Nenechte se zmást, nemáme na mysli skutečný stroj času tak, jak jej známe z mnoha vědecko-fantastických filmů. Evropská kosmická agentura, respektive její představitelé a pracovníci takto ale skutečně nazývají mikrovlnný teleskop Planck, jemuž se v dnešním díle našeho seriálu budeme věnovat. Důvod, proč je tento teleskop nazýván strojem času, je prostý. Planck se zabýval monitorováním prastarého kosmického mikrovlnného pozadí, které je v astronomii spíše známo pod názvem reliktní záření. Je to první forma elektromagnetického záření, které ve vesmíru vzniklo a tak není pochyb o tom, že pohled na něj je skutečnou cestou do hlubin minulosti.

Reliktní záření je mikrovlnná část elektromagnetického záření, které k nám z vesmíru přichází ze všech směrů a je pozůstatkem z období relativně krátce po Velkém třesku. Jedná se doslova o fosílii záření. Žádný teleskop už nedohlédne dále než na tuto mez. O jeho objevení se v roce 1964 zasloužili fyzikové Arno Allan Penzias a Robert Woodrow Wilson a v roce 1978 byli za tento objev oceněni Nobelovou cenou za fyziku. Reliktní záření se stalo hlavní podporou teorie Velkého třesku a i v dnešní astronomii je hlavním zdrojem poznatků o procesech a podmínkách, které panovali krátce po vzniku vesmíru. Toto pravěké světlo může být charakterizováno teplotou, která ve vesmíru v době jeho vzniku panovala. Tato teplota činila přibližně 3000 Kelvinů. S tím jak se vesmír rozpínal, se také snižovala i jeho teplota, která je nyní pouhých 2,7 K. S rozpínáním prostoru souvisí i změna vlnové délky prvního světla, která se značně natáhla a z viditelné části spektra se přes infračervenou posunula až do mikrovlnné. Ačkoli se nám reliktní záření jeví všude stejné, ve skutečnosti jsou v něm velmi nepatrné odlišnosti v teplotě. Teorie nám říká, že tyto drobné rozdíly jsou otisky původních zárodků dnešních obrovských koncentrací hmoty, jako jsou galaxie a galaktické kupy. K tomu, abychom takovéto mikrovlnné záření zachytili a mohli jej studovat, nám ale nestačí naše optické dalekohledy na astronomických observatořích, ale je potřeba použít teleskopy schopné mikrovlny zachytit. To je navíc v plné míře možné jen mimo ochrannou zemskou atmosféru, která mikrovlnné záření filtruje.

Koncem roku 1989 NASA vypustila družici COBE, která se jako první reliktním zářením zabývala. Ta potvrdila výsledky výzkumů univerzit a vědeckých pracovišť a poprvé nám poskytla bližší informace o CMB (Cosmic Microwave Background), tedy o reliktním záření. V roce 2001 pak odstartovala další americká družice nazvaná WMAP, která se stala mnohem pokročilejším nástupcem COBE. Tou dobou už ale ESA spřádala plány dosáhnout ještě vyšší příčky a vyslat do vesmíru doposud nejpokročilejší sondu určenou ke zkoumání CMB. Ta měla poskytnout 3x vyšší rozlišení než WMAP, 10x větší citlivost a sledování mělo probíhat hned v devíti pásmech na rozdíl od pěti u WMAP. Všech těchto met se nakonec podařilo dosáhnout a citlivost dosáhla těžko uvěřitelné hodnoty jedné miliontiny stupně!

V listopadu 1992 ESA uveřejnila záměr uskutečnit další vědeckou misi střední třídy M3, která měla odstartovat v roce 2003. Do nejužšího výběru šesti kandidátů se dostaly i projekty COBRAS (Cosmic Background Radiation Anisotrop Satellite) a SAMBA (Satellite for Measurement of Background Anisotropies). Tyto původně dva samostatné návrhy byly později sloučeny v jeden a komise je v létě roku 1996 vybrala jako vítěze. Pojmenování projektu po německém fyzikovi Maxi Planckovi proběhlo až později. Ta stejná komise, která vybrala misi COBRAS/SAMBA ale pět měsíců předtím nařídila snížení nákladů u nových misí a tak se muselo redukovat. V úvahu připadaly tři možnosti: samostatná družice, sloučení mise s infračerveným teleskopem Herschel a konečně samostatná družice, která by ale startovala v tandemu s Herschelem. Poslední možnost byla v květnu 1998 vybrána jako nejoptimálnější, ovšem datum startu se posunul z roku 2003 o čtyři roky dále, tedy na rok 2007.

Hlavním dodavatelem teleskopu se stala francouzská firma Thales Group, která se zároveň postarala o výrobu přístrojového modulu. Další nezanedbatelný podíl mají také italská firma Thales Alenia Space a švýcarská Contraves Space AG. Hlavní instrument, jímž je Gregoriho dalekohled, byl vyroben v Dánsku. Dalekohled obsahuje dvě eliptická zrcadla s parabolickým zakřivením, přičemž rozměry primárního zrcadla jsou 1,9 x 1,5 m.  V neposlední řadě pak nesmíme zapomenout na velkou pomoc, kterou při vývoji a konstrukci poskytla NASA, respektive její Jet Propulsion Laboratory. Ta už měla s vesmírnými mikrovlnnými teleskopy velké zkušenosti a v JPL bylo dokonce vyrobeno i několik přístrojů.

Družice byla stabilizována rotací v podélné ose rychlostí jedné otáčky za minutu. Ke Slunci byla natočena tepelným štítem, který ji izoloval od slunečního záření. Na něm byly umístěny stacionární solární panely dodávající více než 1,8 kW elektrické energie. Svou rotaci Planck využil k postupnému monitorování celé oblohy. Celková výška teleskopu činila 4,2. Stejný rozměr měl i jeho průměr. Startovní hmotnost pak byla 1,95 tun, z čehož 205 kg připadalo na samotný teleskop. Aby citlivé detektory teleskopu mohli zaznamenat příchozí záření, museli být chlazeny na teplotu nepřesahující 0,1 K.

Hlavními úkoly Plancka bylo určení vlastností vesmíru na velkorozměrových škálách s vysokou přesností, ověření teorie inflace, hledání anomálií v homogenitě vesmíru, studium původů struktur, které pozorujeme dnes nebo například studium naší i cizích galaxií v mikrovlnném spektru.

Svého startu z Kourou se Planck nakonec dočkal až 14. května 2009. Jak už ale bylo napsáno výše, neletěl sám. Společnost pod aerodynamickým krytem rakety Ariane 5 mu dělal infračervený teleskop Herschel. Tato tandemová sestava měřila dohromady 11 metrů a vážila 5,7 tun. Planck byl umístěn přímo na špici rakety a uzavřen do adaptéru Sylda, na kterém pak spočíval Herschel. K oddělení došlo krátce po startu. Nejdříve byl oddělen Herschel. Poté se zbytek sestavy natočil do jiného směru, aby Herschel nebyl ohrožen a v tomto směru došlo k oddělení adaptéru Sylda. Poté se horní stupeň i s Planckem natočil zpět, uvedl teleskop do požadované rotace a poslal jej vstříc libračnímu bodu. Oba teleskopy zamířily na rozdílné oběžné dráhy, ačkoliv destinací byl u obou librační bod L2 soustavy Země-Slunce vzdálený přibližně 1,5 milionů kilometrů od Země. Toto umístění má svůj účel. Jelikož Planckovy detektory pracovaly při teplotě blízké absolutní nule, bylo potřeba zajistit co nejlepší odstínění od zdrojů tepla. Kdyby byl umístěn na oběžné dráze Země, byla by měření rušena nejen Sluncem, ale také tepelným zářením Země a Měsíce. V libračním centru L2 však byl teleskop chráněn tepelným štítem, který byl neustále namířen ke Slunci a zároveň k Zemi. Kromě toho mu tato lokace poskytovala nerušený výhled na celou oblohu. V neposlední řadě je toto umístění mimo zemské radiační pásy, které by měření také mohly ovlivňovat. Svého cíle Planck dosáhl po šedesáti dnech a třech korekčních zážezích a zaujal oběžnou dráhu kolem bodu L2 s poloměrem 400 000 km. To je přibližně stejně daleko, jako je Měsíc od Země. Jelikož jsou oběžné dráhy v libračním bodě nestabilní, prováděl Planck pravidelné korekce dráhy jednou za měsíc.

Kontinuální pozorování bylo zaznamenáváno na palubě a na Zemi byla všechna data odesílána během tříhodinové relace jednou za den. Komuniakce zajišťovaly antény Cebreros ve Španělsku a New Norcia v Austrálii. O celkové řízení se pak staral tým letové kontroly operačního střediska MOC v ESOCu v Darmstadtu. O vědecký program, plánování a vyhodnocování se však starala Planckova vědecká kancelář, která je umístěna v Evropském kosmickém astronomickém centru (ESAC) ve Španělsku.

První ucelené výsledky ESA publikovala čtyři měsíce po startu ve své zprávě First Planck Light Survey. Přesnost měření byla výborná a prezentovaná data naplnila i ta nejvyšší očekávání. Byla to však „pouhá“ prezentace schopností a úspěšných kalibrací. Celou oblohu Planck zmapoval za půl roku a poté celou činnost ještě třikrát zopakoval, aby svá měření zpřesnil. Kromě mapování reliktního záření také upřesnil stáří vesmíru na 13,81 miliardy let, tedy o sto milionů let více než odhadovala předchozí měření. Zároveň stanovil rychlost rozpínání vesmíru na 67,3 (+/- 1,2) km/s/Mpc, což je o něco méně než předchozí odhady.

Plánovaná životnost byla nejdříve stanovena na 1,5 roku a v průběhu mise byla ještě několikrát prodloužena, až dosáhla 4,5 roku. K chlazení dvou hlavních detektorů teleskopu bylo použito helium, jehož zásoby však nejsou nekonečné. Už v lednu 2012 musel být jeden detektor vyřazen, jelikož se začínal přehřívat, dá-li se tak nazvat zvýšení teploty o méně než jeden stupeň nad absolutní nulou. V činnosti tak zůstal pouze druhý, jehož chlazení bylo dostatečné na teplotu „pouhých“ -269,15 °C, tedy 4 K. Zásoby hélia sice došly už během roku 2012, ale definitivní konec pro Plancka nastal až v říjnu 2013. 21. října byl proveden zážeh korekčních trysek, který vypotřeboval všechno palivo a teleskop navedl na bezpečnou heliocentrickou dráhu, na které v budoucnu neohrozí žádné sondy ani Zemi. Všechny přístroje a systémy byly vypnuty o dva dny později a mikrovlnný dalekohled Planck navždy utichl.

Planck nám přinesl dlouho očekávaná data a měření, která nemalou měrou přispěla k pochopení počátku a vývoje našeho vesmíru. Jeho přínos byl především ve zpřesňování dříve získaných hodnot a potvrzování uznávaných teorií. Některé z výsledků, které nám Planck zajistil, už jsou definitivní. To znamená, že žádná budoucí mise ani experiment je nemůže vylepšit či zpřesnit. Ačkoliv byly mnohé teorie potvrzeny a mnoho otázek zodpovězeno, vyvstaly také otázky nové, na které je potřeba hledat odpovědi. Ty už ale budou hledat mise budoucí.

Zdroje informací:
ESA Bulletin č. 155 (srpen 2013)
http://www.esa.int/
http://sci.esa.int/

Zdroje obrázků:
http://photojournal.jpl.nasa.gov/
http://aitchbar.files.wordpress.com/
http://www.esa.int/
http://www.esa.int/
http://sci.esa.int/