Vesmír zkoumáme stále dokonalejšími přístroji. Vesmírný dalekohled Jamese Webba nám umožňuje nahlížet do dávné historie kosmu, zatímco nové generace astronomických observatoří slibují otevřít další okna do jeho tajemství. Za každým podobným přístrojem se však skrývá nejen fascinující vědecký cíl, ale také složitá fyzika, náročný technologický vývoj a práce lidí, jejichž jména se do titulků zpráv často nedostanou. Astronomie se mění, věda se posouvá, ale otázek stále přibývá. Jaké možnosti nám v tomto směru nabízejí současné vesmírné teleskopy? Kam se bude ubírat astronomický výzkum v následujících letech a jakou roli v něm mohou sehrát nové technologie? O tom všem, ale také o fyzice, vývoji vědeckých přístrojů a vlastních představách o budoucnosti výzkumu vesmíru jsem si povídal s Vítězslavem Škorpíkem, fyzikem působícím ve švýcarské technologické společnosti Evatec AG, a protože se známe, zvolil jsem méně formální styl a v rozhovoru si tykáme, tak snad mi bude odpuštěno.

1. Hubbleův teleskop zcela změnil náš pohled na vesmír, ale nejlepší léta už má nejspíš za sebou. Můžeš krátce popsat, kde jsme právě teď? Kolik se toho od vynesení HST změnilo a co se povedlo nebo nepovedlo?

Hubbleův dalekohled (HST) byl vyvrcholením několika desítek let snů o velkém kosmickém teleskopu. Odstartoval při misi raketoplánu Discovery STS-31 v dubnu 1990. Astronomové od něj měli velká očekávání. A i přes počáteční problémy s nesprávně vybroušeným zrcadlem, které byly opraveny při první servisní misi orbiteru Endeavour STS-61, tato očekávání ještě překonal. Poslední servisní mise raketoplánu Atlantis STS-125 proběhla v roce 2009. Od té doby je HST odkázaný sám na sebe. Přesto je však stále funkční a daří se mu poměrně dobře.
I když dnes máme v kosmu modernější teleskopy jako JWST nebo Nancy G. Roman, HST nám má jednoznačně stále co nabídnout. Jde totiž o to, že HST může s novými velkými teleskopy velmi efektivně spolupracovat. Jistě, už dříve to šlo třeba u infračerveného teleskopu Spitzer, ale přece jen nový JWST je o generaci dále, takže se možnosti spolupráce výrazně rozšířily.

Pochopitelně musíme uznat, že technologie za 35 let činnosti HST výrazně pokročily a dnes bychom mohli poslat do kosmu výrazně výkonnější teleskop. Je ale nutné na druhou stranu dodat, že HST za tu dobu prošel několika renovacemi. A navíc, více než dvoumetrových dalekohledů nemáme v kosmu tolik, takže je snaha jej využít co nejvíce. V tuto chvíli HST trápí zejména gyroskopy, snad ale teleskop ještě chvíli v provozu vydrží.

Mezi největší úspěchy projektu můžeme zařadit objev zrychleného rozpínání vesmíru uskutečněný i na datech HST díky pozorování speciálního typu supernov Ia či spolupráci na objevu původu nejenergetičtějších explozí vesmíru – gama záblesků. Zkrátka nepřišly ani exoplanety, některé pozoroval HST přímo, u jiných provedl jedny z prvních rozborů složení atmosféry. A pokud jde o naši Sluneční soustavu, pozoroval například první známou srážku planety Jupiter s cizím tělesem, kometou Shoemaker-Levy 9. A na závěr zmíním ještě revoluci v pozorování dalekého vesmíru díky novému typu pozorování tzv. hlubokých polí, což nám umožnilo identifikovat nejvzdálenější galaxie ve vesmíru.

2. Zmínil jsi Webbův teleskop, ten už několik let posílá na Zemi fascinující data. Co podle tebe je jeho přínosem pro astronomii a v čem mění náš pohled na vesmír?

Projekt teleskopu Jamese Webba má podobně dlouhou a komplikovanou historii jako HST. Proto jsme velmi rádi, že od Vánoc 2021 je teleskop v kosmickém prostoru a od roku 2022 posílá vědecká data. A ta rozhodně stojí za to, lze říci, že rovněž JWST očekávání odborné veřejnosti překonal. Je skvělé mít v kosmu infračervený dalekohled o průměru zrcadla 6,5 metru. Možnosti předchozích infračervených teleskopů JWST překonává mnohonásobně.

Velká výhoda JWST, ale současně i jeho slabina je, že je zaměřen všeobecně. Pozoruje objekty Sluneční soustavy, hvězdy Mléčné dráhy i vzdálené galaxie. Je tedy schopen pozorovat téměř všechny astronomické jevy a objekty, které v infračervené části spektra pozorovat lze, současně však musí uspokojit řadu vědců z různých oborů, takže jej nelze využít pro dlouho trvající nepřetržité pozorování jednoho objektu či typu objektů. S pozorovacím časem JWST je tak potřeba nakládat velmi obezřetně.

Webbův teleskop se velmi hodí, pokud se chceme například zaměřit na krátké pozorování jednoho konkrétního malého objektu nebo části oblohy. Pokud třeba potřebujeme změřit parametry nějaké supernovy či prozkoumat atmosféru konkrétní exoplanety, je JWST vynikající volbou. Stejně tak, když potřebujeme studovat velmi vzdálené galaxie, kvasary či jiné objekty raného vesmíru.

Jako nejzajímavější dosavadní pozorování bych vypíchl zejména některá měření planet u cizích hvězd, tzv. exoplanet. JWST už objevil zcela novou planetu, do té doby vědě neznámou, potvrdil také existenci jedné sporné planety, u níž vědci nevěděli jistě, zda existuje či nikoliv. Nejčastějším typem měření jsou zde ale bezesporu atmosféry exoplanet, jichž JWST sledoval již několik. Asi nejzajímavější je K2-18 b, o které jste už možná slyšeli v souvislosti s možnou přítomností života. Ukazuje se však, že jde spíše o chybu měření než cokoli jistého.

3. Planeta K2-18 b? To zní jako název z nějaké sci-fi. Mohl bys nám o této planetě říci více informací?

U této planety zní název skutečně dosti tajemně. Důvodem je především to, že se planety značí podle jména domovské hvězdy, takže pokud je například objevena planeta u Canopu, nejjasnější hvězdy jižní oblohy, první část názvu planety bude Canopus. Za to se pak přidává malé písmeno abecedy. Začíná se u písmene b (a je vyhrazeno pro samotnou hvězdu), které označuje planetu, která byla objevena jako první. Měla-li by tedy Canopus čtyři planety, první objevená by se jmenovala Canopus b, druhá Canopus c atd.

U K2-18 b je to stejné. Jde o planetu, kterou objevil americký kosmický teleskop Kepler v rámci své sekundární mise označované jako K2, proto se i do názvu planety dostalo K2. Jde tedy o první planetu u hvězdy K2-18 objevenou v rámci prodloužené mise teleskopu Kepler.
Celý systém je od nás vzdálen asi 124 světelných let. K2-18 b obíhá v obyvatelné zóně u své hvězdy, to je ve vzdálenosti, kde by mohla existovat voda v kapalném stavu. Ale podobnosti se Zemí dále nečekejme. Hvězda K2-18 je červený trpaslík, je tedy lehčí a chladnější než naše Slunce. Tyto hvězdy jsou ale také velmi aktivní, mají silné erupce a obecně nejsou příliš vhodné pro rozvoj života.

I když samotná planeta dostává od své hvězdy podobné množství záření jako Země, od naší planety se velmi liší. Je totiž 8,6krát hmotnější a má 2,6krát větší poloměr. K2-18 b proto zastupuje třídu planet, které jsou ve vesmíru jedny z nejběžnějších, ale ve Sluneční soustavě zcela chybí, totiž tzv. super-Země, nebo mini-Neptuny, tedy planety, jež jsou velikostí a hmotností někde mezi Zemí a Neptunem. O tom, jak přesně tyto planety fungují, moc nevíme.

Do světových médií se planeta K2-18 b dostala díky JWST, který zde nejprve detekoval oxid uhličitý, metan a vodní páru, následně byl ohlášen i objev dimethylsulfidu, chemické látky, která vzniká na Zemi především za přítomnosti života. Novinové titulky už skoro hlásily objev mimozemského života. Jenže brzy se objevily pochybnosti. Předně je tu možnost, že zmíněný dimethylsulfid může vznikat bez přítomnosti života. Ze Země víme, že vzniká třeba při dušení zeleniny, takže brzy začaly vtipy o tom, že K2-18 b je plná oceánu dušené zeleniny.

Brzy navíc začalo být zpochybňováno i to, zda je vůbec detekce dimethylsulfidu na K2-18 b reálná. Existuje již několik odborných prací, které naznačují, že by mohlo jít o chybu měření, jelikož změřené množství je na hranici schopnosti Webbova teleskopu. V tuto chvíli nelze říci nic konkrétního a je na místě značná opatrnost. Víme jen, že jsou potřeba další data. I kdyby ale přítomnost dimethylsulfidu na K2-18 b byla potvrzena, je nutné poznamenat, že to vůbec neříká, že je na této planetě přítomen život. Šance bude vyšší než jinde, ale stále vcelku malá a hlavně, potvrdit případně, že jde opravdu o stopu života, by bylo mimořádně obtížné.

4. JWST pozoruje velmi vzdálené galaxie z raného vesmíru. Přinesla jeho pozorování nějaká překvapení, která nás nutí přehodnocovat dosavadní představy o vzniku a vývoji galaxií?

Právě pozorování vzdálených galaxií je to, čím se JWST dosud zapsal do povědomí asi nejvíce. JWST především již několikrát překonal rekord v nejvzdálenější potvrzené galaxii; starý rekord GN-z11, kterou objevil HST a která je od nás 13,4 miliardy světelných let daleko, tak JWST posunul až na současného rekordmana, jímž je galaxie JADES-GS-z14-0 se vzdáleností 13,5 miliardy světelných let. Pozorování naznačují možnost i některých mírně starších galaxií, ale u těchto měření se teprve kontroluje jejich správnost.

Za zmínku stojí i malé červené tečky, zvláštní objekty vyskytující se pouze v určité fázi raného vesmíru, ani příliš brzy po Velkém třesku, ani příliš pozdě. Jde o objekty, jejichž vzhled lze popsat jako kulovitý a červené barvy. Povaha malých červených teček je zatím předmětem debat. Nejpravděpodobněji se jeví, že by mohlo jít o jádra malých galaxií s velkou černou dírou uprostřed. Alternativní vysvětlení hovoří o velkých hvězdách s černou dírou v jádře.

Astronomy zprvu poněkud překvapil počet galaxií v raném vesmíru a to, jak jsou velké a relativně dobře vyvinuté. Ukázalo se paradoxně, že při předstartovních představách se u JWST počítalo s určitou kvalitou pozorování, tu však teleskop v reálu překonal. A právě to dělalo paradoxně problém. Jakmile se původní předpoklady opravily a současně se vytvořily přesnější numerické simulace, vše najednou začalo vycházet dobře. Jde o kuriózní příklad, kdy až příliš dobré schopnosti nového teleskopu mohou být až na škodu.

Webbův teleskop by také mohl pomoci vyřešit záhadu, která se týká Hubbleovy konstanty, parametru, který zjednodušeně řečeno určuje rychlost rozpínání našeho vesmíru. Ta se udává v kilometrech za sekundu na megaparsek a říká nám, že objekt vzdálený jeden megaparsek (3,26 milionu světelných let) se od nás bude vzdalovat danou rychlostí. Problém je, že jeden typ měření vycházející z pozorování reliktního záření udává jednu hodnotu konstanty a jiný typ měření založený na specifickém typu supernov udává jinou hodnotu. A i když započteme chybu měření, tyto dvě hodnoty se vzájemně liší natolik, aby to kosmology znepokojovalo.

5. Znamená to, že nám tu něco uniká o skutečné velikosti vesmíru?  

Mezi vědci není shoda, co tento nesoulad v určení hodnoty Hubbleova parametru z různých zdrojů měření znamená. Někteří tvrdí, že jde o systematickou chybu jednoho z typů měření. Reliktní záření umíme měřit už velmi dobře, proto se spíše sází na to, že by nějaký problém mohl být u měření supernov. Zatím ale nevíme, zda tam skutečně chyba je a případně jaká.

Z toho důvodu se zkoušejí nové metody, jak hodnotu Hubbleova parametru určit. Fyzikové zkoušejí měřit tuto veličinu pomocí speciálního typu rudých obrů, jiného druhu supernov či gravitačních vln, a existují i nápady využít hojné, špatně detekovatelné a stále dosti záhadné částice, kterým říkáme neutrina a která se teď probírala i v médiích, jelikož letošní Nobelova cena za fyziku byla udělena právě za výzkum neutrin. Byť některá nová měření naznačují určitý posun, problém stále vyřešen není. A máme i měření, která naopak rozpor prohlubují.

Je proto také možné, že nám v kosmologii něco zásadního uniká, něco, co by tento rozpor v měření mohlo vysvětlit. Potíž je, že zatím nemáme moc představu, co přesně by mohlo být řešením daného problému. Uvažuje se například o nové teorii gravitace, která by se na velkých škálách svým chováním lišila od obecné relativity, tomu se ale spousta fyziků dost brání, protože víme, že obecná relativita funguje zatím velmi dobře.

Každopádně v tuto chvíli se nezdá, že by řešení souviselo s velikostí našeho vesmíru, spíše si myslíme, že jde buď o chybu měření, nebo je pro vysvětlení potřeba nějaká nová fyzika, kterou zatím nemáme. Ale zatím si nemyslíme, že by bylo třeba upravovat velikost vesmíru.

6. Vím, že jsi bedlivě sledoval start nového teleskopu NASA Nancy Grace Roman Space Telescope, který jsi také spolukomentoval spolu s Dušanem Majerem v živém vysílání. Díky tomu vím, že má proti JWST výrazně širší zorné pole a bude schopen velmi rychle mapovat obrovské části oblohy. Co nového nám ale právě tento způsob pozorování může přinést?

Teleskop Nancy Grace Roman (NGRST), mimochodem první vesmírný teleskop pojmenovaný po ženě, což považuji za mimořádně tristní a smutné, může přinést v kosmické astronomii obrovskou revoluci. Jeho velké zorné pole a vysoká kvalita pozorování mají potenciál způsobit ve výzkumu vesmíru malé zemětřesení.

Tato technika rychlého snímání oblohy nám může pomoci objevit nové planetky, komety a transneptunická tělesa, čímž se může zlepšit nejen povědomí o naší soustavě, ale může to i pomoci zlepšit naši bezpečnost, pokud půjde o blízkozemní tělesa či tělesa, která budou mířit do vnitřní části Sluneční soustavy. Astronomové také doufají v objev dalších komet, které k nám přilétají z mezihvězdného prostoru (jako je 3I/ATLAS).

Díky novému teleskopu můžeme poznat také spoustu nových exoplanet, to je ostatně jeden z hlavních cílů NGRST. Navíc může teleskop třeba zachytit přechodné jevy dříve než jakákoli jiná observatoř a díky němu se pak na daný objekt mohou zaměřit specializované přístroje. Mám na mysli zejména novy a supernovy, tedy hvězdy, jejichž jasnost z různých důvodů náhle a prudce vzroste. Zejména supernovy jsou přitom dosti důležité třeba pro měření vzdáleností ve vesmíru.

Ale může jít třeba i o kilonovy, srážky dvou neutronových hvězd, které jsou současně i původci krátkých gama záblesků a v nichž vzniká většina těžkých chemických prvků ve vesmíru. Kilonovu většinou primárně zachytíme skrze gravitační vlny a rentgenovými či gama observatořemi. Ale tzv. dosvit záblesku můžeme sledovat i skrze observatoře pracující ve viditelné či blízké infračervené části spektra.

Ale můžeme se dočkat i mnoha jiných věcí. Pokaždé, když máme k dispozici nový přístroj o tolik lepší než jeho předchůdci, mohou přijít a pravděpodobně přijdou i pozorování a objevy, které nikdo neočekával.

7. Nancy Grace Roman Space Telescope má mimo jiné pomoci při výzkumu temné hmoty, temné energie a exoplanet a tady vím, že tě toto území jako fyzika zajímá. Co lze očekávat?

Především se můžeme těšit na obrovské množství nových exoplanet. Dosud známe asi 6 300 potvrzených planet u cizích hvězd (lze se setkat i s vyššími čísly – až do 8 300, já udávám nejkonzervativnější hodnotu), ale vědci si od NGRST slibují objev více než 100 000 nových planet. Připočíst k tomu navíc musíme evropský teleskop PLATO s plánovaným startem počátkem roku 2027, který má také objevit více než 100 000 nových planet.

Tím se nám z několika tisíc zvyšuje statistika exoplanet na několik stovek tisíc, zlepšuje se tedy zhruba 100krát. To dovolí lépe pochopit, jak vypadají typické planetární systémy či jaké jsou nejběžnější typy planet v Mléčné dráze. Mohli bychom i odhalit, kolik planet se nachází v obyvatelných zónách. Celkově tak tyto výsledky mohou pomoci lépe pochopit naše místo ve vesmíru, to, odkud pocházíme a kam směřujeme.

Druhá zásadní oblast, k níž má NGRST přispět, je kosmologie. Teleskop by měl pomoci odhalit tajemství dvou dominantních, avšak velmi záhadných složek vesmíru – temné hmoty a temné energie. Ani jednu sice nemůže přímo pozorovat, ale může sledovat jejich vliv na jednotlivé objekty i velkorozměrové struktury v našem kosmu. Dočkat bychom se měli mnohem lepších map rozložení temné hmoty ve vesmíru jako celku, i v různých galaxiích a kupách galaxií.

NGRST by měl přinést i opětovné zpřesnění parametrů našeho vesmíru, jako je výše zmíněná Hubbleova konstanta, což nám více odhalí podstatu a vlastnosti zmíněné temné energie, která má právě na rozpínání vesmíru dominantní vliv. Ale nejen to, ve srovnání s výsledky jiných observatoří budeme moci lépe pochopit, jak se náš vesmír vyvíjel a proč vypadá právě tak, jak vypadá.

8. Když se podíváme ještě dál do budoucnosti, kam se podle tebe bude vývoj kosmických teleskopů ubírat? Budeme stavět stále větší zrcadla, nebo přijdou úplně jiné technologie?

Těžko odhadnout, co přesně se stane v budoucnosti, tím spíše ve vzdálenější budoucnosti, neboť do toho může promluvit množství různých faktorů, které nemusí jít ze současného vývoje úplně dobře odhadnout. Pokud si ale mohu dovolit spekulovat, řekl bych, že půjde o kombinaci obou přístupů.

Jistě, v dnešní době se začínají prosazovat i menší astronomické družice, někdy dokonce i cubesaty. Přesto ale lze u vlajkových lodí, největších teleskopů, sledovat zjevnou tendenci ke zvětšování. A to se netýká jen přístrojů pracujících ve viditelné části spektra, ale třeba i rentgenových observatoří. Podíváte-li se například na návrhy budoucích velkých observatoří NASA, všimnete si, že některé návrhy svou velikostí překonávají i JWST s primárním zrcadlem o průměru 6,5 m. Pro teleskop LUVOIR pracující v ultrafialové, viditelné i infračervené části spektra se uvažuje o dalekohledu velkém 8 nebo dokonce 15 metrů. O podobném zrcadle se pak přemýšlí i u OST, který má pracovat ve střední a vzdálené infračervené oblasti.

Současně však sledujeme i bouřlivý rozvoj nových technologií. Velkou revoluci v astronomii přinesly třeba CCD a CMOS snímače. Daří se vyvíjet stále lepší vědecké přístroje, jak nám ukazují čtyři základní přístroje JWST, které umožňují dříve netušená pozorování. Je možné, že v budoucnu se podaří vyvinout další převratné technologie, které dále rozšíří naše možnosti.

Navíc nelze opomenout ani technická vylepšení v konstrukci vědeckých observatoří. Jen pro JWST museli inženýři přijít s mnoha novými technologiemi. Například museli vyřešit, jak mají teleskop složit a pak v kosmu bezpečně rozložit, jelikož takto velký teleskop by se do žádné tehdejší rakety nevešel. Pokud se do budoucna více uplatní velké rakety s velkým nákladovým prostorem, nelze vyloučit ani další technické návrhy, které umožní vypuštění ještě mnohem větších kosmických teleskopů.

Řešením je však i vypuštění několika menších teleskopů současně, které by sloužily jako interferometr, pracovaly by tedy společně a jejich výsledky by se skládaly dohromady; to by umožnilo obejít konstrukční problémy s velmi velkými teleskopy. A v případě vypuštění dostatečně velkého množství družic dostatečně daleko od sebe to zase může otevírat úplně nové možnosti.

9. Existuje dnes nějaká astronomická otázka, na kterou známe odpověď jen velmi částečně a čekáme na nový teleskop nebo přístroj, který by nám ji mohl konečně zodpovědět?

Nevyřešených problémů ve fyzice a astronomii jsou desítky, ne-li stovky. A je i hodně takových, u kterých máme naději, že by mohly být vyřešeny, jakmile budeme mít k dispozici lepší, pokročilejší detektory a přístroje.

Doufáme třeba, že nové detektory temné hmoty konečně naleznou částice, které tuto hmotu tvoří. Nové neutrinové observatoře by zase mohly říci, jaká je hmotnost neutrin, a najít reliktní neutrina pocházející z počátku existence vesmíru. Reliktní gravitační vlny, jež vznikly těsně po zrodu vesmíru, by zase mohly spatřit kosmické detektory gravitačních vln. Tím navíc mohou pomoci zodpovědět otázku, který kosmologický model vývoje vesmíru je správný. A nové sluneční observatoře by mohly vyřešit problém ohřevu sluneční koróny, tedy to, proč je sluneční koróna o tolik teplejší než nižší vrstvy sluneční atmosféry.

To jsem ale uvedl jen několik málo pro mě zajímavých nevyřešených problémů ve fyzice a astronomii. Na Wikipedii je k dohledání kompletnější seznam. V podstatě každý tam uvedený problém by mohl být vyřešen za pomoci pokročilejší techniky, jen u některých je řešení v průběhu příštích desítek let pravděpodobnější než u jiných. Já jsem výše uvedl pouze ty příklady, u nichž je brzké řešení v souvislosti s novými přístroji vcelku pravděpodobné.

10. Velkým tématem je hledání exoplanet a především planet podobných Zemi. Jak daleko jsme od chvíle, kdy budeme schopni nejen objevit „druhou Zemi“, ale také poměrně podrobně analyzovat její atmosféru?

Nejprve si musíme definovat, co vlastně myslíme „druhou Zemí.“ V odborné komunitě nemá tento termín přesnou a obecně přijatou definici. Někdy mluvíme i o analogu Země nebo o dvojčeti Země. Víceméně všichni se shodnou na tom, že by mělo jít o planetu, která je Zemi v co nejvíce parametrech co nejvíce podobná. Obecně lze říci, že čím podobnější planeta, tím pravděpodobnější je, že by mohla hostit život našeho typu.

Neexistuje ale shoda na tom, jak podobná daná exoplaneta musí být Zemi, abychom ji mohli označit za „druhou Zemi“. A když se nad tím zamyslíme, ani shoda existovat nemůže. Ačkoli jsme totiž udělali ve výzkumu exoplanet obrovský pokrok, stále máme potíže přesně určit parametry jednotlivých planet. Víme třeba v nejlepším případě, že je daná planeta podobná Zemi hmotností a průměrem, ale často nevíme, zda a jakou má atmosféru, jaké teploty panují na povrchu a podobně. A už vůbec nevíme, jestli má měsíce a jak velké, zda se v případné atmosféře vyskytuje oblačnost, jaké je její vnitřní složení, zda má aktivní vulkanismus a deskovou tektoniku a podobně.

Pokud bychom hledali planetu, která je třeba z 99,9999 % shodná se Zemí, pak se obávám, že její hledání bude trvat velmi dlouho. Pokud by nám na prohlášení planety za „druhou Zemi“ stačila menší podobnost, můžeme se nadějných výsledků dočkat třeba právě už s teleskopy PLATO a Nancy G. Roman. Výzkum takové planety ovšem také nebude jednoduchý, čím dále od Slunce leží, tím bude obtížnější. Nicméně alespoň základní parametry bychom snad mohli u bližších terestrických planet znát již poměrně brzy, řekněme třeba do roku 2050. Obávám se však, že podrobnější průzkum bude muset počkat na novou generaci observatoří ve vzdálenější budoucnosti.

Ještě doplním jednu možnost, která je zajímavá, ale vysoce spekulativní. Pokud je náš vesmír nekonečně veliký a fyzikální zákony platí v celém vesmíru stejné, je de facto jisté, že v nějaké vzdálenosti od nás se nachází zcela přesná kopie naší Země i s celou Sluneční soustavou, galaxií, stejnými lidmi a podobně. Vzdálenost se dá dokonce spočítat a jde o nepředstavitelně obrovské číslo 10^10 000 000 000 000 000 000 000 000 000 metrů (velikost pozorovatelného vesmíru je 10^26 metrů). Tuto planetu bychom tedy nikdy nemohli objevit našimi přístroji, natožpak navštívit.

11. A ještě mi dovol jednu osobní otázku, proč vůbec takové planety hledat, co nám to přináší a proč je to důležité?
Na to lze nahlížet z různých úhlů pohledu. Pokud bychom se ptali, co přináší hledání exoplanet náhodnému člověku, pak přímo patrně nic. Nepřímo to může život běžných lidí ovlivnit díky vývoji nových technologií pro snímání obrazu, novým materiálům použitým při konstrukci teleskopů a podobně.

Byť je tato rovina nepochybně důležitá, osobně si myslím, že najdeme i více filosofický smysl. Lidé jsou od nepaměti zvídaví a hloubaví a chtějí poznávat svět kolem sebe. Podobně jako objevování Země neskončilo plavbou Vasca da Gamy do Indie, ani objevování vesmíru by nemělo skončit prvními objevy. Tím spíše, že ne nevýznamnou část lidí vždy vesmír fascinoval, chtěli znát naše místo v něm, to, odkud pocházíme a kam směřujeme.

Případný objev mimozemského života by byl jednou z největších revolucí v lidské historii od doby, kdy se naši dávní předkové, kteří ještě ani nebyli rodu Homo, natož moderními lidmi, postavili v Africe na zadní. Myslím, že si ani neumíme představit důsledky a dopady takového objevu. Poprvé bychom věděli, že nejsme ve vesmíru sami, a to je velká věc. Bylo by to zajímavé nejen pro vědce, ale i pro filosofy či teology.

Mně osobně pak pomyšlení na objekty, které se ve vesmíru nacházejí, a děje, které se ve vesmíru odehrávají, pomáhá i psychicky. Když řeším nějaké osobní či pracovní trable, někdy si tak řeknu, že za pár miliard let stejně Země už nebude existovat, Slunce i Mléčná dráha se promění a já tady řeším takové absurdní a ve výsledku nepodstatné nesmysly.

12. Pokud bychom v atmosféře takové planety objevili například kyslík, metan nebo jiné potenciální biomarkery, dokázali bychom z toho skutečně usoudit, že na ní existuje život? Co by nám takové zjištění vůbec přineslo?

Bohužel se zdá, že potvrdit s jistotou život na vzdálené exoplanetě bude na základě rozboru chemických látek v její atmosféře velmi obtížné, možná dokonce nemožné. Ukazuje se totiž, že v podstatě každá chemická látka, která by mohla přítomnost života naznačovat (tzv. biomarker), může vznikat i bez živých organismů.

Lidé často ukazují na příklady, jako jsou třeba freony. Ale zde je třeba říci, že pokud bychom jich viděli jen stopové množství, či naopak množství podezřele vysoké, bude velká debata o tom, zda nejde o chybu měření. U výše zmíněné K2-18 b ostatně tato debata probíhá stále a ukazuje se, že dost možná o chybu měření šlo.

Naneštěstí ani fyzikální signály nejsou spolehlivé. Produkty štěpné jaderné reakce mohou vznikat přirozeně, jak víme z gabonského přírodního reaktoru Oklo. A i rádiové signály mohou být terčem velkých debat, jak ukazují tzv. Wow! signál a LGM-1 signál, u nichž se už dosti jasně potvrdilo, že byly přirozeného původu.

Nejspolehlivější způsob, jak potvrdit přítomnost života na exoplanetě, bude asi kombinace několika faktorů. Ideálně několik biomarkerů dosti odlišné povahy dohromady, plus znalost fyzikálního prostředí planety, tedy vhodná teplota, složení atmosféry, pozice v planetárním systému apod., a úplně optimálně třeba ještě rádiový signál.

13. Vzpomínám si na jednu zajímavou událost z nedávné minulosti. Kdy nevýrazná hvězda ze souhvězdí Labutě (myslím, že to byla Tabbyina hvězda) začala z nevysvětlitelných důvodů měnit jas, a to tak zásadně, že z toho byla celkem senzace a spekulovalo se o tom, že je to díky velké mimozemské struktuře obklopující hvězdu. Tedy hypotetická Dysonova sféra. Mohou i podobné náznaky skutečně dokázat život mimo Zemi, nebo to bude tak nejednoznačné, že to zkrátka potvrdit nepůjde? 

Jde skutečně o Tabbyinu hvězdu v souhvězdí Labutě, která získala toto jméno podle americké astronomky Tabethy Boyajian, jejíž přezdívka je Tabby. Právě ona byla hlavní autorkou studie z roku 2015, která oznámila objev nepravidelných fluktuací v jasu této hvězdy. Používá se i správnější jméno hvězda Boyajianové, neboť astronomické objekty se běžně pojmenovávají podle příjmení osob, nikoli jejich jmen či přezdívek. Ovšem jediné oficiální označení hvězdy je stále KIC 8462852, kde KIC je Kepler Input Catalog, tedy seznam cílů Keplerova teleskopu.

U této hvězdy byly pozorovány zvláštní nevysvětlené poklesy jasnosti. Později byla zveřejněna práce, podle níž byly podobné změny jasnosti pozorovány u dalších 21 hvězd, ty ale nezískaly zdaleka takovou publicitu jako KIC 8462852. Hypotéz o důvodech změn jasu byly formulovány desítky. Spekulovalo se například o tom, že kolem obíhá několik velkých planet, velká planeta s rozsáhlým prstencem, nebo hnědý trpaslík (objekt na pomezí mezi hvězdou a planetou). Mluvilo se i o mladém shluku planetek, který se ještě nestihl rozptýlit. Dnes se za nejlepší hypotézu pokládá kosmický prach kolem hvězdy, ale stále je nejasný jeho původ a rozložení, a ani toto vysvětlení nevystihuje všechny aspekty pozorovaných změn.

Záhada pochopitelně přilákala i futurology, kteří spekulovali o možné megastruktuře velmi vyspělé mimozemské civilizace. Jde o onu v otázce zmíněnou Dysonovu sféru, strukturu, díky níž by civilizace mohla získávat většinu energie, kterou její hvězda vyzáří. Jedná se o legitimní hypotézu, kterou lze vědecky zkoumat, ale toto vysvětlení měřeného poklesu jasu hvězdy je nepravděpodobné, odporuje Occamově břitvě a nevysvětluje dobře pozorovaná data.

Dysonovy sféry lze alespoň hypoteticky skutečně pozorovat. Pokud by totiž kolem nějaké hvězdy byla vybudována Dysonova sféra, tato by pohlcovala a poté opět vyzařovala energii hvězdy. Znovu vyzářená energie by mohla být pro daný spektrální typ hvězdy neobvyklá, podle čehož by mohlo jít Dysonovu sféru poznat. Procento neobvyklých vlnových délek, které daná hvězda vyzařuje, by ale muselo být značné, jinak bychom tu měli spory o věrohodnost měření, podobně jako u biosignatur.

Vytipováno bylo několik desítek kandidátů na Dysonovy sféry, ale zatím nemáme ani náznak, že by se snad někde s rozumnou pravděpodobností tyto struktury mohly vyskytovat. Jejich potvrzení bude v blízké době velmi náročné, pokud se ho někdy dočkáme, pak spíše ve vzdálenější budoucnosti, a obávám se, že i tak tady bude velký prostor pro spory o to, jak věrohodná data máme k dispozici.

14. Velké kosmické teleskopy si většinou představujeme jako samostatné družice. Jaké nové možnosti by mohly nabídnout nové kosmické stanice? Má nějakou výhodu umístit astronomický přístroj na její palubu?

O astronomických observatořích spojených s kosmickými loděmi či stanicemi se v minulosti hojně uvažovalo. Některé návrhy byly realizovány, například na stanici Skylab, většina však skončila na rýsovacích prknech. Toto řešení se prosazovalo hlavně v době, kdy ještě nebyla autonomní technika tolik vyspělá, takže se předpokládalo, že k obsluze dalekohledu bude potřeba člověk. Přemýšlelo se proto o orbitálních stanicích určených ke sledování území nepřítele, o teleskopu na modifikovaném lunárním modulu z programu Apollo nebo o velkých teleskopech na kosmických stanicích.

Postupně se technika zlepšila a přišlo se na to, že je naopak obvykle lepší, když astronomické observatoře fungují samy, bez přítomnosti posádky. Většina funguje zcela autonomně, občas se prováděly alespoň servisní mise, jako u HST. Toto pravidlo ovšem neplatí stoprocentně. Na ISS máme třeba detektor AMS-02, který zkoumá antihmotu, kosmické záření a temnou hmotu. A u čínské stanice Tiangong má být zase umístěn teleskop Xuntian, který bude někdy se stanicí spojen, aby mohli astronauti provést případné opravy, většinu času bude ale fungovat samostatně v blízkosti stanice.

Ačkoli dnes není běžné mít na kosmických stanicích astronomické observatoře, je nutné říci, že to má i své výhody. Hlavní je právě v přítomnosti lidí. Pokud se něco pokazí, astronauti mohou provést výstup do volného prostoru a teleskop opravit. Navíc se technika neustále vyvíjí a v tomto případě lze observatoř postupně modernizovat. Přesto však spíše převažují nevýhody, jako jsou například vibrace z pohybu astronautů, proto se od tohoto řešení spíše upouští.

15. Také se hovořilo o možnosti umístění dalekohledu například na odvrácenou stranu Měsíce. Je něco takového vůbec reálné a má to nějaké výhody, které by vyvážily obrovské náklady. A jsme dnes vůbec schopní něco takového realizovat?

Nápady na teleskopy, na odvrácené straně Měsíce se nejsou nové. A ano výhody určitě existují. Nejčastěji se v tomto kontextu hovoří o radioteleskopu.

Pokud bychom na vhodném místě na odvrácené straně Měsíce postavili radioteleskop, byl by díky vázané rotaci Země a Měsíce neustále odstíněn měsíčním tělesem od rádiového rušení ze Země. My lidé vysíláme do kosmu celou řadu rádiových signálů, ať už je to televize, rozhlas, komunikaci ze Země k družicím a podobně. To všechno by u radioteleskopu na odvrácené straně Měsíce odpadlo. Navíc se na Měsíci nachází spousta větších i drobných impaktních kráterů, které tvarem zhruba odpovídají tvaru typického radioteleskopu. Když by se tedy vybral vhodný kráter, šlo by zde postavit i poměrně velký radioteleskop.

Bohužel ale, nevýhod je také celá řada. Především finanční a technologická náročnost. Stavba podobné astronomické observatoře by se zařadila mezi projekty, kterým říkáme megastavby, šlo by o jednu z největších výzev v historii vědy. A obávám se, že nahlédneme-li na současnou situaci realistickou optikou, je takový projekt neuskutečnitelný. Možná snad leda, kdyby se na něj vydala většina HDP celého světa, což je zcela mimo realitu, jak dobře víme. Ale i pak bych o realizovatelnosti takovéto stavby pochyboval.

Jednou se třeba situace změní, a určitě je třeba mít velké cíle a mít k čemu vzhlížet, takže bych takový projekt nezavrhoval, ale obávám se, že aktuálně je to mimo naše možnosti.

Druhá věc je, zda by dávalo smysl postavit na Měsíci jinak zaměřenou menší, a tedy snáze realizovatelnou observatoř. A to by určitě bylo možné a vhodné. Třeba by se dalo uvažovat o detektoru neutrin, který by využil měsíčního tělesa ke snazšímu zachycení těchto těžko polapitelných částic. Infračervený či rentgenový teleskop by zase mohly využít toho, že zemská atmosféra tyto vlnové délky elektromagnetického záření nepropouští.

Diskutuje se zatím i o velmi spekulativní možnosti využít celý Měsíc jako detektor gravitačních vln. Měsíc nemá přirozenou vulkanickou a seismickou aktivitu, takže kromě cílených dopadů lidských výtvorů, jako jsou vysloužilé raketové stupně, a kromě impaktů meteoritů by se neměl chvět. Měsíční těleso by tedy mohly drobně rozechvět přicházející gravitační vlny. Právě to by vědci pomocí sítě extrémně přesných senzorů velmi rádi měřili. Ale to je věc vzdálenější budoucnosti.

16. Kdy dostaneš Nobelovku a chtěl bys jí vůbec?

Vůbec nebudu zastírat, že bych o Nobelovu cenu za fyziku, nejprestižnější ocenění, které může fyzik v životě získat, stál. Ale s ohledem na mé schopnosti se pravděpodobnost, že bych já mohl Nobelovu cenu vyhrát, limitně blíží nule. Takže upřímná odpověď je nikdy.

Ale i kdyby byly mé schopnosti dostatečné, byla by šance stále mimořádně malá. Na světě dnes žije asi 1-4 miliony fyziků, v závislosti na tom, koho za fyziky bereme. Z nich řekněme tisíce jsou na špičkové úrovni, takže by Nobelovu cenu někdy v životě obdržet mohli. Každý rok však toto ocenění získají maximálně tři lidé. Je jasné, že výběr je zde neuvěřitelně přísný. Jen ti nejlepší uspějí. Čili i pro špičkového vědce není šance zisku Nobelovy ceny příliš vysoká.

Je také otázka, zda Nobelovu cenu skutečně chcete získat. Jistě, finanční prémie a sláva jsou hezké věci. Ale ne v úplně zanedbatelném procentu případů zisk Nobelovy ceny v podstatě ukončuje vědeckou práci laureáta, který je už nadále jen manažerem, hostem TV pořadů atp.

17. Kdybys měl dnes možnost navrhnout vlastní kosmický teleskop bez zásadního omezení rozpočtem a současnými technologickými možnostmi, na co bys ho zaměřil a jakou otázku bys pomocí něj chtěl zodpovědět?

Nevím, zda dokážu vybrat jednu otázku, protože ve fyzice je tolik zajímavých otázek, které na odpověď teprve čekají, že je téměř nemožné vybrat jen jednu. Samozřejmě ale situaci usnadňuje to, že některé fyzikální obory mě zajímají více než jiné, a některé otázky považuji se současnými technologiemi za prakticky nezodpověditelné. Mnohdy je navíc situace taková, že konkrétní kosmická observatoř sama o sobě vybranou otázku zodpovědět nemůže, ale zato dokáže více, či méně napomoci k jejímu řešení.

Kdybych měl vybrat z observatoří, které jsou alespoň navrženy, zvolil bych evropské návrhy FOSSIL a HAYDN. První zmíněný koncept se chce zaměřit na reliktní záření a jeho přesné parametry, což by mohlo pomoci odhalit důležité informace o našem vesmíru. To by mohlo pomoci zodpovědět otázku, jak se náš vesmír vyvíjel ve své velmi rané fázi a jak vznikly větší a složitější struktury. Druhý zmíněný koncept chce zkoumat tzv. asteroseismologii, tedy otřesy hvězd, což by nám mohlo umožnit lépe pochopit vnitřní stavbu hvězd, jejich složení, vývoj a další věci, která nás zajímají i v souvislosti s případnými planetami.

Kdybych si měl vybrat jednu misi z rozpracovaných konceptů, pak bych asi zvolil pokročilou gravitační observatoř, která by prozkoumala existenci reliktních gravitačních vln a dalších otázek tohoto nového oboru astronomie. Je sice pravda, že co do současných technologií by to bylo dost na hraně, možná dokonce za hranou, potenciál pro vědu je ale obrovský. Máme šanci se nejen dozvědět, zda reliktní gravitační vlny vůbec existují a který model vzniku a vývoje vesmíru je správný, ale tento objev by měl zřejmě velký dopad i na fundamentální fyziku, zejména na teorie sjednocení základních interakcí, nebo částicovou fyziku.

A kdybych opravdu neměl technická a finanční omezení, pak je celá situace myslím jasná. Vyslat velkou a na vědu bohatou sondu k některé z blízkých hvězd. Myslím tím samozřejmě rychlou sondu, takže ne takovou, která poletí desítky tisíc let, ale tu, která zvládne cestu v řádu maximálně několika desítek let. Musela by tedy dosáhnout nezanedbatelného zlomku rychlosti světla. Bohužel se ukazuje, že realisticky je taková věc v podstatě neproveditelná, ale když se bavíme o tom, co by hypoteticky bylo skvělé, kdybychom neměli technické omezení, musím říci právě tuto misi.

18. Představ si, že dnes můžeš na jednu noc namířit jakýkoli teleskop na jakékoli místo ve vesmíru a dostat odpověď na jednu jedinou otázku, kam by ses podíval a proč?

Hodně by záleželo, jaký teleskop by to konkrétně byl, nebo přesněji řečeno, ve které části elektromagnetického spektra by pozoroval. Každý teleskop je totiž vhodný pro pozorování jiného typu zdrojů a tím i umožňuje jiné zajímavé objevy. Navíc jak už jsem zmínil výše, je spíše nepravděpodobné, že by jeden teleskop za jednu noc pozorování mohl kompletně vyřešit nějakou závažnou astronomickou otázku.

Budu také uvažovat standardní noc. Pokud by se totiž například náhle na obloze objevila nová supernova, je situace jasná, všechny teleskopy, které jsou k dispozici se musí zaměřit na tuto supernovu a získat o ní co nejvíce informací, které nám mohou pomoci pochopit, jak tyto extrémní události fungují, ale třeba říci i něco o tom, zda a jak mohou přežít objekty v jejich okolí, kupříkladu případné planety.

Když o tom tak uvažuji, pokud bych měl jeden libovolný teleskop na jednu noc a chtěl bych mít šanci na světový objev, asi bych si vybral Nancy Grace Roman ST a podíval bych se do dosud neprozkoumaných částí ekliptiky, zda se tam náhodou neschovává tolik omílaná a hledaná devátá planeta. Šance na její nalezení za jednu noc pozorování sice není vysoká, ale existuje. A i kdyby se hlavní úkol nepodařil, stále by tu byla možnost najít jiná zajímavá tělesa Kuiperova pásu…

Zde naše dnešní povídání přerušíme. Celý rozhovor nám totiž narostl natolik, že vydá ještě na jeden díl, na který se už teď můžete těšit. V příštím pokračování se totiž podíváme na další fascinující témata, poodkryjeme roušku dosud neznámých tajemství a ukážeme si, kam všude nás lidská zvědavost může v budoucnu zavést.

Zdroje obrázků:
https://www.nasa.gov/wp-content/uploads/2025/04/3dmodels-cygnus-astro-74ffde.jpg
https://www.esa.int/var/esa/storage/images/esa_multimedia/images/2023/09/spectra_of_exoplanet_k2-18_b/25077872-1-eng-GB/Spectra_of_exoplanet_K2-18_b_pillars.jpg
https://science.nasa.gov/asset/webb/herbig-haro-4950-nircam-and-miri-image/
https://www.flickr.com/photos/nasahqphoto/albums/72177720335347635/with/55502613686
https://www.reuters.com/resizer/v2/P7RBTMWRGZGO5DFIJWWA356ESQ.png?auth=bd51535d948f734dbb555e5264fbb3c0fe4a18510f3ae502dd5ddfa112a59f57&width=1920&quality=80
https://science.nasa.gov/photojournal/tumultuous
https://en.wikipedia.org/wiki/.png
https://en.wikipedia.org/wiki.jpg
https://d2pn8kiwq2w21t.cloudfront.net.jpg