Článek
Vilém Mikula je český vědec, který pracuje v NASA od roku 2004. Coby jeden z dvojice Čechů stál u zrodu největšího teleskopu v historii lidstva Jamese Webba, který na konci prosince NASA vystřelila z Francouzské Guayany do vesmíru.
Jeho úlohou bylo zkonstruovat funkční mikrozávěrky, které slouží teleskopu k tomu, aby dokázal rozlišovat jednotlivé galaxie, což je jeho unikátnost oproti ostatním. Rozlišováním jednotlivých galaxií pak můžou vědci určit jejich stáří a vidět daleko do minulosti. Více o teleskopu Jamese Webba jsme psali zde.
V rozhovoru Mikula mluví o náročnosti sestrojování mikrozávěrek, o práci v NASA i o příštích plánech a převratných objevech.
Vaše práce na teleskopu Jamese Webba spočívala ve vytvoření tzv. microshutters neboli mikrozávěrek. K čemu slouží a proč jsou tak důležité?
Jsou to takové jako kdyby žaluzie, které se otevírají před kamerou teleskopu a pouští dovnitř jen část světla. Když správci teleskopu udělají fotku deep space, tedy zaostří někde na nekonečno, musejí exponovat několik desítek hodin, aby dostali dostatek světla na obrázek. Tím vyfotí obrázek oblohy, která je za normálních okolností úplně tmavá, ale když se exponuje velmi dlouho, tak se objeví galaxie, která je velmi daleko. Takhle sbírají světla z galaxií.
Hubbleův teleskop měl tu nevýhodu, že dokázal vyfotit jen světelné spektrum celé oblasti nebo galaxie. Takže, když měli v obrázku sto galaxií, tak dostali spektrum namíchané ze sto galaxií a nevěděli, která galaxie má jaké světelné spektrum. Byl to jen jakýsi průměr.
Takže nový teleskop umí část galaxií odclonit?
Ano, tenhle teleskop s microshutters umožňuje to, že galaxie, které nepotřebují vidět, zacloní a zůstanou jim na obrázku jen ty, které si vyberou. Každou pak mohou analyzovat zvlášť a stejně tak vidí světelné spektrum zvlášť. Výhodou je, že na tomhle teleskopu mohou exponovat dvacet hodin a získat analýzu deseti nebo dvaceti galaxií, Hubbleův tohle neuměl.
Microshutters slouží tedy k zaclonění zbytečného světla, které nechtějí, aby jim zasáhlo do obrazu.
Micro-shutters, které vědci v NASA naprogramovali do tvaru českého lva při návštěvě tehdejšího prezidenta Václava Klause.
Ty clony jsou navržené přímo pro potřeby tohoto teleskopu?
Tady v NASA je to trochu komplikované. Existuje vědecká část NASA a část inženýrská. Někdo vymyslel, jak to má fungovat, jak to má vypadat a jak to má být velké, a posunuli to nám do inženýrského oddělení, kde pracuji já. A my jsem to metodou zvanou fotolitografie vyráběli.
Byl jsem jedním z dvaceti lidí, kteří se podíleli na výrobě těch clon. Nevymyslel jsem tedy přímo ten předmět, ale vymýšlel jsem, jak ho vyrobit. Nakonec jsme udělali několik stovek různých druhů microshutterů, ale NASA si vybrala jen čtyři, které i letěly do vesmíru.
Můžeme tedy říct, že vámi vyrobené součástky jsou teď ve Webbově teleskopu.
Ano, na výrobě microshutterů, které jsou použité, jsem se podílel. My jsme to vymysleli již někdy kolem roku 2008 a od té doby probíhaly různé zkoušky, pak se namontovaly do šasi a teď v prosinci odletěly do vesmíru.
Ještě se zastavím u vašeho týmu. Spolupracoval jste s dalším Čechem, Güntherem Kletetschkou. Jeho úloha byla jaká?
V podstatě jsme dělali oba dva to samé. Měli jsme za úkol zjistit, jak vydrží magnetické otevíraní velkou zátěž. Microshuttery se totiž na snímači otevírají pomocí magnetů, mají na sobě magnetické proužky, které když projdete kolem nich magnetem, tak ho budou sledovat svým pohybem, čímž se otevírají a zavírají. A technici potřebovali zjistit, kolik cyklů zavíraní a otvíraní dokáže bez porušení microshutter přežít. Jsou to totiž velmi malé součástky, měří několik mikronů (miliontina metru, pozn. red.) , a víme, že každý materiál po nějakém namáhání praskne.
To namáhání je navíc znásobené kosmickým prostředím, tedy velice nízkou teplotou, při které se materiály chovají jinak než při pokojové. Dělali jsme tedy testy otevírání a zavíraní při velmi nízké teplotě, jen několik Kelvinů (Celsiova stupnice začíná v 0 °C, což odpovídá 273,15 Kelvinů – pozn. red.). Podařilo se nám zopakovat až šedesát tisíc cyklů, aniž by se to rozbilo nějakým významným způsobem. Vždy jsme byli v jednom procentu množství, které se nám mohlo podle regulí NASA rozbít. Na celém čipu Webbova teleskopu je kolem 60 tisíc micro-shutterů a nefungovalo jich dejme tomu jen deset.
A Günther Kletetschka měl v tu dobu vybavenou magnetickou laboratoř, kde jsme připravovali všechny součástky.
Microshutters jako součást implantátů
Při přípravě na rozhovor jsem narazil na vaši vědeckou práci, kde jste mikrozávěrky dokonce popisoval jako možnou součást lidských mozků v budoucnu v podobě implantátů.
V NASA potřebovali udělat PR tomu, co děláme, a chtěli po nás, abychom rozšířili záběr naši práce. A mě napadlo, že v microshutterech je možné použít právě tu pohyblivou část jako implantát.
Všechny implantáty v lidském těle mají tu špatnou vlastnost, že po nějaké době se obklopí vazivovou tkání a ta ji následně odizoluje od svého okolí. Pro tělo je to cizí těleso a brání se tomu. Moje myšlenka byla, že kdyby se implantát opakovaně dotýkal nervů a pak zase povolil, tělo by dostalo čas na regeneraci. Jinými slovy, spojení by nebylo trvalé a tělo by se nebránilo tak důsledně, tedy implantát by mohl vydržet delší dobu než za normálních okolností.
Pohyblivá součástka, která je ve spojení s nervem, by se mohla magneticky zapínat a vypínat z vnějšku. Kdyby se to opakovaně zapínalo a vypínalo, třeba na noc by si to člověk odpojil, tak jsem si myslel, že by to mohlo vydržet déle. Ale tohle je to všecko jen pokus, není to ověřené.
Vilém Mikula
- Od roku 2004 je externím zaměstnancem v NASA, vyučuje na American University ve Washingtonu.
- V NASA pracuje jako výzkumný asistent v inženýrské astrochemické laboratoři ve Goddard Space Flight Center ve Greenbeltu poblíž Washingtonu.
- V roce 1991 vystudoval Matematicko-fyzikální fakultu Univerzity Karlovy obor biofyzika a chemická fyzika.
- Kromě jiného studoval elektro-energetiku na Polytechnickém institutu v Petrohradě, nebo biologii na Princ George Community College v Marylandu.
Vilém Mikula
A je to podle vás reálné, že by něco takové mohlo fungovat?
Implantáty existují, jen přestanou fungovat. Tohle by asi umožnilo prodloužit jejich životnost. Ano, myslím si, že to je reálné a mohlo by to fungovat.
Podnikal jste nějaké kroky, abyste tohle převedl do reality?
Ne, protože je to komplikované. Nejdříve se podává žádost o peníze, pak to musí projít na jiné oddělení. My nejsme biologické oddělení, ale mechanické. Nemáme laboratoř, ve které by mohly probíhat biologické experimenty. Museli bychom se spojit tedy s jinou laboratoří, která má o to zájem, která by měla certifikaci na provádění podobných experimentů, museli by se propojit experti z různých odvětví, a to už je docela složitý proces.
Vždy, když jsem se snažil o nové projekty, mi říkali, že není problém nové projekty mít, ale problém je sehnat na ně peníze. NASA nemá důvod hledat nové projekty, mají jich dostatek, potřebují sehnat jejich financování.
První snímky do konce roku
Rozumím. Pojďme tedy k Webbovu teleskopu. Předpokládám, že každý jeho krok pečlivě sledujete.
Jenom to, co sledují jiní lidé na internetu. Možná o něm vím o trochu víc než průměr. Jsem rád, že zatím všechno funguje a všechno jde podle plánu.
Kdy očekáváte první snímky pořízené teleskopem? Mluví se o konci roku, je to reálné?
Ano, je to reálné, tehdy přibližně budou mít první údaje i tady v řídícím týmu. Ale přístup k snímkům bude nějakým způsobem určený, některá vědecká pracoviště je dostanou dřív než ostatní. Nevím, kdo je nejvyšší priorita, určitě to bude nějaká univerzita tady v Americe a až teprve když je oni prohlédnou, tak se poskytnou někomu jinému. Třeba i nám do Česka.
Máte nějaké informace z vesmíru, jestli se tam všechno na vaší součástce chová správně, nebo ještě je na to brzy?
Všechny testy zatím proběhly v pořádku, není důvod se tedy domnívat, že by to nemělo fungovat. Takže až dosáhne teleskop Jamese Webba místo svého určení, tak ho začnou kalibrovat a zaostřovat a dozvíme se víc. Zatím všechno probíha podle plánu.
Co umí teleskop Jamese Webba
Webbův teleskop je dosud nejvýkonnější vesmírný dalekohled. Dohlédnout by měl do počátků existence našeho vesmíru, kdy se před 13,5 miliardy let formovaly první hvězdy a galaxie. Podle NASA bude přímo pozorovat dosud neviděnou část prostoru a času. Zařízení je navrženo tak, aby „vidělo“ infračervené světlo, jež k nám v této podobě od nejvzdálenějších objektů nyní přichází.
JWST (James Webb Space Telescope) ale budou vědci využívat také ke studování planet a dalších těles naší sluneční soustavy, ke zkoumání jejich původu a vývoje a k jejich srovnávání s exoplanetami, tedy s planetami obíhajícími kolem jiných hvězd.
Zároveň bude teleskop sledovat exoplanety, které se nacházejí v takzvaných obyvatelných zónách a na jejichž povrchu by mohla být voda v kapalném stavu. V souvislosti s tím se počítá i s pátráním po případných známkách nasvědčujících možné obyvatelnosti takových těles.
K plnění těchto úkolů má observatoř obří zrcadlo o průměru 6,5 metru, čtyři vědecké přístroje a také štít velký 21 × 14 metrů, který bude aparáty chránit před teplem slunečního záření a udrží je v potřebném hlubokém chladu. Přístroje ve výbavě jsou infračervená kamera NIRCam, infračervený spektrograf NIRSpec, infračervené zařízení MIRI a infračervený zobrazovač se spektrografem NIRISS.
Vědci kontrolují přesné seřízení citlivých senzorů teleskopu.
Velké primární zrcadlo tvoří 18 menších šestiúhelníkových zrcadel, každé o průměru 1,3 metru a hmotnosti 20 kilogramů. Každé je vyrobené z berylia a potažené zlatou vrstvou. Berylium vědci zvolili díky lehkosti a zároveň pevnosti tohoto kovu. Navíc udrží tvar i v podmínkách hlubokého mrazu, který přístroje teleskopu ke svému správnému provozu potřebují. Pro vrchní vrstvu bylo vybráno zlato vzhledem k jeho extrémně vysoké odrazivosti světla, a to v širokém rozsahu vlnových délek.
Jak se dostat do NASA
Jak jste se dostal až k práci v NASA?
Můj základ je Matematicko-fyzikální fakulta na Univerzitě Komenského, obor biofyzika a chemická fyzika, kde jsme pracovali s aparaturami na nízkých teplotách, neboli kryo-teplotách. A Günther Kletetschka byl můj spolužák, který dělal jiný obor, geofyziku. On byl vždycky takový průbojný a podařilo se mu podat žádost o studium na vysoké škole v Americe, na Minneapolisské univerzitě. Přijali ho v roce 1990. Po dokončení školy se seznámil s nějakými lidmi z NASA a oni ho pozvali, aby pracoval pro ně jako contractor, přímo v Goddard Space Center v blízkosti Washingtonu.
A když tam pracoval, tak si na mě vzpomněl, že bych se mu hodil. My se totiž vzájemně doplňujeme, on nemá nápady, ale ví, jak je dotáhnout do konce, ja zase mám spoustu nápadů, ale když narazím na překážku, tak nejdu dál. A proto mě v roce 2004 pozval do NASA. Nejdříve to bylo jen na půl roku, ale když viděli, že mě to zajímá a jsem pro ně užitečný, tak mi smlouvu prodlužovali a prodlužovali, a jsem tady stále.
Co by jste doporučil českým studentům, aby udělali, když se chtějí dostat taky do NASA, ale zrovna tam nemají známé?
NASA má své webové stránky, přes které si lze vyhledat informace, kam je možné jít. Na naše oddělení přijde každý rok přibližně 20-30 studentů, které posílá škola na praxi k nám do laboratoře. Nevím jakým způsobem se vybírají, ale fakt je ten, že když si "obyčejný" člověk napíše žádost na stránku, tak si ho málokdo vybere. Musela by to být velká náhoda.
Většinou si to studenti domlouvají u někoho, kdo už v laboratoři pracuje, aby si ho k sobě vzal. A pak už jenom formálně vyplní přihlášku, kterou si ten zaměstnanec laboratoře vybere a dostane studenta na praxi. Přibližně deset procent z těchto studentů pak dále pokračuje a pracuje v NASA.
Takže teoreticky by někdo mohl napsat vám na mail a vy byste ho mohl vzít na praxi taky?
Teoreticky ano, ale je to docela složitý papírování a samozřejmě bych se nejdřív musel taky tady zeptat, jestli by mi dovolili mít studenta. Jednou jsem se o to už pokoušel, aby tady čeští studenti začali pracovat, ale většinou to skončilo na tom, že nebyl nikdo, kdo by jim to platil. Na pobyt musí nějaká organizace dát studentovi stipendium. Kdyby tohle měl student zajištěno, že třeba jeho škola v Praze mu bude platit pobyt tady ve Washingtonu, tak by to nebyl vůbec žádný problém.
Za to, že člověk pracuje tady v laboratoři, dostává ze zákona peníze. Zadarmo tady pracovat nikdo nemůže. Ale ten plat mu musí někdo dohodnout, buď škola nebo někdo z grantu. Mně to zaplatil tehdy Kletetschka ze svého grantu.
Na závěr pohled do budoucnosti. Jaké máte plány nebo jaký projekt máte aktuálně rozdělaný?
Naše laboratoř se jmenuje Detector Development Laboratory, vyrábíme detektory v podstatě do všech existujících senzorů ve všech satelitech na celém světě. Vědecká část NASA spolupracuje s astronomy a oni řeknou, že potřebují nějaký detektor do nějakého senzoru na satelitu, třeba na infračervené záření nebo na viditelné spektrum. Vypracují plán, který dají nám do inženýrského oddělení a tady už lidi mají zkušenost jak to vyrobit.
A každý takový senzor, se musí připájet k přístroji, typicky k základní desce. A když máme na destičce milion senzorů, musíme milionkrát udělat dobré a správné připájení. A to je v podstatě nereálné. Kdyby se to dělalo v továrně, tak to robot udělá, ale my děláme jenom kusovky a musí to nějaká laborantka manuálně napájet pod mikroskopem a není to snadný.
A my aktuálně vyvíjíme metodu, která už nebude obsahovat manuální napájení, ale udělají se drobounké 1 krát 1 mikrometr velké nástavce z india, které se k sobě přitisknou a zmáčknou dohromady. A takhle, protože je indium vodivé, můžeme udělat milion spojů jen jedním jediným stlačením a ušetří nám to hromadu času. Je to úplně nová metoda, jak se mohou připájet čipy k základním deskám v počítačích. Pokud to bude fungovat, bude to další převrat v technologiích. Protože se to bude moci zmenšovat, a všechno se urychlí a zlevní. Nebude to muset dělat laborantka ručně pod mikroskopem, která je schopná připájet maximálně tisícovku denně, ale udělá se milion spojů během půl hodinky.
