Rozšiřování kamerové sítě: Výzkum meteorů spojující střední Evropu a jižní oblohu v Chile
Z české hvězdárny až pod hvězdnaté nebe chilských And. Cesta, která propojuje dvě polokoule jediným cílem: zachytit stopu minulosti Sluneční soustavy – a právě jejich zachycení a analýza spojují evropské nebe s chilskými výšinami. Nová síť kamer a spektrografů sleduje meteory, které nám odhalují chemické složení dávných těles a možná i samotný původ planet. Za technickým pokrokem se skrývají měsíce příprav, testování a náročná instalace v nesnadných podmínkách Jižní Ameriky. Jak se český tým vydal naproti vesmíru a proč je jižní obloha pro výzkum taktéž důležitá?
Počátky výzkumu meteorů spojujícího střední Evropu a jižní oblohu v Chile musíme hledat v začátcích prvního sledování oblohy kamerami u nás, v květnu roku 2010. Pohlédneme-li už do bližší minulosti, musíme se zastavit v lednu 2024, kdy začal dlouhý výběr a testování všech součástí nové, modernější kamerové sítě, která nyní zdobí naši hvězdárnu i celou síť CEMeNt (Obr. 1 a Obr. 2).
Obr. 1:Přehledová širokoúhlá FHD kamera s čipem IMX 327 mobilní stanice s převodem analogového signálu přes koaxiální kabel s pomocí dvoustupňového převodu signálu na digitální signál.Autor: Hvězdárna Valašské Meziříčí, p.o.
Obr. 2:Spektografy VMSP_NE 8 MPx QHY a VMSP_SW 3 MPx PointGrey oba s difrakční mřížkou 1000 čar/mm.Autor: Hvězdárna Valašské Meziříčí, p.o.
Vše začalo výběrem základního stavebního kamene systému přehledových (širokoúhlých) kamer určených pro výpočet drah meteorů , Full HD čipu Sony Starvis. Zvolen byl čip Sony Starvis 2 (tedy nejnovější generace čipů Sony) IMX 327. Následoval výběr vhodného systému přenosu signálu z kamery do PC. Po vyřazení variant USB a IP byl nakonec vybrán AHD systém - přenos analogového signálu přes koaxiální kabel. Pro převod z analogového na digitální signál jsme vybrali dvoustupňový převod signálu (AHD-HDMI a HDMI-USB 3.2). V červenci jsme konečně mohli zahájit testovací provoz prototypu kamery na Hvězdárně Valašské Meziříčí, p.o. Dále jsme se zabývali osazením širokoúhlých FHD kamer s čipy IMX 327 na Hvězdárně Valašské Meziříčí, p.o. místo stávající kamer s PAL rozlišením, což poté čekalo i celou síť CEMeNt, která se v říjnu osvědčila v plnohodnotném testovacím provozu včetně výpočtů vícestaničních drah a testování výsledků.
Po dokončení této práce v říjnu 2024 započaly přípravy na cestu do Chile a dlouhý proces vybírání a testování vhodných součástí systému se opakoval.
V rámci technických příprav byl pro realizaci spektrografů s požadavky na vysokou citlivost v celé viditelné části spektra s důrazem na blízkou ultrafialovou oblast (vzhledem k vysoké nadmořské výšce stanic v Chile) vybrán čip Sony IMX 678. Ohled jsme brali na rozlišení (8 MPx), vysokou citlivost a také obdélníkové zorné pole (poměr stran 16:9), které je vhodné ke snímání spekter .
Co se týče dalších příprav, v listopadu nás čekalo jednání s Astronomickým ústavem AV ČR o umístění hlavní části systému na budovu českého dalekohledu E152 na observatoři La Silla. S pomocí velvyslanectví ČR v Chile a R. Angeloniho (NOIRLab) jsme pokračovali hledáním vhodného umístění podpůrné části systému se vzdáleností ideálně cca 100 km od observatoře La Silla . Z důvodu nevyhovujícího zázemí a celkového přístupu byla zamítnuta observatoř Pangue, a tak volba padla na observatoř El Sauce .
Po dojednání umístění budoucích domovů našich kamer jsme se pustili do vytvoření kompletní architektury systému, řešení přehledových kamer a spektrografů, návrhu PC stanic a zálohování dat, kabelových tras, rozvodů signálu a napájení včetně položkového rozpočtu, což nás bohatě zaměstnalo na zbytek listopadu. V prosinci bylo zadáno řízení pro výběr dodavatele kompletního systému, jehož všechny části na naši hvězdárnu dorazily v březnu (Obr. 3). Po uzavření smlouvy o umístění hlavní stanice na observatoři La Silla s ASÚ AVČR bylo opět na řadě kompletní testování veškerých funkčních prvků (kamery, PC stanice, rozvaděče, zálohování dat, atd.) a také dlouhodobé testy zapojení kompletních sestav přehledových kamer a spektrografů. V dubnu jsme zvolili firmu Merka Spedition pro zajištění dopravy vybavení na La Silla a uzavřeli smlouvu o umístění podpůrného systému na observatoři El Sauce. Před odesláním všech součástí nás ale čekala největší dřina, a to kompletace vybavení pro instalaci obou stanic a jeho následné uložení do přepravních boxů. Po přípravě dokumentace pro přepravu na La Silla si dne 30.4.2025 spediční firma oba boxy vyzvedla. Cesta dopadla dobře a dne 15. 5.2025 bylo vybavení složeno na observatoři La Silla (Obr. 4).
Obr. 3:Dodávka všech částí observačního systému na Hvězdárnu Valašské Meziříčí, jejich kompletace, testování a balení. Autor: Hvězdárna Valašské Meziříčí, p. o.
Obr. 4:Dvě bedny s celkovou hmotností kompletního vybavení 300 kg v pořádku dorazily na observatoř La Silla v Chile. Autor: Hvězdárna Valašské Meziříčí, p. o.
Pozorování a zaznamenávání oblohy kamerami a spektrografy přináší cenné poznatky. Umožňuje nám zkoumat prvkové složení těles meziplanetární hmoty různé velikosti vnikající do naší atmosféry. Díky tomu dokážeme určit i jejich původ. Kamery zaznamenávají světelnou dráhu meteoru na obloze, což umožní určit jeho rychlost, výšku nad zemským povrchem, oběžnou dráhu a potenciální mateřské těleso. Meteor je světelný jev vznikající, když meteoroid – tedy malé těleso pocházející například z komety nebo planetky – vstoupí vysokou rychlostí (desítky kilometrů za sekundu) do zemské atmosféry a vlivem tření se zahřeje, rozžhaví a obvykle vypaří. Pokud tento meteoroid přežije průlet atmosférou a dopadne na zemský povrch, nazýváme ho meteorit. Druhý přístroj, spektrograf, pomocí kterého světlo meteoru zaznamenáme ve formě spektra díky fyzikálnímu jevu ohybu světla na difrakční mřížce , odhaluje chemické složení tělesa a přináší tak důležité poznatky o vývoji Sluneční soustavy (Obr. 5).
Obr. 5:Schéma observačního systému pro pozorování meteorů, záznam drah a spekter meteorů, vyhodnocení spekter meteorů.Autor: Libor Lenža
„Mapujeme tak v globálním měřítku složení asteroidů a původní stavební materiál, ze kterého se formovaly planety. V budoucnu nám tyto analýzy mohou také napovědět, kde můžeme například hledat přírodní zdroje na blízkozemních kosmických tělesech,“ přiblížil RNDr. Martin Ferus, Ph.D., vedoucí oddělní spektroskopie na Ústavu fyzikální chemie J. Heyrovského AV ČR. „Statistická analýza stovek až tisíců meteorů umožňuje sledovat, jak jsou prvky ve Sluneční soustavě rozloženy, jaké typy těles do ní přispívají a jaké byly geochemické a gravitační procesy v raném vývoji planetesimál.“
A právě proto nestačí kamerová síť pouze v Evropě. Jedině pozorování z co možná nejvíce míst na světě přinese největší počet a kvalitu výsledků. Proč jsme zamířili právě na observatoře v Chile vysvětluje Ing. Jakub Koukal , autor návrhu technického řešení observačního systému, odborný pracovník Hvězdárny Valašské Meziříčí, p. o.: „Nadmořská výška obou observatoří výrazně zlepší analýzy meteorických spekter. Navíc mívají tyto oblasti až 300 jasných nocí za rok (u nás v CZ je pouze 200), což dost výrazně zvýší počet záznamů. Podle prvních analyzovaných nocí až trojnásobně. Meteorické roje na jižní polokouli navíc nejsou zdaleka tak intenzivně monitorovány jako ty na polokouli severní, takže jsme moc zvědaví, co na jižní obloze vypozorujeme.“ A tak se i naše hvězdárna významně podílí na důležité výzkumné činnosti, která nám může poodhalit mnohé, jak tvrdí pan Ferus: „ Meteory jsou klíče k minulosti Sluneční soustavy – každé těleso nese informaci o svém původu, složení a historii. Až jejich hromadné studium nám umožňuje skládat celkový obraz o tom, z čeho a jak vznikly planety, včetně Země.“
Jak probíhala cesta našich pracovníků do Chile, co obnášelo samotné sestavování přístrojů dvou stanic v podmínkách pouště Atacama na La Silla a El Sauce, s jakými výzvami se naši pracovníci setkali a co všechno bylo potřeba udělat, aby se kamery i spektrografy rozběhly naplno? To vám brzy popíšeme v další části Instalace observačního systému: Výzkum meteorů spojující střední Evropu a jižní oblohu v Chile . Víc o technickém vybavení a prvních výsledcích se dozvíte v článku Jižní spektroskopická observatoř Hvězdárny Valašské Meziříčí
