Malá kosmologická hlídka - NOVÝ IMPULS PRO HLEDÁNÍ ROZUMNÉHO ŽIVOTA VE VESMÍRU

Nový impuls pro hledání rozumného života ve vesmíru

Mimozemský život je hypotetická forma života, která potenciálně mohla vzniknout a může existovat za hranicemi naší planety Země. Je předmětem zkoumání věd o vesmíru, zejména vesmírné biologie. Je také jedním z oblíbených vymyšlených objektů ve vědecké fantastice. Vznik života na Zemi se stal podnětem pro předpoklady o tom, že obdobné podmínky se mohly vytvořit i na jiných planetách ve vesmíru a těch je bezpočet. Lidem stále vrtá hlavou: Je vesmír zaplněn přátelskými mimozemskými civilizacemi, nebo je naše Země osamělým zajiskřením života v prázdném vesmíru? To nedává spát mnoha vědcům i amatérským badatelům.

V poslední době dostává úsilí vědecké komunity ve vyhledávání inteligentního života ve vesmíru nový impuls v iniciativě ruského podnikatele-miliardáře a mecenáše Jurije Milnera s podporou významných vědců a osobností veřejného života. O této iniciativě s jejím zasazením do širších souvislostí pojednává tento příspěvek.

Něco málo úvodem

Stručně k předpokladům pro život ve vesmíru

Podle opatrných předpokladů existují podmínky, které jsou příznivé pro vznik života na planetách, které obíhají kolem stabilních hvězd, jejichž vlastnosti jsou blízké vlastnostem našeho Slunce. Počet takových hvězd v naší galaxii se často odhaduje řádově miliardou (109). Objevy planet u jiných hvězdných soustav rovněž nepřímo svědčí o možnosti existence míst ve vesmíru, ve kterých jsou příznivé podmínky pro vznik života v tzv. obyvatelné zóně. Zatím současné možnosti astronomie neumožňují hodnotit podmínky pro život na takových planetách, ale umožní-li budoucí technický pokrok určit třeba přítomnost vody na planetě, nebo kyslíku v její atmosféře, bude to důležitým svědectvím pro získání důkazu existence mimozemského života.

To, že na naší Zemi existují formy života, které si mohou zachovat schopnost rozmnožování i po pobytu v extrémních podmínkách (např. v prostředích s náhlými vysokými změnami teploty a tlaku), a přežívají i v jiných, silně nepříznivých podmínkách, ukazuje na možnost toho, že život by se mohl zrodit a udržet v podmínkách, které jsou velmi vzdálené pozemským.

Stručně k hledání mimozemského života

Počínaje druhou polovinou 20. století uskutečňují vědci různých zemí cílevědomé hledání mimozemského života uvnitř naší sluneční soustavy i za jejími hranicemi. Podle současných vědeckých představ je pravděpodobnost objevení vysoce organizovaného života na planetách sluneční soustavy, kromě Marsu, velmi malá. Astronomické výzkumy Marsu a výzkum pomocí vysazovaných přístrojů umožnily pouze učinit si názor o některých příznivých faktorech, které by mohly přát životu. Na povrchu planety byly objeveny příznaky vody. Přítomnost metanu v atmosféře a klimatické podmínky planety svědčí o tom, že v principu by na Marsu mohly být objeveny nejjednodušší formy života, např. mikroorganizmy.

Zkoumání meteoritů, horních vrstev atmosféry Země a údaje shromážděné v rámci kosmického programu “Viking”, umožňují některým vědcům tvrdit, že nejjednodušší formy života mohou existovat i na jiných planetách sluneční soustavy. Astrobiologové pokračují v hledání alespoň elementárních forem života (typu bakterií, sinic a podobných nejjednodušších organizmů) na Marsu a na Venuši. Za perspektivní pro hledání se považují také některé družice plynových gigantů s povrchovými oceány, ledem a atmosférou (jakými jsou Callisto, Enceladus, Europa, Ganymede, Titan).

Hledání forem života za hranicemi sluneční soustavy se organizuje se zaměřením na objevení možných stop činnosti rozumných bytostí. Od roku 1971 běží projekt SETI (anglická zkratka pro Search for Extraterrestrial Intelligence), v rámci něhož se vědci snaží objevit aktivitu mimozemských civilizací pátráním po umělých elektromagnetických signálech v pásmu rádiových vln.

Veřejně se projekt SETI šíří formou programu SETI at Home (SETI@home), což je projekt zabývající se distribuovanými výpočty, který využívá počítačů propojených v internetu. Projekt provozuje Space Sciences Laboratory na Kalifornské univerzitě v Berkeley v USA.

Stručně k mezihvězdným komunikacím

Mezihvězdnými komunikacemi můžeme rozumět přenos umělých signálů mezi planetami, které jsou v různých hvězdných soustavách. Posílání mezihvězdných zpráv je jednodušší a technicky i ekonomicky reálnější způsob komunikace mezi vesmírnými civilizacemi než mezihvězdné lety. V principu je posílání zpráv možné již při současné úrovni pozemských technologií. Takové komunikace (aby byly reálné a mohly být úspěšné) však předpokládají to, že na opačné straně mezihvězdného spoje existuje někdo (nebo něco), s kým (nebo s čím) je možné uskutečnit kontakt. Z tohoto hlediska stále není v současné době jasné jsou-li mezihvězdné komunikace možné či reálné, nebo nejsou.

V podstatě jsou dva způsoby přístupu k hledání mimozemských civilizací. Prvním je pátrání po signálech, které by tyto civilizace mohly vysílat do vesmírného prostoru. To předpokládá spoléhat se na to, že vesmírní inteligentní druhové budou rovněž hledat jak navázat kontakt. Je to spojeno minimálně s třemi základními problémy - co vlastně máme hledat, jak to máme hledat a kde to máme hledat.

Druhým způsobem je posílání jakéhosi “signálu připravenosti” do vesmíru, spoléhaje na to, že někdo bude takový signál vyhledávat. Základní problémy tohoto přístupu jsou fakticky obdobné jako v předchozím případě, s tou výjimkou že je technicky poněkud méně problematický.

Jeden přístup je vyjádřen programem odposlouchávání uměle generovaných  elektromagnetických signálů z vesmíru, (tj. signálů, které nemají přirozený charakter), jaký financuje americká agentura NASA. Nutně vychází z jakoby samozřejmého předpokladu, že jakákoli technicky vyspělá civilizace musí vytvořit obdobné systémy generující umělé signály, jako máme my na Zemi. Úplně první pozemské umělé elektromagnetické signály teoreticky mohly k dnešnímu dni šířením do všech směrů dosáhnout vzdálenosti kolem 100 světelných let.

Všechny pokusy rozpoznat cizí umělé signály směřující k Zemi zůstávají dodnes neúspěšné, avšak počet hvězd “prověřených” tímto způsobem je ještě méně než 0,1% z počtu hvězd, které ještě na výzkum čekají (existuje-li statisticky významná pravděpodobnost objevení mimozemských civilizací).

Rádiové komunikace

Program SETI se uskutečňuje již po několik posledních desetiletí tím, že se hledají signály vysílané do vesmíru mimozemskými civilizacemi. Vyhledávání probíhá v oboru spektra signálů s rádiovými kmitočty. Zvláštní naděje se vkládají do kmitočtů absorpčních čar neutrálního vodíku, neboť v této části spektra jsou poruchy v příjmu signálů a šumy pozadí minimální. Dříve se za mezihvězdné signály považovaly pravidelné rádiové impulsy vyzařované pulzary, brzy se však ukázalo, že nejde o umělé, ale o přirozené signály.

Bylo učiněno také několik pokusů s vysláním signálů k jiným hvězdám. První a nejznámější pokus byl z roku 1974, kdy byl použit největší radioteleskop Arecibo (podle názvu blízkého města v karibském Portoriku). Jednoduchá zpráva byla odeslána k hvězdokupě M13 v souhvězdí Herkules na severní obloze (ve vzdálenosti 30 tisíc světelných let od naší sluneční soustavy). To však mělo spíše jen symbolický charakter neboť na odpověď (byla-li by odeslána) by se muselo čekat asi 60 000 let.

Obří radioteleskop Arecibo v Portoriku
(obrázek ©NAIC Observatoř Arecibo)

Vskutku obří radioteleskop Arecibo na obrázku výše má vespodu parabolický zrcadlový odražeč (konkávní reflektor) o průměru 305 m, který je složený z tisíců děrovaných hliníkových panelů a směruje přicházející rádiové vlny na 9 tunovou platformu s anténou a přijímacím blokem zavěšenou 137 m vysoko nad odražečem na 18 lanech mezi třemi věžemi.

Platforma s anténou v ochranné kopuli zavěšená nad parabolickým odražečem

Zavěšená platforma nese anténu převádějící přijímané rádiové vlny na elektrické signály a aktivní přijímací zařízení s nízkošumovým zesilovačem.

V současné době má observatoř Arecibo velký vědecký význam především díky výzkumným  pracím ve dvou oblastech. První je účast ve výše uvedeném projektu SETI@home. Je zde i druhá oblast a tou je radarová astronomie zaměřená především na zkoumání planetek, které prolétají v relativně malé vzdálenosti od naší Země. Přístroje observatoře jsou schopny je elektronicky “ohmatat” a na základě toho určit jejich přibližnou velikost a tvar.

Jiné metody komunikací

Mezi jiné metody mezihvězdných komunikací je v současné době možné zařadit především použití signálů generovaných lasery v oboru viditelného světla, ale (z hlediska fyzikálních principů) také signály s neutrinovou modulací a využití gravitačních vln. Tyto metody by však byly pomocí současných dostupných technologií stále ještě těžko realizovatelné.

Také přímé fyzické vypravení zásilek k jiným hvězdám je možné považovat za jednu z metod mezihvězdných komunikací. Jde o vypuštění sond k jiným hvězdným soustavám. Její předností je téměř neomezené množství zaslaných informací (užitečná zátěž může dosahovat několika tun). Hlavním nedostatkem je ovšem to, že současný stupeň rozvoje technologií neumožňuje dát sondě aspoň trochu přijatelnou rychlost. Dokonce i k nejbližším hvězdám sonda poletí tisíce roků. Teoretická koncepce použití sond jako prostředků mezihvězdných komunikací byla vypracována formou tzv. Bracewellovy sondy (což měla být autonomní robotická mezihvězdná vesmírná sonda s vysokým stupněm umělé inteligence pojmenovaná podle průkopníka radioteleskopu Ronalda N. Bracewella). Jako součást praktických výzkumů v této oblasti je možné uvést projekt Daidalos (angl. Daedalus).

Největší praktické pozornosti se, jako jiné metodě než je metoda využívající rádiové signály, dostává oblasti možného příjmu světelných (optických) signálů. Jsou názory, podle nichž by se v pokusech o komunikaci mimozemské civilizace s námi nepoužily rádiové vlny, ale spíše lasery. V observatoři Oak Ridge v Harvardu (USA, stát Massachusetts) se objevil nový teleskop, který trpělivě čeká na nanosekundové světelné impulsy, které by k nám mohly být vyslány vzdálenou vesmírnou civilizací.

Nová observatoř Oak Ridge pátrající po laserových světelných signálech

(obrázek Robert O’Connor)

Nový, rozvíjející se, směr v programu SETI, směr tzv. “optického SETI” je založen na vyhledávání impulsních i spojitých laserových signálů od mimozemských civilizací ve viditelné a infračervené části spektra elektromagnetických vln. Poprvé se o tom začalo uvažovat již v roce 1961. V současné době, při stále se zrychlujícím rozvoji laserových technologií se i oblast optických komunikací na mezihvězdných vzdálenostech stává pravděpodobnou možností pro využívání mimozemskými civilizacemi.

Planeta, která může být první objevenou opravdu obyvatelnou exoplanetou

Podle NASA se planeta Kepler-452b zdá být prvním světem s velikostí blízkou Zemi, která byla nalezena v obyvatelné zóně hvězdy, která je podobná našemu Slunci. Obyvatelná zóna je oblast kolem hvězdy, kde teploty umožňují existenci vody v tekutém stavu na povrchu planety, což je podstatná složka pro možnost života. Vědci ještě nevědí může-li Kepler-452b podporovat existenci života či nikoli. Co je o planetě známo je to, že je asi o 60% větší než Země a je zařazena v třídě planet označovaných jako “super-Země”. I když její hmotnost a složení dosud není zjištěno, předchozí výzkum naznačuje to, že planety o velikosti Keplera-452b jsou s vysokou pravděpodobností pevné či skalnaté. Planeta oběhne kolem své hvězdy za každých 385 dní. Hvězda planety je vzdálena asi 1400 ly (světelných roků) v souhvězdí Cygnus. Je to hvězda typu G-2, podobná našemu Slunci s přibližně stejnou teplotou a velikostí. Je asi 6 miliard roků stará, tj. o 1,5 miliardy roků starší než naše Slunce. Jak hvězdy stárnou, zvyšují svou velikost a vydávají při zahřívání svých planet více energie.

Umělecké ztvárnění pro porovnání Země (vlevo) s planetou Kepler-452b (vpravo)
(NASA/JPL-Caltech/T. Pyle)

Tým NASA zkoumající planety “Kepler” zvětšil počet nových kandidátů na exoplanety od doby jejich analýzy na základě pozorování prováděných od května 2009 do května 2013 o 521 planet, a tím počet planet kandidujících v misi “Kepler” vzrostl na 4696. Kandidáti ovšem vyžadují další pozorování a analýzy, aby se ověřilo, že jde o opravdové současné planety. Devět z nových kandidujících planet má průměr stejný, nebo až dvakrát větší než Země a oběžnou dráhu kolem jejich hvězd v obyvatelné zóně. Z nich devět planet s takovou oběžnou dráhou má hvězdy, které jsou svou velikostí a teplotou podobné našemu Slunci.

Šance pro projekt hledání mimozemského života

Profesor lord Martin John Rees, Baron Rees of Ludlow, královský astronom Velké Británie, má za to, že se možnost objevení mimozemského života značně nedoceňovala, přitom podle něho je dnes lidstvo již na počátku objevování obyvatelných planet. Vybudování nových velmi výkonných teleskopů na Zemi a vypouštění nových objektů do kosmu, umožňuje zkoumat exoplanety na zcela nové úrovni a spolu s plynovými giganty mohou astronomové nalézat i vesmírná tělesa podobná Zemi, přičemž nejen nalézat, ale dokonce i hodnotit jejich vhodnost pro existenci života.

Tématika mimozemského života má obvykle nádech jakési senzačnosti, zde však jde o seriózní přístup k velmi závažné věci. Královská učená společnost (v podstatě britská akademie věd) měla ve svých řadách takové vědce jako lorda Kelvina, Ernsta Rutherforda, Jamese Clarka Maxwella a další. Dnes jsou členy mj. Stephen Hawking a Clinton Richard Dawkins a její prezident lord Martin Rees patří k nejváženějším odborníkům v oblasti kosmologie a astrofyziky.

V interview elektronické verze deníku The Daily Mail (Dailymail.com) prohlásil bývalý ředitel Amesova výzkumného centra (součásti NASA) Pete Worden, že skupina vlivných osob, které stojí za projektem (patří k nim profesor Stephen W. Hawking a profesor The Lord Rees of Ludlow, královský astronom) provedla výpočty dokud ostatní čekali na zahájení tiskové konference, na které se měla o tom vydat zpráva.

V projektu vyhledávání mají teleskopy propátrat milion hvězd, které jsou nejblíž Zemi, zda se z nich nevysílají slabé signály svědčící o existenci rozumného života za hranicemi našeho světa. Práci na vyhledávání mimozemského života, na které má být věnováno 100 milionů dolarů a jsou podporovány kromě vědeckého názoru profesora S. Hawkinga také finančně miliardářem a investorem ruského původu Jurijem B. Milnerem.

Lidé stojící za iniciativou Jurije B. Milnera
(Za tribunou J. B. Milner,vedle vpravo S. W. Hawking, dále vpravo M. J. Rees a další)

V rámci nových průlomových iniciativ mají při hledání důkazů existence mimozemského života teleskopy propátrat milion hvězd, které jsou nejblíže k Zemi, zda z nich nepřicházejí slabé signály vysílané do vesmíru rozumnými bytostmi z prostorů za hranicemi našeho světa. Vědci, kteří se účastní této iniciativy budou také zkoumat samotný střed naší galaxie, a rovněž 100 dalších nejbližších galaxií (projekt “Listen”) a zjišťovat, nevycházejí-li z nich rádiové signály, byť s malým výkonem.

Má být také proveden mezinárodní konkurz na nejlepší sdělení představující lidstvo a planetu Zemi, která by měla být jednou poslána mimozemským civilizacím. Je to součást druhého projektu s názvem “Breakthrough Message”.

Ruským podnikatelem a miliardářem J. B. Milnerem se sponzorují nové aktivity v hledání od kterých si slibují, že pokryjí 10 krát větší prostor hvězdné oblohy, než tomu bylo v předchozích aktivitách.

Role radioteleskopů

V rámci desetiletého výše zmíněného projektu “Listen” bude nasazen 100 m radioteleskop Green Bank ve státě Západní Virginie (USA) a 64 m radioteleskop Parkes ve spolkovém státě Nový Jižní Wales (Austrálie).

V projektu se má ověřovat přítomnost signálů v asi tak 10 miliardách rádiových kanálů současně, řekl americký astronom Geoffrey Marcy z Kalifornské univerzity v Berkeley. Přirovnal to k poslechu (pomocí radioteleskopů) “kosmického piana”, nikoli s 88 klávesami, ale s 10 miliardami kláves.

Radioteleskopy Green Bank - Západní Virginie, USA (vlevo) a ”Parkes” - Nový Jižní Wales, Austrálie (vpravo)

V souvislosti s informacemi o radioteleskopech je zajímavou skutečností, zmíněnou P. Wordenem to, že pro mnohé z největších teleskopů na světě je riziko, že zůstanou bez potřebných finančních prostředků i když je před nimi stále úkol přispět k učinění mnoha obdivuhodným objevům.

Podle P. Wordena, když měly vědecké a další zainteresované osobnosti své mínění o tom, jaké jsou v oblasti dalšího pátrání po mimozemských civilizacích šance na úspěch, pohybovalo se jejich kvantitativní hodnocení od velmi malých hodnot až po velmi velké. Průměr byl údajně kolem 1%. Je zajímavé, že nikdo je nehodnotil číslem 0%. Respektovaný profesor Stephen Hawking, který již v minulosti tvrdil to, že mimozemský život určitě existuje, ale varoval lidstvo před pokusem navázat s ním kontakt, byl mezi těmi, kteří projekt podpořili.

Experti tvrdí, že pokud nějaká vesmírná civilizace vysílá signály s výkonem, který je analogický alespoň výkonu konvenční letounové radarové stanice z jedné z tisíce hvězd, které jsou nejblíže k Zemi, pak je radioteleskopy použité v projektu mohou zachytit. Podobně, vysílalo-li by se ze středu Mléčné dráhy aspoň 12 krát větším výkonem než mají meziplanetární radary na Zemi, které vědci používají při zkoumání sluneční soustavy, radioteleskopy by mohly signály zachytit.

Význam přisuzovaný laserovým signálům

Do projektu bude také zapojena Lickova observatoř v Kalifornii s jejím automatizovaným teleskopem APF pro vyhledávání planet (Automated Planet Finder Telescope), který pátrá po světelných laserových signálech tisíckrát efektivněji než dřívější prostředky pro detekci mezihvězdných laserových signálů. Jde o plně robotický optický teleskop o průměru 2,4 m, který prozkoumává planety 10 až 20 krát větší než Země, které jsou vně naší sluneční soustavy.

APF - Lickova observatoř, Kalifornie, USA
(Zomie84/Flickr)

Přístroj prozkoumá asi deset hvězd za noc. Během desíti let teleskop stihne zjišťovat planety u asi tisíce nejbližších hvězd. Z “nedalekých” hvězd vzdálených 40 bilionů (401012) km může za příznivých podmínek detekovat 100 wattový laser vyzařující stejné množství energie jako běžná domácí žárovka. Vychází se z toho, že jsou-li v Mléčné dráze opravdu jiné inteligentní bytosti vypouštějící své kosmické objekty napříč galaxií, aby zakotvily kolem jiných hvězd či planet, mohou komunikovat s použitím laserů. To by mohlo znamenat možnost existence “galaktického Internetu” zrozeného nikoli měděnými vodiči či optovláknovými kabely, ale přenášejícího informace pomocí laserových paprsků křižujících galaxii.

Otevřenost informací z projektu “Listen”

Všechny údaje získané v projektu “Listen” mají být veřejně dostupné. V rámci iniciativy se má shromáždit obrovský objem dat odpovídající toku 10 GB/s, největší množství vědeckých informací, které kdy byly veřejně k dispozici. Má to být generování takového množství dat za jeden den, jako dříve produkoval projekt SETI při vyhledávání trvajícím jeden rok.

Tým průlomového projektu “Listen” má v plánu vývoj výkonného svobodného (open-source) softwaru pro vyhodnocování tak obrovského toku dat. Samozřejmě, vědci i zájemci z řad veřejnosti mohou vyvíjet své vlastní aplikace pro analýzu veřejně dostupných dat. Hardwarové i softwarové prostředky použité v projektu mají být kompatibilní s prostředky jiných významných světových teleskopů tak, aby i ty mohly při vyhledávání inteligentního života využívat nové nástroje.

Na závěr souvislost s Fermiho paradoxem a možnost jeho řešení

Fermiho paradox a současný pohled

Fermiho paradox je známý jako zřejmý nesoulad mezi vysokou paravděpodobností existence mimozemských civilizací na jedné straně, a absencí jakéhokoli věrohodného důkazu o tom, že by byl s nimi navázán nějaký kontakt. Otázku typu “Kde jsou všichni inteligentní tvorové vesmírných objektů?” údajně položil poprvé vynikající italský fyzik Enrico Fermi v roce 1950 (už před ním byla otázka podobně zformulována v roce 1933 ruským vědcem a průkopníkem teorie raketových letů Konstantinem E. Ciolkovským). Vědci vycházeli z toho, že ač je vesmír velmi starý, nebyly ani v naší relativně velké galaxii, Mléčné dráze, nalezeny žádné stopy po činnosti vyspělé civilizace, např. po použití raketových technologií či účelovém vysílání elektromagnetických signálů.

K objasnění Fermiho paradoxu se vážou tři skupiny názorů charakterizované tím, že mimozemské civilizace neexistují, mimozemské civilizace existují, avšak dosud se nepodařilo navázat s nimi kontakt, a mimozemské civilizace existují a část lidstva s nimi udržuje kontakt (tato skupina však spíše patří k nevědeckým konspiračním teoriím).

Podle střízlivého mínění řady vědců je život v galaxii dosti častým jevem, avšak inteligentní život je vzácný. Jednak jeho evoluční rozvinutí zřejmě není časté, a pokud vznikne, nebude mít (podle vesmírných měřítek) dlouhé trvání. Z toho by vyplývalo, že programy jako SETI by měly být odsouzeny k neúspěchu (i když to může být sporné). Nejlepší šanci pro nalezení života kdekoli v galaxii bude pravděpodobně mít spektroskopie atmosfér pohybujících se planet zemského typu.

Mise PLATO - budoucí alternativa k průlomové iniciativě LISTEN?

Právě metoda spektrální analýzy atmosfér má být základem mise PLATO připravované ke spuštění v roce 2024. Mise PLATO (Planetary Transits and Oscillations) byla zvolena Evropskou kosmickou agenturou ESA k uskutečnění jako součást jejího programu “Kosmická vize 2015-2025”. Mise se bude týkat dvou klíčových témat vize - podmínek pro utváření planet a vznik života, a toho, co musí v této souvislosti probíhat ve sluneční soustavě.

Umělecké ztvárnění mise “PLATO” (ESA)
(ESA - C. Carreau)

V misi PLATO se budou monitorovat relativně blízké hvězdy pro zjišťování malých, pravidelných poklesů jasu způsobovaných průletem jejich planet před nimi, který bude dočasně bránit pronikání malých dávek jasu hvězd. S použitím 34 samostatných malých teleskopů a kamer se v misi PLATO budou vyhledávat planety kroužící kolem až milionu hvězd rozprostřených na polovině oblohy.

Bude se rovněž zkoumat seismická činnost na hvězdách, a to umožní přesně charakterizovat hvězdu každé zkoumané planety, včetně její hmotnosti, poloměru a věku. Když se získané údaje vyhodnotí v komplexu s pozemními údaji o radiální rychlosti, umožní výsledky měření z mise PLATO vypočíst hmotnost a poloměr planety, což zajistí možnost poznání jejího složení.

Mise umožní identifikovat a zkoumat tisíce exoplanetárních soustav s důrazem na objevování a popsání planet s velikostmi blízkými Zemi v obyvatelné zóně jejich mateřských hvězd, s takovou vzdáleností od nich, která může umožnit existenci tekuté vody na povrchu planet.

I kdyby případný objevovaný život měl zcela jiné formy než ten náš (o kterém toho stále ještě mnoho nevíme), jeho zjištění může opravdu zcela změnit náš pohled na vesmír i na nás samotné.

OOOOO

Ve fyzickém smyslu je naše Země v porovnání s hvězdami, galaxiemi a galaktickými kupami malé zrníčko písku a často to můžeme dobře pociťovat. Podívejme se na to však z druhé strany. Vždyť člověk, který žije na tom nicotném zrníčku písku, je schopen myslet a jeho mysl už dosáhla vzdálených galaxií… To znamená, že člověk je veliký, neboť jeho dílo je veliké. Hodnotíme-li duševní velikost člověka, jeho psychický svět, jeho schopnost poznávat vše co ho obklopuje, ale i nehmotné součásti lidské bytosti, přesvědčujeme se jak je člověk mocný.

Je možné učinit závěr o tom, že dosud stále učenci celého světa opravdu nedokázali s určitostí zjistit jsme-li ve vesmíru sami nebo je-li někde na jiných planetách inteligentní život. Nezřídka si pokládáme obecné otázky týkající se existence a vlastností celého vesmíru, případně i ještě větších celků. Vůbec to však neznamená, že na každou otázku můžeme mít odpověď.

Je opodstaněné klást otázku proč je vesmír, v kterém žijeme právě takový jaký je a ne nějaký jiný? Abychom si na takovou otázku mohli vyčerpávajícím způsobem odpovědět, museli bychom jít za rámec námi viděného vesmíru a obsáhnout celý velký svět v jeho celé nekonečné různorodosti. Prakticky se ale ani zdaleka nemůžeme dovědět všechno. Především proto, že samotný proces poznávání nekonečně různorodého vesmíru je v čase nekonečný a na jakékoli úrovni rozvoje vědy a technologií zůstane v okolním světě pro nás vždy něco neznámého. A za druhé proto, že zdaleka ne o všech procesech, které probíhají v celém velkém světě, můžeme získat potřebné informace.

Již z této krátké úvahy je zřejmé, že je normální, když přesná odpověď na otázku jsme-li ve vesmíru sami, stále neexistuje. Budeme doufat, že v blízké budoucnosti se dozvíme víc. A přát podnikaným iniciativám úspěch.

RUSKÝ DRUŽICOVÝ SYSTÉM "GLONASS" A NAVIGAČNÍ SUVERENITA

Americká GPS, “navigační suverenita” a vojenské aspekty ruského navigačního systému GLONASS

Globální družicový navigační systém GLONASS je ruský (předtím sovětský) systém družicového určování polohy a navigace vyvinutý na zakázku ministerstva obrany. Je jedním z dnes již řady provozních či vyvíjených systémů družicové navigace (amerického NAVSTAR/GPS, evropského “Galileo”, čínského “BeiDou” alias “Compass”, atd.) Systém GLONASS je určen pro operativní zajišťování navigačních (polohových/časových) informací neomezenému počtu uživatelů na zemi, ve vzduchu, na moři a v kosmu. Jeho informace mohou využívat jak ruští, tak i zahraniční uživatelé bezplatně a bez omezení.

Základem systému je 24 družic, což je počet nutný pro globální pokrytí Země. Obíhají nad povrchem Země ve třech orbitálních rovinách (v každá je osm rovnoměrně rozmístěných družic) se sklonem 64,8°, výškou 19 400 km a periodou 11 hodin, 15 minut. Taková oběžná dráha je optimální pro využívání ve vysokých zeměpisných šířkách (severních a jižních polárních oblastech), kde se signál od družic amerického systému GPS přijímá obtížně.

Základní význam se systému GLONASS přikládá v oblasti zajištění obranyschopnosti Ruské federace (RF). O tom se podrobněji pojednává níže.

Současné postavení systému GLONASS

Ruský družicový navigační systém GLONASS je charakteristickým příkladem využití kosmického prostoru a kosmických možností světově významnou zemí pro zajištění svých vlastních zájmů v ekonomice a obraně státu, v neposlední řadě je významnou sférou vytváření trhu kosmických služeb. Nelze také odhlédnout od toho, že disponování vlastním kosmickým navigačním systémem je jedním z přímých příznaků existence statusu významné velmoci.

Globální družicové navigační systémy s každým dalším rokem hrají stále důležitější roli v ekonomickém rozvoji kterékoli země. Vláda RF činí řadu náročných opatření, která zajišťují zavádění navigačních technologií využívajících systém GLONASS do všech oblastí ruské ekonomiky. A samozřejmě, nejen ekonomiky RF, ale i pro řešení vojensky významných úkolů a programů souvisejících s obranou země.

Důvody, které vedou ruský stát k urychlenému rozvíjení vlastního jak globálního systému, tak i řady regionálních družicových navigačních systémů, tak souvisejí ve značné míře se zajištěním garancí strategické bezpečnosti a stabilního ekonomického rozvoje. Od samého začátku platila skutečnost, že systém GLONASS se projektoval a budoval jako systém vojenského určení.

Práce na projektu systému byly zahájeny ještě za hluboké sovětské éry v roce 1972. V roce 1982 byla vypuštěna první družice tohoto systému (první družice amerického NAVSTAR/GPS o osm let dříve). Devadesátá léta byla provázena úspěchy, ale i nezdary. V roce 1995 již bylo na oběžné dráze úplné uskupení družic, později však kvůli problémům s financováním začalo chřadnout a stávalo se stále více neprovozuschopným. V roce 1999 dostal systém status duálního systému (vojenského i komerčního), poté v roce 2001 započaly práce na obnově celého systému (v roce 2002 bylo funkčních pouze 6 až 7 družic) na bázi mechanizmu federálního cílového programu.

Princip měření je obdobný jako u amerického systému GPS. Základní odlišností od GPS je to, že družice GLONASS nejsou na oběžné dráze synchronní s otáčením Země kolem své osy, což jim zajišťuje větší stabilitu. Během aktivního provozu družic pak nejsou nutné žádné doplňkové korekce. Nicméně doba aktivního života družic je znatelně kratší. Signály z družic se vysílají se směrováním 38°, při pravé kruhové polarizaci a vysílacím výkonu 316 až 500 W (EIRP 25 až 27 dBW). Pro určování souřadnic polohy musí přijímač na Zemi uskutečňovat příjem z minimálně čtyř družic a kontinuálně vypočítávat jejich vzdálenost.

Nyní orbitální uskupení systému GLONASS čítá 29 družic, z nichž 24 jsou v nepřetržitém provozním režimu a pět dalších se testuje, nebo prostě slouží jako orbitální rezerva pro případ poruchy “ostře” provozované družice.

Pokud jde o přesnost, přiblížil se systém GLONASS ukazatelům systému NAVSTAR/GPS. Za posledních deset let se přesnost určování polohy zvýšila o řád (ze zhruba 33 m na nynějších asi 2,8 m). Systému se dostalo i mezinárodního uznání. Příjem jeho navigačních signálů se zajišťuje v přijímačích všech předních výrobců uživatelských navigačních zařízení jak profesionálního, tak i hromadného všeobecného použití. V rámci ruského federálního cílového programu udržení a rozvoje provozu systému na léta 2012 až 2020 je v plánu zvýšení přesnosti až na 60 cm (k roku 2020). Globální využívání se má rozšířit o velké množství zahraničních uživatelů.

Ke konci desetiletí se na světě očekává provozování čtyř globálních navigačních systémů. Na řadě je Evropa se systémem “Galileo” a Čína se svým systémem “BeiDou” (jinak “Compass”). Očekává se, že všechny systémy budou otevřené a interoperabilní. Velké ambice má také Indie a Japonsko. Také se očekává, že se objeví řada nových regionálních navigačních systémů (v Rusku se budují tři).

RF vidí velkou perspektivu ve spolupráci mezi svým a čínským globálním navigačním systémem. Ruský systém je ve větší míře orientován na severní, polární šířky, čínský systém je “více jižní”. Jejich vzájemné doplňování může potenciálně vést k vytvoření největšího a nejsilnějšího konkurenta jakýchkoli jiných navigačních systémů. K tomu přispívá i současné faktické strategické sbližování Ruska a Číny.

Nehledě na současné napjaté vztahy mezi RF a USA, pro kosmické programy je oboustranně důležité, aby pokračovalo partnerství a spolupráce, přičemž kooperaci je nutné budovat na bázi rovnosti a uměřenosti. Když na území RF pracují již od počátků 90. let stanice GPS (a je jich 11), zřízené USA prakticky po celém území Ruska od západu na východ, měla by se očekávat možnost recipročního svobodného rozmístění analogických pozemních stanic GLONASS na území USA. Tato otázka je ovšem zjevně politizovaná, včetně šíření zpráv o tom, že takové stanice budou mít špionážní charakter. Aby se politizace trochu přibrzdila a zchladily se vášně, dohodla se RF s USA a od 1. června 2014 byla u amerických stanic GPS umístěných na území RF provedena určitá opatření zajišťující to, že je nebude nadále možné využívat pro vojenské účely. Zdá se, že od té doby se nevyskytly závažné problémy.

“Navigační suverenita” Ruska

Nehledě na to, že donedávna nebylo uskupení družic ruského systému pro určování polohy a navigaci GLONASS na oběžných drahách úplné, navigační systém již několik let víceméně úspěšně fungoval. Aby se pokrylo signálem území Ruska, postačovalo 18 družic. Přitom se zajišťovala prakticky 100% nepřetržitá navigace v Ruské federaci (RF).

Stejně jako u amerického navigačního systému GPS (Global Positional System), se kompletní konstelace GLONASS skládá z 24 družic, z nichž 21 je v provozu a 3 jsou záložní (každá v jedné ze tří oběžných rovin). Nyní je zónou pokrytou systémem GLONASS celý svět. Je tedy možné říci, že Rusko si zajistilo svoji “navigační suverenitu”. Podle názoru expertů je její význam těžké docenit.

Navigační suverenitu je Rusko schopné poskytnout či zajistit i jiným zemím, které mají zájem snížit rizika spojená s využíváním pouze jednoho samotného amerického navigačního systému GPS. Existence systému GLONASS jako dalšího globálního navigačního systému zmenšuje politická rizika pro země, které si je přejí snížit. Není tajemstvím, že USA mohou v případech, kdy se to stane jejich zájmem, odpojit signál GPS pro jakékoli území na světě.

Státy, které se pokládají za samostatné subjekty mezinárodní politiky (aspoň relativně) mohou podepsat dohodu s Ruskem a zajistit si tak nezávislost na americkém systému GPS. Systém GLONASS se tak v podstatě stává pro Rusko reálným politickým nástrojem, dokonce s geopolitickým přesahem.

Uskupení ruských družic systému GLONASS se provozovalo i dříve, když ještě počet zapojených družic neodpovídal projektovanému počtu. To však způsobovalo malé výpadky v určování souřadnic neboť přijímač s anténou musí “vidět” současně aspoň čtyři družice. Určení polohy podle družice systému GLONASS nebylo v jakémkoli bodě na Zemi možné. To znamená, že nebyla 100% záruka toho, že uživatel bude mít okamžitý přístup k navigační službě. Nyní je možné určit polohu v kterémkoli místě na Zemi s pouhým systémem GLONASS.

Je skutečností to, že určení souřadnic výhradně pomocí ruských družic se ve skutečnosti požaduje pouze pro vojenské účely. Rusko např. poskytuje signál s vysoce přesnými daty pro vojenské účely Indii. Podle něj se navádějí bezpilotní letouny nebo rakety. Pro běžného uživatele se lépe hodí dvousystémový přístroj, neboť je mu jedno od koho jeho navigační přístroj přijal signál, jestli od systému GLONASS nebo GPS. Tím spíše proto, že jejich společné využívání zvyšuje přesnost určení souřadnic téměř dvojnásobně. Na tuto tendenci již trh ve světě zareagoval. Většina výrobců mikroelektronických komponent s funkcí navigace buď oznámila, že chystá výrobu dvousystémových bloků,nebo už je nabízí na trhu. Takovým zařízením se v říjnu minulého roku stal i nový iPhone.

Dvousystémová zařízení se zvláště hodí v prostředí husté městské zástavby. Aby se ve městě spolehlivě zajistila nepřetržitost navigačních služeb, je potřeba mít signály z nejméně 50 družic a to nemá ani GPS, ani GLONASS.

Systém ERA-GLONASS

V Moskvě se od roku 2013 plánuje vybavovat dopravní prostředky přístroji ERA-GLONASS. Všechny nové automobily, když procházejí certifikací pro prodej na ruském trhu a na území Celní unie (členové - Arménie, Bělorusko, Kazachstán, Kyrgyzstán, Rusko), musejí být od 1. ledna 2015 povinně vybaveny zařízením systému ERA-GLONASS (ERA je ruskou zkratkou “mimořádná reakce při haváriích”). Zařízení je určeno pro automatickou registraci výjimečných událostí v silniční dopravě a je schopné přivolat např. na místo havárie dopravní policii, rychlou záchrannou pomoc, apod.

Kromě automatického režimu je pro některé mimořádné situace možný i ruční režim. Zařízení se provozují se dvěma čipy. Při dopravní havárii přístroj ihned odešle polohové souřadnice místa dispečerovi (viz obrázek níže). Bez zacházení do podrobností představuje systém ve zjednodušené podobě mobilní telefon se zabudovaným modulem GLONASS/GPS, který se montuje do automobilu.

Systém může automaticky rozpoznat vzniklou událost. Kontinuálně se monitorují elektronické senzory automobilu (reagující na bezpečnostní airbagy, prudké brzdění aj.). Sám řidič může také stisknout poplachové tlačítko, aby hovorovým spojením informoval záchranné služby o situaci. Pro provoz systému je potřebný kanál mobilní sítě, pro případ kdy vozidlo jede daleko od vymožeností civilizace (což je na rozlehlém ruském území běžné), pamatovali tvůrci systému na možnost stykování přístroje se zařízením pro družicové komunikace.

Perspektivně bude dokonce technicky možné, aby mohly pojišťovací orgány pomocí systému získávat informace o individuálních vlastnostech a chování řidičů automobilů při řízení vozu. Na oprávněnost využívání této možnosti se však názory různí.

Zavedení systému umožní zachránit každoročně až tři tisíce lidských životů. Otevřou se i další možnosti, např. autobusy budou moci odesílat data o příjezdu na nejbližší zastávku. Družicové navigační technologie tak potenciálně mohou podstatně zvyšovat kvalitu života běžných občanů.

Systém GLONASS v ozbrojených silách RF

Jak bylo zmíněno výše, ruský družicový navigační systém GLONASS byl od počátku budován na základě zakázky ministerstva obrany (tehdy ještě SSSR). Proto také nesl své vojenské kódové označení “Uragan” (stejné označení měla i první generace jeho družic). Družice druhé generace GLONASS-M měly označení “Uragan-M” a třetí generace GLONASS-K pak “Uragan-K”.

Před koncem roku 2014 bylo do ozbrojených sil RF dodáno přes 40 000 kompletů uživatelského navigačního zařízení. Systém, který využívá současná zařízení pro družicovou navigaci v ozbrojených silách RF, umožňuje vizualizaci elektronických topografických map na displeji navigačního přijímače 16C822 ”Grot-M” nebo “Orion”. V současné době navigační zařízení ještě není součástí výbavy každého vojáka, je to však věcí nepříliš vzdálené budoucnosti.

Faktický stupeň zajištění ozbrojených sil RF moderními vzory navigačního zařízení činil v roce 2012 zhruba 50%, v roce 2014 asi 85%.

Předpokládá se, že zajištění úplného počtu přístrojů pro družicovou navigaci, včetně určitých funkčních doplňků tak, aby to odpovídalo perspektivním potřebám, se dosáhne do roku 2020.

Dnes si již existenci moderních ozbrojených sil bez využívání dat z družicového navigačního systému nelze vůbec představit, ať již se jedná o přípravu prvků pro vedení palby dělostřelectva či provádění raketových úderů, činnost průzkumníků na bojišti nebo námořní plavby, všude je nutná nepřetržitá a přesná kosmická navigace. A ta se stále zdokonaluje. To umožňuje velitelům i jednotkám mít stále přesnější informace o poloze vlastních sil i protivníka na bojišti.

Příklad využití zařízení “Grot” systému GLONASS v dělostřelectvu

Zajímavé jsou zkušenosti z bojových střeleb jednotek samohybných 152 mm kanónových houfnic “Msta-S” prováděných s používáním navigačních zařízení “Grot”. Data pro topografické připojení, shromážděná s pomocí družic systému GLONASS se posílají do automatizovaného systému řízení palby, což značně zvyšuje přesnost prvků, potřebných pro automatické nastavení zbraňového systému při vedení palby (např. přesné vzdálenosti a polohy cíle). Ničení cílů palbou daného typu kanonových houfnic je podstatně rychlejší a jednodušší.

Přístroj “Grot” (o velikosti zhruba automobilového přehrávače hudby) je vestavěn do přístrojového panelu samochodky. Umožňuje určit polohu bojového vozidla v terénu s přesností do jednoho metru. Pro porovnání: Dříve se při výpočtech bez použití takového zařízení připouštěla chyba v určení polohy až 50 m. Na čtení souřadnic a topografické připojení k terénu se nyní spotřebuje nejvýše 20 sekund. Celá procedura probíhá v automatickém režimu bez účasti člověka, což vylučuje chyby ve výpočtech. Dříve byli do takové operace zapojeni dva až tři dělostřelci po dobu až 20 minut. Použití zařízení “Grot” navíc minimalizuje zranitelnost palebných postavení samohybných houfnic. Pro plnění palebných úkolů musela být dříve všechna bojová vozidla patřící jedné dělostřelecké jednotce umístěna pohromadě.  Všechny výpočty se prováděly pro jednu houfnici a ostatní dostávaly táž data. Nyní mohou kanónové houfnice “Msta-S” vést mířenou palbu a být přitom mezi sebou vzájemně vzdáleny až 20 km.

Široké vojenské využití zařízení na bázi systému GLONASS

V nedaleké budoucnosti bude moci mít individuální navigační zařízení systému GLONASS v principu každý voják ruské armády. Jednoznačně se předpokládá jeho začlenění do bojové výbavy “Ratnik” pro vojáka-jednotlivce. Bude to zásadním přínosem pro jednotlivého bojovníka, velitele a jednotku jako celek.

Výše zmíněný přístroj “Orion” je přenosné zařízení, které zajišťuje práci s mapami terénu, leteckými (příp. družicovými) snímky, tabulkovými a dalšími informacemi na základě atlasu nebo databáze map.

Umožňuje vytvářet obrazy či zákresy aktuální situace a uskutečňovat výměnu dat s jinými systémy. Model terénu se v zařízení “Orion” zobrazuje v třírozměrném (3D) formátu. S jeho použitím je možné sestrojovat trasy přesunu po silniční síti a připojovat se k mapovým zdrojům internetu. Co je však hlavní, přijímač automaticky vydává aktuální data polohových souřadnic, času a rychlosti pohybu uživatele. K tomu využívá signály družicových navigačních systémů GLONASS a GPS v jakémkoli místě na zeměkouli, v libovolném časovém okamžiku a nezávisle na meteorologických podmínkách. Je zřejmé, že taková elektronická asistence je vhodná pro každého vojenského uživatele a používané systémy v jednotkách.

Navigační přístroj “Grot-M” je určen především pro velitele dělostřeleckých jednotek, průzkumníky, bojovníky v horském terénu a příslušníky speciálních jednotek. Má výkonný 32 bitový procesor a relativně velký barevný displej, na kterém se zobrazují mapy terénu s vyznačením aktuální polohy uživatele. Tělo přístroje je z odolného plastu s úsporně uloženým napájecím zdrojem.

Přístroj např. umožňuje vytvořit pochodovou osu a zobrazovat ji na pozadí digitální mapy. Přijímač signálů z družic má 32 přijímacích kanálů, tzn., že může vést současný příjem informací až z 32 družic, což značně zvyšuje přesnost určování polohy. Při plné kvalitě funkcí může být nepřetržitě v provozu 12 až 15 hodin za spodních provozních teplot od 0 do −30°С.

Je zajištěna možnost vzájemného propojování přístrojů a jejich funkčního sloučení do jednoho společně provozovaného systému. Takový geoinformační systém se v ruské armádě již používá pod názvem “Operátor”. Na bázi elektronických map se v něm sestavují plány operací a bojové činnosti pro všechny struktury a stupně velení ozbrojených sil RF. Při přípravě cvičení mohou velitelé v daném systému analyzovat terén a hodnotit jeho vlastnosti, informačně zajišťovat průběh cvičení a velitelsko-štábních nácviků, pracovat s mapami a pracovními schématy. Systém zajišťuje možnost vytváření virtuálních 3D maket terénu a vydávání dat pro palbu a údery prováděné vysoce přesnými zbraňovými systémy.

Síť pro vysoce přesnou navigaci RF

V Rusku se buduje nová komerční síť pro potřeby vysoce přesné navigace. Jde o národní družicovou síť pro vysoce přesné určování polohy, která zajistí decimetrovou až centimetrovou přesnost zjištěných souřadnic polohy na území RF a zemí, které se připojí (např. Kazachstánu).

Podle dostupných informací bude daná síť moci sjednocovat výsledky měření polohy od více než 600 referenčních stanic systému GLONASS na jejichž základě se budují jednotlivé regionální sítě pro vysoce přesné určování polohy a sítě velkých státních a komerčních provozovatelů.

Síť buduje otevřená akciová společnost “Ruské kosmické systémy” s pomocí společnosti “Ruské železnice”. Budovaná síť zajistí uživatelům rozsáhlý soubor garantovaných služeb využívajících vysoce přesné polohové informace, přičemž služby budou dostupné 24 hodin denně, 7 dní v týdnu. Výsledky měření polohy bude možné převádět do různých souřadnicových systémů.

Charakter poskytovaných služeb bude takový, aby služby mohly být využívány uživateli v mnoha rozhodujících odvětvích národního hospodářství RF - dopravě, zemědělství, palivově-energetickém komplexu, těžařském průmyslu, výstavbě měst a silnic, monitorování provozu kriticky důležitých objektů, geodézii, atd.