc světelných roků, což je přibližně pětinásobek průměru naší galaxie. Neobvyklý vzhled a rozměry galaxie pramení ze vzájemného působení s galaxií IC 4970 o hmotnosti až pětkrát menší. Stejně jako u všech spirálních galaxií s příčkou i NGC 6872 obsahuje příčku, jež prochází středem a spojuje spirální ramena. Její délka činí 52 tisíc světelných let, což je dvojnásobek průměrné hodnoty spirálních galaxií. Podél příčky nebyla zjištěna žádná významná tvorba hvězd, což napovídá, že se zformovala už před miliardami let.
Jedno z ramen je však výrazně narušené a díky ultrafialovému pozorování družice GALEX je zřejmé, že právě v této lokalitě se nacházejí horké hvězdy mladší než 200 milionů let, výrazně nejmladší v celé galaxii. Na základě nových studií byla koncem minulého desetiletí vytvořena počítačová simulace kolize, při níž před 130 miliony let galaxie IC 4970 putovala v rovině disku větší galaxie ve směru její rotace. Astronomové již znají, že střety galaxií jsou obvykle doprovázeny bouřlivou tvorbou hvězd. Studium takových procesů "ultrafialovými brýlemi" může výrazně posunout naše kosmologické poznatky.
V souhvězdí Velryby je ve vzdálenosti přes 300 světelných let hvězda omikron, zvaná Mira (latinsky Podivuhodná nebo Udivující, Úžasná, Výjimečná). Lidé ji museli znát tisíce let, ale pro naši civilizaci byla poprvé zaznamenána astronomem Davidem Fabriciem na přelomu 16. a 17. století. Mira je nejjasnější dlouhoperiodickou proměnnou hvězdou na obloze. Zjasňuje se po dobu asi 100 dnů až k 2,0 magnitudě, čímž se stává dobře viditelnou hvězdou, ale dalších asi 200 dnů její světelná křivka klesá až na jasnost jen mezi 9 a 10 mag, takže po velkou část svého cyklu není viditelná.
Šanci pohodlně ji spatřit na vlastní oči letos máme. V maximu se bude totiž nacházet poslední týden v červenci. Problém je, že souhvězdí kulminuje v listopadu, v noci bylo pod obzorem a až koncem léta bude u nás vycházet před svítáním.
Mira se stala prototypem tzv. mirid, tedy asi šesti tisíc proměnných hvězd s dlouhou periodou. Všechno jsou to červení obři, jejichž povrchy pulzují, a hvězdy tak zvyšují, nebo snižují svou jasnost během period obvykle dlouhých 200 až 400 dnů.
Od konce 20. století víme, že jde o dvojhvězdu, sestávající z červeného obra Mira A (nebo jen Mira) o poloměru asi 500× větším než Slunce s povrchovou teplotou jen 2 200 K a zřejmě bílého trpaslíka Mira B (neboli VZ Ceti), které obíhají kolem společného těžiště s periodou asi 400 roků.
Malý hvězdný průvodce byl objeven Hubbleovým kosmickým teleskopem v roce 1995, kdy byl vzdálen 0,1 světelného roku od hlavní složky dvojhvězdy. Objev byl však oznámen až v roce 1997. Ultrafialové snímky z HST a pak i rentgenové z družice Chandra zobrazují spirálu plynu opouštějící složku A směrem k B.
V roce 2007 byl družicí GALEX u této hvězdy objeven mimořádně dlouhý chvost, podobající se kometárnímu. Je tvořen uhlíkem, kyslíkem a dalšími prvky, jejichž částice tvoří proud dlouhý 13 světelných roků. To je přibližně dvacettisíckrát dále než vzdálenost Pluta od Slunce. Nic podobného dosud nebylo pozorováno u žádné jiné hvězdy.
Mira je rychle se pohybující stará hvězda, v posledních asi 30 tisících let postupně ztrácející velké množství povrchového materiálu. Připomíná to vytvářející se vlny za motorovým člunem a je to poprvé příležitost ke studiu toho, jak hvězdy podobné Slunci končí svůj život a nakonec rozhodí po vesmíru materiál pro vznik nových planetárních soustav.
Před několika miliardami let se hvězda Mira podobala našemu Slunci. Postupně začala zvětšovat svůj objem a stal se z ní pulsující červený obr. Nakonec odvrhne do okolního prostoru veškeré zbytky plynu a vytvoří se pestrobarevná obálka, známá jako planetární mlhovina. Mlhovina se bude postupně rozplývat a z původní hvězdy nakonec zůstane pouze vyhořelé jádro.
Kromě tohoto chvostu za hvězdou Mira A objevila družice GALEX také rázovou vlnu, nahromadění horkého plynu před hvězdou a dva klikaté proudy materiálu, vycházející z přední strany hvězdy ve směru pohybu. Astronomové se domnívají, že horký plyn v oblasti rázové vlny je zahříván plynem unikajícím z hvězdy, který následně proudí v podobě víru do prostoru za hvězdou, kde vytváří turbulence.
Průzkum souboru 200 tisíc galaxií, provedený družicí GALEX v první polovině jejího aktivního života a doplněný pozorováním anglicko-australským dalekohledem, umožnil zpětný pohled v čase do doby před sedmi miliardami roků a vedl k jednomu z dosud nejlepších nezávislých potvrzení faktu, že temná (skrytá) energie řídí rozpínání našeho vesmíru zvyšující se rychlostí. Potvrzují, že skrytá energie je rovnoměrná a stálá síla, která převládá nad působením gravitace.
"Vliv temné energie se projevuje tak, jako kdybyste vyhodili míč vzhůru a on by stoupal stále rychleji a rychleji," konstatoval Chris Blake z Melbourne, hlavní autor prací popisujících výsledky pozorování.
Temná energie dominuje našemu vesmíru, představuje 71,4 procenta jeho hmoty a energie. Temná hmota jako poněkud méně záhadná substance představuje dalších 24 procent vesmíru. Tzv. normální hmota, tj. všechno, co je složeno z atomů, čili z látky, jaká vytváří živé organismy, planety a hvězdy, je zastoupena ve vesmíru pouze zbývajícími 4,6 procenty.
Temná energie neustále bojuje s gravitací. V mladém vesmíru byla gravitace hlavní silou převažující nad temnou energií. Přibližně 8 miliard roků po Velkém třesku, při němž vesmír vznikl a po němž se postupně rozpínal a jeho hustota se snižovala, gravitační přitažlivost slábla a temná energie získávala hlavní roli.
Za dalších několik miliard let od současnosti bude temná energie dokonce ve vesmíru převládat. Většina odborníků nyní předpokládá, že se náš vesmír stane kosmickou pustinou, s galaxiemi rozptýlenými tak daleko od sebe, že žádná bytost žijící ve vesmíru nebude schopna jiné galaxie pozorovat.
"Astronomická pozorování prováděná v průběhu 15 let a dotvrzovaná nyní observatoří GALEX umožnila získat jeden z nejvíce překvapujících objevů ve fyzice: rozpínání vesmíru, spuštěné v okamžiku Velkého třesku, se zrychluje! " konstatoval Jon Morse, vedoucí oddělení astrofyziky NASA.
GALEX svá pozorování definitivně ukončil a již dnes víme, že získané výsledky po zpracování budou vytyčovat další výzkum vesmíru po mnoho budoucích let.
Tucet družic SMEX
Dvanáct družic SMEX pokrylo mnoho různých oblastí kosmického výzkumu. První byl Explorer-68 alias SAMPEX (Solar Anomalous and Magnetospheric Explorer) o hmotnosti 158 kg, který vynesla 3. července 1992 raketa Scout. Další, TOMS-EP (Total Ozone Mapping Spectrometer-Earth Probe) pro měření koncentrace ozónu v atmosféře Země o stejné hmotnosti vynesl 2. července 1996 Pegasus-XL. SMEX-3 alias FAST (Fast Auroral Snapshot Explorer) o hmotnosti 180 kg vzlétla 21. srpna téhož roku se zaměřením na výzkum procesů v plazmě v okolí Země a vliv procesů v ní probíhajících na polární záře v zemské atmosféře.
SMEX-4 alias TRACE (Transition Region and Coronal Explorer) startovala 2. dubna 1998. Měla hmotnost 213 kg a dalekohledem o průměru primárního zrcadla 0,3 m studovala sluneční koronu, chromosféru a přechodové oblasti mezi slunečním povrchem a extrémně horkými vrstvami atmosféry v oblasti extrémního ultrafialového záření (17-160 nm).
Družice SMEX-5/Explorer-74 alias SWAS (Submillimeter Wave Astronomy Satellite) z 12.prosince 1998 o hmotnosti 283 kg byla zaměřena na studium submilimetrového záření a nesla dva submilimetrové heterodynní přijímače záření vlnových délek 0,5-0,6 mm, tj. 490-550 GHz, akusticko-optický spektrometr a Cassegrainův dalekohled.
Šestou družici této vědecké řady, WIRE (Wide-field Infra Red Explorer) o hmotnosti 254 kg, vynesl Pegasus-XL 5. března 1999. Jako jediná byla úspěšná pouze částečně. Byla určena zejména pro infračervené sledování galaxií s překotnou tvorbou hvězd a dále planetek a komet ve sluneční soustavě. Hned po startu se však projevila závada na integrovaném obvodu palubního počítače. Nedopatřením byl odhozen kryt dalekohledu, družice začala rychle rotovat, ohříval se její vnitřek, rychle vysublimoval tuhý vodík pro chlazení přístroje a tři dny po startu byla družice prohlášena za nepoužitelnou pro vědecká měření s tím, že s ní budou prováděny pouze testy některých služebních systémů. V létě NASA umožnila, aby astronom Derek Buzasi z Kalifornské univerzity v Berkeley využíval aspoň pointačního dalekohledu s jeho kamerou CCD k pozorování krátkodobých fluktuací jasu hvězd v rámci studia tzv. "hvězdotřesení" (jmenovitě hvězdy α UMa a α Cen).
Sedmým satelitem SMEX byla RHESSI (Ramaty High Energy Solar Spectroscopic Imager) o hmotnosti 293 kg, která startovala 2. února 2002. Nesla jméno "Reuven Ramaty" podle amerického astrofyzika maďarského původu, narozeného v roce 1937 v Rumunsku, který se významně zasloužil o realizaci této družice a zemřel roku 2001 krátce před startem. Na zkoumání slunečních erupcí zobrazujícím mřížkovým spektrometrem pracujícím v oblasti rentgenového a gama záření (energie 3 keV až 20 MeV) s chlazenými germaniovými detektory se podíleli vědci z Francie, Japonska, Nizozemí, Švýcarska, USA a Velké Británie. 21. dubna 2002 družice pozorovala mimořádně silnou sluneční erupci třídy X a 25. ledna 2009 zaregistrovala první ze série záblesků měkkého záření gama z obnovené aktivity anomálního rentgenovského pulsaru AXP 1E1547.0-5408 alias SGR J1550-5418, vzdáleného 30 tisíc světelných let v souhvězdí Pravítko.
Po družici SMEX-8 neboli GALEX byly následujícími satelity této třídy SMEX-9 alias AIM (Aeronomy of Ice in the Mesosphere) z 25.dubna 2007 pro aeronomické studium okolí Země, SMEX-10 alias IBEX (Interstellar Boundary Explorer) z 19.října 2008 pro systematický výzkum hranic mezi sluneční soustavou a mezihvězdným prostorem a astronomická družice NuSTAR (Nuclear Spectroscopic Telescope Array) ze 13.června 2012 s Wolterovým teleskopem pro zobrazení rentgenového záření o energiích 5 až 80 keV z astrofyzikálních objektů.
V rámci programu SMEX (Small Exploration) podporovala NASA menší družice se zaměřením především na astrofyziku. Maximální cena takové družice nesmí být větší než 120 milionů dolarů a důležitou podmínkou je také levný provoz.
Král je mrtev, ať žije král!
Stejného dne, kdy byl navždy odpojen satelit SMEX-8, se uskutečnil 33. letošní úspěšný kosmický start. Již 4. dubna byla v laboratořích firmy Lockheed Martin Space Systems v Palo Alto dokončena a 16. dubna dopravena na základnu Vandenberg AFB v Kalifornii poslední družice SMEX. Původně měla startovat 25. června, ale z technických důvodů byl let na poslední chvíli zhruba o den odložen.
Z Kalifornie vzlétlo nad Tichý oceán vstříc zapadajícímu Slunci letadlo L-1011 Stargazer, z jehož paluby se přibližně 150 km severozápadně od základny Vandenberg hodinu poté, 28. června ve 2 h 27 min 46 s UT oddělila třístupňová raketa Pegasus XL. Následně 4 sekundy po shozu z letadla došlo k zážehu 1. stupně, po 9 minutách a 10 sekundách byla vyvedena na dráhu a po dalších dvou minutách, tedy ve 2 h 40 min UT se z 3.stupně "vyloupla" družice SMAX-12, tentokrát zaměřená na výzkum Slunce.
Ve 3:05 se na plánované helio-synchronní dráze úspěšně rozevřely sluneční panely. To byl už 42. start této rakety od dubna 1990, z nichž jen tři byly zcela neúspěšné (v počátcích užívání varianty –XL) a NASA ji využila 19krát.
Plně stabilizovaná družice IRIS (Interface Region Imaging Spectrometer) o hmotnosti 198 kg a celkové délce 2,1 m má tvar nízkého válce, z jehož horní základny vychází tubus dalekohledu s připojenou dvojicí panelů slunečních fotočlánků o rozpětí 3,7 m. Teleskop se zrcadlem o průměru 0,2 m napájí vícekanálový zobrazovací ultrafialový spektrograf ke sledování spodních vrstev atmosféry Slunce.
Komunikace s družicí probíhá v pásmu X rychlostí 10 Mbit/s a získaná data se ukládají do palubní paměti s kapacitou 48 GB. Pokud bude vše fungovat tak, jak má, nejméně po dobu dvou roků plánovaného výzkumu, získáme nejen záběry Slunce s rozlišením 240 km (proti dosavadním pozemním snímkům s rozlišením asi 900 km), ale i spektra s prostorovým rozlišením 0,3 arcsec a spektrálním lepším než 1 A.
Celá družice včetně startu přišla jen na 40 milionů dolarů, ale její význam pro vědu slibuje být dalekosáhlý. Ač to zní neuvěřitelně, je to po více než čtyřech desítkách let první kosmické zařízení zaměřené speciálně na studium chromosféry a korony Slunce. Očekáváme poodhalení jedné ze slunečních záhad, tedy příčin anomálního ohřevu sluneční korony a lepší poznání mechanismu přenosu energie ve vrstvě mezi fotosférou a koronou. Snad nám to umožní dokonaleji předpovídat aktivitu naší hvězdy a lépe pochopit vznik slunečních erupcí, které mají velký vliv i na Zemi.
Data z IRIS budou kombinována s výsledky další americké sluneční observatoře SDO (Solar Dynamics Observatory) a japonsko-americko-britské SOLAR-B alias Hinode (Východ Slunce).
