Zahledíme-li
se do minulosti, pak se zdá, že se o prudký nárůst popularity amatérského
výzkumu proměnných hvězd zasloužil zejména německý astronom a vynikající
pozorovatel Friedrich Argelander. Jeho tehdejší proklamace z poloviny
devatenáctého století totiž zní i dnes velmi aktuálně a přitažlivě:
"...Proto bych rád co nejnaléhavěji nabádal všechny milovníky hvězdné
oblohy, aby pozorovali dosud bolestně zanedbávané proměnné hvězdy. Nejen,
že se budete těšit z pohledů vzhůru, ale možná tak malým dílem přispějete
ke konkrétnějším vědomostem o těchto hvězdách!!! ... Pozorování se zdají
dlouhá a složitá na papíře, ale ve skutečnosti jsou velmi jednoduchá...
Jsem dokonce nezvratně přesvědčen, že každý pozorovatel nalezne v proměnných
hvězdách po několika týdnech zvláštní kouzlo, které mu nedovolí je už
nikdy opustit."
Podobný náhled na věc razila i řada jiných známých hvězdářů, namátkou jmenujme například Johna Herschela či Josepha Baxendella. S přibývajícím počtem proměnných hvězd ostatně profesionálům stejně nic jiného nezbývalo -- bylo nad jejich síly, uhlídat je všechny.
První skupinka dobrovolných pozorovatelů proměnných hvězd vznikla už v osmdesátých letech devatenáctého století kolem Edwarda C. Pickeringa, ředitele Harvard College Observatory. Jejich odhady skvěle doplňovaly pozorování pana ředitele a jeho spolupracovníků, takže už o pár roků později mohl Pickering na svých přednáškách ukazovat docela pohledné světelné křivky a hledací mapky. Úspěch dokumentuje také fakt, že zatímco v roce 1877, kdy se začalo s pozorováním, bylo známo kolem sto padesáti proměnných hvězd, do Pickeringovy smrti (1919) se jenom na Harvardu podařilo objevit na tři a půl tisíce nových případů.
Tahle práce samozřejmě nezůstala bez odezvy. Williama T. Olcotta, právníka z Connecticutu a také autora řady populárních knih, dokonce vedla v říjnu 1911 k založení spolku amatérských pozorovatelů (za vydatné pomoci právě Edwarda Pickeringa). Tehdy se narodila známá American Association of Variable Star Observers, zkráceně AAVSO -- měla šest členů a 71 vytipovaných proměnných hvězd.
Podobné spolky vznikly i na druhé straně Atlantiku. K vytvoření skupiny pozorovatelů v rámci British Astronomical Association došlo už kolem roku 1890. Francouzská Association of Observers Variable Stars (zkráceně AFOEV) se narodila roku 1921. A i když byla její činnost během druhé světové války násilně přerušena, v šedesátých letech dvacátého století došlo k obnovení její činnost. Ve stejné době se začal na brněnské hvězdárně formovat projekt zaměřený na sledování zákrytových dvojhvězd, dnešní B.R.N.O.
V současné době ve světě existuje na dvě stovky organizací, jež se zabývají sledováním proměnných hvězd. Největší z nich je právě AAVSO, od roku 1954 nezávislá soukromá společnost. Vede ji tým asi devíti odborníků, kteří každý rok od šesti set pozorovatelů z celého světa dostanou na tři sta tisíc jednotlivých odhadů více než 3600 hvězd z různých příčin měnících jasnost. V plně elektronické databázi se nyní nachází na devět milionů odhadů, jež současná ředitelka Janet Mattei považuje za čtyři pětiny všech amatérských pozorování tohoto druhu na světě. Takže například světelná křivka známé eruptivní proměnné SS Cygni v jejich katalogu prakticky bez přerušení sahá až do roku 1897. Totéž platí pro řadu jiných, notoricky známých případů. Navíc tato organizace vydává poměrně kvalitní a často citovaný žurnál.
Členové společnosti AAVSO v minulosti pomáhali v řadě kampaní organizovaných profesionálními astronomy -- upozorňují na náhlá zjasnění vybraných stálic, na které se pak dívají pozemní i orbitální observatoře. Analýzou získaných světelných křivek se podařilo družici Hipparcos v době maxima proměřit polohy i vzdálenosti některých známých mirid. Na druhou stranu však o získaná data v osmdesátých letech dvacátého století projevilo zájem v průměru 140 odborníků ročně. V sedmdesátých letech, jak ostatně přiznává samo vedení společnosti, dokonce třikrát méně. Vynahradilo to investovaný čas tisíců pozorovatelů a desítky profesionálů? Vždyť v mnoha případech jde skutečně o fantastické dílo: například Jihoafričan Reginald de Kock (1902-1980) do databáze americké společnosti přispěl se 160 777 odhady!
"Hlavním úkolem pozorování proměnných hvězd je sledování časové změny jejich jasnosti," odpověděl Zdeněk Mikulášek, jedna z vůdčích osobností výzkumu proměnných hvězd v České republice. "Problémem tu v dnešní době určitě není určení času, ale stanovení jasnosti. V minulosti, kdy bylo jediným detektorem záření lidské oko (byť ozbrojené dalekohledem), nezbývalo nic jiného, než provádět odhady jasnosti očima. V tomto směru byly vynalezeny důmyslné metody, jak tyto odhady jasnosti provádět, nejčastěji pak srovnáním jasnosti hvězdy proměnné s jasností hvězd srovnávacích, považovaných za neproměnné. Těmito pozorovacími metodami byla objevena řádka proměnných hvězd, byla zjištěna periodicita proměnnosti a již méně spolehlivě typ proměnnosti."
"Nicméně srovnání světelných křivek získaných i velmi zkušenými pozorovateli s objektivním fotometrickým měřením ovšem přináší dosti šokující výsledky -- vizuálně získané světelné křivky jsou často jen jistou karikaturou skutečných světelných křivek. Z mých rozborů vyplývá, že vizuální metody sledování proměnných hvězd jsou zcela nespolehlivé ve stanovení střední hodnoty jasnosti proměnné hvězdy a celkové amplitudy (měřítka) jejích světelných změn," pokračoval Zdeněk Mikulášek.
"Ukazují zcela jasně na to, že naše představy o tom, jak skutečně pozorovatelé proměnných hvězd jasnost hvězdy odhadují, se dost liší od reality. Pozorování proměnných hvězd jsou zatížena snůškou nejrůznějších klamů a specifik vidění různých pozorovatelů, takže jde o pozorování značně subjektivní. K tomu všemu ovšem přistupuje i předpojatost pozorovatelů, kteří bývají ovlivněni tím, že už předem vědí, jak by se měla dotyčná proměnná hvězda chovat. Je-li u hvězdy předpovězeno, že v době pozorování by hvězda měla dosáhnout minima své jasnosti, pak toto minimum většina pozorovatelů zaznamená, a to bez ohledu na to, zda k němu došlo, či ne. Je to dobře patrno na tzv. O-C digramech (rozdílu předpověděného a pozorovaného okamžiku minima jasnosti) proměnných hvězd, jejichž perioda se z nějakých důvodů mění."
"Pozorovatelů, kteří věří svým vlastním očím více než předpovědím, je jako šafránu. Subjektivní ovlivňování toho, co člověk vidí, zvláště jde-li o rozdíly pro lidské oko tak nepatrné, je asi největším a velice obtížně odstranitelným problémem vizuálního pozorování proměnné hvězdy. Právě ona nespolehlivost vizuálního pozorování, které v sobě potenciálně nese zcela falešnou informaci, je pak asi hlavní příčinou nedůvěry profesionálních astronomů, kteří s těmito daty jen neradi pracují. Občas jim ale nic jiného nezbývá, protože třeba v určitém časovém období úplně chybějí informace o dotyčné proměnné hvězdy získané objektivními metodami."
Ano na vizuální pozorování, která v minulosti pomáhala "rozjet" výzkum proměnných hvězd, se dnes profesionálové dívají skrz prsty. "Vizuální pozorování proměnných hvězd jsou přirozeně méně přesná než fotoelektrická pozorování -- obvykle je jejich nejistota desetkrát až dvacetkrát větší než nejistota kvalitních fotoelektrických dat. Při zpracování je tak nutné vizuálním pozorováním přisoudit váhu stokrát až čtyřistakrát(!) menší než mají fotoelektrická měření. To však není jejich hlavní nedostatek -- mnohem závažnější je okolnost, že soubory vizuálních pozorování obsahují značné množství hrubých chyb v podobě falešných pozorování, která jsou indukována řadou subjektivních vlivů, jako je třeba znalost předpovědi chování hvězdy, mínění většiny při skupinovém pozorování nebo i postupně rostoucí únava daná pokročilou noční dobou. Na takové soubory s daty zatíženými vzájemně propojenými a subjektivně podmíněnými chybami jsou všechny statistické metody krátké." Není pak divu, že vám odbornou práci založenou výhradně na podobných datech až na naprosté výjimky v žádném recenzovaném časopise neuveřejní.
Trochu jinak je tomu u pozorování zákrytových dvojhvězd, které -- jak známo -- mají v okolí minima jasnosti zpravidla pěkně symetrickou světelnou křivkou. Amatéři se přitom nezabývají sestavením celé křivky, nýbrž jenom zjištěním okamžiku minima jasnosti v primárním zákrytu, kdy se jasnější složka nachází za tou slabší.
Ale i zde jsou nejrůznější problémy, ostatně nechejme opět promluvit Zdeňka Mikuláška: "Ano, naprostá většina zákrytových proměnných hvězd má skutečně světelnou křivku v okolí minima jasnosti velmi přesně symetrickou. Z vlastní zkušenosti však vím, že jen malé procento vizuálně získaných světelných křivek je symetrických. Většina je asymetrická, a to tak, že po víceméně povlovném poklesu do minima následuje rychlý vzestup, což je v rozporu se skutečností. Pozorovaná asymetrie je lidsky pochopitelná -- ano, minimum jasnosti jsem zachytil, tramtaradádadá, mám to za sebou, takže teď už jen rychle kus té vzestupné větve a jde se na kutě."
"Mám za to, že pozorovatelé jsou asi schopni dosti spolehlivě zjistit, zda jasnost hvězdy s poměrně rychlou změnou jasnosti teď právě klesá nebo roste. Mnohem horší je to se stanovením tempa těchto změn. Stanovování okamžiku minima jasnosti ze tvaru světelné křivky je pak jistě sporné."
Mnohem komplikovanější je situace u vizuálních pozorování polopravidelných proměnných hvězd, jež mění jasnost v jakýchsi cyklech, či nepravidelných proměnných. V těchto případech se totiž amatéři zpravidla pokouší sestavovat celé světelné křivky.
"U proměnných hvězd s nepravidelnými světelnými změnami je to trochu jiné," podíval se na problém do hloubky Zdeněk Mikulášek. "Především jsou to ale hvězdy, u nichž je amplituda světelných změn mnohem větší než u většiny pozorovaných zákrytových dvojhvězd. Vliv subjektivních chyb, přání a nedopatření je zde menší. Přistupují zde ovšem jiné problémy. Nepravidelně nebo polopravidelně se měnící hvězdy bývají hvězdy pozdního spektrálního typu, často obalené krustou mezihvězdného prachu vlastní výroby, které mají velmi vysoký barevný index. To jinými slovy znamená, že výsledky pozorování dvou pozorovatelů mohou přinést velmi rozdílné výsledky už jen z důvodu rozdílné spektrální citlivosti jejich zraku. Pozoruje-li jednu a tutéž hvězdu několik desítek pozorovatelů, pak se tyto rozdíly vzájemně eliminují a lze o jistě střední světelní křivce určené na základě vizuálních pozorování mluvit."
Praxe ukazuje, že většina pozorovatelů dokáže slušně sledovat hvězdy, které se mění s amplitudou alespoň jedna magnituda. Vynikající pozorovatelé přitom jasnost proměnné odhadnou s chybou kolem jedné desetiny magnitudy, v případě, kdy se poblíž nachází vhodné srovnávací stálice, i o něco lépe. Chyby fotoelektrických fotometrů a CCD kamer, které jsou prosty subjektivních vlivů a lze je vzájemně kalibrovat, se však pohybují kolem setin až několika tisícin magnitudy!
Navíc, pokud do jedné světelné křivky sesypete odhady různých pozorovatelů, kteří hvězdu sledovali za různých podmínek různými dalekohledy, chyba běžně naroste na více než půl magnitudy. Grafický průběh závislosti jasnosti hvězdy na čase se pak v lepším případě promění ve zvlněný pás, v horším dokonce v rovnoměrně zaplněnou plochu, ve které se jakékoli změny jasnosti utápí v kumulovaných chybách. U hodně červených hvězd (s velkým barevným indexem (B-V)) nejsou použitelné ani odhady jednoho konkrétního pozorovatele. Smysluplným využitím pozorování polopravidelných či nepravidelných proměnných hvězd tak může být nanejvýše upozorňovaní na nepředvídané změny v jejich chování. Taková hlídka se hodí především u tzv. kataklyzmických proměnných hvězd.
"Jelikož už nejsem editorem IBVS, berte moji odpověď jen jako osobní názor," komentoval na náš dotaz tuto situaci Laszlo Szabados, jenž byl až do konce roku 2000 šéfredaktor zpravodaje IBVS (The Information Bulletin on Variable Stars). Tento téměř "monopolní" bulletin profesionály informuje nejen o proměnných hvězdách, ale věnuje prostor i k publikaci základních výsledků. "Praxe je taková, že IBVS z času na čas zveřejňuje výsledky založené na vizuálních pozorování (nikoli však pozorování samotná), avšak teprve po obzvlášť bedlivém rozboru (výrazně přísnějším než v jiných případech). Vizuální data mají hodnotu pouze tehdy, kdy postačuje jejich omezená přesnost. Obvykle jde tedy o 'varování' (třeba u přechodných jevů), po kterých následuje přesnější fotometrie. Pak mohou být pozorovatelé uvedeni jako spoluautoři práce. Všechny konkrétní případy jsou ale značně individuální a tak neexistuje žádný obecný předpis ohledně publikování vizuálních pozorování."
Zdá se tedy, že jedinou možností jak v současnosti (i blízké budoucnosti) obstát, je sáhnout do portmonky a investovat zhruba dvě stě tisíc korun do dalekohledu, CCD kamery, počítače a další pomůcek. Ovšem pozor, ani poté není vyhráno! Naopak! Důsledné zpracování získaných dat, často mnohem zdlouhavější než čas investovaný do jejich pořízení, není snadnou záležitostí a vyžaduje úzkou spolupráci se zkušenými profesionály. Celý proces tak zvládnou jenom výjimeční amatéři, které v České republice spočítáte na prstech jedné ruky.
Mají tedy pozorovatelé spoléhající se na vlastní zrak v budoucnosti (s nástupem CCD kamer a stale se rozšiřujících robotizovaných prohlídek) vůbec nějakou šanci? Odpovídá opět Zdeněk Mikulášek: "Osobně se domnívám, že nikoli. Oblastí, kde je vizuální pozorovatel králem, je stále méně, CCD kamera jim bere i jejich poslední doménu, a tou byly slabé hvězdy nedostupné pro dalekohledy s vybavenými klasickými fotonásobiči. Roboti pak spolehlivě ohlídají kdejakou zapomenutou nebo kataklyzmickou (novy, supernovy) proměnnou hvězdu. Naopak bych měl vyzvat všechny amatérské pozorovatele proměnných hvězd, aby si osvojili techniku pozorování proměnných hvězd pomocí CCD, kterých je na profesionálních ale i amatérských observatořích stále více. Získají tak vskutku hodnověrné informace o proměnných hvězdách. Jinou otázkou zde je, kdo a jak ty hory kvalitních pozorování zpracuje a výsledky připraví k publikaci. Myslím, že zde mají amatéři velmi dobré šance, a pevně věřím, že v budoucnu budou mít profesionálové těžkou konkurenci."
Doba robotizovaných prohlídek, díky kterým pomalu přestává smysl třeba hledat nové proměnné, je tady. Bohdan Paczyński spolu z pracovníky Varšavské univerzity testoval od dubna 1997 do června 2000 na chilské observatoři Las Campanas dalekohled vybavený běžnou CCD kamerou. Detektor pořídil každou jasnou noc dle zadaného algoritmu na 120 tříminutových expozic a pod nepřetržitou kontrolou tak měl 300 čtverečních stupňů oblohy. Mezi 140 tisíci monitorovanými hvězdami do 13. velikosti tak nejen objevil 3900 proměnných se změnami delšími než jeden den (většinou nepravidelné, pulsující a zákrytové dvojhvězdy), ale ve většině případů zhotovil i velmi slušné světelné křivky. Mimochodem -- před tím bylo ve vybraných polích známo jenom 223 proměnných hvězd. Tedy pouhých pět procent. Ovšem ruku na srdce -- kdo bude celou tu záplavu dál studovat? Že by amatéři?
| resumé:
Pokud chcete pomoci při odborném studiu proměnných hvězd a nemáte k dispozici "nic lepšího" než vlastní oči, věnujte se nejlépe zákrytovým dvojhvězdám, případně hlídce číhající na nečekaná zeslabení či zjasnění některých typů proměnných hvězd. Samozřejmě, že můžete pozorovat i jiné typy hvězd, míra využitelnosti takto pořízených dat je však značně diskutabilní a profesionály jsou mnohdy odmítány. (Poněkud "lepší" situace je u tzv. klasických mirid, naopak "horší" je to s využitelností odhadů polopravidelných proměnných hvězd.) Proto bude efektivnější, když si pořídíte kvalitní dalekohled na montáži se CCD kamerou a naučíte se správně redukovat pořízené záběry (k podobným zařízením se ovšem dostanete i na některých hvězdárnách). Na druhou stranu je pozorování proměnných hvězd s velkou amplitudou změn velmi zajímavé pro všechny začínající amatéry a jako velmi pěkná vzdělávací pomůcka nesmí být nikdy zatracováno. |
PS: Po zveřejnění tohoto dílu "V ohnisku" na stránkách Instantních astronomických novin došlo k očekávané až nesmírně prudké reakci některých zarytých pozorovatelů proměnných hvězd, kteří se autorovi snažili vyvracet uvedená fakta. Jistě, možná se mýlím, avšak konzultace s řadou odborníků mne k jinému názoru nepřivedla. Názorně to může dokumentovat i krátký e-mailový rozhovor s Brianem Skiffem z Lovellovy observatoře v Arizoně.
Máme teď u nás docela bouřlivou diskuzi o významu vizuálních pozorování proměnných hvězd pro profesionální astronomy. Můžete mi prosím odpovědět na následující dotaz: Myslíte si, že amatérská vizuální pozorování proměnných hvězd jsou užitečná pro profesionály? Jestli ano, tak jakého typu? Obzvlášť mi jde o polopravidelné a nepravidelné proměnné...
Brian Skiff: Ano, amatérská pozorování mají stále ještě smysl. Jejich umístění do fotometrického systému však zůstává problémem, stejně jako nedostatečná přesnost. Aniž bych zavrhoval vizuální pozorování, dovolím si tvrdit, že amatéři udělají více práce, když budou používat CCD kamery s teleobjektivy nebo menšími dalekohledy a filtry. V tomto směru je nejlepší organizací Center for Backyard Astrophysics.
Domnívám se, že vizuální pozorování (ne CCD) polopravidelných a nepravidelných proměnných jsou zatíženy příliš velikými chybami... Proto nejsou pro profesionály tak užitečná.
Brian Skiff: Ano, ale ne všechny. V mnoha případech je možné nalézt jednoho či několik pozorovatelů, kteří zhotovili spojitou řadu dat, ve kterých lze systematické chyby kompenzovat. Souhlasím však s názorem, že dávat dohromady světelné křivky z odhadů od většího počtu amatérů není pravděpodobně příliš produktivní. Z vlastní zkušenosti však mohu říci, že pokud něco takového prohlásíte na fóru pozorovatelů proměnných hvězd (třeba AAVSO nebo v síti VSNET), dočkáte se označení "kacíře". Stále ještě zůstávají užiteční, ale souhlasím, že čím dál tím méně. Pokud chcete vidět příklad, kdy mají pozorně okalibrovaná historická pozorování smysl, podívejte se na soubor odhadů m Cephei publikovaný v jednom z posledních IBVS. Jde o pozorování jednoho amatéra v průběhu 55 roků, která jsou natolik dobrá, že v tomto období můžeme skoro ignorovat jakákoli jiná data.
A ještě jeden dodatek...
Současné trendy jasněji ukazují, že se blíží soumrak klasických pozorovatelů. To však neznamená, že by se všeteční nadšenci dostali na druhou kolej. Naopak -- vlak báječného poznání se právě rozjíždí, stačí do něj jenom naskočit. To, že spojení elektronických kamer, kvalitních objektivů, na dálku řízených dalekohledů a výkonných počítačů skýtá ohromný potenciál, ukázaly už první, špičkově vybavené observatoře. Nyní se ale stejná technika -- za výrazně menší investici -- dostává do ruky i "běžným" astronomům.
Hlavní nápad přišel od dvojice polských astronomů -- Bohdana Paczynskeho a Grzegorze Pojmanskeho z Varšavské univerzitní observatoře. V polovině devadesátých let dvacátého století vyvinuli malou robotickou montáž doplněnou "dalekohledem" se 135milimetrovým objektivem a komerčně vyráběnou CCD kamerou, kterou umístili do domečku na chilské hvězdárně Las Campanas. "Našim cílem bylo," řekl o začátku experimentu v dubnu 1997 Bohdan Paczynski, "monitorovat jakékoli změny jasnosti sledovaných hvězd, bez ohledu na typ proměnnosti." Projekt sliboval získat rozsáhlý statistický soubor, jenž by mohl hvězdářům poskytnout dostatečně věrohodný odhad o četnosti jednotlivých proměnných hvězd.
Výzkum začal s monitorováním 45 tisíc "stálic" rozhozených na 140 čtverečních stupních oblohy, tedy asi tří desetin procenta celé oblohy. Během prvních dvou měsíců nalezli 126 periodických proměnných hvězd jasnějších 13 magnitud, z nichž bylo do té doby známo jen třicet. Do června 2000 pak zvládli monitorovat 140 tisíc hvězd a mezi nimi 3900 proměnných (95 procent bylo nových).
Na základě tohoto výsledku mohl Bohdan Paczynski směle prohlásit, že ve vytipované oblasti objevili odhadem devadesát procent všech proměnných hvězd jasnější 12. velikosti a že půjde tímto způsobem již brzy sledovat celé miliony dalších stálic.
Proběhlo pár roků a stejný tým upgradoval chilskou observatoř: nyní se v nenápadné budce nachází hned čtyři pozorovací přístroje. Jejich základem jsou fotografické objektivy s ohniskovou vzdáleností 50 mm, které najednou pokryjí oblohu o tisíci čtverečních stupních. "Našim plánem je v reálném čase upozornit na jakoukoli změnu jasnosti a tu automaticky potvrdit větším dalekohledem," komentoval Paczinski. Součástí observatoře jsou totiž i dva 200milimetrové objektivy a dva dalekohledy o průměru 25 centimetrů. "Pokud bude událost potvrzena, bude informace o ní rozeslána e-mailem po celém světě, takže se na ní zaměří i jiné dalekohledy."
Důležité je, že malé objektivy nebudou čekat pouze na nečekané události. Naopak budou velmi, velmi užiteční k monitorování jasností nápadných proměnných hvězd, které byly v minulých desetiletích sledovány amatérskými pozorovateli.
Popis tohoto projektu zní skoro jako vědeckofantastická pohádka. Realitou však je, že na světě vznikají i další podobné observatoře. Jejich cena je natolik nízká, že je v konstrukčních možnostech i nemovitých vědeckých týmů. Už za pár roků tak bude pod kontrolou celá obloha... Znamená to tedy, že se blíží soumrak vizuální astronomie? Svým způsobem ano. Vizuální odhady jasnosti, které se většími či menšími úspěchy v minulosti využívaly ke studiu chování některých tipů proměnných hvězd, nemohou svou přesností konkurovat kalibrovaným CCD měřením. Na druhou stranu ale bude muset ohromný tok nových dat někdo zpracovat. Právě tady dostávají šanci amatéři. Stačí se ji pouze chopit. A nenechat se těmito daty převálcovat.
doporučené linky: