.

3.3Umelé družice

3.3.1 Pozorujeme družice

Od vypustenia prvej umelej družice Zeme (Sputnik 1 - 4.10.1957) už uplynulo niekoľko desaťročí. Každoročne v okolí Zeme pribúdajú stovky nových umelých telies. Počas jednej noci môžeme vidieť až sto pohybujúcich sa svietiacich bodov - družíc. No my ich využijeme vo svoj prospech.

Ako vieme, že pozorovaný pohybujúci bod je družica? Jednoducho. Družica letí plynule, nebliká a jej jasnosť je takmer nemenná (pokiaľ satelit nevchádza do tieňa Zeme) alebo svoju jasnosť mení postupne a pomaly. Pri pozorovaní družice nepočujeme žiaden zvukový doprovod a nevidíme kondenzačnú stopu. Naopak lietadlo výrazne bliká, niekedy počujeme zvuk jeho motorov, či rozoznáme viac navigačných svetiel. Väčšina družíc sa pohybuje zo západnej strany oblohy na východnú, opačných (retrográdných) satelitov je veľmi málo. Mnohé satelity sú na polárnych dráhach, napr. telekomunikačné Iridiá (kap. 3.3.3), špionážne či meteorologické družice. Okrem funkčných družíc (a lietadiel) môžeme na oblohe pozorovať (ako pohybujúci sa bod) aj vesmírny odpad (samozrejme aj javy v atmosfére Zeme ako meteory, zániky družíc ...). Tento odpad, ktorý môžeme pozorovať, je väčšinou tvorený vyhorenými raketovými motormi, či nefunkčnými satelitmi. Tieto telesá nie sú orientované, preto nekontrolovane rotujú a periodicky alebo neperiodicky menia svoju jasnosť. Táto zmena jasnosti nie je taká výrazná ako blikanie lietadiel, je plynulejšia. Vyhorené raketové motory sú zväčša väčšie, ako samotné družice, preto môžu byť veľmi jasné.
            Družice samozrejme nesvietia vlastným svetlom, ale odrážajú slnečné svetlo. Preto pri ich pohybe je možné z času na čas pozorovať náhle a krátko trvajúce zjasnenie alebo až záblesk, čo je spôsobené priamym odrazom slnečných lúčov od slnečných panelov alebo antény. Tieto záblesky môžu byť náhodné alebo predpovedané, ako je to pri družiciach Iridium (kap.  3.3.3).
            Na severnej pologuli je najviac satelitov v lete za súmraku. Počet viditeľných družíc klesá od večerného súmraku k miestnej polnoci a následne stúpa k rannému súmraku. Je to spôsobené tým, že o polnoci Zem osvetlená Slnkom vrhá do priestoru najväčší tieň. Práve ten vidíme na nočnej oblohe a preto družice nemôžu odrážať slnečné svetlo.
            To, že počet viditeľných družíc v priebehu jednej noci nie je rovnaký, môžeme zistiť sami. Stačí v hodinových intervaloch spočítať počet viditeľných družíc počas jednej noci. Nemusíme kvôli tomu ležať celú noc, pozerať na oblohu a počítať družice. Môže to byť sekundárna činnosť popri našej hlavnej činnosti. Veľmi vhodné je to pri pozorovaní meteorov ale aj pri iných astronomických (ale aj neastronomických) činnostiach. Výsledné hodnoty potom nanesieme do grafu a výsledok sa bude podobať Obr. 3.33, kde je jednoznačne viditeľný pokles pozorovaných družíc okolo polnoci.

Obr. 3.33 – Počet viditeľných družíc v hodinových intervaloch. Napozorované autorom a jeho priateľmi ako vedľajší produkt pri „neastronomickej“ činnosti v noci zo dňa 25.8. na 26.8.2001.

.

Hviezdna veľkosť Medzinárodnej kozmickej stanice ISS je od +2 mag do –3 mag (výnimočne). Je to v súčasnosti najnápadnejšia umelá družica Zeme. Je až taká veľká, že sa javí s uhlovými rozmermi (na rozdiel od ostatných satelitov). V ďalekohľade s priemerom 10 cm ju môžeme (za vhodnej orientácie stanice) pozorovať ako svietiaci bod sprevádzaný dvoma oranžovými škvrnami - slnečnými panelmi (Dušek, 2001) (Vzhľadom k jej pohybu potrebujeme azimutálnu montáž a väčšie zorné pole).
            Hubblov kozmický ďalekohľad má všeobecne hviezdnu veľkosť okolo 3 mag, niekedy sa zjasní. No jeho dráha nie je pre pozorovateľov z nášho územia najvhodnejšia. Zbadať ho môžeme iba nízko nad južným obzorom.
            Identifikovať, o ktorú družicu ide, môžeme pomocou výborných internetových stránok Heavens Above (http://www.heavens-above.com). Nájdeme tam (okrem iného) predpovede preletu družíc do 4.5 mag pre zadané miesto na Zemi na niekoľko dní dopredu. Po bezplatnej registrácii (nie je podmienkou) sú orientácia a získavanie potrebných informácií na týchto stránkach veľmi pohodlné.
            Pozorovatelia umelých družíc majú dokonca svoju internetovú stránku „Visual Satellite Observer's Home Page“ (http://www.satobs.org/satintro.html), kde nájdeme aj návody na pozorovanie družíc, ich periodických a neperiodických zjasnení a pod.
            Pri pozorovaní satelitu dokážeme určiť, v akej je výške nad Zemou a vzdialenosti od nás. Ako na to ? Potrebujeme určiť maximálnu výšku (v stupňoch) nad obzorom, akú družica dosiahla počas pozorovaného letu. Potom v kulminačnej časti dráhy určíme jej uhlovú rýchlosť (v stupňoch za sekundu). Stopneme si čas t [sec], za aký prejde družica uhlovú vzdialenosť D[o]. Potom jej uhlová rýchlosť je v=D/t [o/sec]. Na nomograme na Obr. 3.34 nájdeme napozorovanú maximálnu uhlovú výšku (ELEVATION ANGLE) a jej uhlovú rýchlosť (APPERENT ANGULAR VELOCITY). Ak nájdeme bod zodpovedajúci napozorovaným hodnotám, sledovaním plnej čiary doprava odčítame na pravej stupnici výšku družice nad Zemou v kilometroch. Podobne sledovaním prerušovanej čiary odčítame vzdialenosť družice od pozorovateľa. Je však nutné podotknúť, že presnosť určenia výšky (vzdialenosti) družice veľmi závisí od presnosti napozorovaných údajov. Tie získame iba použitím vhodného uhlomerného prístroja. V opačnom prípade sa dopracujeme iba k orientačným výsledkom, ktoré však pre amatérskeho pozorovateľa nie sú na zahodenie.

Obr. 3.34 – Nomogram pre určenie vzdialenosti a výšky pozorovanej družice z napozorovaných hodnôt uhlovej rýchlosti a maximálnej uhlovej výšky (viď text). Prevzaté zo Sky & Telescope, May, 1986.

.

.

3.3.2 Geostacionárne družice

Od roku 1963 bolo vypustených niekoľko geostacionárnych družíc. Vyznačujú sa tým, že ich obežná doba je zhodná s rotačnou dobou Zeme, následkom čoho sú neustále nad rovnakým miestom na Zemi. Využívajú sa hlavne na telekomunikačné prenosy.

Pre pozorovateľa zo Zeme sa prejavujú tak, že v ďalekohľade, upevnenom na statíve, ostanú vždy na jednom mieste a "neutečú" s ostatnými hviezdami. Ale ich jasnosť je zväčša veľmi slabá. Typická hviezdna veľkosť týchto družíc sa pohybuje v rozmedzí od +11 mag do +14 mag. No ak je geometria systému Slnko – družica - pozorovateľ priaznivá, hviezdna veľkosť okolo +5 až +6 mag nie je netypická. Veľmi výnimočne, na krátky okamih, môžu dosiahnuť až +3 mag. Vyhľadávanie týchto družíc je náročná činnosť. Väčšina pozorovateľov pozoruje stacionárne družice iba fotograficky, kde sa prejavia ako „bodka“ na pozadí čiar vytvorených hviezdami „pohybujúcej“ sa oblohy (exponuje sa desiatky minút na nehybný fotoaparát s citlivým filmom).
            Súradnice takého systému môžeme vypočítať pomocou nasledujúcich vzťahov:

D = l - l_D
cos b = cos j. cos D
tg A = tg d / sin j
tg h = (cos b - 0.15127)/sin b
sin d=sin j.sin h-cos b.cos h.cos A
sin t = cos h . sin A / cos d

kde l - zemepisná dĺžka pozorovacieho miesta, l_D- súradnice (zem. dĺžka) subsatelitného bodu (poloha družice), j - zemepisná šírka pozorovacieho miesta, h - výška nad obzorom, A – azimut, d- deklinácia a t - hodinový uhol.
            Pozície geostacionárnych družíc sú uverejňované v časopise "Letectví a kosmonautika" a "Amatérske rádio", v ročných prehľadoch kozmonautiky časopisu "Vesmír", alebo na interentových stránkach „SPACE 40 – Velká encyklopedie družic a kozmických sond“ (http://www.lib.cas.cz/knav/space.40/). Najvhodnejšie na pozorovanie sú družice Intelsat, Eutelsat, Astra, Kopernikus, TDF, Telecom, Arabsat a Skynet.

.

.

3.3.3 Záblesky družíc

Družice počas svojho letu z času na čas vrhnú na nás (pozorovateľov na Zemi) svetelný záblesk, ktorý vzniká priamym odrazom slnečných lúčov od antén alebo slnečných panelov. Typickým predstaviteľom týchto zábleskov je v súčasnej dobe sieť telekomunikačných družíc Iridium.

Normálna hviezdna veľkosť družíc Iridium je asi +6 mag, takže ako pohybujúci sa objekt ich bez ďalekohľadu nepozorujeme. No z času na čas sa družica zorientuje tak, že od jej povrchu (antén) sú odrážané slnečné lúče priamo k pozorovateľovi, kedy sa môže zjasniť až na –8 mag. Dĺžka záblesku je 5 až 30 sekúnd – je závislá od jeho intenzity. Pri pozorovaní záblesku najskôr uvidíme, ako sa družica vynára z tmy, postupne sa za pohybu zjasňuje až dosiahne maximálnu jasnosť a potom postupne jej jasnosť klesá, až zanikne na tmavom pozadí oblohy. Počas najjasnejšej fázy ubehne družica na oblohe 5° až 10°. Niekedy môžeme za jednú noc pozorovať aj 4 až 5 zábleskov.
            Časové okamihy zábleskov sme schopní vopred presne určiť. Na stránkach Heavens Above (http://www.heavens-above.com) nájdeme predpovede zábleskov pre zadané miesto na niekoľko dní dopredu (aj spätne dozadu). V uvedených predpovediach nájdeme presný čas záblesku, jeho hviezdnu veľkosť, výšku nad obzorom, azimut (meraný od severu smerom cez východ, juh, západ), vzdialenosť od centra záblesku (km), hviezdnu veľkosť v tomto centre a identifikáciu družice spôsobujúcu záblesk. Nájdeme tam aj predpovede tzv. denných zábleskov, ktoré môžeme vidieť pomocou ďalekohľadu.
            Pokiaľ si chceme záblesk vyfotografovať, potrebujeme k tomu fotoaparát s časom B (s otvorenou uzávierkou počas neobmedzenej doby) najlepšie s predlžovacou spúšťou. Fotoaparát nasmerujeme požadovaným smerom a spúšť stlačíme v čase, keď zrakom zbadáme Iridium (väčšinou ho zbadáme skôr, ako môže na negatíve vytvoriť obraz). Podrobnosti viď. Klíma (2000) - http://www.decros.cz/~iridium_flare/ a Kehár (2001) - http://web.quick.cz/astrokoutek/ .