Optika z Turnova pomůže chránit Zemi před nebezpečnými tělesy z kosmu

Střet kosmického tělesa se Zemí. Téma pro hledače senzací a záhad. Oblíbený námět sci-fi románů a filmů (kdo by neznal Armageddon). Jaká je ale pravděpodobnost, že se něco takového stane realitou? Naštěstí velice malá. Jaké by byly následky dopadu takového tělesa do obydlené oblasti? Bohužel velmi ničivé. Právě proto je záhodno potenciálně nebezpečné objekty v blízkosti Země monitorovat. Nebe nad Evropou spadá do péče Evropské kosmické agentury ESA. Ta si klade za cíl vybudovat systém monitoringu nazvaný SSA-NEO. Díky turnovskému TOPTECu, aplikačnímu centru Ústavu fyziky plazmatu AV ČR, nebude chybět česká stopa. Teleskopům NEOSTEL, očím nově vznikajícího systému, pomůže s jejich úkolem špičková optika z Turnova.

V roce 1992 v tehdejším Československu vyšla ikonická kniha Svět tajemných sil britského hledače záhad Artura C. Clarka. Popisovala nevysvětlitelné události, které se na Clarkův popud vydali hledat po celém světe Simon Welfare a John Fairley. V deváté kapitole si díky této trojici mohli fascinovaní čtenáři nalistovat děsivé svědectví o okolnostech pravděpodobného pádu Tunguzského meteoritu. Má se za to, že v roce 1908 oblast centrální Sibiře nedaleko řeky Podkamenná Tunguska zasáhlo kosmické těleso o velikosti 100 až 200 metrů na délku. Výbuch měl proběhnout ve výšce 5 až 10 km nad zemským povrchem. Uvažuje se i o variantě průletu rozžhaveného tělesa zhruba v 11 kilometrech nadmořské výšky. Ať už jsou úvahy správné, nebo ne, badatelé hovoří o více než 80 milionech vyvrácených nebo polámaných stromů v oblasti přibližně 2 150 km². Odhadovaná síla výbuchu? 2 000 Hirošim.

Teleskopy NEOSTEL

Vědci předpokládají, že se dnes v blízkosti Země pohybuje zhruba 1 100 kosmických těles větších než jeden kilometr a zhruba 15 000 těles větších než 140 metrů. Na základě simulací odhadují, že kolizní dráhu s naší planetou má zhruba tisícovka těles. Riziko srážky je velmi malé. Jak však ukázala současná pandemie COVID-19, je lepší být připraveni i na ty nejméně pravděpodobné scénáře.

Evropská kosmická agentura ESA si klade za cíl vybudovat do roku 2030 systém pro monitorování potenciálně nebezpečných kosmických těles v průměru větších než 40 metrů. ESA o nich chce vědět nejpozději tři týdny před možným dopadem na území Evropy. Při pohledu na důsledky pravděpodobného pádu Tunguzského meteoritu není divu. Teleskopy NEOSTEL (Near Earth Object Survey Telescope) se stanou očima tohoto systému. První by měl v nejbližší době začít fungovat na sicilské Mount Mufara.

Na teleskopech je fascinující inovativnost řešení. NEOSTEL představuje zcela nový koncept dalekohledu, tzv. Fly-Eye. Umožňuje rozšíření zorného pole pří zachování kompaktních rozměrů a cenově dostupné výroby. Několik faktů pro odborníky. Šíře zorného pole prvního prototypu je přibližně 8° x 8°, rozlišení je 1.5 úhlové vteřiny na pixel (po celé šíři zorného pole). Teleskop se skládá z jednoho více než metrového zrcadla následovaného děličem světelného svazku a další optikou. Zachycený obraz je rozdělen do šestnácti kamer. V jednom velkém systému je tak současně 16 optických drah, resp. svazků, které odpovídají menším teleskopům. Pro dosažení téměř bezchybného zobrazení jsou v jejich drahách řazeny asférické optické elementy. Každý svazek snímá jinou oblast oblohy v zorném poli. Pro dosažení celistvosti obrazu se snímané oblasti lehce překrývají.

Pro lepší představu. Teleskopy NEOSTEL budou díky své konstrukci podobné oku mouchy (odtud název Fly-Eye) a díky svým špičkovým parametrům schopny rozlišit objekty velikosti tenisového míčku pohybující se na nízké orbitě Země.

Optické subsytémy z TOPTECu

Tým turnovského výzkumného centra TOPTEC je zodpovědný za vývoj a dodání všech asférických optických elementů i s jejich jemnomechanickými strukturami, které jsou součástí Fly-Eye dalekohledu a dále za vývoj testovacích a justážních systémů dalekohledu. Jedná se především o mohutný robotický autokolimátor, systém pro prvotní vytýčení a nastavení optických drah v samotném dalekohledu a další systémy pro laboratorní testy sloužící k ověření správnosti konceptu. Zakázka byla vývojářům z Turnova svěřena na základě dřívější úspěšné spolupráce s italskou společností CGS S.p.A.

„Pro konstrukci prvního prototypu jsme dodávali přibližně dvě desítky asférických optických elementů včetně náhradních dílů,“ uvádí Vít Lédl, výkonný ředitel Centra TOPTEC. Elementy z optického skla mají průměr zhruba 160 mm. Vkládají se do jemnomechanických držáků umožňujících jejich přesnou finální adjustaci. Součástí zakázky bylo i složité optomechanické zařízení s názvem alignment aid, které slouží pro hrubé (z pohledu běžného člověka však stále dosti jemné) seřízení všech šestnácti optických cest. Zařízení si lze představit jako pevně ukotvenou sestavu laserů, s jejíž pomocí tým inženýrů seřizuje dalekohled “nahrubo” několik týdnů. Poté přichází mistrovské optické dílo, kdy jsou jednotlivé optické cesty seřizovány přesným autokolimačním zařízením. Pro kontrolu správného provedení optických elementů pak slouží tzv. OGSE, poslední z trojice zařízení vyvíjených a realizovaných v turnovském TOPTECu.

I díky špičkové optice z Turnova budeme na konci druhé dekády nového milénia odhalovat potenciální hrozby mířící na nás z vesmíru s větší jistotou a přesností než dnes.

Titulní fotografie (c) OHB Italia