Praha jih: Ondřejov: Hvězdárna

  Dvoumetrový dalekohled


Historie
Po druhé světové válce bylo jasné, že vybavení Fričovy observatoře nebude stačit novým nárokům. Ve Spojených státech se na Mt Polomaru už stavěl dalekohled o průměru 5 m, zatímco "Ondřejov" disponoval jen dvojitým astrografem o průměru zrcadla 20 cm a 11cm refraktorem a tento nepříznivý stav bylo nutno napravit. Idea stavby velké hvězdárny v Ondřejově však není nového data. Už v roce 1917 zpracoval ing. Záruba-Pfeffermann návrh hvězdárny pro toto místo s dvoumetrovým dalekohledem, ale z pochopitelných důvodů se projekt neuskutečnil. Ale tato zdánlivá utopie ožila o 40 let později, kdy v roce 1956 začala ČSAV reálně uvažovat o nějakém řešení situace a nakonec zvítězil návrh postavit v Ondřejově dvoumetrový dalekohled pro spektrální výzkum. V té době byly na světě v provozu jen tři dalekohledy, které byly větší než uvažovaný záměr.
V roce 1959 projekt schválila vláda a u fy Zeiss byl objednán dalekohled i kovová kopule, tři spektrografy a pozorovací plošina, s níž by bylo možné se dostat ke Cassegrainovu ohnisku.
Stavba začala v roce 1959 a skončila v roce 1966. Náklady na výstavbu dosáhly tehdejších 40 milionů korun. Ke slavnostnímu uvedení do provozu došlo 23. srpna 1967 při příležitosti XIII. kongresu Mezinárodní astronomické unie v Praze.

Architektonické a urbanistické řešení
Projektem budov pro dvoumetrový dalekohled byl v dubnu 1959 byl pověřen Krajský projektový ústav v Praze a hlavním architektem pak ing. arch. Pavel Procházka. Pro stavební realizaci byla vybrána firma Průmstav, závod Kolín.
Celý rok 1959 se vybíralo konkrétní staveniště pro kopuli. Vytypováno bylo několik míst a tam se prováděly detailní průzkumy turbulence vzduchu ve dne i v noci, průzkum potenciálních rušivých zdrojů, zejména rušení nočními světly obcí a komunikací (dálnice ovšem ještě nestála) a také průzkum geologického podloží, ale i dopravní dostupnosti místa. Teprve po vyhodnocení všech uvažovaných faktorů příslušná komise rozhodla o definitivním pozemku. Tím bylo místo na svahu Pecného, v místní části Kubětiny, nad stávající Fričovou hvězdárnou na Mandě.
Následně bylo nutno řešit konsekvence tohoto rozhodnutí. Týkalo se to především návrhu trasy přístupových komunikací a vedení inženýrských sítí a úprava okolí, aby docházelo k minimálnímu rušení práce observatoře.
Silnice k observatoři musela splňovat řadu podmínek. Musela být dostatečně únosná, aby po ní bylo možno dopravovat nejen stavební materiál, ale i těžké dílce kopule a dalekohledu a na druhé straně musela být co nejužší, aby zpevněná plocha nebyla příliš velkým akumulátorem tepla a tím i zdrojem chvění vzduchu. Navíc bylo potřebí trasovat silnici tak, aby poloměry zatáček umožňovaly průjezd těžkých přívěsů a zároveň, aby reflektory aut nikdy nesměřovaly k observatoři. Šířka příjezdní komunikace byla zvolena pouze 4 m, aby mohla projet vedle sebe dvě osobní vozidla a poloměry otáčení nemohly klesnout pod 80 m.
Protože území mezi místem pro kopuli dalekohledu a starou observatoří bylo zatím loukou, bylo nutno uvažovat o vhodném rozvržení porostů, které by bránily nadměrnému zahřívání půdy ve dne a vyzařování v nocí a též z důvodu stability ovzduší. Bylo proto rozhodnuto přeměnit území v lesní park se smíšenými porosty a v ovocný sad a bylo zde vysázeno více než 700 ovocných stromů.

Provoz dalekohledu si vyžádal výstavbu dalších objektů: transformační stanice, provozní budovy, v níž je umístěno vzduchotechnické zařízení pro kopuli, stavbu elektrorozvodny a náhradních zdrojů elektrické energie, vodárny, pracovny vědeckých pracovníků, noclehárny pro pozorovatele, kuchyně pro přípravu půlnočních obědů, dále pak temných komor, elektronické laboratoře, výpočetního střediska, přijímací místnosti a bytu vedoucího inženýra dalekohledu, jenž musí být stále dosažitelný.
Provozní budova je asi 60 m vzdálena od kopule a s ní spojena podzemní průchozí chodbou; zde jsou též vedeny všechny instalace, potrubí a kabeláž. Chodba, vzhledem ke své stálé teplotě a vodorovnosti je použitelná jako zkušebna optiky dlouhých ohniskových délek.

Hlavní budova
Hlavní budova kryje dalekohled a skládá se ze dvou částí. Je to 1) válcová betonová stavba, která ve své koruně nese na kolejnicích 2) otáčivou ocelovou kopuli.
Válcová budova, nesoucí kopuli, má vnější průměr 21,11 metru a hmotnost 1040 tun. Stěny jsou 0.5 metru silné a tvoří je 35 cm silná vrstva železobetonu a vnější cihlová obezdívka silná 15 cm působící jako tepelná izolace. Vnější plášť budovy tvoří vlnitý hliníkový plech, který jednak zlepšuje tepelně izolační vlastnosti budovy a jednak odráží část dopadajícího světla a brání tak zahřívání vnější plochy zdi, čímž se omezuje neklid atmosféry v bezprostředním okolí kopule.
Dodavatel kopule - firma Zeiss - vznesla požadavek, aby odchylka kruhové stavby při průměru 18 metrů činila od ideálního kruhu nanejvýš 4 cm. Ke cti dodavatele je nutno říci, že se podařilo dosáhnout přesnosti 8 mm, což znamenalo stejné přesnosti dosáhnout i při sestavování bednění.
Dalekohled váží 94 tun a je postaven na zvláštním pilíři. Kopule má v průměru 20 metrů a celkovou váhu 200 tun. Protože při otáčení kopule je vyvozováno chvění, které by se skalním podkladem a pilířem mohlo přenášet na dalekohled, je konstrukce podlah ve všech podlažích oddilatována 10 centimetrovou mezerou od pilíře nesoucího dalekohled.
Betonový pilíř o hmotě 960 tun a základy kopule stojí na vrstvě stejnozrnného praného písku, jež tvoří pružnou vložku. Stejná zrnitost byla nezbytná proto, aby tlumící vložka měla co největší mezerovítost. Použilo se písku přirozeného s kulovitým tvarem zrn se zaoblenými hranami. Hornina zrn musela mít nejméně 1 600 kg/cm2 krychelné pevnosti. Po promytí vodou, aby se spláchl kamenný prach z povrchu jednotlivých zrn, byl písek znovu vysušen a suchý dusán ve vrstvách tlustých 5 cm, aby znemožnil případný pokles základů přeskupením tlumícího polštáře.
Protože budova observatoře i pilíř dalekohledu jsou uloženy na skalním masívu, bylo provedeno dynamické měření základové půdy staveniště. Naměřené frekvence potvrdily výsledky geologického průzkumu, že totiž jde o horniny s poměrně dobrou schopností přenášet kmitání (absorpční koeficient charakterizující útlum K' = 0,05).
Pilíř je namáhán na tlak i tah; v tahu vzdoruje 8 svorníků síly 132 Mp. Podlaha v nejvyšším podlaží je počítána na nosnost 2 Mp/m2. V jednom místě bude pří montáži působit bodový tlak 25 Mp, což se rovná hmotě tanku střední velikosti postavenému na hrot. Velikost zatížení v tomto bodě byla určena pro první montáž 25 Mp, pro montáž pozdějě 8 Mp. Protože investor trval na provozně nejvýhodnějším řešení, tj. zachytit zatížení 25 Mp v trvalé konstrukci, byla v tomto místě deska zesílena polokruhovou konzolou, přenášející zatížení do rozšířeného pilastru vnitřního nosného prstence železobetonové zdi. V jiném místě podlaží kopule působí opět tlak 0,5 Mp a tah 3 Mp při stavbě teleskopu na jiný optický systém.

Jak již bylo řečeno pohyblivá kopule byla dodána firmou Carl Zeiss z Jeny. Její hmotnost činí 195 tun. Je vyrobena z ocelových nosníků potažených pláštěm, tvořeným zvenku postupně hliníkovým plechem, dehtovým papírem, dvěma vrstvami prken, styroporem a sololitem. Tato sendvičová struktura zajišťuje, že kopule má velmi dobré izolační vlastnosti a dokáže uvnitř udržet teplotu z předešlé noci. Denní teplotní výkyvy jsou v kopuli zhruba desetkrát menší než venku. Štěrbina kopule je široká 5 m a uzavírají ji dvoudílná vrata. Každé křídlo váží kolem 10 tun. Otevírání a zavírání proto obstarávají elektromotory, ale pro případ náhlého výpadku proudu se vrata dají zavřít i ručně. Kopule se pohybuje na 24 vozících, z nichž čtyři jsou poháněny elektromotory napájenými střídavým proudem. Dvě rychlosti otáček motorů umožňují dvě rychlosti pohybu kopule. Ta se neotáčí plynule, ale po krocích, v závislosti na poloze dalekohledu. Ve chvíli, kdy tubus začíná mířit do okraje štěrbiny, kopule se pootočí, takže dalekohled získá určitý volný prostor pro sledování hvězdy bez nutnosti otáčet kopulí. Přímo na vnitřní stěně kopule je umístěn jeřáb o nosnosti 5 tun. Používá se při vyjímání zrcadla z dalekohledu nebo při změně optické konfigurace dalekohledu.

Půdorys hlavní budovy

Řez hlavní budovou

Dispoziční řešení
V hlavní budově jsou všechna zařízení nutná pro provoz dalekohledu, jako jsou pumpy dodávající olej pod tlakem do ložisek dalekohledu, nádrže na olej, elektrické rozvaděče atd. Součástí vnitřních prostor je i temná komora, která sloužila k vyvolávání fotografických desek. V patře kopule je zasklená galerie pro návštěvníky. Umožňuje výhled na dalekohled, ale odděluje návštěvníky od vnitřku kopule, aby se v prostoru dalekohledu uchovala nízká prašnost a držela stálá teplota. Do návštěvnické galerie se vstupuje zvláštním vchodem. Naproti galerii je zasklený velín se řídícími počítači, které ovládají dalekohled. Ve velínu se startuje ovládací systém a zde se po skončení pozorování vypíná.
Kopule je řešena tak, aby do přízemí mohlo vjet nákladní auto, protože zrcadlo dalekohledu, vážící asi 2,5 tuny, je nutno čas od času demontovat a odvézt do Jeny k novému pokovení hliníkem. K demontáži zrcadla je v kopuli speciální vozík s pneumatickým zvedákem, který se ze suterénu vyzdvihne do podlaží kopule a posadí na kolejnice. Zrcadlo se spouští z podlaží kopule do přízemí poklopem v podlaze pomocí elektrické kočky upevněné na kopulí. Stejným způsobem se pak spouští vozík zrcadla až do suterénu, kde je deponován.
Suterénní místnosti slouží jinak jako rozvodna, sklady přístrojů a manipulační prostory a strojovna čerpadel na olej. Na severní straně suterénu je vstup do spojovacího kanálu s provozní budovou.
Okolo pilíře v suterénu je kontrolní chodba, která slouží k tomu, aby 10 centímetrová dílatace mezi konstrukcí kopule a pilířem byla stále přístupná a čistítelná.
Přízemí kopule je určeno vjezdu a vstupu pro návštěvníky, místnostem pro prácí v ohnisku Coude, klimatizovaným temným komorám s výtahem do podlaží, skladům chemikálií, chladicímu boxu, provoznímu vstupu a hygienickým zařízením.
V budově jsou dvě pozorovací lávky sloužící pozorovatelům, pro práci v primárním nebo Cassegrainově ohnisku. Pozorovací lávka pro primární ohnisko je umístěna ve štěrbině na vnitřním obvodu kopule. Může dosáhnout výšky až 13 metrů nad podlahou kopule. Druhá plošina pro práci v Cassegrainově ohnisku se pohybuje na kruhové kolejnici kolem pilíře dalekohledu v podlaží kopule. Může dosáhnout výšky zhruba šesti metrů.

Pozorovací plošina pro Cassegrainovo ohnisko

V prstenci místnosti v podlaží kopule je pamatováno na zasklenou galerii pro návštěvníky, elektrorozvaděče, ovládací stůl, místnost pro nabíjení kazet spojenou výtahem s temnou komorou v přízemí, sklady přístrojů, které se u dalekohledu vyměňují, elektrotechnickou pracovnu, vzduchotechnické hermetické místnosti apod.

Původní ovládací pult dalekohledu

Kopule je vybavena vnitřním a vnějším ochozem. Oba jsou přístupné z podlaží kopule průchodem světelným filtrem, jež rovněž slouží jako izolační prostor pro teplotu v kopuli. Kopule sama nemá nikde okenní otvory, aby se zabránilo vnikání nežádoucího tepla. Vnější plášť tvoří aluminiový plech.

Dalekohled
Hlavním přístrojem je zrcadlový dalekohled o průměru 2 m. Byl vyroben německou optickou firmou Carl Zeiss v Jeně. Hlavním konstruktérem dalekohledu byl Alfred Jensch.

Celkový pohled na dalekohled

Montáž nese v uzavřeném tubusu parabolické zrcadlo o efektivním průměru 2 m (ve skutečnosti má průměr 208 cm) ze speciálního borosilikátového skla s malou roztažností. Jeho hmotnost je 2340 kg. Uprostřed má otvor o průměru 250 mm pro Cassegrainovo ohnisko. Zrcadlo je konkávně vybroušeno do tvaru rotačního paraboloidu (největší odchylka od ideální plochy je 0.0001 mm). Povrch je pokoven hliníkem, a to i na zadní straně, aby se předešlo deformacím, způsobeným nerovnoměrným rozváděním tepla. Promární ohnisková délka je 9 m.
Zrcadlo je neseno 18 úložnými body, ve kterých jsou kompenzovány deformace gravitační či tepelné.
Zrcadlo může soustřeďovat světlo do několika ohnisek (podle použitých sekundárních zrcadel):
  • Newtonovo ohnisko – paprsky jsou po odrazu od hlavního parabolického zrcadla vedeny na sekundární rovinné zrcátko skloněné pod úhlem 45°, kde se odráží kolmo na osu dalekohledu (do boku) do tzv. Newtonova ohniska o délce 9 metrů.
  • Cassegrainovo ohnisko – paprsky jsou po odrazu na hlavním parabolickém zrcadle odraženy zpět hyperbolickým vydutým zrcadlem do otvoru v hlavním zrcadle, do tzv. Cassegrainova ohniska o délce 29 metrů
  • Coudé ohnisko – paprsky jsou po odrazu na hlavním zrcadle odraženy na vydutém sekundárním zrcadle zpět na rovinné terciální zrcátko skloněné pod úhlem 45°, které paprsky odkloní kolmo na osu (do boku) do tzv. Coudé ohniska o délce až 64 m. Další pomocnou optikou lze docílit, že Coudé ohnisko je pevné v prostoru. Coudé ohnisko je v Ondřejově nejpoužívanější.
Hodinová osa dalekohledu je uložena ve dvou ložiskách. Jižní konec se otáčí v ložisku, které nese asi 5% zatížení, zatímco zbytek leží na kulovém ložisku, nadzvedávaném tlakovým olejem. Olej je neustále dočerpáván do jakéhosi kloubu, na kterém spočívá 95% váhy dalekohledu, a to pod tlakem 30 atmosfér. Ten nadnáší osu asi o 0,06 mm, takže tato bez záchvěvů po kloubu klouže. Toto originální řešení konstruktéra Jensche sice funguje dodnes, ale během provozu dalekohledu došlo k poruše, kdy olej z ložiska začal nekontrolovaně vytékat a oprava si vyžádala několikaletou odstávku.
Rovněž deklinační osa doznala během doby změn. Zde muselo být původní soudečkové ložisko nahrazeno válečkovým se zkříženými válečky, výrobek Závodů valivých ložisek v Povážské Bystrici, protože se původní ložisko zadrhávalo.
Tubus dalekohledu je vyvažován mohutným protizávažím.

Protizávaží

Dalekohled od svého vzniku prošel několika modernizacemi (např. 1987, 1997), kdy byl rovněž odstaven. Dnes je plně automatizován a pořizovat spektra hvězd lze z počítače i mimo hlavní budovu. Samozřejmostí jsou elektronické snímače obrazu spektra.
Prameny:
P. Procházka, V. Rousek: Astronomická observatoř ČSAV v Ondřejově. KPÚ Praha 1969

 


[Na začátek stránky]