Ve středu 22. června 2022 americká astronomická organizace NOIRLab (pod správou AURA – Asociace univerzit pro výzkum a astronomii) publikovala jako snímek týdne celonoční mozaiku tzv. zvířetníkového světla zachycenou ze obou stanovišť observatoře Gemini (každý dalekohled se nachází na jiné polokouli). Snímek s názvem „Když se hemisféry spojí“ (When Hemispheres Connect) zabírá v mimořádně vysokém rozlišení největší mapu tohoto jevu při pozorování ze Země a hlavním autorem projektu je Petr Horálek z Fyzikálního ústavu v Opavě. Záběr pořídil s kolegy během expedice zaměřené na fotodokumentaci největších dalekohledů světa v USA, na Havaji a v Chile, organizované částečně Fyzikálním ústavem (projekt HR Award) ve spolupráci s NOIRLab a AURA.
Unikátní mozaika zvířetníkového světla zachycená z observatoří Gemini North (Havaj) a Gemini South (Chile). Foto: P. Horálek (Fyzikální ústav v Opavě), T. Slovinský, J. Kujal/NOIRLab/NSF/AURA.
Co je zvířetníkové světlo?
Původ zvířetníkového nebo zodiakálního světla lze nalézt ve vnitřní Sluneční soustavě: Jde o sluneční světlo rozptýlené mj. směrem k Zemi od částic rozložených v disku podél roviny ekliptiky (tedy do zvířetníkových souhvězdí). Infračervená pozorování ze satelitů IRAS a COBE odhalila rozptýlenou emisi od těchto malých zrn složených z prachu a ledu obklopujících Slunce. Většina pozorovaných částic má velikosti v rozmezí 1 až 100 µm. Částice jsou koncetrovány v relativně soudružném disku obklopujícím Slunce zejména ve vnitřní Sluneční soustavě. Tzv. Poynting-Robertsonův efekt „tlačí“ částice do vnitřku Sluneční soustavy prostřednictvím absorpce slunečního záření a jeho izotropní emise, čímž se snižuje jejich moment hybnosti. Ovšem dominantní silou působící na částice o velikosti µm je tlak slunečního záření, který je urychluje pryč od Slunce. Zodiakální prach je proto třeba neustále „doplňovat“. K tomuto kontinuálnímu doplňování přispívají především rozpadající se ledové komety, ale také srážky asteroidů, mezihvězdný prach a dokonce prach z planety Mars.
Video: Zvířetníkové světlo (ESO/P. Horálek)
Jak bylo zmíněno, při pohledu ze Země se tento disk částic – rozmístěný v rovině ekliptiky – jeví jako pás po obloze procházející souhvězdími zvěrokruhu, odtud název „zodiakální“ nebo česky přirozenější „zvířetníkové světlo“. Protože rozptyl slunečního světla je nejúčinnější v menších úhlových vzdálenostech od Slunce, je světlo nejlépe viditelné po soumraku nad západem anebo před rozbřeskem nad východem. Pás světla podél ekliptiky se dále od Slunce ztenčuje, zužuje a jeví se slabší (přechází v tzv. zodiakální most, který je vidět jen na opravdu tmavé obloze). V bodě na obloze naproti Slunci (antisolární bod) se díky koherentnímu (efektivnímu) zpětnému rozptylu od prachových částic Sluneční soustavě dále za oběžnou dráhu Země nachází výraznější zjasnění v podobě oválné skvrny známé jako „Protisvit“, mezinárodně „Gegenschein“. Jméno mu dal německý vědec Alexander von Humboldt.
Pozorování zodiakálního světla v posledních desetiletích se většinou zaměřila na konkrétní struktury v tomto oblaku. Zajímavé pásy byly objeveny již zmíněnou misí infračerveného teleskopu IRAS v roce 1984. Vznikají srážkami asteroidů v hlavním pásu mezi Marsem a Jupiterem během posledních několika milionů let. Náznaky těchto prachových pásů jsou patrné i na fotografiích pořízených digitálními zrcadlovkami a matematicky zpracovaných z pozemských pozorování, přičemž poprvé je ve vysoké kvalitě touto cestou odhalili prof. Miloslav Druckmüller a prof. Shadiou Habbalovou na Havaji v roce 2011. Dřívější studie ukázaly, že více než 85 procent kometárního materiálu v zodiakálním oblaku pochází z prachu komet z Jupiterovy rodiny. Ty nedávné, založené na datech ze sondy Juno, ukazují, že původ prachu v oblaku by ve skutečnosti mohl pocházet dokonce z planety Mars. Jak se však prach z bouří v atmosféře Marsu dostane do roviny ekliptiky, je nyní ještě stále předmětem dalšího výzkumu. Nutno poznamenat, že velmi zevrubně se struktuře zvířetníkového světla věnoval ve svém doktorském studiu astrofyzik Brian May, známý spíše jako kytarista skupiny Queen. Své poznatky shrnul v roce 2007 ve své dizertační práci.
Souhvězdí zvířetníku v unikátní mozaice zvířetníkového světla zachycená z observatoří Gemini North (Havaj) a Gemini South (Chile). Foto: P. Horálek (Fyzikální ústav v Opavě), T. Slovinský, J. Kujal/NOIRLab/NSF/AURA.
Unikátní podmínky pro unikátní panorama
Snímek publikovaný 22. června 2022 není ve svém podání první, ale z hlediska způsobu fotografování i z hlediska finálního rozlišení zcela unikátní. Celé panorama zvířetníkového světla od soumraku do úsvitu bylo pořízeno zrcadlovkou Canon Ra a 24mm objektivem na stativu z malé přenosné montáže, a to z platforem Gemini South v Chile (vlevo) a Gemini North na Havaji (vpravo), dvou dalekohledů zahrnutých v projektu International Gemini Observatory (v program NOIRLab NSF). Vzhledem k tomu, že obě platformy poskytují jedinečné pozorovací podmínky ve vysokých nadmořských výškách (Gemini South ve výšce 2722 m, Gemini North ve výšce 4214 m), bylo možné vidět a zachytit i slabé struktury zodiakálního světla. Unikum tkví krom rozlišení snímku v maximálním možném záběru jevu (jde o nejúplnější panorama zvířetníkového světla ze Země), neboť byl pořízen z obou polokoulí, aby se zabránilo sklonu ekliptiky vůči obzoru. Zatímco večerní polovina (napravo) byla zachycena na Mauna Kea, odkud se zvířetníkévé světlo zvedalo díky sklonu ekliptiky kolmo k obzoru po západu Slunce, ranní polovina byla zaznamenaná z chilské observatoře Cerro Pachón, odkud se světlo jevilo kolmo k obzoru v ranních hodinách.
Náročné focení
Snímek byl pořízen z obou polokoulí na začátku dubna 2022, což vyžadovalo dokonalé načasování měsíční fáze, ale také rychlé cestování tisícovky kilometrů. Focení bylo velmi obtížné, zejména kvůli velmi silnému větru na Mauna Kea. V Chile bylo snímání komplikované velmi silnému záření atmosféry (tzv. airglow) a pro kompletní výsledný záběr bylo třeba velmi vytvořit a použít specifické kalibrační snímky k odečtení všech nežádoucích atmosférických vlivů (vyjma barev airglow také a sopečného úsvitu díky prachu ze sopky Tonga na jižní polokouli). Zatímco severní (pravá) část byla pořízena většinou 2. dubna večer, jižní (vlevo) 6. dubna ráno. Mezi těmito polovinami je 3,5 dne je rozdíl, což je vzhledem k pohybu protisvitu na obloze zanedbatelné a bylo tedy možné oba pohledy sloučit do jednoho. Fotografování bylo také nutné načasovat kvůli měsíční fázi a doufat, že vyjde počasí. V době focení na Mauna Kea byl Měsíc právě ve fázi novu, zatímco na Cerro Pachón rušil jen zvečera (focení probíhalo až po půlnoci). Pro co nejpestřejší vyobrazení emisí z objektů v Mléčné dráze byly také zvlášť nafoceny regiony HII (růžově zářící mlhoviny; nafotografoval Tomáš Slovinský) a OIII (modré mlhoviny, nafotografoval Josef Kujal). Dodatečné fotografování struktur v Mléčné dráze probíhalo zejména v poušti Atacama v Chile (v regionu San Pedro de Atacama).
Kde jaké části snímku vznikly a co je na nich vidět? Foto: P. Horálek (Fyzikální ústav v Opavě), T. Slovinský, J. Kujal/NOIRLab/NSF/AURA.
Na levé straně obrázku můžete uvidět i 4 planety Sluneční soustavy, konkrétně vycházející Jupiter spolu, jasnou Venuši (nejjasnější objekt), Mars a Saturn. V pravé části na obzoru se tyčí kupole Keckových dalekohledů a dalších přístrojů na Mauna Kea. Neboť byl snímek pořízen na 24mm objektiv (při ISO 4000, 21 segmentů panoramatu složených do sebe, každý segment je složená celková 35minutová expozice), lze v plném rozlišení snímku najít i slabé objekty v Mléčné dráze (zejména v okolí jejího centra) a vzdáleném vesmíru (kupa galaxií v Panně nad středem snímku). Samozřejmě i přes unikum obrázku není výsledek zcela dokonalý, zejména kvůli velmi obtížně odstranitelným povětrnostním i atmosférickým vlivům, které fotografování provázely.
Expedice byla spolufinancovaná z projektu pro Rozvoj VaV na SU, reg. číslo CZ.02.2.69/0.0/0.0/18_054/0014696.
Související odkazy:
[1] Snímek týdne NOIRLab – When Hemispheres Connect
[2] Fotografická expedice za nejvetšími dalekohledy světa
Kontakty a další informace:
Mgr. Petr Horálek
PR výstupů evropských projektů FÚ SU v Opavě,
člen fotografické expedice NOIRLab
Email: petr.horalek@slu.cz
Telefon: +420 732 826 853
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
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