PHSP Zákryty hvězd tělesy sluneční soustavy

Zákryty: Nejrychlejší úkazy na obloze

Když se podíváte na Měsíc dalekohledem, můžete v jeho blízkosti občas vidět jednu či dvě hvězdy, které jsou součástí tzv. nebeského pozadí. Pokud by jste v pozorování zmíněného seskupení pokračovali, všimnete si po překvapivě krátké chvíli, jak se Měsíc vůči hvězdám pohybuje. K zaregistrování tohoto pohybu stačí jen několik minut! Jedná se o praktický důkaz známé skutečnosti, že Měsíc obíhá kolem Země.
Ale co se stane v okamžiku, kdy některá z hvězd leží přímo v dráze Měsíce? V takovém případě Měsíc vstoupí před hvězdu a zakryje ji. Těmto úkazům začali astronomové říkat occultations. Název je odvozen z latinského „occultare“, což znamená „zakrýt“.
Zákryty nastávají poměrně často a jedná se o velice zajímavé a svým způsobem dramatické úkazy. Počet pozorovatelných úkazů samozřejmě významně závisí na mohutnosti a parametrech užitého dalekohledu. Hvězda se zpočátku minutu po minutě blíží k okraji Měsíce až dosáhne jeho okraje. Na této hraně chvíli – několik sekund – zdánlivě balancuje a pak náhle, zcela neočekávaně a překvapivě zmizí.
Již řadu desetiletí se astronomové amatéři účastní pozorovacího projektu, jehož cílem je přesné měření časů, kdy ten který konkrétní zákryt nastává. Dodnes tak řada amatérů vybavených, na dnešní dobu naprosto směšným vybavením, dokáže získávat vědecky použitelné údaje.

Nebeské „srážky“

Záznamy o pozorování zákrytů mají skutečně dlouhou historii. První písemný záznam týkající se této problematiky provedl Aristoteles. Jeho zpráva říká, že v dubnu roku 4357 před naším letopočtem prošel Měsíc před planetou Mars a došlo k zákrytu, z čehož správně vyvodil, že vzdálenost „bludné hvězdy“ – planety - je větší než Měsíce.
Pozdější sledování zákrytů jasných hvězd dalo astronomům, již v dávné době před vynálezem dalekohledů, možnost odvodit ze zákrytů i další důležitou skutečnost. Okamžité zmizení či objevení se hvězdy za neosvětleným okrajem Měsíce vypovídá o tom, že náš nebeský soused nemá žádný plynný obal – atmosféru – a tím pádem je velice problematické očekávat na něm život v našem slova smyslu. Kdyby totiž Měsíc jakýmkoli plynným obalem disponoval, museli bychom vidět postupné pohasínání hvězd u jeho okraje, stejně jako se to denně děje ve chvílích, kdy se Slunce noří večer do hustších vrstev atmosféry krátce před svým západem. Exaktně tuto problematiku zkoumal kolem roku 1843 německý astronom Fredrich Wilhelm Bessel, který dospěl k závěru, že lunární obal těsně nad jeho okrajem nemůže mít v žádném případě hustotu přesahující 1/2000 hustoty atmosféry Země.
Již poměrně nedávno, v polovině minulého století, bylo měření časů zákrytů užíváno pro řešení řady dalších vědeckých problémů. Po řadu let byly zákryty jedinou cestou, jak s vysokou přesností zjišťovat drobné odchylky v ne zcela pravidelné oběžné dráze Měsíce kolem Země. S vylepšující se pozorovací technikou, lepším časovým rozlišením průběhu úkazu a jemnějším určováním průběhu světelné křivky sledování zákrytů hvězd také vedlo k objevu řady těsných dvojhvězd, které se prozradily postupným pohasnutím u okraje Měsíce. V takových případech dochází k tomu, že v první chvíli hvězda sníží částečně svůj jas a teprve po několika okamžicích zmizí definitivně. Je to dáno tím, že napřed je zakryta pouze jedna ze složek systému a druhá složka je stále ještě nějaký čas pozorovatelná. Při prostém pohledu, byť i mohutným dalekohledem, nám dvojice hvězd splývá v jediný bod, který rozlišíme až prostřednictvím změn jasu u okraje Měsíce.
Paradoxně nám měření časů zákrytů hvězd Měsícem poskytlo zajímavé informace i o naší Zemi. Ukázalo se, že rotace naší planety, od níž bylo odedávna odvozováno měření času, není pravidelná. Za předpokladu, že dráha Měsíce byla vypočtena s ohledem na všechny vlivy, které na ni působí, bylo zřejmé, že pozorované odchylky nejsou skutečným urychlením nebo opožděním Měsíce na jeho dráze, ale že je způsobována rozdíly efemeridového (pravidelně plynoucího času) a času rotačního (odvozovaného z pohybu nebeských těles).
Z výše uvedeného tedy vyplývá, že sledování zákrytů prováděné systematicky z mnoha stanic na různých místech Země mohlo být užíváno pro svoji dobu k neuvěřitelně přesnému stanovování poloh hvězd, zpětně polohy pozorovacího místa a samozřejmě také polohy Měsíce (a to za předpokladu, že dva z těchto tří údajů známe). Právě řešení této jednoduché úlohy o dvou neznámých vedlo v polovině minulého století k tomu, že měření časů zákrytů bylo částečně i v centru zájmu vojenských kruhů. Jednalo se konkrétně o možnost přesného navádění mezikontinentálních střel na své cíle.
Mnohé, ba lze říci že prakticky všechny, výše popsané přínosy sledování a časová měření zákrytů s postupem času a nástupem nových přesnějších a důmyslnějších technologií pozbyly své původní důležitosti. Ale s rozvojem techniky se před astronomy, jejichž zájmem jsou zákryty hvězd tělesy sluneční soustavy, objevily nové možnosti a cíle. Metoda měření časů zákrytů není v žádném případě oblastí mrtvou!

Zákrytářská současnost

Svůj význam i dnes si stále udržují expedice za tzv. tečnými zákryty. Jedná se o skupinové sledování klasického lunárního zákrytu hvězdy u severního, či jižního okraje Měsíce. Hvězda v takovém případě poblikává, jak je zakrývána jednotlivými kopci v profilu Měsíce a opět probleskuje přilehlými údolími. Při vhodném rozestavení skupiny pozorovatelů a užití vhodné techniky lze touto metodou mapovat měsíční profil s přesností až kolem desítky metrů, což odpovídá dnes již běžně dosahovanému časovému rozlišení na setiny sekund.
S rozvojem výpočetní techniky se před pozorovateli zákrytů otevřely i další do nedávné doby zcela netušené možnosti. Jako nejzajímavější oblast lze zmínit pozorování zákrytů hvězd planetkami, ale svůj význam mají například i časy a světelné křivky získané při vzájemných úkazech měsíců velkých planet (nejznámější jsou periodicky se opakující vzájemné zákryty jupiterových Galileovských měsíců). Pozorování zákrytů hvězd planetami vedlo k odhalení, ze Země neviditelných, prstenců planety Uran (ještě před jejich potvrzením prostřednictvím snímků z meziplanetárních sond), či možnostem detailního studia dvojitého objektu Pluto – Charon při sérii jejich vzájemných přechodů. Hitem posledních měsíců je snaha o zachycení zákrytů hvězd tělesy rychle se rozrůstající rodiny transneptunických objektů.
Pozorování zákrytů tedy v každém případě má svoji budoucnost a navíc je to jeden z mála oborů současné astronomie, do něhož nezanedbatelnou měrou mohou vstupovat i astronomové amatéři, byť i u nich je nutno počítat s tím, že musí užívat stále dokonalejší, přesnější a objektivní výsledky produkující techniku. Ta se ovšem stává průběžně dostupnější a proto není třeba podléhat skepsi jako v mnoha jiných oblastech astronomie, které se před amatérskou astronomickou obcí nenávratně uzavřely.

Čekání na bliknutí

Po většinu času je určitá část měsíčního disku ozářená Sluncem a zbylá část se topí ve tmě. Navíc při menších fázích Měsíce je matně viditelná i neosvětlená část lunárního kotouče, což je důsledek osvícení noční části Měsíce světlem přicházejícím ze Slunce a odraženým od naší Země. Na první pohled si jistě všimnete, že spatřit hvězdu u tmavého okraje je podstatně jednodušší než u opačné osvětlené hrany Měsíce. Důvod je samozřejmě nutno hledat v jasu osvětlené části Měsíce, v jehož jasu se hvězda ztrácí a při větším přiblížení s ním dokonce splyne, takže ji ztratíme z dohledu ještě dlouho předtím než nastane zákryt.
To je důvod, proč vstupy hvězd za měsíční těleso pozorujeme v období mezi novem a úplňkem na večerní obloze a naopak použitelných výstupů se dočkáme ráno v čase mezi úplňkem a novem. Za výše popsaných podmínek totiž dochází k zákrytovým úkazům za neosvětlenou částí Měsíce.
Naše možnosti při těchto pozorováních tzv. „totálních“ zákrytů jsou velice rozmanité. Měření časů lze provádět různými vizuálními metodami. K nejpoužívanějším patří metoda, při níž pozorovatel sleduje vizuálně úkaz se stopkami v ruce, které v okamžiku zmizení (či objevení se) hvězdy u měsíčního okraje spustí. Následně je pak srovná s přesným vědeckým časovým signálem a určí tak přesný čas úkazu. Tato velice jednoduchá a technicky nenáročná metoda však v poslední době už přestává poskytovat uspokojivě přesné údaje. Na vině je nestálost reakční doby pozorovatele, kterou je případ od případu velice obtížné a nejisté stanovit s požadovanou přesností. Osobní chyba, jak se čas mezi úkazem a reakcí na něj nazývá, závisí na mnoha objektivních ale i subjektivních vlivech. Mezi ty, které lze poměrně dobře určit patří například zkušenost pozorovatele či objektivní podmínky konkrétního zákrytu (jasnost zakrývané hvězdy, fáze Měsíce, výška úkazu nad obzorem, stav atmosféry,….), ale obtížněji už se zohledňují faktory jakými jsou únava pozorovatele či jeho „psychická pohoda“. Tato nejistota pak vede k tomu, že přesnost naměřených časů je v intervalu desetin sekundy a to už je v dnešní době bohužel natolik velký časový rozptyl, že tato měření rychle ztrácí svoji bývalou důležitost.
Určitý význam, i když i zde klesající, si zachovává pozorování „totálních“ zákrytů objektivními metodami. Jedná se především o využití televizních kamer s vysokou citlivostí, které nám nahráním umožní získávat rychlé série snímků (50 půlsnímků za sekundu) a následné zpracování. Pokud navíc do obrazu vkládáme zdigitalizovaný záznam vědeckého časového signálu, je určení okamžiku zákrytu možno stanovovat s přesností kolem 0,04 s. Pokud navíc celé zařízení máme zkalibrováno a je určena „přístrojová chyba“ – tedy časová prodleva způsobená užitou technikou (která je většinou minimálně o řád níže než přesnost měření) – je použitelnost měření pro další zpracování podstatně vyšší. Zajímavost získaných výsledků samozřejmě dále stoupá, jestliže z pořízeného záznamu dokážeme vedle času stanovovat i průběh světelné křivky úkazu , případně další průvodní údaje.
Shromažďováním a zpracováním výsledků se v současné době zabývá International Lunar Occultation Center (ILOC) pracující při Geodety and Geophysics Division Hydrographic Department v Tokiu (Japonsko). Pro každý kalendářní rok je zpracovávána publikace s názvem Report of Lunar Occultation Observations, která obsahuje nejen soupis všech provedených měření z celého světa, ale současně i základní zpracování získaných výsledků.
V poslední době se sběrem a interpretací výsledků měření časů totálních zákrytů zabývá v rámci projektu MoonLimb i organizace International Occultation Tininy Association – European Section (IOTA-ES) pod vedením Dietmara Bittnera. Jedná se o snahu využít pozorování zákrytů hvězd Měsícem k zpřesnění Wattsových map měsíčního profilu.
Současně mohou být získaná měření využívána individuálně k řešení dalších astronomických úloh a problémů. Již bylo např. zmíněno užití při odhalování nových těsných dvojhvězd.

Tečné zákryty

Se zlepšujícími se možnostmi předpovídání zákrytů hvězd Měsícem se již v polovině minulého století v USA objevil nápad uspořádat expedici skupiny pozorovatelů zákrytů do oblasti odkud by totální úkaz byl pozorovatelný u některého z růžků Měsíce. Takovým úkazům, kdy hvězda pouze lehce „škrtá“ o měsíční profil, se začalo říkat tečné zákryty. Skupiny nadšených pozorovatelů bohužel velice často narážely na problémy spojené s nepřízní počasí, ale také s nejistotou určení linie tečného zákrytu. I chyba v řádu několika kilometrů ve směru kolmém k pohybu „stínu“ vede k nemožnosti získat požadovaná měření.
Avšak v okamžiku, kdy je početná skupina na správném místě, ve správný čas a za příznivého počasí, je možno získat skutečně překvapivě přesné údaje o profilu Měsíce i s užitím překvapivě jednoduchých pozorovacích prostředků. Opět samozřejmě platí, že přednost mají „objektivně“ získané časy. Ale i méně přesná vizuální měření poskytují velmi zajímavé údaje.
O tento typ pozorování zákrytů se již od 70. let minulého století pokoušeli i pozorovatelé u nás. První, alespoň částečný úspěch byl však zaznamenán až 11. listopadu 2001 u obce Kamínky (u Rokycan). Pěti pozorovatelům se podařilo během necelých dvou minut zachytit 32 úkazů (vstupů a výstupů) hvězdy za severním růžkem Měsíce. Údaje byly následně zpracovány a porovnány s Wattsovým profilem. Hlavním přínosem expedice však bylo získání prvních praktických zkušeností.
Na tento první úspěch navázaly další výjezdy. Jako mimořádně úspěšné lze jmenovat pozorování u vesnice Kluky (u Písku) 30. září 2002 před svítáním, kterého se zúčastnilo 11 úspěšných pozorovatelů (dalším dvěma pozorovatelům selhaly stopky a jeden měl k dispozici pouze malý dalekohled, který nedovolil úspěšné pozorování), kteří naměřili celkově téměř 80 vstupů a výstupů hvězdy. Zpracování pozorování tohoto tečného zákrytu a porovnání výsledku s předpokládaným Wattsovým profilem je na připojeném obrázku.
 Shodou okolností hned o noc později, stále ještě 30. září 2002, bylo úspěšných plných 13 pozorovatelů (závada stopek se tentokrát nevyhnula trojici pozorovatelů), z čehož tři měli pro záznam k dispozici televizní kameru. Expedice tentokrát vyjela k obci Pláň (severozápadně od Plzně). Získáno bylo 87 bliknutí hvězdy. Výsledek pozorování v grafické podobě je opět připojen.
Měření tohoto typu soustřeďuje mezinárodní organizace IOTA a jsou užívána především pro detailní zpřesnění lunárního profilu v oblastech obou pólů. Jejich důležitost však spočívá i ve zpřesňování pozic Měsíce v deklinaci (totální zákryty poskytují informace především o pozici ve směru rektascenze).

Hit sezóny – zákryty hvězd planetkami

Pokud byla řeč o klasických - „totálních“ - zákrytech hvězd Měsícem či o tečných zákrytech, mohlo se zdát, že informace o těchto projektech věští soumrak amatérské zákrytářské astronomie. Opak je ovšem pravdou. Skutečným hitem současné doby je rychle se rozvíjející měření časů zákrytů hvězd planetkami. Jedná se o obor, v němž i dnes se velice dobře uplatní prakticky kterýkoli astronom amatér, byť i s relativně jednodušším vybavením.
Počátky sledování zákrytů hvězd planetkami byly provázeny ještě většími problémy a neúspěchy něž jak to bylo popisováno u měření časů tečných úkazů. Nejistoty předpovědí, na nichž se podílela naše neznalost jak pozic hvězd tak především drah drobných planetek, vedla k prakticky stoprocentní jistotě, že zákryt při pozorování nespatříte. U většiny planetek, jejichž průměry se pohybovaly v rozmezí desítek až jedné až dvou stovek kilometrů (a tutéž šíři měly i pásy jejich stínů) byla nejistota v mnoha stovkách kilometrů na zemském povrchu a tím i v řadě minut v čase kdy by k několikasekundovému zákrytu mělo dojít. Bylo jasné, že takovýto způsob nemůže vést k požadovaným výsledkům a především odrazoval méně vytrvalé pozorovatele od projektu, jehož každé pozorování končilo pouze konstatováním negativního výsledku.
Zlom nastal na konci 80. let kdy se začaly objevovat informace o tzv. upřesněních „v poslední minutě“. Jedná se o to, že hvězda i planetka byly přesnou astrometrií sledovány krátce před předpověděným úkazem a na základě nových údajů byla zpracována nová předpověď. Tato cesta se ukázala být správnou. Zpočátku vedla k nárůstu pozitivních měření především v oblasti Severní Ameriky, ale od poloviny 90. let se upřesněné předpovědi začaly čím dál častěji objevovat i pro další oblasti včetně Evropy. Velkou pomocí pro pozorovatele zákrytů hvězd planetkami se postupně stal také internet, který umožňuje rychlé předávání informací o upřesněných stopách.
V současné době informace o zákrytech hvězd planetkami získáte hned na několika www adresách. Nominální (neupřesněné) předpovědi zpracovávané vždy pro nadcházející kalendářní rok jsou k dispozici na stránce http://mpocc.astro.cz/ (Mánek; CZ). Nejdůležitější je ovšem sledovat výše zmíněná upřesnění. K dispozici se zaměřením na Evropu jsou:

http://astrosurf.com/eaon/ (Schwaenen; EAON) a http://www.euraster.net/ (Frappa; Francie). Další velice renomovanou www staránkou s upřesněními bez ohledu na regiony je: http://asteroidoccultation.com/ (Preston; USA). Existuje ovšem již i velice podrobná česká www stránka zabývající se zákryty hvězd planetkami spravovaná O. Šándorem (Hvězdárna a planetárium Teplice): http://www.teplice-city.cz/hap/Pozaktual/Pozaktual.htm .

Způsobů jak pozorovat tak rychlé úkazy jakými jsou zákryty hvězd planetkami je samozřejmě několik a záleží především na technickém vybavení stanoviště. Základní princip je však shodný s pozorováním zákrytů hvězd Měsícem. Pouze blízký a ve srovnání s planetkami rozměrný Měsíc je nahrazen drobnou planetkou na její dráze někde mezi Marsem a Jupiterem. Nejjednodušším postupem je pozorování vizuální. V čase kolem udané předpovědi (u neupřesněných nominálních předpovědí se doporučuje + 5 minut, u zpřesněných pak stačí interval podstatně kratší) je nutno sledovat pozorně zakrývanou hvězdu, kterou musíte po celou dobu pozorování bezpečně vidět (v případě, že hvězda je na hranici pozorovatelnosti raději sledování vůbec neprovádějte). Čekáte na okamžik, kdy hvězda na několik sekund zmizí z oblohy. Planetka má totiž většinou podstatně menší jasnost a vůbec ji nevidíme, takže v čase překrytí vlastně pozorujeme zmizení hvězdy. Právě určení absolutních časů vstupu a výstupu hvězdy zpoza planetky je požadovaný výsledek. Stejně hodnotným výsledkem však za určitých okolností může být i konstatování, že úkaz na daném stanovišti nenastal. Získání požadovaných hodnot můžeme dosáhnout i jinak. Velice vhodnou metodou je snímání hvězdy televizní kamerou v ohnisku dostatečně mohutného dalekohledu. Pokud máme do obrazu navíc vkopírováván vědecký časový signál je pak již zcela rutinní záležitostí odkrokovat následně na videozáznamu přesné okamžiky začátku a konce úkazu. V těchto případech je často největším problémem získat jistotu, že v zorném poli kamery je skutečně právě ta správná zakrývaná hvězda. V poslední době se stále více začíná rozšiřovat metoda založená na snímkování zakrývané hvězdy ze statického dalekohledu. Při vhodně zvoleném zorném poli (ohniskové délce objektivu – dalekohledu a rozměru políčka filmu případně čipu) nastavení výchozí pozice aparatury a vhodné délky expozice se jedná o metodu velice praktickou a spolehlivou. Na políčku snímku se totiž zachytí dráhy hvězd jako čárky. Na stopě zakrývané hvězdy je pak přerušení jehož délka udává trvání zákrytu a pozice na dráze absolutní časy. Na připojeném obrázku je vidět několik takto provedených pozorování.

Protokoly o sledování zákrytů hvězd planetkami jsou soustřeďovány organizacemi IOTA či EAON a následně jsou zpracovávány výsledky. Dnes již prostřednictvím pozorování zákrytů hvězd planetkami máme k dispozici řadu profilů různě velkých tělísek více či méně nepravidelných tvarů jejichž získání jinou cestou by ze Země bylo prakticky vyloučeno. Konkurovat zákrytům může pouze využití meziplanetárních sond. Prvního pozitivního měřením v České republice jsme se po více než dvou desetiletích neúspěšných pokusů dočkali 24. května 2000, kdy se hned ze tří pozorovacích stanic podařilo pozorovat zákryt hvězdy velkou planetkou Juno. Avšak největší úspěchy naše pozorovatele ještě čekaly. 17. září 2002 se několik skupin zákrytářů z České republiky vypravilo do oblasti kolem Mnichova v sousedním Německu. Výsledkem bylo získání hned jedenácti tětiv protínajících planetku Tercidina. Navíc tyto tětivy byly získány prakticky napříč celým profilem téměř stokilometrové planetky. Pozorování zákrytu hvězdy planetkou Tercidina se i díky našim astronomům zařadilo mezi dva nejúspěšnější evropské planetové zákryty. Celkově bylo získáno téměř 60 použitelných měření a podařilo se s vysokou přesností určit tvar profilu planetky. Výsledek zpracování je vidět na připojeném obrázku. Z českého pohledu se vůbec nejúspěšnější expedicí za planetovým zákrytem stala akce uskutečněná 26. srpna 2003. Dvě skupiny pozorovatelů (západočeská a pražská) se hlavní měrou podílely na 62 pozitivních měřeních času zákrytu planetky Bertholda. Vedle zmíněných kladných měření bylo při tomto úkazu posbíráno i 55 negativních pozorování a výsledek vidíte na dalším obrázku. Protáhlý tvar planetky byl určen na hodnoty 120 x 170 km s nejistotou nepřevyšující 2,7 km. Při pozorování zákrytů hvězd planetkami je velice důležité dbát na pečlivost získávání přesných časů a každé pozorování vyžaduje pečlivou přípravu. A právě pro získání zkušeností, technických dovedností a pozorovatelské rutiny vám pomohou klasické zákryty hvězd Měsícem či tečné zákryty, které tím dostávají další nezastupitelnou funkci v dalším rozvoji pozorování zákrytů hvězd tělesy sluneční soustavy.

Karel HALÍŘ, Hvězdárna v Rokycanech