Veda a vesmír, resp. veda vo vesmíre
Pavol Valko
Space for Education, Education for Space ESA Contract No. 4000117400/16/NL/NDe
Vesmír pre vzdelávanie, vzdelanie pre vesmír - motivačná fáza projektu Obsah prednášky
1. optické vesmírne teleskopy 2. sledovanie vesmíru mimo optického okna 3. pozorovanie mikrovlnného reliktného žiarenia 4. základný výskum vo vesmíre 5. biologické vesmírne laboratória
Veda a vesmír, resp. veda vo vesmíre 2 Vesmír pre vzdelávanie, vzdelanie pre vesmír 1. Optické vesmírne teleskopy Význam optických vesmírnych teleskopov • kozmické optické teleskopy – majú oveľa vyššiu stabilitu obrazu, preto môžu využívať dlhé expozičné časy a takto dosiahnuť rozlíšenie veľmi slabých objektov aj s oveľa menším primárnym zrkadlom – umožňujú pozorovanie okrajových oblastí optického spektra (infračervenej a Na anulovanie vplyvu atmosféry využívajú ultrafialovej) ktoré pozemská pozemské observatória tzv. adaptabilnú atmosféra (vlhkosť v nej) už optiku pre ktorú vytvára laserový lúč tzv. pomerne silne absorbuje umelú referenčnú „hviezdu“ Foto: ESO Veda a vesmír, resp. veda vo vesmíre 3 Vesmír pre vzdelávanie, vzdelanie pre vesmír 1. Optické vesmírne teleskopy
Hubble Space Telescope • na obežnú dráhu vo výške 540 km vynesený raketoplánom Discovery, let STS-31 (24.IV.1990) • prvá veľká vedecká družica u ktorej sa predpokladali opravy na orbite (našťastie) • výsledky prevýšili všetky očakávania napriek primárnemu „šoku“ • primárne zrkadlo s priemerom 2.4 m • 5 servisných misií s hlavnými cieľmi – inštalácia korekčnej optiky – výmena gyroskopov (viaceré zlyhania) – výmena slnečných panelov (spôsobovali vibrácie) – výmena celých prístrojov pre kvalitnejšie pozorovania (WFPC, STIS, NICMOS, COS) – upgrade výpočtového segmentu (nahradené pôvodne magneticko-páskové pamäte za SSD) – výmena presných navádzacích senzorov hviezd – batérií HST po skončení poslednej servisnej misie tesne pred uvoľnením Foto: NASA/ESA Veda a vesmír, resp. veda vo vesmíre 4 Vesmír pre vzdelávanie, vzdelanie pre vesmír 1. Optické vesmírne teleskopy
Hubble Space Telescope
Jupiter, 17.VII. 1994, 19:00 GMT, WFPC2 Hubble Deep Field Foto: NASA/ESA Veda a vesmír, resp. veda vo vesmíre 5 Vesmír pre vzdelávanie, vzdelanie pre vesmír 1. Optické vesmírne teleskopy Hubble Space Telescope
Eliptická galaxia a jej skupina galaxií, MACS J1149.6+2223 Oblaky medzihviezdného prachu v súhvezdí Orla (7kLY) „Sjur Refsdal“-ová supernova (5+9 GLY) Foto: NASA/ESA Veda a vesmír, resp. veda vo vesmíre 6 Vesmír pre vzdelávanie, vzdelanie pre vesmír 1. Optické vesmírne teleskopy Spitzer Space Telescope (SIRTF) • vynesený nosnou raketou Delta II (25.VIII.2003) na héliocentrickú dráhu podobnú zemskej (omeškáva sa za Zemou o 0,1 AU/rok) • koniec hlavnej časti misie 15.V.2009 (došlo chladiace tekuté hélium) – ale niektoré prístroje (pre kratšie vlnové dĺžky) pokračujú v pozorovaní • berýliové hlavné zrkadlo z s priemerom 85 cm – chladené na5,5 K • hlavné prístroje – Infrared Array Camera (256×256, 3,6÷ 8 mm) – Infrared Spectrograph (128×128, 5,3÷ 40 mm) – Multiband Imaging Photometer (24÷ 160 mm) Príprava SIRTF na štart Foto: NASA Veda a vesmír, resp. veda vo vesmíre 7 Vesmír pre vzdelávanie, vzdelanie pre vesmír 1. Optické vesmírne teleskopy
Spitzer Space Telescope (SIRTF)
Spitzer Deep Field Hviezdotvorná oblasť W5 v súhvezdí Cassiopeia (IRAC, DDS) Zdroj: NASA/JPL Caltech Zdroj: NASA/JPL Caltech / L. Allen (Harvard-Smithsonian CfA)
Veda a vesmír, resp. veda vo vesmíre 8 Vesmír pre vzdelávanie, vzdelanie pre vesmír 1. Optické vesmírne teleskopy
Herschel Do vesmíru vynesená raketou Ariane 5 ECA (14.V.2009) a spoločne so sondou Planck umiestnená do druhého Lagrangeovho (L2) bodu systému Slnko-Zem
• teleskop Cassegrainovho usporiadania s 3.5 m priemerom primárneho zrkadla • určený na pozorovanie v hlbokej infračervenej až submilimetrovej oblasti spektra (55−671 µm) • na dosiahnutie potrebnej citlivosti pri pozorovaniach v tejto oblasti bolo potrebné udržiavať prevádzkovú teplotu prístrojov na úrovni 1.7 K • na chladenie bolo použité supratekuté hélium, ktoré sa postupne odparovalo (na štarte ho bolo v kryostate 2300 litrov, resp. 335 kg) • v apríli 2013 bolo chladiace médium vyčerpané a pozorovania ukončené Pozorovacie prístroje: – The Photodetector Array Camera and Spectrometer (PACS) – The Spectral and Photometric Imaging Receiver (SPIRE) – The Heterodyne Instrument for the Far Infrared (HIFI)
Foto: ESA
Veda a vesmír, resp. veda vo vesmíre 9 Vesmír pre vzdelávanie, vzdelanie pre vesmír 1. Optické vesmírne teleskopy
Herschel
Prachový disk okolo hviezdy Fomalhaut (α PsA) pochádza zo zrážok komét v tomto systéme. Spektrum galaxie SDSS090122.37+181432.3 Dvojitá emisná čiara ionizovaného uhlíka na 158 µm. Spektrum aj foto: ESA/NASA HSC Veda a vesmír, resp. veda vo vesmíre 10 Vesmír pre vzdelávanie, vzdelanie pre vesmír 1. Optické vesmírne teleskopy
James Webb Space Telescope
V súčasnosti sa pripravuje vypustenie (plánované na 2018) veľkého teleskopu novej generácie s 6.5 m priemerom primárneho zrkadla. Má pozorovať vesmír v infračervenej oblasti z L2 bodu. Pre dlhodobé zabezpečenie chladenia detektorov na teplotu 7 K bude vybavený kontinuálnym chladiacim systémom. Cieľom je pozorovať vznik prvotných hviezd a galaxií vo vzdialenosti až 13 miliárd svetelných rokov. Foto a obrázok: NASA/ESA/CSA
Veda a vesmír, resp. veda vo vesmíre 11 Vesmír pre vzdelávanie, vzdelanie pre vesmír
1. Optické vesmírne teleskopy
Kepler • odštartoval na obežnú dráhu okolo Slnka 7.III.2009 • kopíruje pohyb Zeme s miernym zaostávaním (obežná doba 372.5 dní) • priemer primárneho zrkadla 1.4 m • určený na hľadanie exoplanét (planét obiehajúcich okolo iných hviezd) • neočakávane vhodný aj ako detektor dynamických prejavov hviezd (extrémne silných výronov hviezdnej hmoty)
Jediný prístroj • presný fotometer – v ohniskovej rovine umiestnených 42 blokov CCD detektorov, každý s rozlíšením 2200x1024 pixelov – pozorujúci v oblasti 400 nm to 850 nm – mäkké zaostrenie Pôvodný diagram: NASA/upravený
Veda a vesmír, resp. veda vo vesmíre 14 Vesmír pre vzdelávanie, vzdelanie pre vesmír 1. Optické vesmírne teleskopy
Kepler
• nepozoruje planéty „vizuálne“, ale pozoruje zmenu toku energie (svietivosti) materskej hviezdy zaclonenej planétou pohybujúcou sa pred ňou (podobne ako pozorujeme prechod Merkúru a Venuše cez slnečný disk) • na potvrdenie „existencie“ planéty sa vyžaduje pozorovanie niekoľkých prechodov s rovnakým poklesom intenzity, dobou trvania prechodu a opakujúcich sa za rovnakú periódu (dobu obehu) • nepozoruje celú oblohu ale len jej malý kúsok v súhvezdí Labute a Lýry do vzdialenosti 3000 LY • výber oblasti je daný čo najvyšším počtom hviezd, celoročne pozorovateľných bez nebezpečenstva prieniku jasu Slnečného svetla na citlivú časť prístrojov • spojite pozoruje jas až 100 000 hviezd
Diagram: NASA
Veda a vesmír, resp. veda vo vesmíre 15 Vesmír pre vzdelávanie, vzdelanie pre vesmír 1. Optické vesmírne teleskopy
Kepler a K2 fáza pozorovania • dve fázy projektu: • počas prvej úplná stabilizácia sondy gyroskopmi • v druhej fáze kombinovaná stabilita sondy • výsledky – v prvej fáze, 4696 kandidátov, 2330 potvrdených exoplanét, z toho 21 planét v obývateľnej zóne a s veľkosťou < 2RZ – výsledky druhej fázy 458 kandidátov a 129 potvrdených exoplanét
Diagram: W. STENZEL/NASA AMES Diagram: NASA Veda a vesmír, resp. veda vo vesmíre 16 Vesmír pre vzdelávanie, vzdelanie pre vesmír 1. Optické vesmírne teleskopy Kepler a K2 fáza pozorovania
Diagram: NASA Veda a vesmír, resp. veda vo vesmíre 17 Vesmír pre vzdelávanie, vzdelanie pre vesmír 2. Sledovanie vesmíru mimo optického okna Priepustnosť atmosféry pre rôzne časti spektra el.-mag. vlnenia • priamo na povrch Zeme môže z vesmíru preniknúť len elektromagnetické vlnenie niektorých vlnových dĺžok • prakticky priehľadná je atmosféra v optickej oblasti a rádiovej oblasti • čiastočne je priestupná atmosféra v infračervenej oblasti a mikrovlnnej oblasti
Ilustrácia: NASA Veda a vesmír, resp. veda vo vesmíre 18 Vesmír pre vzdelávanie, vzdelanie pre vesmír 2. Sledovanie vesmíru mimo optického okna Význam a príklad multispektrálneho Aktívna galaxia Hercules A pozorovania • v jej strede je čierna diera s hmotnosťou asi 1000 krát väčšou ako je hmotnosť čiernej diery v centre našej galaxie • na optickom snímku je síce zrejmá existencia mohutnej galaxie • ale aktivita centrálnej čiernej diery je zrejmá len pozorovania výtryskov energie pozorovaných v rádiovej oblasti • a symetrického roentgenového pozadia
Zdroje : NASA/STScI NSF/NRAO/VLA NASA/CXC/SAO Veda a vesmír, resp. veda vo vesmíre 19 Vesmír pre vzdelávanie, vzdelanie pre vesmír 2. Sledovanie vesmíru mimo optického okna Význam a príklad multispektrálneho Supernova SN 1987A pozorovania • 23.II. 1987 zachytili detektory neutrín „mohutný“ signál a súčasne teleskopy v Las Campanas Observatory v Chile pozorovali optické zjasnenie •
• keď vo Veľkom Magalhães-ovom mračne, vzdialenosť 168 000 svetelných rokov vzplanula ako supernova hviezda Sanduleak, modrý nadobor, hmotnosť 20 M Zdroje : Kamiokande/IMB/BNO Anglo-Australian-Observatory/David Malin
Veda a vesmír, resp. veda vo vesmíre 20 Vesmír pre vzdelávanie, vzdelanie pre vesmír 2. Sledovanie vesmíru mimo optického okna Význam a príklad multispektrálneho Supernova SN 1987A pozorovania
Systém prstencov žiariacich vo viditeľnej oblasti optického spektra pozorovaný Hubble-ovým vesmírnym teleskopom (po prvej oprave a inštalovaní korekčnej optiky)
Zdroje : NASA/ESA/STScI
Veda a vesmír, resp. veda vo vesmíre 21 Vesmír pre vzdelávanie, vzdelanie pre vesmír 2. Sledovanie vesmíru mimo optického okna Význam a príklad multispektrálneho Supernova SN 1987A pozorovania
Zdroje: F.X. Timmes, Fransson et al.
Veda a vesmír, resp. veda vo vesmíre 22 Vesmír pre vzdelávanie, vzdelanie pre vesmír 2. Sledovanie vesmíru mimo optického okna Význam a príklad multispektrálneho Supernova SN 1987A pozorovania Rovnaký objekt pozorovaný v rôznych častiach spektra el- mag. źiarenia
Zdroje : NASA/ESA/STScI ESO/VLT/Visir NASA/Chandra
Veda a vesmír, resp. veda vo vesmíre 23 Vesmír pre vzdelávanie, vzdelanie pre vesmír 2. Sledovanie vesmíru mimo optického okna
Chandra – roentgenový teleskop Vypustený 23.VII.1999 na silne eliptickú obežnú dráhu 14 307 až 134 528 km • pre družice (teleskopy) určené na pozorovanie v spektre röntgenového žiarenia, sú vysoké orbity preferované, aby sa čo najdlhšie nachádzali nad Van Allenovými pásmi
Hlavné prístroje • AXAF CCD Imaging Spectrometer (ACIS) • High Resolution Camera (HRC)
schématické znázornenie Foto: NASA roentgenovej Roentgenový teleskop Chandra pred štartom umiestnený optiky v nákladovom priestore raketoplánu Columbia spolu s urýchľovacím stupňom Inertial Upper Stage (IUS).
Veda a vesmír, resp. veda vo vesmíre 24 Vesmír pre vzdelávanie, vzdelanie pre vesmír 2. Sledovanie vesmíru mimo optického okna
Chandra – röntgenový teleskop Pozorovanie nárastu intenzity emisie röntgenového žiarenia „obruče“ okolo pozostatku supernovy SN1987A medzi rokmi 2000 až 2005
Kredit:NASA/CXC/PSU/S.Park & D.Burrows NASA/STScI/CfA/P.Challis Zdroj: NASA/CXC/NCSU/K.Borkowski et al a DSS Pozostatok supernovy G11.2-0.3 v optickej aj roentgenovej oblasti. Povodne bol tento pozostatok asociovaný s historickou supernovou pozorovanou v Číne v 386 roku, ale optické pozorovania to vyvracajú. Veda a vesmír, resp. veda vo vesmíre 25 Vesmír pre vzdelávanie, vzdelanie pre vesmír 2. Sledovanie vesmíru mimo optického okna
XMM-Newton Hlavné prístroje • European Photon Imaging Camera (EPIC) – zobrazovací aj spektroskopický systém osadený CCD detektormi citlivými na röntgenové žiarenie • Reflection Grating Spectrometer (RGS) – presnejší spektroskopický systém na sledovanie prítomnosti charakteristických röntgenových čiar prvkov ako kyslík a železo • Optical Monitor (OM) – doplnkové pozorovanie rovnakého Obrázok: ESA zorného poľa v optickej a XMM-Newton ( X-ray Multi-Mirror Mission) ultrafialovej časti spektra je röentgenový teleskop Európskej kozmickej agentúry. Na silne eliptickú obežnú dráhu, s perigeom 6 662 km a apogeom až 112 877 km ho vyniesla 10. XII. 1999 raketa Ariane 5G.
Veda a vesmír, resp. veda vo vesmíre 26 Vesmír pre vzdelávanie, vzdelanie pre vesmír 2. Sledovanie vesmíru mimo optického okna
XMM-Newton
Pozorovanie gravitačných šošoviek v systéme objektu SDSS J1004+4112 (RBS 825) v optickej aj roentgenovej oblasti spektra • optické pozorovanie Subaru telekop na Hawaii • roentgenové pozorovanie XMM-Newton
• spektrum získané spriemerovaním sledovania 100 vzdialených aktívnych galaxií (po viacerých korekciách) • na výslednom spektre je pozorovateľné výrazne relativistické rozšírenie charakteristickej čiary železa, pochádzajúce od pohybu zdrojovej hmoty v blízkosti centrálnych dier galaxií Zdroj: ESA/XMM/ MPE Kompozícia: SMOKA/NOAJ ESA/XMM/ G. Lamer Veda a vesmír, resp. veda vo vesmíre 27 Vesmír pre vzdelávanie, vzdelanie pre vesmír 2. Sledovanie vesmíru mimo optického okna
Sledovanie zdrojov gama žiarenia Fermi Gamma Ray Telescope • na LEO vypustený 11.VI.2008 (Delta 2) – Large Area Telescope (LAT) – Gamma-ray Burst Monitor (GBM) Pomenovanie teleskop je síce namieste, avšak je potrebné vedieť, že „teleskopy“ pre vysokoenergetické fotóny majú oveľa Compton Gamma Ray Observatory horšie uhlové • na excentrickú LEO (237÷768 km) vypustená rozlíšenie ako z nákladového priestoru raketoplánu Atlantis klasické optické 5.IV.1991 (zanikla v atmosfére 4.VI.2000) teleskopy. Napr. – Burst and Transient Source Experiment (BATSE) pri energii fotónov 100 MeV má LAT – Oriented Scintillation Spectrometer Experiment rozlíšenie približne (OSSE) 3 uhlové stupne. – Imaging Compton Telescope (COMPTEL) – Energetic Gamma Ray Experiment Telescope, Fotografie: NASA (EGRET) Veda a vesmír, resp. veda vo vesmíre 28 Vesmír pre vzdelávanie, vzdelanie pre vesmír 2. Sledovanie vesmíru mimo optického okna
Zdroje gama žiarenia vo vesmíre
• gama teleskop Fermi takto zobrazil jedno neperiodických ale opakujúcich sa gama vzplanutí blazaru 3C 279 • vzplanutia sú vyvolané aktivitou centrálnej čiernej diery tejto aktívnej galaxie, vzdialenej od nás 5 miliárd svetelných rokov • vzplanutie pozorované 17.VI.2015 (o 08:17 UT) spôsobilo, že za niekoľko hodín sa tento objekt stal najjasnejším gama zdrojom na oblohe Zdroj: NASA/DOE/Fermi LAT
• pozorovanie celej oblohy prístrojom COMPTEL zobrazené v tzv. galaktických súradniciach • ukázalo, že najsilnejšie zdroje gama žiarenia sa koncentrujú do roviny našej galaxie, zvlášť okolo jej stredu • súvisí to s relatívne malou vzdialenosťou týchto zdrojov, zvlášť v porovnaní so vzdialenosťou mimo- galaktických zdrojov Zdroj: NASA/GSFC/COMPTEL
Veda a vesmír, resp. veda vo vesmíre 29 Vesmír pre vzdelávanie, vzdelanie pre vesmír
2. Sledovanie vesmíru mimo optického okna Mikrovlnné kozmické pozadie • naše najpresnejšie poznatky o rannom vesmíre pochádzajú z pozorovania mikrovlnného reliktného pozadia objaveného A. Penziasom a R. Wilsonom (1964)
• pre tento účel boli použité vesmírne observatória – Cosmic Background Explorer (1992) – Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (2003) – sonda Planck (2009) Zdroj: ESA/Planck Veda a vesmír, resp. veda vo vesmíre 31 Vesmír pre vzdelávanie, vzdelanie pre vesmír
4. Základný výskum vo vesmíre
Prečo? • veľmi slabé sily (efekty) sa často vôbec nedajú merať v silnom gravitačnom poli Zeme • gravitácia je najslabšia základná interakcia a preto mnoho jej efektov je možné merať len v kozme • prirodzené vákuum vesmírneho priestoru umožňuje merania vo vákuu bez vibrujúcich vývev • niektoré merania vyžadujú veľké vzdialenosti jednotlivých súčastí detektorových systémov, pre ktoré nemusia mať na Zemi dosť Vizualizácia uvažovaného detektora miesta gravitačných vĺn (LISA), ktorého jednotlivé • pozorované entity nemôžu súčasti (tri samostatné družice) budú dosiahnuť zemský povrch bez musieť byť od seba umiestnené veľmi zmeny študovaných vlastností ďaleko. Veda a vesmír, resp. veda vo vesmíre 33 Vesmír pre vzdelávanie, vzdelanie pre vesmír 4. Základný výskum vo vesmíre
Alpha Magnetic Spectrometer • detektor elementárnych častíc vo vesmíre – dôležité meranie pomeru primárnych e- /e+ – hľadanie „tmavej hmoty“
Veda a vesmír, resp. veda vo vesmíre 34 Vesmír pre vzdelávanie, vzdelanie pre vesmír 4. Základný výskum vo vesmíre
Overovanie princípu ekvivalencie • najdokonalejšia teória opisujúca gravitačnú interakciu v súčasnosti ľudstvu známa je všeobecná teória relativity • táto teória je založená na platnosti veľmi dôležitého princípu, princípu ekvivalencie – slabý princíp ekvivalencie – silný princíp ekvivalencie Foto: NASA • overovanie slabej formy tohto princípu sa dá uskutočňovať aj na Zemi, ale vesmírne testy umožňujú dosiahnuť oveľa väčšiu presnosť – Microscope, STEP, STE-QUEST, .... • silná forma princípu ekvivalencie sa v súčasnosti dá overovať len vo vesmíre – napr. presným meraním vzdialenosti a pohybu Mesiaca (Lunar Laser Ranging experiment) Veda a vesmír, resp. veda vo vesmíre 35 Vesmír pre vzdelávanie, vzdelanie pre vesmír 4. Základný výskum vo vesmíre
Minidružica Microscope Micro-Satellite à traînée Compensée pour l'Observation du Principe d'Equivalence • vynesený na LEO 25.IV.2016 (Sojuz, Fregat) – ako sekundárny náklad ku družici Sentinel-1B • hlavný cieľ zvýšiť presnosť overenia slabého princípu ekvivalencie na úroveň 10-15 • hlavný prístroj – Twin-Space Accelerometer for Gravity Experiment (T-SAGE) – pozoruje vzájomný pohyb dvoch dutých valcov (jeden z titánu, druhý zo zliatiny platina-rhodium)
Graf: Eöt-Wash Náčrt: CNES
Veda a vesmír, resp. veda vo vesmíre 36 Vesmír pre vzdelávanie, vzdelanie pre vesmír 4. Základný výskum vo vesmíre
LAGEOS a LARES • niekedy nie je potrebné používať veľmi sofistikované družice ale sledovať čo najpresnejšie pohyb úplne pasívnych družíc zo Zeme • takéto družice nemajú žiadny pohon, sú zvyčajne úplne symetrické (stredovo) a ich pohyb je určený len lokálnymi vlastnosťami priestoročasu v ktorom sa pohybujú Družice tohto typu sa pohybujú po stredne vysokých obežných dráhach. Ich poloha sa určuje pomocou odrazu Foto: ESA-CNES/Arianespace laserového lúča. Laser Relativity Satellite (LARES) Slúžia na presné určovanie charakteru gravitačného poľa Laser Geodynamics Satellite (LAGEOS) Zeme, napr. aj na sledovanie Lense-Thirringovho javu. Foto: NASA Veda a vesmír, resp. veda vo vesmíre 37 Vesmír pre vzdelávanie, vzdelanie pre vesmír
4. Základný výskum vo vesmíre
LISA Pathfinder • už spomínaný projekt LISA (Laser Interferometer Space Antenna) – určený na registráciu nízkofrekvenčných gravitačných vĺn • bude technologicky veľmi zložitý • bolo by nerozvážne pustiť sa do takého projektu bez dostatočnej prípravy • na otestovanie nevyhnutných technológií odštartovala 3.XII.2015 (VEGA) misia LISA Pathfinder • sonda sa po priblížení k L1 bodu oddelila od pohonného modulu aby testovania neboli rušené hmotnosťou tohto modulu • hlavné prístroje – LISA Technology Package (LTP) – Disturbance Reduction System (DRS) Plnenie servisného modulu palivom Foto: ESA, Graf: ESA Veda a vesmír, resp. veda vo vesmíre 39 Vesmír pre vzdelávanie, vzdelanie pre vesmír 4. Základný výskum vo vesmíre
Euclid Aj keď v súčasnosti prebieha príprava viacerých vedeckých misií, ktoré by si zaslúžili pozornosť, spomeňme aspoň jednu, projekt Euclid
• ide o ďalší optický vesmírny teleskop – s priemerom primárneho zrkadla 1.2 m – zobrazovacími a spektroskopickými senzormi pre oblasť viditeľného a blízkeho infračerveného spektra – pracovať bude v okolí L2 bodu – predpokladaný štart 2020
• vedeckým cieľom je zmapovať tretinu oblohy a učiť polohu a rýchlosť pohybu 2 miliárd galaxií Ilustrácia: ESA • takto získaná 3D mapa (r,v) poslúži ako východisko pre lepšie poznanie • metodiky použité na geometrie pozorovaného vplyvu tmavej hmoty a tmavej energie vesmíru budú vychádzať z: na evolúciu nášho vesmíru – pozorovania slabých gravitačných šošoviek – určených parametrov bariónových akustických oscilácii Veda a vesmír, resp. veda vo vesmíre 40 Vesmír pre vzdelávanie, vzdelanie pre vesmír 5. Biologické vesmírne laboratória
Vesmír a biológia Prvé živé tvory, ktoré absolvovali lety do vesmíru Hlavné riziká spojené s letmi do vesmíru - suborbitálne lety početnej skupiny psov o bezváhový stav do výšky 100 od roku 1951 • spôsobuje počas adaptácie priestorovú - pes Lajka (3.XI.1957, Sputnik 2 ) dezorientáciu a nevoľnosť - prvý živý tvor na obežnej dráhe • zmeny v krvnom obehu - psy Belka a Strelka (19.VIII.1960, Sputnik 5) • atrofia svalov a predĺženie chrbtice - prvý úspešný návrat z obežnej dráhy • strata kostnej hmoty (osteoporóza) - šimpanz Ham (31.I.1961, Mercury) o kozmická radiácia - prvý primát vo vesmíre • absorbovaná dávka limituje dobu - počas letu potvrdil schopnosť aktívne prípustného zotrvania vo vesmíre vykonávať jednoduché úkony • poruchy spánku vyvolané scintiláciou
- Gagarin (12.IV.1961, Vostok 1) častíc kozmického žiarenia v sklovci - prvý človek na obežnej dráhe .... o iné (izolovanosť, narušený denný cyklus, ...) • zmeny imunitného systému Družice zamerané na vesmírnu biológiu • riziko psychologických porúch • Biont-1 (1973) až Biont- 11 (1996) a neadekvátnych reakcií • Biosat-1 (1966) až Biosat-3 (1969) • Biont-M1 (2013) • čiastočné otupenie zmyslového vnímania Veda a vesmír, resp. veda vo vesmíre 41 Vesmír pre vzdelávanie, vzdelanie pre vesmír 5. Biologické vesmírne laboratória
Vesmírne stanice Na skúmanie vplyvu kozmických letov a pobytu vo vesmíre na biologické objekty je nevyhnutné, aby tieto zotrvali v týchto podmienkach dostatočne dlho, pokiaľ sa zmeny môžu prejaviť. Na to je zvlášť vhodný dlhodobý pobyt a experimenty vykonávané na kozmických staniciach.
Historické aj súčasné kozmické stanice • Saljut 1,3,4,5,6,7 • Skylab • Mir • International Space Station • Tiangong 1,2
Z hľadiska človeka boli prvotné výsledky získané hlavne pobytmi na staniciach Saljut 1, Skylab, Saljut 6,7, Mir a v súčasnosti ISS.
Veda a vesmír, resp. veda vo vesmíre 42 Vesmír pre vzdelávanie, vzdelanie pre vesmír 5. Biologické vesmírne laboratória
Vesmírne stanice Skylab • 1973 – 1979 • hmotnosť 77 ton • LEO (434 – 442 km)
• problematický štart – odtrhnutý slnečný panel a tieniaci plášť (vnútorná teplota dosiahla až 54 oC) – druhý slnečný panel zaseknutý – teplota vs. energia • tri misie – traja astronauti – celkovo 28+59+85 dní na LEO (každá v tej dobe rekordná) – prvý „štrajk“ astronautov
• nekontrolovaný dopad trosiek v Austrálii Zdroj: NASA
Veda a vesmír, resp. veda vo vesmíre 43 Vesmír pre vzdelávanie, vzdelanie pre vesmír 5. Biologické vesmírne laboratória
Vesmírne stanice Skylab
• Skylab Orbital Workshop poskytoval dostatok priestoru
• nerozvinutý slnečný panel na pravoboku, odtrhnutý slnečný panel na ľavoboku, spolu s odhalenou konštrukciou stanice pozorovaný posádkou Skylab-II počas inšpekčného obletu Fotografie: NASA
Veda a vesmír, resp. veda vo vesmíre 44 Vesmír pre vzdelávanie, vzdelanie pre vesmír 5. Biologické vesmírne laboratória
Mir Vesmírne stanice • 1986 – 2001 • hmotnosť 130 ton • LEO (354– 374 km)
• modulárna orbitálna stanica – centrálny segment – modul Spektr – modul Krystal • STS pripájací modul – modul Priroda – modul Kvant-1 – modul Kvant-2
• prvá kontinuálne obývaná orbitálna stanica (3,644 dní) – V. Poljakov 437 dní (1994-1995)
• nekontrolovaný zánik nad južným Pacifikom Veda a vesmír, resp. veda vo vesmíre 45 Vesmír pre vzdelávanie, vzdelanie pre vesmír 5. Biologické vesmírne laboratória
Modulárne budovaná vesmírna stanica. Vesmírna stanica ISS Súčasná hmotnosť ̴ 420 ton Pozostáva z: • pretlakových (obývateľných) modulov (935 m3) – Zvezda • vonkajších štruktúr (vo vákuu) • Poisk – hlavný nosník (Main truss) • Pirs prepojený s modulom Destiny – Zaria • segmenty (S6 až S0 –a P1 až P6) • Rassvet • fotovoltaické slnečné panely – Unity (Node 1) • tepelné radiátory • Quest (výstupný modul) – vedľajší nosník (Z1 truss) prepojený s modulom Unity • Tranquility (Node 3) • stabilizačné gyroskopy ISS – Cupola – – BEAM (Bigelow Expandable Activity Module) mobilný servisný systém (pohyblivý pozdĺž hlavného nosníka) • Leonardo • Canadarm 2 (Space Station Remote – Destiny Manipulator System) – Harmony (Mode 2) • Dextre (Special Purpose Dexterous • Columbus Manipulator) • Mobile Remote Servicer Base System • Kibo
Veda a vesmír, resp. veda vo vesmíre 46 Vesmír pre vzdelávanie, vzdelanie pre vesmír 5. Biologické vesmírne laboratória Vesmírna stanica ISS
Veda a vesmír, resp. veda vo vesmíre 47 Vesmír pre vzdelávanie, vzdelanie pre vesmír 5. Biologické vesmírne laboratória
Vesmírna stanica ISS
Veda a vesmír, resp. veda vo vesmíre 48 Vesmír pre vzdelávanie, vzdelanie pre vesmír 5. Biologické vesmírne laboratória
Vesmírna stanica ISS Laboratórium pre biologické experimenty BioLab je umiestnené v module Columbus. • je určené na vykonávanie experimentov na mikroorganizmoch, bunkách, tkanivách, malých rastlinách a malých bezstavovcoch • umožňuje skúmať vplyv mikrogravitácie a radiácie na biologické štruktúry BioLab Foto: NASA/ESA
Arabidopsis Foto: DLR
Veda a vesmír, resp. veda vo vesmíre 49 Vesmír pre vzdelávanie, vzdelanie pre vesmír 5. Biologické vesmírne laboratória
ISS
Vegetable Production System • kvitnúca cínia na palube ISS určite poteší • preukázaná možnosť pestovania šalátu v tomto zariadení je však asi praktickejšia
Advanced Plant Experiment • príspevok kanadskej vesmírnej agentúry • výskum tvorby celulózy a lignínu , dvoch hlavných zložiek tvoriacich štruktúru v rastlinách • rastlinky smreku kanadského (Picea glauca) na palube ISS Foto: NASA/CSA
Veda a vesmír, resp. veda vo vesmíre 50 Vesmír pre vzdelávanie, vzdelanie pre vesmír Vzdelávanie pre budúce dôstojne miesto
Slovenska v ESA Ďalšie informácie a žiadosť o spätnú väzbu Vzdelávací projekt pozostáva z troch fáz: 1. Motivačné prednášky (jeseň 2016) – prosíme o reakciu na prednášku 2. Odborné prednášky (jar 2017) (aktuálnu aj predošlé) vyplnením 3. Intenzívny kurz (Júl 2017) dotazníka na www prípadne
• informácie o témach jednotlivých priamo e-mailom prednášok sú dostupné na webovej stránke projektu: – navrhnite v akom jazyku by mali http://www.ujfi.fei.stuba.sk/esa byť vedené pokročilé prednášky • doplňujúce informácie je možné počas letného semestra získať aj e-mailom na adresách: [email protected] – navrhnite tému jednej [email protected] z prednášok v letnom semestri – prípadne osobne: FEI STU, Mlynská dolina, blok A, – iné pripomienky, návrhy miestnosť A210, kl. 114
Veda a vesmír, resp. veda vo vesmíre 51 Vesmír pre vzdelávanie, vzdelanie pre vesmír