Jak se mohl vesmír, který vznikl v téměř dokonale uniformním stavu, vyvinout v kosmos plný ohromných galaxií umístěných v rozlehlých prázdnotách prostoru?
Kosmologové velkého třesku doufali, že raný vesmír byl nejspíš velmi homogenní, ale přesto obsahoval jisté drobné nepravidelnosti. Optimisticky věřili, že jeho počáteční homogenita přece jen mohla být mírně narušená. Pak by i malé změny v hustotě hmoty mohly vyvolat evoluční přerod v dnes pozorovaný vesmír.
Oblasti s poněkud větší hustotou by totiž gravitačně přitahovaly další hmotu, takže by se stávaly stále hustšími, čímž by přitahovaly ještě více hmoty, a tak dále. Tímto způsobem by vznikly první galaxie.
Svědek starý 300 tisíc let
Pokud měli kosmologové prokázat, že takováto hluboká proměna vesmíru opravdu proběhla, museli najít důkazy o existenci malých hustotních odchylek v raném vesmíru, které stály u zrodu galaxií. Přirozeným kandidátem na hledání těchto počátečních fluktuací v raném vesmíru byl jeho nejstarší pozůstatek – reliktní záření. To se uvolnilo v jistém okamžiku expanze vesmíru, takže jde o fosilii, jež dodnes obsahuje záznam o stavu vesmíru v době 300 000 let po velkém třesku, ve chvíli, kdy vznikly první atomy. Pokud v té době ve vesmíru existovaly hustotní odchylky, měly by být otisknuty do reliktního záření, které dnes pozorujeme. Každá zhuštěnina, tedy oblast vesmíru s poněkud vyšší hustotou, by totiž zcela konkrétním způsobem ovlivnila reliktní záření, jež se z ní vynořilo. Jedním z těch, kdo byl výzkumem drobných odchylek v reliktním záření posedlý, byl George Smoot z Kalifornské univerzity v Berkeley.
Stopy hledejme mimo Zemi
Astronomové si postupně začali uvědomovat, že šanci nalézt hledané odchylky (pokud vůbec existují) mají jen mimo zemskou atmosféru. Družicový experiment by byl zcela odstíněn od atmosférických mikrovln, byl by velmi stabilní, mohl by prozkoumat celou oblohu a měřil by neustále. V roce 1974 vyzvala americká NASA vědce, aby předložili nápady na satelity typu Explorer, tedy sérii relativně levných družic, které by pomohly astronomům. Tým z Berkeley, v němž byl i Smoot, předložil návrh na družicový detektor reliktního záření. S podobným projektem přišla skupina z kalifornské Laboratoře tryskových pohonů JPL v Pasadeně a také John Mather, ambiciózní osmadvacetiletý astrofyzik z NASA. Americký úřad pro letectví a kosmonautiku tyto tři projekty spojil a uvolnil finanční prostředky na studii proveditelnosti. Tak se zrodil projekt COBE, což je akronym z anglického názvu Cosmic Background Explorer (Průzkumník kosmického pozaďového záření). Zmíněné tři skupiny začaly roku 1976 společně projektovat experiment. George Smoot řídil stavbu přístroje DMR (Differential Microwave Radiometer, tedy Diferenciální mikrovlnný radiometr). Detektor měl za úkol hledat odchylky v reliktním záření, přístroj porovnával hodnotu reliktního záření vždy ze dvou různých směrů a zaznamenával vzájemné rozdíly.
Evropu raději vynechte
Projekt COBE nakonec dostal zelenou osm let poté, co byl poprvé předložen. Mohla začít stavba družice a start se plánoval na rok 1988. Satelit měl do kosmického prostoru vynést raketoplán. Po čtyřech letech byl ovšem celý projekt ohrožen. Dne 28. ledna 1986 krátce po startu explodoval raketoplán Challenger a zahynulo všech sedm členů posádky. „Byl jsem v šoku,“ vzpomíná Smoot. „My všichni. Truchlili jsme za astronauty. Jejich ztráta byla tou největší tragédií, ale záhy bylo jasné, že katastrofa bude mít důsledky i pro COBE… Plán startů šel ke všem čertům.“ Bylo jasné, že i když budou starty obnoveny, najdou se vyšší priority, které posunou COBE na horší místo ve frontě. Koncem roku 1986 NASA opravdu oficiálně oznámila, že družice COBE vypadla z programu příštích startů raketoplánu. Tým začal hledat náhradní raketový nosič. Jedinou možností bylo použít klasickou jednoúčelovou raketu. Nejlepším nosičem by byla evropská Ariane, ale COBE byla financována americkou NASA, která nechtěla, aby jí zahraniční konkurent ukořistil slávu doprovázející vypuštění této družice. Jeden člen týmu poznamenal: „Měli jsme dvě tři předběžné schůzky s Francouzi, ale pak se o tom dozvědělo vedení NASA a přikázali nám je ukončit – pohrozili nám i fyzickými tresty, když v nich budeme pokračovat.“ Samozřejmě bylo zcela vyloučené obrátit se na Rusy. Raketový průmysl byl v celkovém útlumu. Tým COBE například oslovil firmu McDonnell-Douglas, ale ta právě zastavila výrobní linku na rakety Delta. Zbylo jim pár raket, ale ty měly sloužit jako cíle při zbraňových testech Strategické obranné iniciativy (známé spíše pod názvem Hvězdné války). Když se však inženýři z programu Delta dozvěděli o prosbě vědců, nadchlo je, že by jejich nádherná raketa mohla posloužit k něčemu lepšímu než jako cvičný terč. Hned nabídli své služby.
Družice musela „zhubnout“
Zbývalo vyřešit jeden zásadní problém. Družice COBE vážila skoro pět tun, ale raketa Delta dokázala vynést jen poloviční náklad, takže bylo nutné družici výrazně odlehčit. Tým musel satelit úplně přepracovat a drasticky zmenšit jeho rozměry. Při tom přišla vniveč spousta předchozí práce. Současně musel tým zajistit, aby družice i po drastické redukci dokázala pečlivě změřit reliktní záření a otestovat tak model velkého třesku. Nejhorší ale bylo, že všechny práce spojené s novou konstrukcí a stavbou musely být dokončeny do pouhých tří let, protože možnost startu byla už v roce 1989. Kdyby se tento šibeniční termín nepodařilo stihnout, hrozilo projektu další velké zpoždění. Stovky vědců a inženýrů pracovaly nepřetržitě sedm dní v týdnu, aby splnily jeden z nejnapnutějších časových harmonogramů v historii kosmického výzkumu. Konečně ráno 18. listopadu 1989, patnáct let po předložení prvního návrhu byla družice COBE připravena ke startu. Během těchto 15 let řada jiných vědců pokračovala v pátrání po odchylkách v reliktním záření. Používali k tomu detektory na Zemi, v balonech i v letadlech, ale reliktní záření stále vypadalo dokonale hladké. Tým udělal vše pro to, aby se nezapomnělo na Ralpha Alphera a Roberta Hermana, kteří v roce 1948 reliktní záření jako první předpověděli, a pozvali je na leteckou základnu v Kalifornii, aby sledovali start. Oběma teoretikům dokonce umožnili vyjet výtahem ve věži startovací rampy a krátce před startem poplácat špičku rakety. Mezi stovkami přihlížejících byl i Smoot. Veškeré jeho vědecké ambice nyní závisely na družici COBE a na raketě Delta: „Již předtím jsem viděl raketu zblízka a zděsilo mě, jak sešle vypadá. Tu a tam byla zrezivělá, na mnoha místech byla záplatovaná a spravovaná tmelem. Naše celoživotní profesionální kariéra závisela na tomhle stroji. Ani jsme nedutali, jen jsme se tiše modlili.“ Když odpočítávání dospělo k nule, zvedla se raketa Delta ze startovací rampy. Během třiceti sekund překonala rychlost zvuku a za jedenáct minut už byla družice COBE úspěšně na oběžné dráze. Poslední stupeň rakety ji vynesl do výšky 900 km a tam ji umístil na polární orbitu, na které čtrnáctkrát za den oblétala zeměkouli. Už z prvních dat odeslaných na Zemi bylo zřejmé, že COBE funguje dokonale a že všechny detektory úspěšně přečkaly fyzickou zátěž při startu rakety.
***
Knihu britského fyzika Simona Singha Velký třesk vydala společně nakladatelství Argo a Dokořán. Text zkrátila, titulek a mezititulky doplnila redakce LN.
Koncem roku 1986 NASA oficiálně oznámila, že družice COBE vypadla z programu příštích startů raketoplánu
