Základem každého astronomického (a vlastně každého vědeckého) výsledku je pozorování.
V průběhu času se podstatně měnily jak astronomické přístroje, tak i práce s nimi, získávání výsledků a jejich interpretace.
To, jak pokrok techniky ovlivňoval astronomická pozorování, můžeme dobře srovnávat. Na přelomu 19. a 20. století vyšel v češtině drobný spisek Maxe Wilhelma Meyera (1853 - 1910) "Na hvězdárně" (v češtině nakl. Jan Otto, 1914). Autor v něm mimo jiné stručně popisuje různé druhy astronomických pozorování na hvězdárně.
Nesnáze, jež nutno překonati, neleží nikterak v oblasti hloubajícího ducha, jak někteří mohli by se domnívati, jsou však z nemalé části zcela tělesné povahy. Dlouhá noční bdění při nejusilovnější pozornosti na předmět pozorovaný, ostré noční mrazy, jež musí se přetrvati ve volné prostoře pod dalekohledem téměř nehybně; i námahu svalstva rozličného druhu musí hvězdář překonati jmenovitě dnes, kde vzrůstají optické přístroje v obrovské nástroje, jež přes všechny užité jemnosti umění mechanikova nedají se ovládati ve všech případech hravě. Tak musil jsem se na příklad k svému největšímu zármutku vzdáti použití mohutného vídeňského refraktoru, jenž do nedávna byl největším dalekohledem světovým a mně od p. ředitele Weisse byl dán svého času ochotně k pokračování v mých studiích na Saturnu k volnému užívání, poněvadž síly moje nestačily k pohnutí jím a v časných hodinách ranních, v nichž se zamýšlená pozorování musila konati, nemohl mi býti k službám ani sluha, ani pomocník. Vždy, když jsem sám nařídil obrovský přístroj asi po půlhodinové nejusilovnější činnosti na část nebe, již chtěl jsem pozorovati, byl jsem tak vysílen, že jsem byl právě neschopný, abych pozoroval klidně a bedlivě detaily, které bych byl rád blíže poznal. Čekal-li jsem však, až jsem se opětně zotavil, tak zatím předmět pošinul se o značný kus dále následkem denního pohybu koule nebeské, a začal jsem znova, abych nařídil obrovské nebeské dělo, opět jsem se unavil a tak dále, až vystupovalo ranní svítání a já musil s nepořízenou na lože. Při takových příležitostech snáší hvězdář pravá muka Tantalova. Věří, že krásná nádoba, z níž mohl by ukojiti svou žízeň po vědě v mocném proudu světelném, stojí tu před ním; nebe svítí naň jasně a nádherně dolů. Tu v pravém okamžiku opustí ho vlastní síla, aby z plné nádoby uhasil palčivou žízeň! Zcela podobná zklamání jsou připravena pozorujícím hvězdářům tisíceronásobně nepřízní měnivého počasí, které často v rozhodném okamžiku zatáhne roušku mraků přes velkou knihu studií nebeských, jejíž stránky neúnavný čas dále a dále obrací, aniž jest možno později hledati v textu jednou minulém. Jak řídce se naskytujících pozorování, na něž činí se přípravy celé měsíce předem, nebo podnikají se cesty za tou příčinou v oblast nejlepší zřetelnosti úkazu, těkavými, nicotnými mraky bylo zmařeno.
...
Všechny ony obdivované resultáty o vzdálenostech a velikostech těles nebeských, o uspořádání nekonečného prostoru světového a všeovládajících zákonech, jimiž všechno všude mění se dle jednotného základního principu, poznává astronom teprve po dlouhotrvajícím mathematickém a počtářském zpracování oněch rozmanitých pozorování, o nichž pokusil jsem se načrtnouti v předcházejících kapitolách zběžný obraz. Ovoce své práce klidí astronom vždy teprve v kanceláři; zde teprve odkrývá důležité vztahy nebo příčiny, které před tím pozoroval často celé měsíce, ano i roky, aniž by mu tehdy mohla býti jasna obzvláštní jejich důležitost. Proto může konati astronom velmi důležité objevy na psacím stole, a skutečně, jak známo, Leverrier a Adams objevili na svých psacích stolech velkou planetu Neptuna, která je od nás vzdálena 600 mill. mil, aniž za tím účelem zařídili někdy dalekohled k nebi.
Přeskočme několik desetiletí a podívejme se, jak se pozorovalo s naším ondřejovským dalekohledem v sedmdesátých a osmdesátých letech 20. století.
Velmi pěkné povídání o tom má Jiří Grygar v knize "V hlubinách vesmíru":
"Podívejme se na chvilku, jak vypadá pracovní den astronoma u našeho největšího dalekohledu, dvoumetrového reflektoru observatoře v Ondřejově. Hliníkovou kopuli o výšce 16m uvidíte už z dálky: lze ji dokonce zahlédnout i z dálniční přípojky poblíž Benešova u Prahy a také z letadla při letu z Prahy směrem na Moravu. Astronom, který má službu, začíná svůj pracovní den v pozdním odpoledni v provozní budově přilehlé ke kopuli. Zkontroluje si pozorovací program: seznam hvězd se souřadnicemi a jasnostmi objektů. Pro slabší hvězdy si musí navíc připravit fotografické mapky okolí, aby v dalekohledu hvězdu bezpečně našel. Odpoledne též přichází do služby pomocník - noční asistent, jenž nejprve otvírá štěrbinu kopule, aby se co nejrychleji vyrovnaly teploty uvnitř kopule s teplotou venkovní. To je zvlášť důležité v zimě za mrazu, kde je potřebí snížit teplotu tubusu i zrcadla tak, aby nedocházelo k deformaci ploch a k tetelení ohřátého vzduchu ve štěrbině kopule. Tím by se totiž znehodnotil obraz hvězdy v ohnisku dalekohledu a expozice by se podstatně prodloužily, anebo by se vůbec nemohlo pozorovat.
Hned po západu Slunce se rozbíhá elektronika dalekohledu a olejová čerpadla, která nadnášejí ve vysokotlakém ložisku na tenké vrstvičce celý obří přístroj o váze přes 80 tun. Je totiž potřebí, aby se provozní hodnoty před vlastním pozorováním ustálily. Asistent též vyjme z chladničky fotografické desky, aby se rovněž přizpůsobily provozní teplotě. Zatímco asistent nabíjí první desku do speciální kazety, astronom už nastavuje dalekohled na některou hvězdu ze svého seznamu. Ještě několik minut čekání, než se obloha dostatečně setmí, a už začíná první expozice. Zabzučí elektromagnetická závěrka, astronom postupně poznamenává do deníku pro každou expozici kolem třiceti technických údajů, asistent mezitím exponuje srovnávací spektrum železa a fotometrický klín a seřizuje automat, který hlídá polohu hvězdy na štěrbině spektrografu. Za chvíli je potřebí zkontrolovat polohu štěrbiny kopule, neboť dalekohled sleduje pohyb hvězdy po obloze, popřípadě přeostřit celý dalekohled, hlídat oblačnost a kvalitu obrazu a tomu přizpůsobovat délku expozice. V této poměrně jednotvárné práci ubíhají minuty (často i hodiny) první expozice. Když konečně závěrka znovu zabzučí, odchází asistent desku vyvolat a ustálit, astronom nastaví z hydraulické plošinky v kopuli další objekt do středu zorného pole, pozmění podle potřeby parametry spektrografu a asistent nabíjí další desku. Důležitá je dobrá souhra obou pracovníků tak, aby prostoje byly co nejkratší.
Pozorovací čas je drahý, nejenom proto, že provoz obřího dalekohledu stojí hodně peněz, ale též proto, že jasných nocí a příhodných poloh dané hvězdy pro pozorování není nikdy nadbytek. Proto není v kopuli při pozorování možné mít návštěvníky: překáželi by tam, neboť organizace práce zejména při výměně desek připomíná známé scény ze závodních dep, když se během desítek vteřin vyměňují automobilistům pneumatiky či vadné součástky na vozidlech. Navíc oproti automobilovým závodům probíhají všechny operace v kopuli buď v šeru, anebo i v naprosté tmě. Zatímco běží další expozice, prohlíží astronom čerstvě ustálenou desku mikroskopem. Objeví-li se jakýkoliv nedostatek či naopak neznámý jev, lze tedy ještě téže noci tomu přizpůsobit další pozorovací program.
Zeptáte-li se astronoma, kdy se mu nejlépe pracuje, odpoví, že má nejradši noci se stálým počasím, tedy buď úplně jasno, anebo úplně zataženo, a je celkem lhostejné, zda slouží v létě řekněme 5 hodin, nebo v zimě 15 hodin. Nejhorší je proměnlivé počasí, a to je bohužel u nás ve střední Evropě asi dvakrát častější než noci zcela jasné. Pak se musí astronom stále rozhodovat, zda má dát přednost expozici jedné slabé hvězdy, kterou mu eventuálně mraky pokazí, anebo raději fotografovat jasné hvězdy krátkými expozičními časy. Proměnlivá kvalita obrazu ovlivňuje výrazně délku expozice, a astronom tomu musí pružně přizpůsobovat svůj pozorovací program. Po takových nocích je člověk pořádně utahaný, neboť ani v těchto podmínkách se nesmí dopustit žádné chyby. Každý omyl znamená v lepším případě, že desku exponovanou třeba dvě hodiny můžete zahodit, a v horším případě, že se poškodí nějaká součást dalekohledu, nebo též pozorovatel. U nás se naštěstí zatím nic nestalo, ale ze zahraničních hvězdáren jsou známy případy, kdy astronom ve tmě uklouzl a zřítil se z pozorovací lávky a jindy se zachránil tím, že se duchapřítomně chytil trubky tubusu a hezky dlouho visel 15 m nad podlahou, než ho přišel zachránit noční asistent. Není divu, že po sérii takto probdělých nocí pozorovatelé trochu hubnou. Naštěstí pro jejich kondici však zpracování spekter probíhá ve dne a je časově mnohem náročnější než noční pozorování.
Desky je třeba evidovat a - dříve než se uloží do archívu - také proměřit.
K tomu slouží přesné pomocné přístroje, které dokáží změřit jednak polohu
spektrálních čar na desce asi na tisícinu milimetru a jednak zčernání emulze
na zlomek procenta přesně. Výsledky měření se pak v podobě děrných pásek
přenesou do počítače a teprve odtud obdrží astronom výsledky ve tvaru, který
je vhodný pro vědecký rozbor. A tak každá hodina nočního pozorování značí
desítky hodin zpracování a přemýšlení nad výsledky. Konečně úplně na závěr
se objeví tištěná zpráva v některém mezinárodním astronomickém časopise anebo
astronom svou práci přednese na nějaké odborné konferenci. Výsledek všech
rozsáhlých měření a výpočtů je tak shrnut třeba jen do několika málo údajů
o rozměrech, teplotě a rychlosti zkoumané hvězdy. Z této piplavé práce,
trvající častěji léta než měsíce, však vznikají astronomické objevy, o nichž
se pak třeba mluví i v televizi nebo píše v učebnicích. Ostatně pro astronomy
není rok skoro žádná míra."
("V hlubinách vesmíru" Albatros, Praha, 1974, str. 24-27):
Pro názornost předkládáme ukázku z pozorovacího deníku. Všechny údaje (jak dr. Grygar uvádí i ve svém textu) o stavu dalekohledu, spektrografu, pozorovaného objektu se musely ručně zaznamenat. Možnost chyby, zejména na konci dlouhé zimní služby, nebyla úplně nulová.
Tolik tedy Jiří Grygar ve své popularizační knížce. Opět přeskočme několik desetiletí a podívejme se, jak se s tímtéž dalekohledem pracuje dnes. Právem očekáváme, že se metody a postupy změnily doslova od základů. Ostatně, bylo by nanejvýš podivné, kdyby tomu tak nebylo.
Pokrok techniky, zejména elektroniky, přinesl revoluci i do astronomického výzkumu - jednalo se o vzájemně prospěšné obousměrné ovlivňování. Dnešní astronom už nemusí trávit hodiny přípravou mapek okolí proměnných hvězd, hlídáním oblačnosti nebo proměřováním skleněných fotografických desek.
Projděme postupně celý proces nočního pozorování tak, jak ho Jiří Grygar popsal ve své knížce. Z toho mála, co zůstalo stejné, je večerní temperování kopule. Fyzikální zákony se nezměnily a nelze je obejít. Stejně dnes jako kdysi, pozorovatel přichází večer a s předstihem otevírá kopuli, aby se vyrovnaly teploty.
Před začátkem pozorování také startuje olejový systém dalekohledu. Avšak ten je v současné době hlídán počítačem, takže při poklesu tlaku v kterékoliv části systému se dalekohled automaticky vypíná.
Tím jsou podobnosti prakticky vyčerpány. Komfort i bezpečnost při pozorování jsou dnes nesrovnatelné s dobou, kterou popisuje Jiří Grygar, o ještě starších dobách (jak je popisuje Wilhelm Meyer) ani nemluvě.
Při pozorování jsou úkoly rozděleny tak, že noční asistent ovládá dalekohled, zatímco službu konající astronom ovládá spektrograf. Toto rozdělení však není striktní, neboť astronom může, je-li to potřeba, ovládat i dalekohled. To je vhodné zejména v případě vzdáleného pozorování, kdy astronom vůbec nemusí být na místě, ale může pořizovat spektra odkudkoliv. Stačí, aby mu noční asistent povolil pro danou noc pozorování z jeho počítače. Je možné pracovat vzdáleně pouze z jediné IP adresy.
Pokud je astronom v Ondřejově, on i noční asistent ovládají řídící počítače z operační místnosti umístěné v přízemí - v prostoru, kde je dalekohled, musí být samozřejmě tma.
Práce astronoma začíná po setmění. Má již připravený seznam objektů, které chce pozorovat. Odpadá mu však zdlouhavá povinnost připravovat mapky okolí slabých hvězd. Všechny objekty jsou zaneseny v databázi. Stačí zvolit hvězdu podle jejího označení, například alp UMa.
Musím předeslat, že všechny aplikace, které budu nyní popisovat, byly vytvořeny přímo pro pozorování ondřejovským dalekohledem, a byly vytvořeny přímo na místě, našimi pracovníky.
Aplikace ihned zobrazí všechny užitečné údaje o hvězdě: její polohu na obloze, výšku nad obzorem i její postup po obloze v příštích 24 hodinách. Astronom tak může, například, zvolit pořadí, v jakém chce hvězdy pozorovat. Nestane se mu, že mu nějaká hvězda zapadne, zatímco bude pozorovat jiné objekty, které jsou ještě vysoko na obloze.
Pro lepší představu si ukažme (a popišme), co vidí astronom na své
aplikaci. Dejme tomu, že je 11. července 2017, je právě 17:19
středoevropského letního času (tedy 15:19 světového času UT) a my chceme
vědět, kde je nejjasnější hvězda souhvězdí Velké Medvědice (Ursa Maior).
Dáme tedy do databáze dotaz na alpUMa:
Vlevo vidíme jméno a polohu hvězdy na obloze (rektascence RA a deklinace DEC), její vlastní roční pohyb (vidíme například, že za rok se posune v deklinaci o 34.7 tisícin úhlové vteřiny směrem ke světovému rovníku). Dále směrem dolů je zobrazena její jasnost (magnituda 1.79) a spektrální typ. Ten je G9III+A7.5 (mimo jiné to znamená, že se jedná o dvojhvězdu spektrálních typů G a A). Následuje důležitý údaj o pozici hvězdy vůči obzoru (azimutální souřadnice), zejména je důležitý údaj, že hvězda je 77.2 úhlových stupňů nad obzorem.
Zcela vlevo dole je obraz okolí hvězdy, jak je vidí hledací kamera upevněná na 2m dalekohledu (astronom už nemusí zírat do hledáčků, aby hvězdu našel). Je to opět simulace, takže si tento obrázek můžeme prostudovat třeba v poledne. Zorné pole měří v průměru asi 16 úhlových minut, zobrazuje tedy plochu asi poloviny průměru Měsíce. Tento obraz je zdánlivě jednotvárný a nepodstatný, v zorném poli je jedna jasná hvězda. V tomto případě skutečně nehraje velkou roli. Něco jiného je, pokud chce astronom pozorovat nějaký objekt kdesi v Mléčné dráze nebo v nějaké hvězdokupě. Pak je takový obrázek důležitý. Příkladem je pohled do hvězdokupy NGC6910, kde hledáčková kamera zobrazí toto:
Vraťme se k popisu aplikace. V pravém horním rohu je mimořádně důležitý graf ukazující pozici hvězdy nad obzorem v příštích 24 hodinách.
Graf (šedé pole) zobrazuje noc a tedy čas dostupný pro astronomická pozorování. Tento čas, kdy je možné pracovat, je definován tak, že Slunce je hlouběji než 6o pod obzorem. Všimněme si také, že tento čas pro pozorování je uveden i číselně (19:50 - 02:22 UT). Pro nás je důležité vidět, že námi zvolená hvězda alpha UMa je bez problémů pozorovatelná po celou noc, byť je nad ránem jen nízko nad severním obzorem. Dvě linky, zelená a červená, označují dvě kritické výšky pro pozorování: 25 a 15 stupňů nad horizontem. Pod kritickou výškou 15 stupňů by astronom neměl pozorovat, není-li to nezbytně nutné. Mimo to se dalekohled automaticky zastavuje na výšce 6o25' stupňů nad obzorem.
Posledním důležitým obrázkem (zcela vpravo dole) je mapka oblohy se zvýrazněnou pozicí pozorované hvězdy. Na mapce rozlišíme (uprostřed obrázku) typický tvar Velkého Vozu s naší hvězdou Dubhe (alfa UMa). Téměř přesně na severu (na obrázku tedy nahoře) se blíží k dolní kulminaci souhvězdí Cassipeie typického tvaru W (zde spíše M, neboť je v dolní kulminaci obráceně), na východě (v pozici cca 19:30) vychází Vega v Lyře atd.
Co se týká pozorovatele, jeho úkol je také nesrovnatelně pohodlnější než dříve. Nemusí už hlídat oblačnost, déšť, má neustále plný přehled o všech prvcích dalekohledu.
Oblačnost hlídá pozorovatel na celooblohové kameře, kterou sdílíme společně s Oddělením meziplanetární hmoty. Kamera je umístěna asi 70m od kopule 2m dalekohledu, na 8m kopuli 65cm reflektoru:
 |
 |
 |
 |
Dominantní je 8m kopule dalekohledu oddělení MPH, zatímco kopule 2m dalekohledu je nenápadně skryta za stromy v levé části snímku.
Pozorovatel má také k dispozici údaje o atmosférických podmínkách. Naše meteostanice (tentokrát naše vlastní) poskytuje údaje o teplotách, tlaku vzduchu, vlhkosti atd. nejenom venku, ale i kopule 2m dalekohledu a dokonce i přímo v tubusu dalekohledu. Například 11. července 2017 v 17:36 UT (19:36 SELČ) byla teplota venku 16.7 stupňů, v kopuli 22.2 stupňů, na tubusu dalekohledu 22.8 stupňů. Venkovní vlhkost byla 85% (bylo po dešti), v kopuli 58% a na tubusu 57%. Atmosférický tlak byl 1008.4hPa.
Rovněž pointování hvězdy je mnohem snazší. Jakmile nastaví pozorovatel hvězdu na štěrbinu spektrografu, pointovací program automaticky drží hvězdu v přesně požadované pozici bez zásahu člověka po celou dobu expozice:
Poznamenáváme, že hvězda je na obrázku rozmyta neklidem atmosféry. Žádný současný dalekohled není schopen zobrazit hvězdy jako kotoučky, na to jsou hvězdy příliš daleko. Efektu, kdy je obraz hvězdy rozmýván atmosférou, se říká seeing a udává se v úhlových vteřinách jako průměr kotoučku hvězdy.
Poslední údaj, který bychom chtěli srovnat se staršími údaji Dr. Grygara, je povinnost zapisovat technické údaje o každém pořízeném snímku do technického deníku. Dnes tato nutnost odpadá. Spektra se exponují na CCD čipech a ukládají se rovnou do paměti počítače. V hlavičce každého souboru jsou všechny údaje o dalekohledu, jeho pozici, zaostření atd. Nechybí údaje o poloze hvězdárny na Zemi. Rovněž se tam ukládají i výše uvedené údaje z meteostanice. Nechybí ani kompletní údaje o konfiguraci spektrografu, délce expozice, o CCD čipu, pozorovatelích atd. Celkem má hlavička každého souboru více než 100 řádků.
Ukázka několika (zdaleka ne všech) údajů z hlavičky pořízeného spektra. Jedná se o spektrum hvězdy alpUMa (Dubhe). Spektrum bylo pořízeno 31. března 2017.
Je důležité poznamenat, že všechny údaje se zaznamenávají automaticky: odečítají se přímo z řídícího systému dalekohledu, databáze objektů, meteostanice apod., takže jsou objektivní, nezávislé na astronomovi.
Výsledkem všeho snažení pak může být třeba takovéto spektrum (je to výše zmíněna alpha UMa):
V současné době máme v databázi téměř 950 hvězd. Jejich rozložení po obloze je následující:
Hvězdy jsou na tomto grafu rozlišeny podle spektrálního typu (barva kotoučků) a jasnosti (rozměr kotoučků). Horké hvězdy (zobrazené tedy modře) se soustřeďují poblíž roviny Mléčné dráhy. Tak je tak na obrázku zřetelně vyznačena.