kosmo.cz - Pilotované lety - Sojuz - Apollo - Sojuz - Apollo v L+K

ASTRONOMIE V PROJEKTU ASTP / EPAS

Pro časopis Letectví + kosmonautika zpracoval: Pavel Koubský
(L+K č.1/1976)

Fotografie k článku: Sojuz při experimentu MA 059 - ultrafialová absorpce (snímek NASA)

Významnou a nedílnou částí vědeckého programu společného letu sovětských a amerických kosmonautů bylo šest astronomických experimentů:

• MA 048 - rentgenový dalekohled v oboru měkkého zařízení (0,1 až 10 keV);

• MA 083 - přehlídka nebe v extrémním ultrafialovém záření v rozsahu vlnových délek 5-100 nm;

• MA 088 - sledování hélia v mezihvězdném prostoru;

• MA 151 - aktivace krystalů zářením,

• MA 148 - umělé zatmění Slunce;

• MA 059 - ultrafialová absorpce.

V posledních letech zaznamenala rentgenová astronomie úžasný rozmach. Většina těchto pozorování se týká tvrdého záření, tvořeného fotony s energií nad 1 keV. Specializované rentgenové družice zjistily evidence pro přenos hmoty ve dvojhvězdných soustavách, kde jedna složka může být na konci svého vývoje (černé díry, neutronové hvězdy nebo bílí trpaslíci). Vědci se domnívají, že v oboru měkkých záření by bylo možno pozorovat podobné objekty, u nichž však nedochází k tak bouřlivým jevům. Navíc informace o měkkém rentgenovém záření mohou vhodně doplnit dosavadní pozorování X-zdrojů. Proto tedy experiment MA 048 na Apollu. Výzkumem měkkého X-záření se zabývá celá řada družic jako OAO-3, UK-5, SAS-3 a ANS. Při startu Skylabu 3 dne 28.7.1973 přehlédl rentgenový dalekohled na posledním stupni rakety Saturn IB desetinu oblohy, ale nepodařilo se zjistit žádný měkký zdroj. Na Saljutu 4 byl rovněž instalován dalekohled pro měkké X-záření. 3.6.1975 jím pozorovali sovětští kosmonauti známý zdroj Cyg X 1, v září, při práci v automatickém režimu, zjistil tento přístroj zajímavý objekt v souhvězdí Jednorožce.

Dalekohled MA 048, instalovaný spolu s dalšími dvěma astronomickými experimenty MA 088 a MA 083 v zadní části servisního modulu Apolla, tvořila soustava kolimátorů a proporcionálních počítačů.

Experiment MA 083 byl prvním pokusem o sledování vesmíru v extrémní ultrafialové oblasti (EUV). Dosavadní pozorování ultrafialového záření, které zemská atmosféra nepropouští, se týkala záření o vlnové délce větší než 100 nm. Pouze Slunce bylo sledováno v oboru EUV. Důvody, proč dosud k takovým pozorováním nedošlo, jsou dva. Technicky je sledování oblasti EUV velmi náročné a řada vědců posuzuje možnosti stelární astronomie v tomto oboru velmi skepticky. Celý mezihvězdný prostor je totiž vyplněn řídkým plynem a částicemi. Nejhojněji se vyskytuje neutrální vodík, který pohlcuje záření o vlnových délkách kratších než 91,2 nm. V X-oboru (vlnové délky 1 nm a kratší) je absorpční schopnost vodíku značně nižší. Zdá se však, že vodík nevyplňuje mezihvězdný prostor rovnoměrně, ale že existují vodíková oblaka. Není tedy vyloučeno, že v některých směrech dohlédneme i v EUV oblasti dostatečně daleko.

Tím se ale dostáváme ke třetímu problému nového odvětví astronomie. Jsou vůbec ve vesmíru objekty, které takové záření vysílají? Z jednoduché úvahy vyplývá, že to musí být horké a blízké hvězdy. Skupina pracovníků ze Space Science Laboratory University of California v Berkeley pod vedením dr. Stuarta Bowyera sestavila seznam asi čtyřiceti objektů, které stojí za prověření v EUV oblasti. Mezi nimi figurovaly hvězdy s aktivními koronami, pulsary, eruptivní hvězdy, dvojhvězdy ve stadiu přenosu hmoty (podobné objekty sledoval dalekohled měkkého X-záření). Uvažovalo se také o pozorování Jupiteru.

Práce na dalekohledu pro EUV oblast začala asi 18 měsíců před startem ASTP/EPAS. Dr. Bowyer charakterizoval na tiskové konferenci teleskop MA 083 jako nejmenší dalekohled s největší montáží. Pro tak krátké vlnové délky lze použít pouze optiky s totálním odrazem. Objektiv tvoří čtyři parabolické prstence z hliníku, potažené vrstvou niklu a zlata. V jeho ohnisku jsou filtry pro vymezení spektrálních oblastí a kanálkové fotonásobiče pro detekci EUV záření. Jako součást pilotovaného letu stál experiment 1,5 miliónu dolarů, tedy asi šestinu toho, co by stál na automatické družici.

Usilovná práce na přípravě dalekohledu přinesla dobré výsledky. Na 109. oběhu Apolla zjistil dalekohled silný zdroj EUV záření neslunečního původu. Objekt nebyl v seznamu vybraných hvězd a podle měřeni aparatury MA 048 je jeho povrchová teplota asi 100 000 K. Ultrafialový dalekohled nebyl schopen určit přesnou polohu zdroje na nebi tak, aby bylo možno zjistit, jak svítí ve viditelném světle. Stejný objekt pozorovala i skupina, která připravila měkký rentgenový experiment. V oboru X-záření se nejednalo o nový objekt, protože jej poprvé sledovala družice SAS-3 dne 12. 6. 1975. Její měření dovolila určit polohu s přesností na půl stupně a krátce potom byl zdroj označený MX 1313 + 29 ztotožněn s bílým trpaslíkem HZ 43 - malou horkou hvězdou v souhvězdí Coma Berenices. Toto jsou zatím velmi předběžné výsledky, pro definitivní potvrzení obou indentifikací bude nutno pozorování pečlivé zpracovat. Pokud bude vše v pořádku, pak to bude potvrzením teoretických závěrů o tom, že bílí trpaslíci - hvězdy na konci svého vývoje - mohou být zdrojem rentgenového a EUV záření. V každém případě představuje let Sojuz-Apollo počátek nového oboru kosmické astronomie - zkoumání vesmíru v extrémní ultrafialové oblasti.

Dr. S. Bowyer byl autorem ještě jednoho astronomického experimentu v programu ASTP/EPAS: MA 088. Při něm se fotometrem měřilo záření na vlnových délkách 30,4 a 58,5 nm, odpovídajících spektrálním čarám neutrálního a ionizovaného hélia. Studium mezihvězdného prostředí je důležité pro řadu odvětví astronomie. Cílem pokusu je zjistit množství hélia v mezihvězdném prostoru, což je poznatek nezbytný pro teorie vzniku a vývoje hvězd. Díky pozorováni mimo zemskou atmosféru je možno také sledovat chování interstelárního plynu v těsném okolí Slunce a Země.

Astronomického výzkumu se také týkal technický experiment MA 151 - aktivace krystalů zářením. Jeho cílem bylo vyzkoušet dva detektory gama-záření - krystaly z čistého germania a iodidu sodného v podmínkách kosmického prostoru. Jsou-li totiž vystaveny bombardování protony a neutrony, vzniká záření pozadí, které je nutno při sledování kvant gama odečíst. Podobný program byl i na Apollu 17.

Nejzajímavějšími byly experimenty, na nichž se podílely obě lodě. Prvním byl experiment MA 148 - umělé zatmění Slunce. Využíval toho, že Apollo má kruhový průřez a může při přesném manévrování zakrýt osádce Sojuzu sluneční kotouč. Při vzdálenosti 200 metrů mezi oběma loděmi se Apollo jevilo asi dvakrát větši než průměr Slunce. Po celou dobu experimentu pracovala na Sojuzu automatická kamera se 70mm filmem. Zorné pole přístroje bylo asi 30 x 30°, čtyři expoziční doby od 0,1 do 10 sekund se automaticky střídaly v cyklu. Fotografie poskytnou informace o struktuře vnější atmosféry Slunce - koroně a také o mikroatmosféře, která se vytváří kolem každé kosmické lodi vlivem činnosti stabilizačních motorků.

Paralelně s kosmickým experimentem MA 048 pozorovali sovětští vědci sluneční koronu z vrchu Elbrusu. Aby fotografování na Sojuzu bylo co nejméně rušeno světlem Země, protože se experiment musel odehrát nad osvětlenou polokoulí, byla před okénko s kamerou instalována clona. Kameru i clonu zkoušeli sovětští kosmonauti už při letu Sojuzu 16.

Pro osádku Apolla byl nejnáročnější experiment MA 059, jehož cílem mělo být zjištění množství neutrálního kyslíku a dusíku ve vysoké atmosféře. Další informací, kterou lze z měření obdržet, je kinetická teplota, odvozená z rychlosti pohybu dusíkových a kyslíkových atomů. Možnost získat spolehlivé údaje o kyslíku ve velkých výškách se naskytla vůbec poprvé. Dosavadní družicová měřeni byla vždy ovlivněna vlastními přístroji a agregáty.

V experimentu MA 059, který navrhli společně sovětští a američtí vědci, šlo o zjišťování N a O ve volném prostoru mezi oběma loděmi. Princip provedení pokusu byl velmi prostý. Apollo neslo lampu v ultrafialovém oboru, na Sojuzu byly instalovány koutové odrážeče, které vracely záření zpět do spektrofotometru na Apollu. Spektrofotometr typu Ebert Fastie s rovinnou mřížkou vybíral z přicházejícího záření dvě vlnové délky - 130,4 nm a 120,0 nm - odpovídající rezonančním spektrálním čarám O a N. Jsou-li známy ztráty v optice a spektrální rozložení záření lampy, pak je možno z úbytku záření určit množství kyslíku a dusíku, eventuálně jejich teplotu.

Ve skutečnosti je experiment poněkud složitější, zejména díky tomu, že plyn i kosmické lodi jsou ve vzájemném pohybu. Uplatňuje se pohyb lodí po oběžné dráze, rotace zemské atmosféry a výškové větry. Protože všechny složky pohybu nejsou zcela přesné známy, bylo třeba, aby se Apollo při experimentu pomalu otáčelo kolem Sojuzu. Podle letového plánu se měl experiment opakovat třikrát, ve vzdálenosti 150, 500 a 1000 metrů.

Záhy po zahájení experimentu bylo zřejmé, že výsledky měření nejsou dobré. Lampa Apolla svítila patrně na okénko Sojuzu a nikoliv na jeden ze dvou bočních odrážečů. Manévrování Apolla bylo bezvýsledné. Bylo nutno pozměnit letový plán a vyzkoušet zadní koutový odrážeč Sojuzu, což měl být podle plánu závěr experimentu. Pak již probíhalo vše bezvadně. Apollo se vzdálilo, zaměřilo zadní odrážeč a získalo dobré výsledky. Při manévrování s Apollem spotřeboval Slayton asi 320 kg paliva pro motory RCS.

Počítá se s tím, že v budoucnu jeden z prvních raketoplánů ponese podstatně rozšířený experiment pro ultrafialová měření absorpce plynů v atmosféře. Společný let poskytl pro jeho přípravu velmi cenné zkušenosti.

Přepis textu: M.Filip, 7.10.2002

Aktualizováno : 28.10.2002

Pokud není uvedeno jinak, jsou použité fotografie z NASA (viz. Using NASA Imagery) a dalších volně přístupných zdrojů.

(originál je na https://mek.kosmo.cz/pil_lety/mezinar/so-ap/lkae.htm)