Kopule laserového dálkoměru

Vzdálenosti umělých družic Země se tu měří pomocí pulsního laserového dálkoměru, což je v podstatě radar, který jen místo rádiových vln vysílá zelené světlo. Prostě vyšleme ke družici kratičký impuls světla z laseru a stopujeme dobu, za jakou se nám vrátí zpět pár odražených fotonů. Na stejném principu funguje i známé laserové měření vzdálenosti Měsíce, na to ovšem potřebujete hodně silný laser a velký dalekohled. Zdejší přijímací dalekohled je půlmetrový Cassegrain, hlavní zbraní stanice je ovšem high-tech laser, který za sekundu dovede vyslat 2000 ultrakrátkých pulsů, dlouhých pouze osm pikosekund. Pro představu, za osm pikosekund uletí světlo něco přes dva milimetry(!). Z vysílacího dalekohledu tedy vylétávají vlastně "destičky" světla široké 10 cm (průměr dalekohledu) a tlusté jen 2,4 mm. Laser má průměrný výkon asi 1 Watt, takže když do paprsku strčíte ruku, nic se vám nestane. Ale dost už čísel. Za zmínku by sice stál i rychlý detektor odražených fotonů, který byl vyvinut u nás na ČVUT, unikátní časovací elektronika nebo přesná montáž dalekohledu, ale na to zde není místo.

Laser -- srdce observatoře

Takovýmto laserovým radarem nelze měřit vzdálenosti všech družic, ale jen těch, které jsou vybaveny odražeči laserového paprsku. Ty odrazí veškeré světlo zpět do směru, odkud přišlo (jako odrazky na kole). Z těch známějších se tady měří např. Lageos, Envisat, Gravity Probe B, Topex/Poseidon, Grace, některé družice navigačních systémů GPS a GLONASS aj. Tyto družice se pohybují ve výškách od čtyř set kilometrů do dvaceti tisíc kilometrů nad Zemí, a jejich okamžitou vzdálenost jsou zde schopni měřit s milimetrovou přesností(!!). Měření probíhá nejen v noci, ale i ve dne -- jas denní oblohy je blokován úzkopásmovým filtrem, který propustí jen zelené světlo laseru. Z naměřených dat z více stanic se zpětně počítají přesné dráhy sledovaných satelitů, což slouží např. pro mapování gravitačního pole Země, měření pohybu kontinentů, kalibraci jiných metod určování polohy (GPS, GLONASS), pro kalibraci družicových pozorování Země (Envisat, Topex) aj.

Vysílací a přijímací dalekohled

Celá stanice je hodně zautomatizovaná, nicméně stále vyžaduje přítomnost pozorovatele, který vybírá cíl měření, ručně (pomocí joysticků) dolaďuje směrování laseru a dalekohledu, upravuje další nastavení systému, hlídá, aby laser nezasáhl prolétávající letadla, apod. Pro noční pozorování jsou najímáni pozorovatelé hlavně z řad studentů. Jedním z nich jsem se na jeden měsíc stal i já v rámci své stáže loni na podzim (fotky zde). Věřte, že je to moc hezký zážitek, když vidíte, jak laserový paprsek jako obří ukazovátko běží oblohou a zviditelňuje vám tak pohyb vzdáleného satelitu. Ve vyhřáté plexisklové kukani jsem za ovládacím pultem stanice strávil mnoho zajímavých nocí.

Úsvit, trocha mlhy, laser a planeta Venuše

Nyní jsme se sem s kolegy vrátili, abychom vyzkoušeli jeden experiment. Ten spočívá v současném měření vzdálenosti družice pomocí laseru a určování polohy družice pomocí CCD snímkování, a to přes 40-cm dalekohled Meade LX200 umístěný ve vedlejší kopuli (cílem je kalibrace metod používaných při určování dráhy družice).

Průlet družice Topex, foto L. Král, M. Němec a M. Fuchs

Na přiloženém snímku vidíte na hvězdném pozadí průlet družice Topex/Poseidon (slouží pro výzkum cirkulace vody v oceánech) -- to je ta jasná čára. Zdola zleva sleduje a osvětluje družici paprsek laseru, který je vidět díky rozptylu světla v atmosféře. Paprsek je záměrně přerušován každou sekundu, aby vytvořil na dráze družice časové značky pro naše měření polohy. Během krátké doby, kdy laser nesvítí (50 ms), je družice stále slabě viditelná díky osvětlení Sluncem. Konec dráhy je dán koncem CCD expozice (4 s). Zorné pole je asi 50'.

Snad vás tohle téma alespoň trochu zaujalo, a pokud ano, rád o něm něco více popovídám např. na příštím Setkání APO, na které se už doufám konečně dostanu.