Kozmické observatórium

Kozmické observatórium alebo (pokiaľ obieha okolo Zeme) orbitálne observatórium je observatórium umiestnené vo vrchných vrstvách zemskej atmosféry alebo nad ňou. Obieha okolo Slnka či už nepriamo na obežnej dráhe okolo Zeme, alebo priamo po vlastnej orbite okolo Slnka, ktorá je však väčšinou podobná zemskej orbite – observatórium zdieľa buď rovnakú obežnú dráhu so Zemou, alebo je umiestnené v niektorých z jej mimodráhových libračných bodov.
Kozmické observatóriá musia byť plne automatické a musia byť schopné odolávať extrémnym podmienkam vo vesmíre, ktoré zahŕňajú napríklad nulový atmosférický tlak, veľké výkyvy teplôt a kozmické žiarenie. Musia byť sebestačné vo výrobe elektrickej energie, ktorú si vo väčšine prípadov zabezpečujú sústavou solárnych panelov. Musia byť schopné udržiavať kontakt a komunikovať s pozemskými riadiacimi strediskami. Observatórium obsahuje zrkadlový ďalekohľad, z ktorého sníma údaje určitý snímač, často kamera, a ukladá ich do palubnej pamäte alebo ich priamo vysiela na Zem.
Výhody a nevýhody.
Výhody.
Medzi hlavné dôvody, prečo ľudia umiestňujú ďalekohľady do vesmíru, patrí odstránenie rušivého vplyvu, najmä chvenia atmosféry, ktoré znižuje rozlišovaciu schopnosť pozemských ďalekohľadov. Zemská atmosféra tiež svetlo objektov tlmí a niekedy je kvôli atmosférickým úkazom pozorovanie nemožné (oblačnosť, dážď). Vesmírne ďalekohľady dokážu snímať aj žiarenie takých vlnových dĺžok, ktoré zemská atmosféra neprepúšťa, prípadne ho prepúšťa len čiastočne. Ak im to dráha dovoľuje, dokážu tiež nepretržite alebo aspoň veľmi dlhý čas sledovať jeden konkrétny objekt (napríklad slnečná sonda SOHO môže na svojej dráhe neustále sledovať Slnko). Na Zemi by bolo nepretržité sledovanie niektorých objektov nemožné kvôli rotácii Zeme. Vesmírne observatóriá navyše nie sú zaťažené rozptýleným svetlom v atmosfére (svetelným znečistením) ani inými rušivými faktormi.
Nevýhody.
Konštrukcia a vypustenie vesmírneho observatória je oveľa nákladnejšia ako postavenie pozemského teleskopu s rovnako veľkým priemerom objektívu. U kozmických observatórií je veľmi sťažená, v mnohých prípadoch úplne nemožná údržba a oprava vybavenia, preto závažná porucha môže ohroziť celú misiu. Jediné zariadenie, ktoré bolo schopné zabezpečiť kozmickým observatóriám servis, bol americký raketoplán - aj to však iba v prípade, že sa nachádzali na nízkej obežnej dráhe okolo Zeme. Po ukončení programu raketoplánov v roku 2011 už nie je oprava nijakého kozmického observatória vo vesmíre možná.
Pokiaľ sú observatóriá umiestnené na obežnej dráhe okolo Zeme, ich životnosť na dráhe je bez umelých zásahov obmedzená, pretože neustále trenie o riedke vrstvy atmosféry spôsobuje, že ich obežná dráha pomaly klesá.
Kozmické observatóriá s citlivou optikou, ako napríklad Hubblov vesmírny ďalekohľad alebo Vesmírny ďalekohľad Jamesa Webba, nesmú pozorovať Slnko ani objekty uhlovo blízke Slnku. Na Slnko sa zameriavajú špecializované observatóriá ako napríklad SOHO.
História.
V roku 1946 astronóm Lyman Spitzer publikoval článok nazvaný "Astronomické výhody hvezdárne mimo Zeme". V ňom pojednával o dvoch hlavných výhodách, ktoré by mali vesmírne observatória oproti pozemským. Prvou bolo, že uhlové rozlíšenie (najmenšia vzdialenosť, pri ktorej môžu byť objekty jasne rozlíšiteľné) by bolo limitované iba difrakciou, na rozdiel od turbulencií v atmosfére, ktorá zapríčiňuje blikanie hviezd a je astronómom známe ako "seeing". Vtedy boli pozemské teleskopy typicky limitované rozlíšením 0,5 – 1,0 uhlových sekúnd, v porovnaní s teoretickým difrakčným obmedzením okolo 0,1 uhlovej sekundy pre teleskopy so zrkadlom v priemere. Druhá hlavná výhoda by bola, že vesmírny ďalekohľad by mohol pozorovať infračervené a ultrafialové žiarenie, ktoré inak silne pohlcuje atmosféra.
Postupne sa rozvíjajúca kozmonautika začala slúžiť astronómii v malom už po Druhej svetovej vojne, keď vedci našli použitie pre vynálezy raketovej technológie, ktorá sa dostala do popredia záujmu. V roku 1946 bolo prvýkrát získané ultrafialové spektrum Slnka z výšky pomocou prístrojov umiestnených v trupe rakety. Prvé orbitálne observatóriá prišli už niekoľko rokov po vôbec prvej družici Zeme. Slnečné observatórium obiehajúce okolo Zeme bolo vypustené v roku 1962 Veľkou Britániou ako časť vesmírneho programu Ariel a v roku 1966 svet zažil vypustenie prvého Obiehajúceho astronomického observatória (OAO) vesmírnou agentúrou NASA. Batéria misie OAO-1 zlyhala po troch dňoch, čím aj skončila celá misia, ale nasledujúca misia OAO-2 uskutočňovala ultrafialové pozorovania hviezd a galaxií od jej štartu v roku 1968 až do roku 1972, ďaleko za hranicou jej pôvodne plánovanej životnosti jedného roka. Misie OAO ukázali, akú dôležitú úlohu v astronómii by mohli zohrávať pozorovania z vesmíru. V roku 1968 sa zrodili smelé plány NASA pre vývoj zrkadlového ďalekohľadu, tzv. reflektora s v priemere, známom ako "Veľký obiehajúci ďalekohľad" alebo "Veľký vesmírny ďalekohľad".
V roku 1983 bol nad zemskú atmosféru vypustený prvý infračervený ďalekohľad IRAS. Obiehal Zem ako jej umelá družica a počas necelého roka svojej činnosti stihol pozorovať státisíce opticky neviditeľných infračervených zdrojov. Po dvanásťročnej pauze bolo vypustených ešte niekoľko ďalších infračervených observatórií.
Z projektu "Veľkého obiehajúceho ďalekohľadu" sa neskôr vyvinul Hubblov vesmírny ďalekohľad (HST), ktorý bol vypustený raketoplánom Discovery v roku 1990. V rovnakom roku bolo vypustené prvé röntgenové observatórium ROSAT, na ktorého prácu nadviazala v roku 1999 Chandra. V rokoch 1991 – 2000 pôsobilo na obežnej dráhe Zeme observatórium Compton GRO sledujúce objekty v spektre gama žiarenia. V roku 2003 bolo do libračného bodu zemskej dráhy L2 umiestnené infračervené observatórium Spitzerov vesmírny ďalekohľad, ktoré bolo funkčné až do roku 2020. Hubblov vesmírny ďalekohľad, Chandra, Spitzerov vesmírny ďalekohľad a Compton GRO sa nazývajú aj Veľké kozmické observatóriá. Hubblov vesmírny ďalekohľad a Chandra v súčasnosti (júl 2022) stále fungujú.
Najväčším doteraz vypusteným kozmickým observatóriom je Vesmírny ďalekohľad Jamesa Webba, ktorý odštartoval s raketou Ariane 5 na sklonku roku 2021. V júli 2022 priniesol prvé vedecké snímky. Pozoruje prevažne v infračervenom spektre.
Umiestnenie do kozmu.
Observatóriá štartujú do vesmíru buď s pomocou nosnej rakety, alebo boli vynesené raketoplánom (Hubblov vesmírny ďalekohľad, Chandra a Compton GRO, pôvodne bolo v pláne aj vynesenie Spitzera raketoplánom, napokon však štartoval s nosnou raketou Delta II). Pokiaľ sa potrebovali dostať na inú obežnú dráhu, než na akú bol schopný vyniesť ich raketoplán, používali urýchľovací raketový stupeň.