Student World

Před 400 lety, 17. října 1604, zaregistroval německý astronom Johannes Kepler žijící v Praze novou jasnou hvězdu v souhvězdí Hadonoše, která s neobyčejnou intenzitou prozářila noční oblohu. Nezávisle na Keplerovi studovali zářivý objekt čínští a korejští astronomové. Dnes víme, že šlo o výbuch supernovy.

Supernova, která vešla do dějin astronomie pod označením „Keplerova hvězda“ či později „Keplerova supernova“, je v katalozích pod kódem SN 1604. Jak uvádějí záznamy čínských astronomů, rozzářila se na obloze již 9. října 1604. Pozoruhodné je, že šlo o poslední pozorovaný výbuch supernovy v naší galaxii, Mléčné dráze.
Není se co divit, že nová nesmírně jasná hvězda, která se zničehonic objevila na obloze, nedala Keplerovi spát. O tom, že jde o mohutnou explozi způsobenou gravitačním kolapsem, nemohl mít renesanční učenec ponětí. Historicky se v novodobé západní astronomii jednalo o druhý záznam tohoto jevu, jehož vysvětlení se vědci dobrali až v druhé polovině minulého století. (První pozorování obdobného výbuchu zaznamenal Tycho Brahe, SN 1572 v souhvězdí Kassiopea.)

Supernova je explodující hvězda, která má ohromnou intenzitu. Výbuch hroutící se hvězdy může za minutu uvolnit víc energie, než za stejnou dobu uvolní všechny normální hvězdy v pozorované části vesmíru dohromady. Jen zlomek této energie (někdy pouze setina procenta), je přitom vyzářen jako viditelné světlo. Ale i to stačí, aby supernova zastínila celou galaxii, do které patří. Dnes předpokládáme, že „Keplerova hvězda“ byla supernovou I. typu. Tento typ vzniká v binárních systémech. Obvykle jde o hvězdy, jejichž oběh je přivádí stále blíž k jejich většímu a řidšímu binárnímu partnerovi, takže působením svého gravitačního pole začnou strhávat vzdutou atmosféru partnerské hvězdy. Postupem času hvězda vlivem tohoto procesu nabývá na hmotnosti, a když překročí tzv. Chandrasekharovu mez (nazvanou podle indického astrofyzika Subrahmanyna Cahndrasekhara, jenž gravitační kolaps předpověděl teoreticky), je již hmotnost hvězdy tak velká, že začne kolabovat. V tu chvíli už ve hvězdě nemohou existovat atomy. Jejich subatomární částice, protony, neutrony a elektrony, jsou natlačeny jeden na druhý tak, že jejich dalším interakcím brání kvantově mechanické síly. Tento stav hmoty označují astrofyzikové jako „degenerovanou hmotu“, která je podle pozemských měřítek neobyčejně hustá.
Po překročení Chandrasekharovy meze hmotnost hvězdy stlačí její jádro tak, až rozdrtí i "degenerovanou" strukturu. Následkem je kolosální jaderná exploze, která hvězdu vypaří. Přesně takovéhle úchvatné divadlo, aniž by o jeho kvantově-gravitační podstatě měl ponětí, pozoroval před 400 sty lety ze své pracovny v Praze překvapený Johannes Kepler a podal o něm svědectví.

Johannes Kepler (1571-1630), nejvýznamnější astronom přelomu 16. a 17. století, byl do Prahy, ke dvoru císaře Rudolfa II. pozván díky českému polyhistorovi Tadeáši Hájkovi z Hájku. Tycho Brahe, jenž u císařského dvora působil jako královský astronom, potřeboval zdatného matematika a hvězdářského teoretika. O generaci mladší Kepler byl obojím. Pozvání přijal, neboť ho lákala vize, že dostane k dispozici Tychonovy záznamy o pozorování. Dánský hvězdář Brahe totiž systematicky sledoval noční oblohu už pětatřicet let a měl nejpřesnější údaje v Evropě.

Kepler tedy začal pracovat jako Braheho asistent, nejprve v Benátkách nad Jizerou, pak v Praze. Brahe, Kepler a Hájek vytvořili pracovní skupinu, jaká neměla v tehdejším učeném světě obdobu. Ve střední Evropě se díky práci trojice učenců pod ochranou císaře Rudolfa II. zrodily základy novodobé západní astronomie. Hájek nabízel výsledky vlastního výzkumu k použití Brahemu a Brahe byl naopak ochoten všechno postoupit Keplerovi a Hájkovi. Tento jedinečný vědecký tým se bohužel rozpadl dříve, než mohl šíře rozvinout svůj program. Tadeáš Hájek z Hájku zemřel už roku 1600 a Tycho Brahe, jenž působil přímo v Praze pouze necelý rok, umřel nedlouho po něm (v roce 1601). Nicméně idea společného výzkumu, dalekosáhle předcházející metody moderní týmové práce, byla sama o sobě důkazem o moudrém mecenášském postoji habsburského vladaře, který ji umožnil.

Spolupráce tří učenců, kteří se sešli v Praze, sice nebyla podle jiných zdrojů tak ideální (Brahe se brzy začal obávat, že jej jeho asistent Kepler zastíní), ale nakonec přesto přinesla zásadní poznatky pro rozvoj astronomie a fyziky. Po smrti Brahea nastoupil Kepler na místo královského matematika a astronoma, ačkoli sám pozoroval oblohu jen málo. Císař mu vlastně zadal jediný úkol, vypracování nových planetárních tabulek. Práce na nich, na tzv. „rudolfínských tabulkách“, která se protáhla na dlouhých 27 let, Keplera přivedly k jeho nejvýznamnějšímu zjištění. Postupně objevil tři zákony planetárního pohybu, které nesou jeho jméno. Odvodil je na základě Brahova empirického pozorování a jejich elegantní matematickou formulací vyvrátil představu o kruhových drahách planet, ovládající evropskou vědu od dob antiky (viz http://www.edunet.cz/fyzikove/Kepler.html nebo Johannes Kepler: The Laws of Planetary Motion, http://csep10.phys.utk.edu/astr161/lect/history/kepler.html a Kepler´s Laws in animation http://home.cvc.org/science/kepler.htm). Kepler hledal ve vesmíru krásu matematické symetrie a hudební harmonii. Ne nadarmo se intenzívně zabýval i matematikou, zvláště geometrií. Časem se propracoval k poznání, že, jak o něm uvedl Albert Einstein, „i nejprůzračnější logická matematická teorie není samo o sobě zárukou pravdy, pokud nebyla otestována exaktními pozorováními v rámci přírodní vědy.“

Ačkoli Kepler nežil v císařském městě v žádném přepychu (jeho plat činil 1000 zlatých ročně), byla pražská léta jeho nejplodnějším obdobím. Tím, že v latinsky psaných dílech Astronomia nova (1609) a Harmonia mundi (1618) stanovil zákony nebeské mechaniky, dovršil úsilí astronomů, prahnoucích po poznání skutečného tvaru planetárních drah.

K jeho nesmrtelnému odkazu ovšem patří i studium úkazu na nočním nebi, jimž byla neobyčejně jasná hvězda. Kepler je pro následující generace podrobně popsal v knize De stella nova in pede serpentarii(O nové hvězdě v souhvězdí Hadonoše), vydané na náklady císaře v roce 1606 v Praze. Před nedávnem, k poctě velkému astronomovi a matematikovi, zkombinovali vědci z NASA a Univerzity Johna Hopkinse v Baltimore data různých vlnových rozsahů (viditelné světlo, rentgenové a infračervené záření) poskytnutá několika velkými teleskopy (Spitzer Space Telescope, Hubble Space Telescope, Chandra X-ray Observatory), aby odpověděli na otázky týkající geneze typového zařazení této supernovy, známé pod názvem „Keplerova hvězda“.

Johannes Kepler (1571-1630)

Titulní strana knihy De staella nova

Po 400 odhalují astrofyzikové tajemství „Keplerovy hvězdy“. Simulace vytvořená na základě dat z velkých observatoří ve spolupráci NASA a Univerzity Johna Hopkinse v Baltimore (http://www.nasa.gov/vision/universe/starsgalaxies/kepler.html).

Další informace:

Internetové odkazy:
Johannes Kepler, His Life, Law and Time
http://www.kepler.arc.nasa.gov/johannes.html
Tycho Brahe proměřil oblohu
http://www.astro.cz/apod/ap010107.html
Kepler objevuje, jak se pohybují planety
http://www.astro.cz/apod/ap990606.html
Univerzita Karlova – Tycho Brahe je nesmrtelný (článek Karla Vašíčka)
http://www.cuni.cz/UK-1209.html

Literatura (výběr z novějších titulů):
Bruce, Stephenson: Kepler’s Physical Astronomy (New York: Springer Verlag, 1987)
Caspar, Max: Kepler (London, 1993 – dosud nejobsáhlejší a nejkvalitnější biografie)
Ferrguson, Kitty: Tycho & Kepler: The Unlikely Partnership that Forever Changed Our Understanding of the Heavens (New York, 2002)
Fernand, Hallyn: The Poetic Structure of the World: Copernicus and Kepler (New York, 1990)
Ferris, Timothy: The Whole Shebang (New York, 1997, č. Zpráva o stavu vesmíru, Praha, 2000)
Jáchim František: Tycho Brahe. Hvězdářova odysea z Dánska do Čech (Praha,Prometheus,1998)
Janáček, Josef: Rudolf a jeho doba (Praha, 1987)
Kepler, Johannes: Sen neboli Měsíční astronomie (Praha a Litomyšl, Paseka, 2004, viz recenze na Scienceworldu xx)
Rees, Martin: Our Cosmic Habitat (London, 2001. č. Náš neobyčejný vesmír, Praha, 2002)
Šolcová, Alena: Johannes Kepler (Praha, Prometheus, 2004)
Voelkel, James: Johannes Kepler and the New Astronomy (Oxford, 1999)

autor Jan Kapoun