Fotografická expedice za tmavým nebem nad největšími dalekohledy světa

Ve dnech 20. března až 10. dubna 2022 se Petr Horálek z Fyzikálního ústavu v Opavě zůčastnil mezinárodní fotografické expedice v rámci spolupráce s americkou astronomickou společností NOIRLab. Cílem expedice byla výměna zkušeností během pořizování bohatého fotografického materiálu dokumentujícího hned 4 světové observatoře hostující jedny z největších dalekohledů světa: Kitt Peak National Observatory (Arizona, USA), Gemini North Observatory (Mauna Kea, Havaj), Gemini South Observatory (Cerro Pachón, Chile) a Cerro Tololo Inter-American Observatory (Chile). Petr Horálek pak v Chile zůstal ještě do 18. května 2022, aby zachytil hned několik vzácných nebeských úkazů viditelných právě z této oblasti na Zemi.

Mezinárodní expedice, jíž se Petr Horálek z Fyzikálního ústavu v Opavě zúčastnil spolu s Theofanisem Matsopulusem (řecký autor fulldomových pořadů) a Tomášem Slovinským (slovenský astrofotograf a popularizátor astronomie), si kladla za cíl vytvořit bohatý a mnohaúčelový audiovizuální materiál. Cílem bylo zdokumentovat všechny teleskopy americké astronomické společnosti NOIRLab, která sdružuje hned několik observatoří s jedněmi z nějvětších teleskopů světa. Konkrétně šlo o tvorbu celooblohových snímků v ultra vysokém rozlišení, časosběrných videí, celosférických snímků pro virtuální prohlídku a dokumentaci vědců při jejich práci s teleskopy. Materiál bude po publikaci na webu NOIRLab dostupný široké veřejnosti a také pro dokumentární tvorbu studentů Multimedálních technik Fyzikálního ústavu v Opavě. Vedle fotografování astronomických teleskopů a observatoří NOIRLab se Petr Horálek vydal zejména do Chile zdokumentovat hned několik jedinečných úkazů: částečné zatmění Slunce při západu (30. dubna), těsnou konjunkci Jupiteru a Venuše (1. května), meteorický roj Eta-Aquaridy (okolo 6. května), zvířetníkové světlo proti centrální Mléčné dráze (mezi 1. a 9. květnem) a úplné zatmění Měsíce (16. května). Průběžné zpravodajství je postupně aktualizováno níže. Expedice byla spolufinancovaná z projektu pro Rozvoj VaV na SU, reg. číslo CZ.02.2.69/0.0/0.0/18_054/0014696.

ZPRAVODAJSTVÍ Z EXPEDICE, ŘAZENO OD NEJNOVĚJŠÍCH:

18. května 2022: Z pozorování Petra Horálke: „Úplné zatmění Měsíce 16. května bylo poměrně očekávané, protože mohlo být nejtmavším po zatměních v letech 1992-93 kvůli sopečnému popelu v zemské atmosféře, který seslabuje sluneční světlo putující na měsíční povrch. Více popela v atmosféře znamená tmavší zatmění. Zatmění v devadesátých letech byla ovlivněna erupcí Pinatubo, zatímco to letošní mělo být tmavší kvůli sopce Tonga. Provedl jsem tedy fotografický průzkum pomocí stejných expozic během celého úplného zatmění (a sjednocení jasu expozic kvůli měnící se oblačnosti během úkazu). Celkově zatmění nebylo tak tmavé, jak se očekávalo, ale rozhodně bylé zajímavé. Jak ukazuje obrázek, první polovina (pravá část) byla tmavší, protože sopečný popel byl nad Indickým a Atlantským oceánem hustší než nad Pacifikem.“

Tímto dnem (18. května) expedice končí a Petr Horálek se vrací zpět do Česka.

16. května 2022: Expedice vrcholí úplným zatměním Měsíce v (chilské) noci z 15. na 16. května 2022 na astrofarmě Spaceobs u San Pedro de Atacama ve vysokohorské atacamské poušti. Tam bylo zatmění pozorovatelné za nejlepších možných podmínek – prakticky v nadhlavníku. Téměř 85 minut dlouhá totalita (odborný název označující fázi úplného zatmění) byla viditelná spolu s celou jižní Mléčnou dráhou nedaleko jejího centra u souhvězdí Štíra. Před zatměním (neboť v nocích už stejně svým svitem ruší Měsíc) bylo také možné navštívit několik přírodních krás v okolí. Zejména vysokohorské laguny na západ od San Pedra ve výškách nad 4500 metrů nad mořem.

Samotné zatmění mělo mimořádné unikum. Jak známo, během úkazu na Měsíc dopadají zeslabené paprsky slunečního záření, které se lámou do vnitřku zemského stínu. Neboť krátkovlnná (modrá) část je v atmosféře nejvíce rozptýlena, na Měsíc dopadají v zásadě barvy červánek. Pokud je ale atmosféra zakalena nějakým druhem prachu ve velkém množství (nejčastěji prach uvolněný ze silných sopečných erupcí, méně často také při silných meteorických rojích), může být zatmění výrazně tmavší. Takové případy jsou známy z prosince 1992 nebo června a listopadu 1993, kdy se ve všech případech na vzhledu zatmění podepsal prach v atmosféře uvolněný při erupci filipínské sopky Pinatubo. Podobně silné erupce se lidstvo již nedočkalo, až do letošního osudného 15. ledna, kdy vybuchla v Pacifiku sopka Tonga (Hunga Tonga–Hunga Ha’apai). Při ní se velké množství (asi 400 milionů kilogramů) sopečného popela dostalo do několika desítek kilometrů nad zemský povrch a rozmělnilo se zejména nad jižní zemskou polokoulí, částí jejíhož stínu Měsíc procházel. A právě díky tomu byli lidé svědky nejtmavšího úplného zatmění Měsíce od let 1992 a 1993. Bohužel během pozorování rušila řídká vysoká oblačnost.

 

9. května 2022: Fotografování se přesunulo k několikadennímu projektu: Každoročnímu meteorickému roji Eta-Aquarids, který vyvrcholil minulý týden. Petr Horálek já měl to štěstí, že jsem jeho maximum mohl pozorovat právě v San Pedro de Atacama v Chile. Nejen že počasí počasí bylo velmi příznivé a Měsíc při východu radiantu nesvítil, ale především tento roj je nejlépe pozorovatelný právě z oblasti obratníku Kozoroha, kde se radiant časně ráno dostává velmi vysoko nad obzor a frekvence tak stoupá k desítkám meteorů za hodinu. Aby toho nebylo málo, fotografování meteorů způsobených smítky ze slavné Halleyovy komety bylo velmi pěkně doplněno o nádhernou planetární parádu ve zvířetníkovém světle. Vznikl snímek kombinující všechny tyto jevy, a to v celosférickém provedení, které se velmi dobře využije ve sférické univerzitní projekci Unisféra. Podkladová mozaika byla pořízena 3. května, zatímco meteory byly získány časosběrným širokoúhlým snímáním během posledních 11 dnů (od 28. dubna do 8. května) a do mozaiky vregistrovány. Celkem napočítáte 84 meteorů, z nichž některé (ty opravdu jasné) mají tzv. trvanlivou stopu. Ta vzniká ionizací a excitací molekul a atomů vysoko v atmosféře při uvolnění velkého množství energie během průletu většího meteoroidu.

 

1. května 2022: Fotografování vzácných úkazů pokračuje v plné parádě. V sobotu 30. dubna se nad velkým územím jižní Ameriky odehrálo částečné zatmění Slunce, zejména v Chile a Argentině. Nejhlubší zakrytí z pevniny bylo vidět při západu Slunce na jihu Chile, kde Měsíc zakrýval asi 40 % Slunce. Petr Horálek, Tomáš Slovinský a nově i Josef Kujal z Astronomické společnosti HK a Mária Kancírová pozorovali úkaz nad Měsíčním údolím západně od San Pedro de Atacama v Chile. Když úkaz začal, na vyhlídku přišlo mnoho místních, kteří o úkazu nic nevěděli a chtěli si jen užít běžní západ Slunce. Když se o probíhajícím úkazu dozvěděli, nevěřili svým očím! Snímeky ukazují sekvenci celého 54 minut dlouhého zatmění nad obzorem až do okamžiku, kdy zmizela poslední „perla“ Slunce v podobě modrého záblesku. V tu samou chvíli začala obloha zářit díky prachu ze sopky Hunga Tonga vysoko v atmosféře. Na časné ranní obloze 1. května se pak opět ukázala těsná konjunkce Jupiteru a Venuše.

 

30. dubna 2022: Fotografování noční oblohy v srdci vysokohorské pouště Atacama pokračuje v plném proudu a hned na několika frontách. Petr Horálek a Tomáš Slovinský se věnují zejména krajinářské astrofotografii, a to mnohdy na obtížně dostupných místech v okolí San Pedro de Atacama. Obtížnost způsobuje jak nadmořská výška, tak bohužel i místní komunita obyvatel, která mnoho krásných míst turistům zcela nelogicky zavírá a činí je nedostupnými i při použití terénních vozidel. Petr Horálek se také pustil ve spolupráci se společností Samsung do zajímavého projektu: Focení noční oblohy na mobilní telefon. Neposledně se také začíná věnovat snímání meteorického roje Eta-Aquaridy, který vrcholí 6. května časně ráno.

 

22. dubna 2022: Petr Horálek a Tomáš Slovinský se 16. dubna přesunuli na astrfarmu Space Obs u San Pedro de Atacama, odkud se dále věnují astrofotografii a pozorování tmavé oblohy i vzácných úkazů. A hned se jeden nabídl. Na přiloženém záběru, pořízeném 18. dubna 2022 večer se těsně po setmění objevila noční obloha docela podobná té na Marsu. Zatímco podél Mléčné dráhy šlo najít majestátní tmavou oblohu s výraznými souhvězdími Orion, Plachty nebo Jižní kříž, oba směry nad západním i východním obzorem zářily velmi rudě. Je to výsledek již dřívě zmíněného rozptylu světla na sopečném popelu ve vysoké atmosféře po velké erupci sopky Tonga (Hunga-Tonga Hunga-Ha’apai’s) 15. ledna letošního roku. Výrazný červený odstín nad západním obzorem (spodní část) je způsoben slunečním zářením na prachu. V horní části (východ) efekt není tak silný, je způsobený měsíčním světlem, protože Měsíc měl vyjít jen asi 15 minut po pořízení snímku. Dalším prachovým jevem na obrázku je také slabé zvířetníkové světlo vpravo. Vzhledem k tomu, že Měsíc i Slunce osvětlovaly horní atmosféru během okamžiku fotografování, na obloze se objevilo také mnoho satelitů (světelné čáry po celé obloze).

10. dubna 2022: V úplně poslední večer na Cerro Tololo (a tedy předposlední den expedice NOIRLab) se podařilo zaznamenat hned 3 vzácné pohledy – na teleobjektiv přes 90 km vzdálenou slavnou observatoř ESO La Silla, zachytit podmanivý zelený záblesk a uvidět zatím nejvýraznější poerupční soumrak ze sopky Tonga. Pěkné rozloučení s observatořemi, od zítřka začíná náročná práce na datech pořízených během expedice a od 16. dubna pak pobyt na astrofarmě u San Pedro de Atacama za dalšími úchvatnými pohledy do tmavé noční oblohy a vzácnými nebeskými úkazy.

8. – 9. dubna 2022: Poslední zastávkou expedice NOIRLab byla mimořádně fotogenická observatoř Cerro Tololo Inter-American Observatory, ležící asi jen 14 km západně od Cerro Pachón (spojuje je jedna nezpěvněná silnice) ve výšce 2207 metrů nad mořem. Cerro Tololo hostí hned několik desítek dalekohledů, z nichž mnohé patří do vícenásobných skupin (Las Cumbres Observatory, PROMT Telescopes, DIMM Seeing Monitor). Pochopitelně největším klenotem celé observatoře je 4metrový přehlídkový teleskop Victor M. Blanco operující na observatoři už od roku 1976, a to v optickém a blízkém infračerveném záření. Úchvatné bylo fotografování zejména v noci, neboť celá hlavní platforma je nesmírně fotogenická a chilská obloha díky tzv. jihoatlantické anomálii nabízí každou noc mimořádně silné barevné záření vzduchu, tzv. arglow (o jevu ve videu níže z dílny ESO; nezapomeňte si zapnout české titulky).

Video: Co je to Airglow? (autor: Evropská jožní observatoř; anglicky, české titulky)

7. dubna 2022: Fotografové dostali povolení na vstup do budovy jednoho z nejočekávanějších teleskopů ve výstavbě: Vera C. Rubin Observatory (dříve Large Synoptic Survey Telescope, tedy LSST, česky Velký celooblohový dalekohled), pojmenovaný po americké astrofyzičce Věře Rubinové. Půjde o největší dalekohled na světě schopný pořídit celooblohovou přehlídku. Hlavní zrcadlo bude mít průměr 8,4 m a do plného provozu by teleskop měl být uveden patrně v roce 2024. Teleskop bude vybaven 3,2gigapixelovou kamerou a hlavním cílem bude výzkum skryté látky (kterou se zabývá i tým Armana Tursunova na Fyzikálním ústavu v Opavě) a skryté energie ve vesmíru. V současnosti ve velínu této observatoře operují astronomové jen s pomocným teleskopem Rubin Auxiliary, který leží na vyvýšené základně hned vedle budovy Vera C. Rubin Observatory. Během fotografování panovala velmí přísná opatření spojená jak s probíhající konstrukcí, tak pochopitelně s pandemií Covid-19.

 

6. dubna 2022: Po dlouhém a vyčerpávávajícím přesunu z Havaje do srdce Chile – suché pouště Atacama – se fotografická skupina přesunula na další lokaci NOIRLab: Na observatoř Cerro Pachón. Na vrcholu tyčícím se v nadmořské výšce 2715 metrů nad mořem v současnosti operují tři teleskopy, přičemž jeden z nich je právě (dle názvu výstižně) dvojčetem teleskopu na Mauna Kea, tedy Gemini South. Jde rovněž o 8,1 metrový teleskop, jehož montáž je umístěna v robustní několikapatrové větruodolné budově ve výšce 2737 metrů nad mořem. Gemini South je vybaven pokročilou adaptivní optikou včetně sodíkového laseru vytvářejícího vysoko v atmosféře umělou hvězdu pro lepší ataptaci hlavního zrcadla na aktuální podmínky. Nedaleko Gemini South potom operuje teleskop SOAR (Southern Astrophysical Research Telescope) pozorující v optickém a blízkém infračerveném pásmu.

 

Od prvních večerů, kdy se expedice přesunula do Chile, se stávala pravidelně svědky velice výrazných barev během soumraků a rozbřesků, za kterými stojí sluneční světlo rozptýlené na popelu po silné erupci sopky Tonga v lednu letošního roku. Popel se dostal do výšky nad 55 km nad zemí a nyní vysoko v atmosféře cirkuluje zejména nad jižní zemskou polokoulí. Právě to by mohlo mít velmi výrazný vliv na vzhled úplného zatmění Měsíce 16. května, za kterým se Petr Horálek rovněž vydal. První večer byl poerupční soumrak ještě nevýrazný, v dalších dnech se ale nad Atacamu dostalo prachu výrazně více a obloha setrvala doslova rudá ještě hodinu po západu Slunce.

 

3. dubna 2022: Níže je k vidění několik surových panoramatických snímků ukazujících na mimořádnou kvalitu noční oblohy na Mauna Kea ve výšce nad 4200 metrů nad mořem. Vedle majestátní Mléčné dráhy (která vycházela až po půlnoci) si lze všimnout slabého oblouku tzv. mostu zodiakálního světla s jasným protisvitem – místem nacházejícím se v protislunečním bodě. Toto tzv. zodiakální světlo je sluneční záření rozptýlené na prachových částicích v rovině Sluneční soustavy a kvůli přemíře světelného znečištění z měst jej většina současné lidské populace nemá šanci spatřit. Kvalitní podmínky na Mauna Kea ovšem světlo umožňují zaznamenat proti kontrastně tmavé obloze. Zaznamenat tyto snímky bylo velmi náročné – vedle fyzických problémů s nadmořskou výškou (které naštěstí nebyly kvůli naplánované aklimatizaci nikterak závažné) během focení foukal velmi silný mrazivý vítr, který při skokově zvýšené vlhkosti okamžitě nanášel na čočky objektivů problematickou námrazu.

1. a 2. dubna 2022: Na Mauna Kea konečně zavládlo příznivé počasí, takže bylo možné vycestovat na vrchol na několik hodin a zaznamenat jak denní tak noční pohledy zejména okolo teleskopu Gemini North. Nadmořská výška nakonec nečinila tak velký problém jako mimořádně silný vítr, a to zejména v noci. Obecně z 3 naplánovaných nocí tak pro fotografování noční oblohy bylo možné využít celkově jen jednu (respektive jednu po půlnoci, když se vyjasnilo, druhou mezi soumrakem a půlnocí, poté už bylo potřeba cestovat zpět do Hilo). Pro maximální bezpečnost všichni fotografové byli vybaveni vysílačkami a měli se pravidelně ohlašovat. Zatímco přes den teploty na vrcholu stoupaly k pocitově příjemným až 17 stupňum, v noci a za silného mrazivého větru klesaly pod bod mrazu a při zvýšené vlhkosti okamžitě na objektivech ulpíval led. Kromě celosférických (denních) obrazů vznikala i fulldomová videa, která se v budoucnu využijí v planetáriích (včetně Unisféry). Mauna Kea nabídla úchvatné výhledy za dalekou „peřinu“ nízké oblačnosti, a to i k dalším havajským ostrovům, zejména Maui. Všichni fotografové byli vystaveni extrémním podmínkám a bojovali s mimořádnou únavou, ale cíle se podařilo i přes logistické, bezpečností, povětrnostní i fyzické potíže dosáhnout. Níže galerie z denního snímání observatoře, kde se mimo Gemini North nachází také ikonický 8,2m teleskop Subaru Havajské univerzity nebo dva 10m Keckovy teleskopy nacházející se ve výšce 4145 metrů nad mořem.

 

29. a 30. března 2022: Expedice se přesunula na hlavní havajský ostrov, který ve výšce nad 4200 metrů nad mořem na vrcholu sopky Mauna Kea hostí jedny z největších dalekohledů na světě. Hlavním cílem byla dokumentace jak velína 8,1m teleskopu Gemini North v městě Hilo u pobřeží, tak samotného teleskopu na zmíněném vrcholu ve výšce 4213 metrů nad mořem. Pro hladkou aklimatizaci bylo rozhodnuto, že členové expedice stráví první noc v mezistanici Hale Pohaku (výška okolo 3000 metrů nad mořem) a teprve poté se vydá na vrchol Mauna Kea. Dalekohled Gemini North je jedním ze dvou operujících na opačných zemských polokoulích (Gemini South leží na hoře Cerro Pachón v poušti Atacama v Chile) a spolu se svým „blížencem“ poskytují téměř kompletní pokrytí hvězdné oblohy. V současné době patří mezi největší a nejmodernější optické astronomické přístroje, zároveň mezi největší s celistvým primárním zrcadlem. Dalekohledy byly vybudovány společenstvím zemí skládajícím se z Spojených států Amerických, Kanady, Brazílie, Chile, Argentiny a Austrálie. Pozorovací program je široký – od výzkumu extrasolárních planet až po sledování vzdálených objektů vesmíru v infračerveném oboru spektra. Fotografové měli 30. března štěstí fotograficky zdokumentovat manuální čištění velkého primárního zrcadla (samozřejmě za přísných bezpečnostních opatření), což je k vidění v galerii níže.

 

21. a 26. března 2022: První zastávkou expedice bylo ústřední NOIRLabu v arizonské Tucsonu, odkud se fotografové další den vydali na observatoř Kitt Peak National Observatory nacházející se ve výšce 2096 metrů nad mořem. Noční obloha je zde již zasažena světelným znečištěním z 65 km vzdáleného Tucsonu, přesto zde astronomové stále aktivně operují a věnují se výzkumu blízkého i vzdáleného vesmíru.

Observatoř založená v roce 1964 hostí 23 teleskopů a je svého druhu (co do počtu aktivních teleskopů) největší na světě. Je součástí americké National Optical Astronomy Observatory (NOAO), některé z teleskopů však patří University of Arizona’s Steward Observatory. Největší na observatoři je 4metrový Nicholas U. Mayall Telescope, ležící na nejvyšším bodu hory (na vrcholu vysoké budovy ve výšce 2120 metrů nad mořem), jehož hlavním zameřením je hloubkové mapování vesmíru v infračerveném a optickém oboru spektra. Významným teleskopem je také 3,5m WIYN, který se mj. podílí na objevování extrasolárních planet. Neposledně je na observatoři umístěn 12metrový radioteleskop Arizona Radio Observatory, který se teprve nedávno připojil do celosvětového projektu Event Horizon Telescope (toho, co světu v roce 2019 přinesl první snímek stínu černé díry). Na Kitt Peak se rovněž nachází centrum pro veřejnost a probíhá zde veřejné pozorování noční oblohy. Členové expedice měli za úkol fotograficky zdokumentovat co nejvíce z 23 teleskopů, a to jak do virtuální prohlídky tak v podobě celooblohových snímků ve vysokém rozlišení pro planetária.

Kontakty a další informace:

Mgr. Debora Lančová
Fyzikální ústav SU v Opavě
Email: debora.lancova@physics.slu.cz
Telefon: +420 776 072 756

RNDr. Tomáš Gráf, Ph.D.
Proděkan pro strategie a rozvoj,
Filozoficko-přírodovědecká fakulta Slezské univerzity v Opavě
Email: tomas.graf@fpf.slu.cz
Telefon: +420 734 268 124

Bc. Petr Horálek
PR výstupů evropských projektů FÚ SU v Opavě,
člen fotografické expedice NOIRLab
Email: petr.horalek@slu.cz
Telefon: +420 732 826 853

doc. RNDr. Gabriel Török, Ph.D.
Garant evropského projektu HR Award
Email: gabriel.torok@physics.cz
Telefon: +420 737 928 755

Bc. Klára Jančíková
Sekretariát Fyzikálního ústavu v Opavě
Email: klara.jancikova@slu.cz
Telefon: +420 553 684 267

prof. RNDr. Zdeněk Stuchlík, CSc.
Ředitel Fyzikálního ústavu SU v Opavě
Email: zdenek.stuchlik@physics.slu.cz