Exoplanety - Praha osudová
Johannes Kepler v Praze
Pokud někdy zavítáte do překrásného polského města perníku Toruň, můžete v něm navštívit rodný dům M. Kopernika. Na něm je cedule: "Zastavil Slunce, pohnul Zemí, z polského vzešel národa". Polsko se jak známo pře s Německem o původ Kopernika.
Kopernik se stal velkým vzorem a učitelem pro jiného slavného astronoma - Johannese Keplera.
Johannes Kepler se narodil 27. prosince 1571 v německém městě Weil der Stadt. Roku 1593 ukončil studium na univerzitě v Tübingenu a odešel vyučovat na školu ve Štýrském Hradci. Nás ale především zajímá počátek roku 1600, kdy se Kepler vydává do Prahy, aby zde působil na dvoře císaře Rudolfa II. Do Prahy ho předtím několikrát zval starší a tehdy slavnější Tycho Brahe. Keplerovi poslal ještě před jejich prvním setkáním několik dopisů, ve kterých nešetřil na adresu mladého matematika a hvězdáře chválou a zdvořilostními frázemi. Proč se o tom zmiňujeme? O spolupráci obou slavných hvězdářů je známo, že nebyla zrovna idylická. To, co se původně rýsovalo jako začátek přátelství a plodné spolupráce, nakonec přerostlo v poměrně chladný vztah mezi oběma velikány astronomie.
Vraťme se ale zpět. Oba významní astronomové se poprvé tváří v tvář setkali 3. února roku 1600 na zámku v Benátkách nad Jizerou. Je nutné si uvědomit, že postavení Keplera a Brahe nebylo zrovna rovné. Tycho Brahe byl v té době velmi váženým a hlavně urozeným astronomem, který pozval Keplera do Prahy jako svého pomocníka. Kepler byl naopak mladý a neurozený, ale plný chuti do práce. Chuť pracovat a něco dokázat mu dodávala především jeho rodina, i když asi ne tak, jak si myslíte. Je známo, že rodina jeho ženy (a možná jeho žena samotná) považovali jeho zaměstnání matematika a hvězdáře za neperspektivní a slušně řečeno podřadné. Právě to ale paradoxně mladému Keplerovi dávalo chuť bojovat. Do Prahy přijel počátkem roku 1600 se smíšenými pocity. Na jedné straně si dobře uvědomoval, že působení v Praze, která byla centrem tehdejší vědy, mu v kariéře může jen pomoct. Na druhou stranu se ale stále v myšlenkách vracel do svého rodného kraje. Kepler původně zřejmě předpokládal, že se v Praze zdrží jen krátce, nakonec z toho ale bylo 12 let, jenž byly v jeho životě klíčové.
Kepler a Brahe se vzájemně výborně doplňovali. Kepler byl výborný matematik a Brahe zase skvělý pozorovatel. Spolupráce mezi oběma ale rozhodně idylická nebyla. Netrvala ale příliš dlouho, neboť už 24. října 1601 Tycho Brahe umírá. O jeho smrti panují nejrůznější fámy. Velmi populární je známá historka, že Brahe zemřel na následky protržení močového měchýře, když nemohl během slavnostního oběda opustit stůl. Oběda se totiž účastnil císař a odejít od stolu dříve než on bylo považováno přinejmenším za krajně nezdvořilé. V roce 2004 pro změnu vyšla v USA kniha, ve které si její autoři pohrávají s myšlenkou, že T. Brahe byl otráven a to nikým jiným než právě Keplerem. Jisté je tak zřejmě pouze to, že Brahe zemřel následkem onemocnění ledvin. Pochován je v Týnském chrámu v Praze.
Po smrti Tychona Brahe se jeho nástupcem stal právě Johannes Kepler, který byl téměř okamžitě jmenován císařským matematikem. Kepler se navíc dostal k jeho pozorováním, což mělo na jeho tvorbu zásadní vliv. V žádném případě to ale neznamená, že by Kepler jeho práci "ukradl". Ve všech svých budoucích publikacích Kepler přínos svého dánského předchůdce velmi zdůrazňoval.
První dva zákony vyšly v Keplerově práci Astronomia Nova roku 1609 a to na základě pozorování Marsu, jenž počátkem 17. století uskutečnil Tycho Brahe. V roce 1619 pak v Harmonices Mundi spatřil světlo světa i třetí zákon. O jejích zpřesnění a potvrzení se kolem roku 1687 postaral Isaac Newton. Ten také ve svých spisech přiznal, že "stál na ramenou obrů", čímž odkazoval na práce svých předchůdců.
Kepler své zákony sice vztáhl na tehdy známe planety (Merkur, Mars, Jupiter a Saturn), jejích využití je ale dnes mnohem širší. Keplerovy zákony dokáží popsat pohyb jakéhokoliv tělesa obíhajícího kolem Slunce, tedy včetně trpasličích planet, komet a planetek. Stejně tak je ale lze v modifikované podobě použít všude tam, kde těleso obíhá v centrálním silovém poli. Keplerovy zákony tak platí i pro družice, obíhající kolem Země, na měsíce kterékoliv planety a popsat jimi lze i oběh exoplanety kolem své mateřské hvězdy, či oběh dvojhvězd kolem společného těžiště.
Zákon první:
Planety obíhají kolem Slunce po mírně eliptických drahách, v jejichž jednom společném ohnisku je Slunce.
Poznámky: zažitá představa, že Země a jiné planety obíhají kolem Slunce po kruhové dráze je mylná. Oběžné dráhy planet jsou elipsy, ale mají malou výstřednost, takže je lze v určitých případech idealizovat kružnicemi.
Zákon druhý:
Obsahy ploch opsaných průvodičem planety jsou za stejný čas stejně velké.
Poznámka: druhý Keplerův zákon je ve skutečnosti zákonem zachování momentu hybnosti. Rychlost tělesa (např. Země) není při oběhu okolo Slunce konstantní. Pokud se těleso nachází blíže Slunci, je rychlost větší a naopak. Velmi dobře je to patrné především u objektů, jejichž dráha má velkou výstřednost (např. komety).
Zákon třetí:
Poměr druhých mocnin oběžných dob dvou planet je stejný jako poměr třetích mocnin jejich velkých poloos.
Později bylo ještě odvozeno přesnější znění Keplerova třetího zákona, doplněné o znalosti Newtonových zákonů. K tomu se ještě v našem seriálu vrátíme v matematickém dodatku v části o metodách hledání exoplanet.
Píše se 15. březen 1610 a u Keplerova domu v Praze zastavuje kočár. Keplerův dobrý známý Jan Matouš Wacker z Wackenfelsu mu přiváží zprávu, že Galileo Galilei pozoroval oblohu dalekohledem a objevil nevídané věci. Právě Wacker později sehnal Keplerovi taky jeden dalekohled. Od té doby začal Kepler pracovat na plné obrátky. Přes den počítal a v noci pozoroval.
Družice Kepler
Přesně 400 let poté, co Kepler v Praze publikoval svou práci Astronomia Nova, odstartuje do vesmíru družice, nesoucí jeho jméno. Družice Kepler bude hledat exoplanety metodou tranzitní fotometrie. Pokud se naplní očekávání z tohoto projektu alespoň z poloviny, bude to znamenat doslova revoluci ve výzkumu exoplanet.
Kepler bude nerušeně pozorovat oblast s vysokou koncentrací hvězd o souřadnicích RA = 19h 45 min, DE = +35°. Cílem je, aby pozorování nerušily svým svitem Slunce či Měsíc.
Dalekohled o průměrů 0,95 metru je typu Schmidt a má značně velké zorné pole. Světlo bude směrováno na fotometr s úctyhodným počtem 42 CCD čipů o velikosti 50x25 mm (2200x1024 pixelů)! Celkově by měl Kepler za čtyři roky prozkoumat na 100 000 hvězd jasnějších než 14 mag. Veškerá data budou uložena do počítače a na Zemi zasílána jednou týdně.
Vědci věří, že se jim podaří během primární části mise nalézt asi 50 planet o velikosti naší Země, 185 planet o velikosti do 1,3 Rz (= průměru Země) a asi 640 planet o velikosti 2,2 Rz.
Družice Kepler bude tím nejdůstojnějším způsobem pokračovat v psaní velké knihy našeho vědění o planetách, kterou začal psát Mikuláš Koperník a pokračoval v ní Johannes Kepler a další astronomové v uplynulých 400 letech.
Pamětní desku můžete najít na Ovocném trhu 12, kde Kepler žil v letech 1604 až 1607. Na ulici Parléřova pak najdete Gymnázium Jana Keplera. U něj se nachází sousoší Kepler - Brahe. Na tomto místě totiž kdysi stával dům, ve kterém oba astronomové pobývali. Kepler ale žil i v jiných částech Prahy - viz. například astronomická mapa.
Christian Doppler
V letech 1835 až 1847 pobýval v Praze další z velikánů světové fyziky. V roce 1835 vyhrál konkurz na profesora matematiky a geometrie pražské polytechniky tehdy ještě dosti mladý Christian Doppler (1803 až 1853).
pobytem v Praze se datuje i jeho nejvýznamnější objev. V roce 1842 mu vyšla práce Ueber das farbige Licht der Doppelsterne (O barevném světle dvojhvězd), kterou 25. května toho roku přednesl na zasedání Královské společnosti nauk v Praze ve Vlasteneckém sále Karolína. Přednášky, která vešla do dějin fyziky, se tehdy zúčastnilo jen šest lidí! Kdo by ale podle názvu usuzoval, že tématem byly dvojhvězdy, spletl by se. V přednášce Doppler položil základy jevu, který dnes nese jeho jméno a zasahuje do nejrůznějších oblastí astronomie i astrofyziky.
Dopplerův jev popisuje změnu frekvence (nebo vlnové délky) přijímaného oproti vysílanému signálu, způsobenou nenulovou vzájemnou rychlostí vysílače a přijímače. Jedním z jeho populárních příkladů je změna výšky tónů vydávaných sirénou na vozidle projíždějícím okolo pozorovatele.
V astronomii se Dopplerův jev projevuje posunem spektrální čar. Pokud se k nám objekt přibližuje, jeho spektrální čáry se posouvají k modrého konci spektra. Pokud se od nás objekt vzdaluje, jeho spektrální čáry se posouvají k rudému konci. Tento fakt se uplatňuje jak u galaxií, tak právě u exoplanet. Dopplerův jev je klíčový při metodě měření radiálních rychlostí. V našem seriálu se této metodě budeme podrobně věnovat později.
Pamětní desku má Doppler odhalenu v místech, kde v Praze žil na Karlově náměstí 20 a U obecního dvora 7.
Definice planety se zrodila v Praze
Souvislostí mezi Prahou a planetami bychom našli víc. Tou nejnovější je bezpochyby valné shromáždění Mezinárodní astronomické unie, které se v české metropoli konalo v roce 2006. Právě na něm byla (konečně) přijatá definice pojmu planeta, k nelibosti Pluta a jeho fanoušků. O definici planety se ale dnes rozepisovat nebudeme, neboť ji je věnován celý další díl seriálu.
V Praze také působil Albert Einstein. Ten položil svou obecnou teorií relativity základy metodě gravitačních mikročoček, která se též dnes využívá při objevování planet. V neposlední řadě zmiňme i jméno Williama Herschela. Ten sice v Praze nepůsobil, jeho rodiče ale zřejmě pocházeli z Moravy. Herschel v březnu 1781 objevil planetu Uran.
Zdroje:
- HORSKÝ, Z. Kepler v Praze. Praha: Mladá fronta, 1980
- astrocosmo.cl
- kepler.nasa.gov
- odbornecasopisy.cz
- mapa.hvezdarna.cz
