Stelární astronomie u nás


Dějiny ondřejovské observatoře i dějiny astronomie u nás nalezne čtenář v řadě populárních přehledových knih i sborníků, proto hlavní momenty shrneme jen velice stručně, heslovitě.

...

Klementinská astronomická věž byla postavena kolem roku 1722 (architekt není znám, snad F. M. Kaňka nebo K. I. Dienzenhofer), v roce 1751 nebo 1752 založil Josef Stepling v Klementinu hvězdárnu. Zprvu ji spravovali jezuité, později se z ní stala Státní hvězdárna.

Dobový obrázek Klementina s astronomickou věží (uprostřed areálu).

Klementinská věž však trpěla řadou neduhů. To, že stála uprostřed města, tehdy ještě prakticky nevadilo. Vzhledem ke své výšce však nebyla příliš stabilní a nehodila se k mimořádně přesným astrometrickým měřením (kývala se vlivem větru a změn teploty). Mimoto přístroje byly uloženy uvnitř věže a před každým pozorováním musely být vystěhovány na ochozy, které byly navíc značně úzké.

Pozorovací program klementinské hvězdárny se tak musel přizpůsobit možnostem observatoře, což je správný a vlastně jediný možný postup. Prováděla se magnetometrická měření (poloha magnetického pólu), známá meteorologická pozorování a časová služba. Ta hrála významnou i praktickou roli, proto se u ní zastavíme. Ve zdi klementinské věže byla umístěna úzká štěrbina, jíž se promítal obraz Slunce na podlahu v temné místnosti. Nad podlahou byla natažena kovová struna, a v okamžiku, kdy struna dělila obraz Slunce přesně napůl, bylo právě poledne. Tímto postupem se stanovil přesný čas pravého pražského poledne. Existuje ještě tak zvaný střední sluneční čas, který je opraven o výstřednost zemské dráhy (tj. tváří se, jako by zemská dráha byla přesně kruhová) a jde tak pravidelně. Rozdíl mezi pravým a středním slunečním časem může dosáhnout až 16 minut.

Od 20. července 1842 začala klementinská hvězdárna dávat polední znamení pražské veřejnosti. Astronom dal pokyn a asistent mávl vlajkou na ochozu věže právě 1s před okamžikem poledne - tentokrát již středního, nikoliv pravého poledne. Vlajka byla zprvu v českých barvách (bílá a červená), za ředitele L. Weineka v rakouských barvách (černá a žlutá). Do 1. ledna 1912 se oznamoval střední pražský čas, který se od středoevropského liší o 2 minuty 20 sekund. V roce 1891, roce jubilejní pražské výstavy, se k vlajce přidal i zvukový signál - výstřel z děla pro ty Pražany, kteří neměli výhled na klementinskou věž. Dělo bylo původně umístěno na XIX. baště Sv. Máří Magdaleny nad dnešním Klárovem, později se přestěhovalo na opyš pod Hradem. Zvyk oznamovat poledne výstřelem z děla přetrval až do vzniku československé republiky a skončil až někdy v roce 1924 (podle některých pramenů trval dokonce až do 15. února 1926).

Astronomická věž Klementina. Asistent dává znamení vlajkou, je pražské poledne.

...

Důležitým mezníkem ve vývoj stelární astronomie u nás je soukromá hvězdárna prof. Vojtěcha Šafaříka v Praze. Tento vědec, zpočátku profesor chemie na české technice, a teprve mnohem později profesor astronomie, si postavil soukromou hvězdárnu, nejprve na Slup, později na střeše svého domu na Vinohradech. Pro vývoj stelární astronomie u nás je důležité, že se zde věnoval pozorování proměnných hvězd - bylo to v době, kdy se tento obor astronomie teprve začínal rozvíjet. Šafaříkových více než 20 tisíc měření jasností proměnných hvězd je tak výjimečnou událostí zdaleka ne jenom v českých zemích a vlastně založil výzkum proměnných hvězd u nás.

Fotografie domu prof. Šafaříka s hvězdárnou na střeše

Bratři Fričové

Další osudy české astronomie jsou úzce spjaty s bratry Josefem Alexandrem (12. 3. 1861 - 10. 9. 1945) a Janem Ludvíkem (13. 2. 1863 - 21. 1. 1897) Fričovými. Oba se narodili v Paříži, kde jejich otec, známý novinář a revolucionář z roku 1848 Josef Václav Frič pobýval v nuceném exilu. Svět je malý: kmotrem mladšímu Janu Ludvíkovi byl básník Jan Neruda, který právě pobýval v Paříži. Když se rodina Fričova směla konečně vrátit do Prahy, kmotr Jan navštěvoval své kmotřence a legenda praví, že právě Jan Neruda vzbudil v bratrech zájem o astronomii. Možné by to bylo, právě v té době totiž sepisoval své Písně kosmické.

Bratři Fričové, Josef a Jan.

...

Dne 21. ledna 1897 zemřel Jan Ludvík Frič po čtyřdenním prudkém zápalu slepého střeva. Dnes by byl operován a téměř jistě zachráněn, tehdy však operován nebyl - a nelze se tomu divit. V té době ještě nebyla známa antibiotika a ani je nikdo nehledal. Příčiny nečekaných úmrtí (záněty, infekce) nebyly ještě známy. Připomeňme z trochu jiného soudku, jak časté byly úmrtí žen po porodu v důsledku horečky omladnic. Ani hygiena se tehdy ani zdaleka neblížila dnešním standardům. Empirická zkušenost tedy říkala, že je vhodné vyhýbat se operacím, jak jen to je možné.

Janova smrt zasáhla jeho bratra velice těžce. Nejenom proto, že oba bratři si byli velice blízcí, ale Jan byl navíc vůdčím duchem jejich továrny, zatímco Josef byl spíše manažer (dnešními slovy řečeno). Navíc měl Jan těsně před svatbou.

Na paměť svého bratra přejal Josef Frič jeho jméno a místo Josef Alexandr se pak už navždy psal Josef Jan.

Josef Frič se nevzdal ani své práce, ani své touhy. Naopak: rozhodl se, že na památku svého bratra splní jejich dětský sen a hvězdárnu založí. Svůj slib splnil.

Vlastní ondřejovská observatoř byla založena v roce 1898. Za datum založení hvězdárny se považuje 21. leden 1898 (první výročí Janovy smrti), kdy Josef Jan Frič koupil pozemky na vrcholu kopce Mandy nad Ondřejovem. Kopec přejmenoval na Žalov a na pozemcích založil hvězdárnu.

Stařičký profesor Šafařík přivítal vznik hvězdárny a napsal J. J. Fričovi nádherný věnovací vzkaz (jak hned uvidíme, nezůstalo jen u listu papíru): Skromný chrámku české astronomie, tebe nebuduje ani mocnářova přízeň, ani štědrost Maecenášova: tebe zakládá toliko ryzí touha po poznání krás nebeských. Takž teda, klidný útulku, dlouho, dlouho trvej a prospívej ke slávě Boží a ke cti českého národa! Budiž středem krystalizace oněm potomkům vojevody Čecha, kteří by zatoužili kráčeti cestami, jimiž kráčeli Huygens a Cassini, Herschel a Schroter, Bessel a Madler, Janssen a Schiaparelli, Huggins a Pickering a celý zástup oněch posvěcenců, ve kterých ctíme své vůdce a vzory. Vy mladší, šťastnější nástupcové, kteří budete kdysi meškati pod hvězdnatou oblohou v tichém vrcholku lesnaté Mandy, vzpomínejte někdy svého starého, osamělého předchůdce, který v duchu vás provází a vám žehná.
Psal jsem dne 21. června 1900, Vojtěch Šafařík

Po Šafaříkově smrti získala ondřejovská hvězdárna nejenom jeho refraktor, který, ač soukromý, patřil k největším dalekohledům u nás (objektiv z dílny Alvana Clarka je dosud v provozu a používá se ke sledování Slunce), ale i jeho rozsáhlou a cennou knihovnu. Požehnání, které V. Šafařík udělil J. J. Fričovi a jeho hvězdárně, rozhodně nebylo jen formálním gestem.

Původní vzhled Clarkova - Šafaříkova refraktoru.

J. J. Frič financoval stavbu hvězdárny z výtěžku své továrny v Praze. Vrchol kopce byl porostlý borovicovým lesem. Josef Frič nechal nejprve vrchol kopce zarovnat - jednak snížením vrcholu, jednak navážkou po obvodu. Zbytky lomu, ze kterého přiváželi materiál, se dosud zachoval na severozápadním svahu pod vrcholem kopce, směrem "k pile". Navážka je dobře patrná jako vysoká mez obkružující centrální plošinu. Na této plošině pak postupně vznikaly jednotlivé budovy: pracovna (1905), pozorovací domečky s odklopnou střechou, centrální a západní kopule (1914). Mimochodem, vnitřní dřevěné obložení obou kopulí je z borovicového dřeva a dodnes připomíná původní les na vrcholu Mandy - Žalova.

Hvězdárna byla založena jako ryze soukromý podnik, rovněž většina optických přístrojů, jimiž Josef Frič postupně hvězdárnu vybavil, vznikla právě v Praze v jeho dílnách (s výjimkou Šafaříkova refraktoru).

Na druhou stranu, provoz hvězdárny byl značně omezený, plně fungovala vlastně jen o letních prázdninách, v zimě bývala prakticky zcela mimo provoz.

V roce 1928, u příležitosti 10. výročí vzniku Československa, daroval J. J. Fřič hvězdárnu Universitě Karlově. Jednou z darovacích podmínek bylo, že se bude jednat o ryze českou instituci. Toto postavení zůstalo zachováno až do 18. listopadu 1942, kdy byla hvězdárna obsazena Němci (ředitel Walter Schaub) a stala se součástí pražské německé university. Tou zůstala až do jara roku 1945.

Poté se hvězdárna nestala znovu součástí University, ale byla začleněna do Státní hvězdárny.

V roce 1950 bylo založeno Ústředí vědeckého výzkumu a technického rozvoje. Tato instituce měla připravit vznik Akademie věd.

V tomtéž roce 1950 byla ondřejovská hvězdárna stala součástí nově založeného Ústředního ústavu astronomického, který fakticky vznikl na bázi Státní hvězdárny.

V roce 1952 byla založena Československá akademie věd a Ústřední ústav astronomický se stal její součástí. Došlo k rychlému rozvoji ondřejovské observatoře. Například v letech 1952 - 1955 byla vybudována velká budova Oddělení sluneční fyziky.

V roce 1953 se Ústřední ústav astronomický sloučil s pražskou laboratoří pro měření času a vznikl Astronomický ústav Československé akademie věd.

A konečně v roce 1956 bylo založeno Oddělení hvězdné astronomie - naše současné stelární oddělení.

...

Astronomické přístroje pro stelární astronomii před 2m

V celém tomto období však byl rozvoj stelární astronomie tvrdě omezen velkým nedostatkem pozorovacích přístrojů. Proto se astronomický výzkum omezoval více či méně na takové obory, kde se tento nedostatek neprojevoval tak fatálně: astrometrická měření (Nušlův - Fričův cirkumzenitál), proměnné hvězdy (vlastně návaznost na zmíněná již Šafaříkova měření), fotografie (Klepešta, Frič). Později též fotometrie. Samozřejmě byl pěstován též teoretický výzkum (např. nebeská mechanika).

Po skončení druhé světové války byl naším největším dalekohledem šedesáticentimetrový reflektor na Skalnatém plese, druhý šedesáticentimetrový reflektor byl v r. 1956 postaven v Brně na Kraví hoře a patřil brněnské univerzitě.

60cm reflektor na Skalnatém Plese, kdysi největší dalekohled u nás. V Cassegrainově ohnisku je vidět fotoelektrický fotometr. 60cm reflektor brněnské university. Z knihy J. Bouška, J. Klepešta, Hvězdy kolem nás, Praha, 1956

Tyto přístroje však nestačily novým a náročnějším požadavkům stelárních astronomů. Pro srovnání uveďme, že v roce 1948 byl uveden do provozu 5m dalekohled na Mount Palomaru.

Nedostatek přístrojů proto omezoval rozvoj stelární astronomie a bylo stále naléhavějším úkolem nějak jej vyřešit.

Mnozí si samozřejmě uvědomovali nedostatečnou vybavenost českých astronomů a snažili se proto situaci změnit. Vznikaly projekty na stavby moderních hvězdáren, vybavených špičkovými přístroji. Bohužel však tyto úmysly narážely na trvalý nedostatek peněz a často i na spory a nedorozumění.

Mezi nejlepší projekty (ač z doby dřívější) patřil plán architekta Josefa Záruby-Pfeffermanna (12. 3. 1869 - 24. 5. 1938) na rozšíření astronomického areálu v Ondřejově. Je pozoruhodné, že fakticky uvažoval o podstatném rozšíření tehdy soukromé hvězdárny Josefa Jana Friče (J.J.Frič věnoval svoji soukromou hvězdárnu Universitě Karlově v roce 1928, zatímco projekt J. Záruby-Pfeffermanna je z roku 1917). Jeho projekt vycházel z tehdy nejnovějších poznatků a požadavků na nejmodernější přístroje a splňoval tak i ty nejnáročnější představy. Počítal například s velkým reflektorem (J. Záruba-Pfeffermann předpokládal průměr 120cm) na tzv. německé montáži (o několik desetiletí později byl podobný přístroj skutečně postaven).

Josef Záruba-Pfeffermann a jeho návrhy na budovu observatoře v Ondřejově, i s velkým reflektorem.

Bohužel, všechny záměry zůstávaly na papíře, v nejlepším případě ve stádiu úvah a stav zůstával stále nevyhovující.

Dvacátá léta 20. století byla svědkem zajímavé, a pro československou astronomii velmi nepříznivé události. Prezident T. G. Masaryk navrhl k uctění památky Milana Rastislava Štefánika (který byl nejenom politikem a vojákem, ale též astronomem) státní podporu pro stavbu velkého astronomického dalekohledu. Je samozřejmé, že takový počin by rázem změnil situaci československé astronomie od základů.

Bohužel, někteří českoslovenští astronomové tuto lákavou nabídku odmítli s dnes již těžko pochopitelným zdůvodněním, že československá astronomie nedorostla do takové úrovně. To bylo neuvěřitelně krátkozraké, protože nový špičkový přístroj by naopak donutil československé astronomy k profesnímu růstu, jak se ostatně ukázalo po uvedení ondřejovského dalekohledu do provozu v roce 1967.

O 60cm dalekohledech v Brně a na Skalnatém plese byla už zmínka.Tyto dalekohledy však naprosto nevyhovovaly, a to nejenom z důvodu naprosto nedostatečných rozměrů. Brněnský dalekohled patřil universitě a navíc jeho pozorovací program byl limitován světelným znečištěním. Dalekohled na Skalnatém plese patřil sice Slovenské akademii věd, ale základem jeho pozorovacího programu bylo sledování malých těles sluneční soustavy - komet, asteroidů atd. (Ludmila Pajdušáková, nar. 29. 6. 1916, zemř. 6. 10. 1979, byla v letech 1958 - 1979 ředitelkou Astronomického ústavu SAV a proslula objevem několika komet).

Velký nedostatek pozorovacích přístrojů se začal řešit vlastně až v průběhu padesátých let, a to ve dvou liniích. Tou první bylo, podle rčení "lepší vrabec v hrsti než holub na střeše", postupné vybavování ondřejovské observatoře menšími přístroji. Tou druhou linií pak bylo vybudování 2m dalekohledu, který je ústředním tématem tohoto textu.

Popišme nejprve stručně tu první, "skromnou" linii. K důležitým přístrojům patřil 30cm reflektor vybavený jednoduchým fotoelektrickým fotometrem, který umožňoval měřit jasnosti objektů do 9 magnitudy s přesností 0.02mag. Tento přístroj byl umístěn v jednom z původních pozorovacích domečků s odsuvnou střechou.

V centrální "fričovské" kopuli byl umístěn refraktor 25cm, f/12 z původní univerzitní observatoře ve Švédské ulici v Praze. Velká světelnost umožnila instalaci přesnějšího fotometru, kterým byly měřeny jasnosti objektů až do 10mag.

Roku 1961 byl uveden do provozu reflektor o průměru 65cm, který se používal pro fotometrii. Tento reflektor měl sekundární hyperbolické zrcátko, které umožňovalo pracovat v Cassegrainově ohnisku s efektivní ohniskovou dálkou 11.4m. Původní fotoelektrický fotometr umožňoval měřit jasnosti až do 13mag. Primární zrcadlo vybrousil prof. Vilém Gajdušek (16. 4. 1895 - 22. 1. 1977) z materiálu autorem montáže je doc. RNDr. Pavel Mayer DrSc (7. 11. 1932 - 7. 11. 2018).

Dalekohled se k fotometrii používá dodnes. Dělí svůj pozorovací čas podle předem stanoveného klíče mezi výzkumy Oddělení meziplanetární hmoty (sledování asteroidů) a Astronomický ústav Univerzity Karlovy (zejména fotometrie proměnných hvězd). Dnes je ovšem vybaven CCD čipem umístěným v primárním ohnisku. Tato konfigurace umožňuje měřit objekty až do ?????.

Historická fotografie 65cm reflektoru. Ve druhém řádku je fotoelektrický fotometr v Cassegrainově ohnisku 65cm reflektoru ve stejné době.

Mimoto se plánovala výstavba stejného 65cm reflektoru pro hvězdnou spektroskopii. Nízkodisperzní spektrograf měl být uložen v Cassegrainově ohnisku, ale tento plán padl s postupem prací na 2m dalekohledu.

Zmíněný druhý reflektor byl dokončen, a umístěn v západní kopuli staré ondřejovské observatoře (z důvodu špatného přístupu ke kopuli nemohl přijet jeřáb, a tak byla montáž dalekohledu vložena štěrbinou s pomocí vojenské helikoptéry) a byl používán rovněž pro fotometrii. Montáž dalekohledu je opět z dílny Pavla Mayera a zrcadlo vybrousil Vilém Gajdušek. Zrcadlo však nemá tak dobré vlastnosti jako zrcadlo prvního přístroje. Není to vina V. Gajduška. Zrcadlo nebylo odlito (navzdory objednávce) z dostatečně tvrdého skla ZK7 - nemá tedy tak nízkou tepelnou roztažnost jako zrcadlo prvé, a především nebylo možné jej tak dokonale vybrousit. Vady se nacházejí poblíž středu zrcadla. Ve výsledku to však je jen nepatrně vyšší rozptyl světla, který použitelnost zrcadla neomezuje. Je však třeba počítat s vyšší tepelnou roztažností, jak o tom byla zmínka výše.

Dalekohled našel konečné uplatnění na ostrově Hvar v tehdejší Jugoslávii (dnes Chorvatsko), kde je používán zcela opět k fotometrii. Montáž proběhla v červenci 1972, Pavel Mayer justoval dalekohled na přelomu července a srpna 1972, v prvních dvou týdnech v srpnu 1972 provedl Pavel Koubský první pozorování objektů 4Her,88Her, EW Lac, BR Cyg.

65cm reflektor na observatoři na Hvaru. Srovnáním s předchozími obrázky je snadno vidět, že dalekohled je prakticky přesnou kopií 65cm reflektoru v Ondřejově.

Druhá linie rozvoje československé astronomie byla "velkorysá" a počítala se stavbou velkého dalekohledu na světové úrovni. Je téměř neuvěřitelné, že se podařilo takový plán skutečně realizovat.

V listopadu 1956 svolala Československá akademie věd konferenci astronomů, která měla za úkol sestavit plán pro následujících 10 let. Stelární astronomie počítala se čtyřmi přístroji:

  1. Astrograf o průměru 50 cm a ohniskové délce 6 m
  2. Reflektor o průměru 200 cm pro spektroskopii
  3. Širokoúhlá Schmidtova komora 120 -- 80 -- 240 cm
  4. Reflektor Cassegrain o průměru 120 cm pro fotometrii.

Při rozhodování bylo potřeba vzít v úvahu využití jednotlivých přístrojů.

Množství výzkumných projektů, k nimž je možné použít parabolický reflektor, je ve srovnání se Schmidtovou komorou mnohem vyšší, a proto nakonec došlo k realizaci projektu číslo 2.

Při samotném rozhodování mezi předloženými projekty hrálo určitou roli i to, že krátce předtím dokončily závody Carl Zeiss Jena dvoumetrový dalekohled pro observatoř v Tautenburgu (uveden do provozu v r. 1960).

V červenci 1958 vyslala ČSAV dva pracovníky Astronomického ústavu, B. Valníčka a L. Perka, do Jeny, v listopadu došlo ke zpracování investičního úkolu. Následovalo vládní usnesení z 15. dubna 1959 a schvalovací protokol z dubna 1960. Ve stejné době však tehdejší Sovětský svaz objednal u firmy Zeiss rovněž dvoumetrový dalekohled pro observatoř v ázerbajdžánské Šemaše. Vzhledem k tomu, že firma Zeiss nebyla schopna souběžně zpracovávat dvě odlišné objednávky (a také částečně z důvodu efektivity), došlo na poslední chvíli v naší objednávce k několika úpravám, aby československý dalekohled měl více prvků společných se šemašským dvoumetrem.

Původně mělo být vybudováno jenom ohnisko Cassegrainovo a coudé. Po diskusi s astronomy na kongresu Mezinárodní astronomické unie v Moskvě v roce 1958 objednavatelé rozhodli rozšířit objednávku i na primární ohnisko k případnému studiu velmi slabých zdrojů.

V roce 1959 došlo k definitivnímu určení koncepce dalekohledu. V tom roce totiž Nikita Chruščov navštívil lipský veletrh vědy a techniky a objednal dodávku 2m dalekohledu pro observatoř Šemacha v Ázerbajdžánu. Tento projekt dostal samozřejmě přednost před československou objednávkou a navíc Zeissovy závody, aby mohly vůbec mohly vyrábět dva dalekohledy de facto současně, prosadily několik technických změn v projektu československého dalekohledu, aby bylo více mechanických a optických prvků společných pro oba dalekohledy.

Již v průběhu schvalovacího řízení vybrali astronomové nejvhodnější místo pro stavbu kopule. Hlavním omezením při hledání vhodné lokality bylo to, že vedoucí činitelé rozhodli, že dalekohled bude umístěn v blízkosti "staré" ondřejovské observatoře. Původní nápad, prověřit řadu míst v Čechách (v předběžné úvaze se zmiňovala například Milešovka), tím padl, a hledání se skutečně omezilo na okolí Ondřejova.

Místo muselo splňovat řadu geologických a meteorologických podmínek: stabilní skalnaté podloží pokud možno minimálně narušené erozí, vysoký počet jasných nocí v roce, terén zarostlý vyšším porostem kvůli omezení turbulentního proudění nad povrchem půdy. Proto byl na starých polích pod kopulí vysázen sad.

Stavba kopule začala v 13. dubna 1963, zednické práce skončily 1. února 1964. Veliké potíže činilo postavit betonový základ kopule. Pracovníci firmy Zeiss vznesli požadavek, aby odchylka kruhové stavby při průměru 21 metrů činila od ideální kružnice nanejvýš 4 cm. Stavbařům se podařilo dosáhnout pozoruhodné přesnosti 8 mm, což němečtí dodavatelé vysoce ocenili.

V lednu 1966 začala montáž dalekohledu v Jeně. V říjnu došlo v Jeně k převzetí dalekohledu; ten byl následně demontován, postupně dopraven do Ondřejova a znovu sestaven. Tato montáž skončila v únoru 1967. Následovala justáž optických systémů, první pozorování z 8. března 1967 (planeta Jupiter) a 23. srpna 1967 při příležitosti XIII. kongresu Mezinárodní astronomické unie v Praze byl dalekohled slavnostně uveden do provozu.