Terraskop – planetárny ďalekohľad využívajúci atmosféru ako obrovskú šošovku

Teleskopy sú drahé zariadenia. Obrovský Magellanov teleskop, ktorý sa práve pripravuje v púšti Atacama v Čile, bude mať 25-metrové zrkadlo za cenu približne 1 miliardy dolárov. Navrhovaný tridsaťmetrový ďalekohľad na Mauna Kea na Havaji bude stáť asi 2 miliardy dolárov. Pritom vesmírne teleskopy sú ešte drahšie. Napríklad vesmírny teleskop Jamesa Webba, ktorý by mal v roku 2021 nahradiť Hubblov teleskop a disponuje zrkadlom s rozmerom 6,5 metra, stojí viac ako 10 miliárd dolárov.

David Kipping z newyorskej Columbia University však prišiel s návrhom využiť na zaostrovanie zemskú atmosféru. Jeho myšlienkou je použiť celú planétu ako obrovskú šošovku a umiestniť vesmírny teleskop v ohnisku, aby zachytával snímky. Ďalekohľad nazývaný terraskop by mal schopnosť zberu svetla rovnajúcu sa 150-metrovému ďalekohľadu na Zemi, no pritom by stál len zlomok jeho ceny.

Kipping chce využiť dávno známu skutočnosť, že atmosféra ohýba svetlo, ktoré ním prechádza. „Pozorovateľ približne vo vzdialenosti Zem – Mesiac by bol schopný využívať Zem ako refrakčnú šošovku,“ píše. Takáto šošovka by bola zložitá a terraskop by čelil mnohým problémom. Atmosféra láme svetlo hviezd, ktoré ňou prechádza. Rozsah lomu však závisí od hustoty atmosféry, ktorá sa mení s nadmorskou výškou. Takže svetlo prechádzajúce cez vrchnú vrstvu atmosféry sa láme menej ako svetlo, ktoré preniká hlbšie do atmosféry.

To, ako hlboko môže svetlo preniknúť do atmosféry, obmedzujú rôzne faktory. Najzjavnejšie je to, že svetlo sa musí vyhnúť samotnej Zemi. No mraky tiež absorbujú svetlo, takže lomené svetlo musí byť dostatočne vysoko nad povrchom, aby sa tomu zabránilo. Ďalší dôležitý faktor je to, že atmosféra a aerosóly, ktoré obsahuje, absorbujú svetlo na určitých frekvenciách. Kipping teda musel zistiť, koľko svetla by sa mohlo stratiť v tomto procese.

Navyše atmosféra slabo svieti, čo môže tlmiť svetlo zo vzdialených astrofyzikálnych zdrojov. Kipping však tvrdí, že väčšinu tohto svetla by mohol blokovať koronograf – malý kotúč na terrascope, ktorý blokuje svetlo z telesa Zeme a dokonca aj z dolnej vrstvy atmosféry.

Ďalšiu premennú predstavuje skutočnosť, že atmosféra mení svoju hrúbku v závislosti od teploty. To by menilo ohniskovú vzdialenosť terrascopu. Preto by bolo dôležité nájsť optimálnu obežnú dráhu pre zariadenie. Kippingove výpočty naznačujú, že jednometrový vesmírny teleskop by mal obiehať vo vzdialenosti 360 000 kilometrov, čo je trochu menej ako vzdialenosť Mesiaca. Takéto zariadenie by malo zhromažďovať svetlo, ktoré nepreniklo do zemskej atmosféry hlbšie ako na 14 kilometrov, teda by zostalo vysoko nad mrakmi.

Ak bude naša planéta fungovať ako šošovka, zaostrené svetlo sa počas 20-hodinového expozičného času zosilní faktorom 45 000. To je ekvivalentné zosilneniu dosiahnutému pozemným teleskopom s priemerom 150 metrov. Kipping nevyčíslil náklady na takéto zariadenie, no hovorí, že 100-metrový ďalekohľad na Zemi bude stáť okolo 35 miliárd dolárov, čo je suma, ktorá presahuje kombinovaný rozpočet NASA a americkej Národnej vedeckej nadácie.