Astronomové používají dva základní typy dalekohledů – čočkové (refraktory) a zrcadlové (reflektory). Všechny velké dalekohledy jsou zrcadlové. Technicky je možné vyrobit čočku o průměru maximálně asi jeden metr. Větší čočka by měla už tak velkou hmotnost, že by se deformovala. Čočka však nemusí být jen ze skla. Může být třeba také ze vzduchu!
Zemská atmosféra jako obří čočka Terraskopu
Čočka zjednodušeně řečeno nedělá nic jiného, než že láme světlo. Podobně se chová zemská atmosféra. Světelný paprsek z vesmíru postupně prochází stále hustějším prostředím. V důsledku toho nastává lom (refrakce) světla.
Důsledky refrakce můžete vidět při pozorování hvězdy, Slunce nebo Měsíce nad ideálním obzorem (moře). Vlivem lomu světla je objekt vidět nad obzorem, přestože je reálně pod ním.
Existuje hypotéza, že bychom mohli refrakci zemské atmosféry využít jako obří čočku. Stačí umístit kosmický dalekohled do ohniska ve správné vzdálenosti od Země.
Donedávna se předpokládalo, že problémů a překážek podobného řešení je tolik, že je technicky nemožné. Zemská atmosféra by měla jako obří čočka podléhat chromatické aberaci. Atmosféra také není dokonalým prstencem, obsahuje mraky, aerosoly a její hustota se mění v závislosti na teplotě.
Astronom David Kipping, který se jinak věnuje především exoplanetám a exoměsícům, ve své nové studii popsal možnosti tak zvaného Terraskopu a podle něj je technicky možný.
Kipping počítá s využitím dlouhých vlnových délek, protože pokud bychom pracovali s krátkými, leželo by ohnisko Terraskopu velmi blízko zemskému povrchu.
Pokud máme vlnovou délku, můžeme spočítat vzdálenost ohniska nebo spíše „ohniskové linie“, protože reálná vzdálenost bude závislá na hustotě atmosféry. Pokud se v rámci ohniskové linie posuneme dál, uvidíme paprsky lámané ve vyšších vrstvách atmosféry.
Minimální vzdálenost Terraskopu od Země je 330 tisíc kilometrů, což je asi 85 % střední vzdálenosti Měsíce od Země. Ideální je však umístit Terraskop dál od Země, protože pak můžeme pracovat s paprsky lámanými ve ve větších výškách, ve kterých je sice lom menší, ale také je tam méně mraků a vody – ta pohlcuje infračervené záření, což je přesně ta oblast, ve které by Terraskop alespoň částečně pracoval.
Jako ideální se pro Terraskop jeví librační centrum L1 systému Slunce-Země. Librační centra (Lagrangeovy body) jsou místa, ve kterých se vyrovnávají gravitační a odstředivé síly soustavy. Bod L1 se nachází 1,5 milionů kilometrů od Země směrem ke Slunci. Pracuje v něm družice DSCOVR pro výzkum klimatu. Terraskop v této vzdálenost by pracoval s lomem světla ve výšce 13,7 km.
Má Terraskop vůbec smysl?
Terraskop by mohl vypadat jako klasický kosmický dalekohled. Je vhodné ho doplnit o koronograf, což znamená, že by dokázal odstínit kotouček Země. Podobně dnes družice pozorují sluneční korónu (odstíní sluneční kotouč). Další, ale výrazně náročnější, možností je tzv. starshade – clona by se nacházela v kosmickém prostoru před dalekohledem.
Je samozřejmě možné, že při případné realizaci Terraskopu narazíme na neřešitelné problémy. Pokud by však jeho stavba byla možná, vyplatila by se.
Dalekohled s hlavním zrcadlem o průměru 1 metru, což je méně než polovina průměru zrcadla Hubblova dalekohledu, by měl efektivní plochu jako dalekohled o průměru 150 metrů!
V Chile v současné době vyrůstá teleskop o průměru necelých 40 metrů, přičemž stometrový pozemský dalekohled by vyšel zřejmě na více než 30 miliard dolarů.
Terraskop by se nehodil pro pořizování fotografií (například povrchu vzdálených exoplanet), ale mohl by posloužit pro spektroskopická pozorování. Mohli bychom prostřednictvím něj studovat složení atmosfér vzdálených exoplanet, případně prostudovat jejich povrch na základě změn jasnosti (oceán odráží méně světla než povrch).
Reálnější je použít jako čočku celé těleso
Jako čočka se dá použít i celé vesmírné těleso. Svou gravitací totiž v souladu s teorií relativity ohne a zesílí světlo vzdáleného objektu. Na rozdíl od terraskopu to není teorie. Gravitační čočky se běžně používají pro pozorování vzdálených končin vesmíru nebo objevování exoplanet. Jako čočka se využije vzdálená hvězda nebo celá galaxie. Země je na gravitační čočku malá. Existuje ale úvaha, podle které bychom mohli použít Slunce.
