Astronomia

Zaledwie raczkowanie

Utworzono: niedziela, 02, grudzień 2007 Anna Leszkowska

Czytaj więcej...

Kosmiczne eksperymenty

Utworzono: poniedziałek, 01, październik 2007 Oprac.: S.B.
W Katedrze Fizyki Doświadczalnej Uniwersytetu Łódzkiego, kierowanej przez prof. Marię Giller, prowadzone są badania z zakresu astrofizyki wysokich energii, tzn. dotyczące procesów fizycznych zachodzących w Kosmosie, w których powstają i oddziałują cząstki elementarne o wysokich energiach. Są to energie znacznie większe niż te, do których przyśpiesza się protony w najnowszych akceleratorach (do ok. jednej dziesięciomilionowej dżula na jeden proton).

Procesy te zachodzą w obiektach kosmicznych takich jak gwiazdy (Słońce, układy gwiazd), obiekty egzotyczne (białe karły, gwiazdy neutronowe czyli pulsary, magnetary), czy obiekty wybuchające (supernowe, błyski promieniowania gamma, aktywne jądra galaktyk). Warunki panujące w tych obiektach i ich otoczeniu nie mogą być odtworzone sztucznie na Ziemi. Dlatego tylko poprzez obserwacje tych zjawisk i procesów możliwe jest badanie materii w skrajnych warunkach, tj. przy bardzo dużych gęstościach i ciśnieniach, w bardzo wysokich temperaturach czy super-silnych polach magnetycznych i grawitacyjnych.
Poznanie własności materii znajdującej się w skrajnych warunkach w odległych obiektach kosmicznych następuje pośrednio poprzez obserwację docierającego do Ziemi promieniowania elektromagnetycznego o różnych długościach fal oraz cząstek naładowanych (jąder różnych pierwiastków, elektronów), czyli promieni kosmicznych. Obserwacje tych cząstek wymagają stosowania kosztownych urządzeń, wykorzystujących najnowsze technologie i dlatego często konstruowanych przez duże międzynarodowe zespoły badawcze, dysponujące odpowiednimi środkami finansowymi.
W związku z tym, że wgląd w procesy zachodzące w obiektach kosmicznych nie może być bezpośredni, często używaną metodą badawczą są komputerowe symulacje procesów fizycznych i ich porównanie z obserwacjami. Naukowcy Katedry Fizyki Doświadczalnej UŁ mają dużą praktykę w wykorzystaniu tych technik badawczych i dlatego są również poszukiwanymi pracownikami firm wykorzystujących technologie informatyczne.

Nowe obserwatorium

Katedra Fizyki Doświadczalnej UŁ bierze obecnie udział w dwóch wielkich, międzynarodowych eksperymentach: Obserwatorium Pierre Auger oraz MAGIC.
Celem budowanego obecnie Obserwatorium Auger jest zbadanie czym są i skąd pochodzą promienie kosmiczne o najwyższych energiach. Obserwatorium to składać się będzie z dwóch gigantycznych kompleksów detektorów – jeden na półkuli południowej, drugi na północnej, a więc tak, aby móc obserwować całe niebo. Obecnie na ukończeniu jest stacja południowa, mieszcząca się na argentyńskim płaskowyżu tuż pod Andami.
Cząstka promieni kosmicznych o najwyższych energiach, wchodząc w atmosferę ziemską i zderzając się z jej cząsteczkami, wywołuje lawinę cząstek wtórnych, czyli tzw. wielki pęk atmosferyczny, który docierając do powierzchni Ziemi pokrywa znaczny obszar, rzędu nawet kilkudziesięciu kilometrów kwadratowych. Jednak strumień promieni kosmicznych maleje gwałtownie wraz z energią cząstki pierwotnej. Dlatego też potrzebne jest pokrycie detektorami cząstek wtórnych znacznej powierzchni, tak aby zwiększyć szansę na ich efektywną detekcję. Powierzchnia, na której znajdzie się 1600 detektorów cząstek (każdy to wielki pojemnik z wodą, patrz mapka i zdjęcie pod nią) w Obserwatorium Auger ma 3000 km2. Atmosfera nad tymi detektorami będzie obserwowana przez cztery stacje detektorów optycznych (teleskopów), rejestrujących słabe błyski od wielkich pęków atmosferycznych, tzw. światło fluorescencyjne. Użycie dwóch różnych rodzajów detektorów (wodnych pojemników i teleskopów) do rejestracji wielkich pęków zapewni znakomitą dokładność w wyznaczeniu energii i kierunków przychodzenia cząstek promieni kosmicznych, jak również umożliwi wzajemną kalibrację tych dwóch typów detektorów.

Oczekiwanie na wielkie pęki

Z racji znacznych kosztów przedsięwzięcia i skali eksperymentu, we współpracy biorą udział jednostki badawcze z ponad 20 krajów świata. Katedra Fizyki Doświadczalnej uczestniczy w projektowaniu i konstruowaniu elektroniki detektorów i ich oprogramowania. Dużą rolę odegrał tu dr Zbigniew Szadkowski, którego nowe opracowania metod rejestracji wielkich pęków (tzw. trigera) zostały zastosowane w eksperymencie. Grupa naukowców pod bezpośrednim kierunkiem prof. Marii Giller opracowuje metody tzw. rekonstrukcji danych doświadczalnych, czyli wyznaczania energii i kierunku przyjścia cząstek wytwarzających wielkie pęki atmosferyczne, na podstawie ich zmierzonych obrazów w świetle fluorescencyjnym. Ponadto pracownicy katedry biorą udział w pomiarach i budowie aparatury w Argentynie.
Wstępne wyniki eksperymentu zostały już opublikowane na konferencji promieni kosmicznych w Indiach (2005). W tym roku odbyła się kolejna Międzynarodowa Konferencja Promieni Kosmicznych w Meridzie w Meksyku, gdzie na podstawie pomiarów największej do tej pory liczby zarejestrowanych cząstek o skrajnie wysokich energiach, przedstawiono rozkład ich energii oraz kierunki skąd do nas przybyły. Pomiary te pozwolą na wyciągnięcie wniosków o pochodzeniu promieni kosmicznych, ale na ostateczną odpowiedź trzeba jeszcze poczekać aż uzbiera się jeszcze większa liczba pęków.

Magiczna współpraca

Drugi eksperyment, w którym biorą udział pracownicy Katedry Fizyki Doświadczalnej UŁ, to wspomniana wyżej Współpraca MAGIC. Została ona ustanowiona przez naukowców z kilku krajów europejskich (Niemcy, Włochy, Hiszpania, Szwajcaria, Finlandia, Polska, Bułgaria) w celu obserwacji promieniowania gamma ze źródeł kosmicznych, w których dominują procesy wysokich energii. Na Wyspach Kanaryjskich (La Palma) został zbudowany teleskop optyczny o największej na świecie średnicy - 17 m. Rejestruje on tzw. światło Czerenkowa wysyłane przez kaskady elektronów i pozytronów, wytwarzane w atmosferze ziemskiej przez pojedyncze kwanty gamma, przychodzące z Kosmosu. Ponieważ kwanty te nie niosą ładunku elektrycznego, to kierunek ich ruchu nie ulega zmianom w trakcie przelotu przez pola magnetyczne w naszej Galaktyce lub też poza nią. Tak więc kierunek, skąd kwanty te przychodzą, wskazuje na źródło ich powstawania, a powstają one zwykle wskutek oddziaływań protonów lub elektronów z otoczeniem. Odkryto już kilkanaście źródeł promieniowania gamma, większość w naszej Galaktyce, ale kilka również spoza niej. Uzyskane wyniki dostarczają informacji o procesach przyśpieszania cząstek do wysokich energii w tych obiektach (sporą ich część stanowią pozostałości po wybuchach supernowych).
Pracownicy katedry biorą bezpośredni udział w obserwacjach przy pomocy teleskopu MAGIC, przygotowują programy obserwacyjne oraz dokonują ich teoretycznej interpretacji pod kierunkiem dr. hab. Włodzimierza Bednarka. Wyniki uzyskane w pierwszym roku pracy teleskopu zostały zawarte w kilkunastu pracach opublikowanych w wiodącym czasopiśmie astrofizycznym The Astrophysical Journal i już uzyskały ponad 100 cytowań.
Obecnie Współpraca MAGIC buduje drugi teleskop, który wraz z istniejącym znacznie poszerzy jego możliwości obserwacyjne. Przełomowe wyniki uzyskane przez teleskop MAGIC (oraz podobne urządzenie na półkuli południowej – Współpraca HESS), sprawiły że państwa Unii Europejskiej podjęły decyzję o budowie w nadchodzących latach systemu kilkudziesięciu teleskopów tego typu (Współpraca Cherenkov Telescope Array – CTA). W tym przedsięwzięciu zespół Katedry Fizyki Doświadczalnej zamierza także uczestniczyć.
Stanisław Bąkowicz

Miasta na Księżycu

Utworzono: poniedziałek, 01, październik 2007 Andrzej Klimek

Wielu specjalistów jest przekonanych, że obecne stulecie będzie okresem intensywnej kolonizacji Księżyca i najbliższych planet.

Prawie trzydzieści pięć lat temu, 14 grudnia 1972 r. księżycowy lądownik „Chalenger" opuścił dolinę Taurus-Littrow wznosząc się na orbitę, po której podążał pojazd kosmiczny „America", czyli statek macierzysty wyprawy „Apollo 17". Po 5 dniach lotu, wodowaniem na Pacyfiku, zakończona została ostatnia załogowa wyprawa księżycowa. U podnóża księżycowej góry Taurus pozostała platforma startowa, a na niej tablica z napisem: Tu człowiek zakończył swą pierwszą eksplorację Księżyca. Grudzień 1972 A. D. Być może duch pokoju, w którym przybyliśmy, znajdzie odbicie w życiu ludzkości.
Pierwsze lądowanie człowieka na Księżycu było jednym z najważniejszych wydarzeń w dziejach naszej cywilizacji. W latach 1969–72 na powierzchni naszego naturalnego satelity wylądowało sześć amerykańskich wypraw załogowych, które przeprowadziły szczegółowe badania Srebrnego Globu. Astronauci przemierzyli szmat księżycowej powierzchni, używając m. in. specjalnego samochodu. Dostarczyli na Ziemię ogółem ponad 392 kg próbek gruntu i skał. W sumie na powierzchni Księżyca przebywało 12 lunonautów. Przed 35 laty amerykańskie badania księżycowe zostały, z przyczyn ekonomicznych i politycznych, przerwane. Nie prowadzono nawet badań satelitarnych.

Przystanek Księżyc

Nie ziściły się więc, jak dotąd, marzenia naukowców i inżynierów o stałej bazie księżycowej. Ostatnio nasz naturalny satelita znalazł się jednak ponownie w planach amerykańskiej agencji kosmicznej NASA. Powróciły plany utworzenie stałej bazy naukowej na Księżycu z załogą wymienianą co kilka czy kilkanaście miesięcy. NASA chce bowiem wykorzystać Księżyc jako poligon badawczy przed wysłaniem załogowych wypraw na Marsa (co ma nastąpić w drugim dziesięcioleciu XXI wieku).
Wielki międzynarodowy program rozpoczęto od rozpoznania terenu. W 1994 r. umieszczona na orbicie okołoksiężycowej sonda o wdzięcznej nazwie „Clementinie” wykonała w ciągu 2 miesięcy ponad milion zdjęć Srebrnego Globu. Są one znacznie dokładniejsze od jakichkolwiek przedtem wykonanych, nawet przez astronautów ze statków „Apollo”. Niektóre rejony były fotografowane po raz pierwszy, na niektórych zdjęciach utrwalone zostały znane dobrze okolice (np. miejsca lądowanie lunonautów).
Badania przeprowadzone przez „Clementine” miały na celu m.in. wytypowanie najlepszych miejsc pod przyszłą stację naukową na Księżycu. Cały program jest silnie powiązany z przygotowaniami wyprawy na Marsa. Sondy i automaty badawcze, zanim polecą ku Czerwonej Planecie, mogą być wypróbowane i przetestowane na Srebrnym Globie, a wyprawa marsjańska powinna wystartować z kosmodromu księżycowego. Dzięki mniejszej sile przyciągania nasz naturalny satelita nadaje się bowiem świetnie na miejsce startu statków międzyplanetarnych.

Bariera kosztów

Jak twierdzą fachowcy, budowa księżycowej bazy naukowej jest już dziś możliwa pod względem technicznym. Jedyną barierą są koszty przedsięwzięcia, szacowane na 35 – 90 mld dolarów (zależnie od przyjętego wariantu). Gdyby jednak proces budowy rozciągnąć na kilka lat, roczne wydatki na ten cel nie byłyby większe, niż wydaje się obecnie na program przebudowy samolotów kosmicznych - wahadłowców.
Są gotowe szczegółowe projekty księżycowego miasteczka naukowego. Składa się ono z kilkudziesięciu obiektów – mieszkalnych, gospodarczych, naukowych i technologicznych. Można tu będzie wypróbowywać statki kosmiczne, wyposażenie i aparaturę naukową, przeznaczoną do wypraw marsjańskich. Tu mogą też powstać ośrodki treningowe dla astronautów.

Lunarne widoki

Ale najważniejszą częścią naukowej części bazy będzie niewątpliwie obserwatorium astronomiczne, które uważane jest już dziś za prawdziwą przyszłość astronomii. Powierzchnia naszego naturalnego satelity jest prawie idealnym miejscem do astronomicznych obserwacji. Brak atmosfery i praktycznie doskonała próżnia pozwalają korzystać z całego widma promieniowania elektromagnetycznego, od promieni gamma do częstotliwości radiowych. Nie ma tu turbulencji i rozproszonego światła, a brak deszczu i wiatru ogranicza do minimum konieczność budowania kopuł dla teleskopów. Obecność twardego, skalistego gruntu pozwala na instalowanie teleskopów, których nastawianie nie będzie bardzo energochłonne. Ruch Księżyca względem gwiazd dokładnie znany i stosunkowo stabilny, co ułatwi budowę urządzeń naprowadzających. Dodajmy, że noc księżycowa trwa ok. 13,5 doby ziemskiej, co pozwoli na długie cykle obserwacyjne.

i...laboratorium

Baza księżycowa będzie też wykorzystywana jako teren innych badań naukowych, szczególnie wymagających wysokiej próżni. W dalszej przyszłości baza taka może mieć poważne znaczenie gospodarcze. Księżycowe skały są prawdziwą kopalnią związków tlenu. Już dziś opracowano 20 różnych technologii jego odzyskiwania. Niedawno odkryto również na tym globie zasoby wodne. Znane są sposoby otrzymywania wodoru przy wykorzystaniu energii słonecznej. Istnieje więc możliwość produkcji w księżycowej bazie paliwa rakietowego. Są tam również ogromne zasoby izotopu helu niezbędnego do reaktorów termojądrowych. Czego, jak czego, ale energii mieszkańcom Srebrnego Globu nie zabraknie.

Księżycowe kolonie

Wielu specjalistów jest przekonanych, że obecne stulecie będzie okresem intensywnej kolonizacji Księżyca i najbliższych planet. Niektórzy uważają, że już za 25 lat jedna czwarta ogółu mieszkańców Ziemi będzie mogła osiedlić się na Księżycu. Życie na Srebrnym Globie, podobnie jak na Marsie, po odpowiednich pracach przygotowawczych, stanie się bardziej atrakcyjne aniżeli na rodzimej planecie, toteż liczba chętnych do osiedlenia się tam będzie szybko rosła.
Na razie przy uniwersytecie w stanie New Mexico (USA) powstało laboratorium, w którym będą imitowane w dużej skali warunki panujące na Księżycu. W sześciu wielkich komorach próżniowych, wyściełanych gruntem przypominającym grunt księżycowy, można prowadzić badania urządzeń samojezdnych, maszyn wiertniczych, koparek przeznaczonych do wyposażenia baz księżycowych. Łączna powierzchnia tego niezwykłego laboratorium wynosi 2 hektary.

Andrzej Klimek

Toruńska planeta

Utworzono: poniedziałek, 01, październik 2007 red.

Międzynarodowy zespół astronomów kierowany przez dr.hab. Andrzeja Niedzielskiego z Centrum Astronomii Uniwersytetu Mikołaja Kopernika w Toruniu (CA UMK) oraz prof. Aleksandra Wolszczana z Uniwersytetu Stanowego Pennsylwanii (PennState), przy współudziale dr. hab. Macieja Konackiego z Centrum Astronomicznego Mikołaja Kopernika PAN w Toruniu odkrył planetę o masie 4.6 masy Jowisza na orbicie wokół gwiazdy HD 17092 - trzeciej najmasywniejszej gwiazdy z planetą. Jest ona 2.3 razy cięższa od Słońca, a jej średnica jest dziesięciokrotnie większa. Gwiazda ta znajduje się w gwiazdozbiorze Perseusza, w odległości około 300 lat świetlnych i nie jest widoczna nieuzbrojonym okiem.
HD 17092 to tzw. czerwony olbrzym, gwiazda znacznie bardziej zaawansowana ewolucyjnie (starsza) niż nasze Słońce, które znajdzie się na podobnym etapie ewolucji za około 5 mld lat. Czerwone olbrzymy to gwiazdy, które wyczerpały już w swych jądrach wodór i ich źródłem energii jest wodór spalany w koncentrycznej otoczce, która w miarę czasu "wędruje" ku zewnętrznym warstwom gwiazdy. W efekcie centralne obszary gwiazdy, pozbawione już wodoru, zapadają się pod wpływem grawitacji, a zewnętrzne ekspandują. Gwiazdy te stają się coraz większe, a ich temperatury maleją – stąd nazwa.

Kosmiczny screening

HD 17092 b została odkryta jako pierwsza w wyniku szerokiego przeglądu prowadzonego we współpracy Uniwersytetu Stanowego Pensylwanii i Uniwersytetu Mikołaja Kopernika w Toruniu. Przegląd ten obejmuje około 1000 gwiazd zaawansowanych ewolucyjnie, których prędkości radialne monitorowane są teleskopem Hobby-Eberly w Teksasie (HET) już od czterech lat. Ogromne rozmiary tego teleskopu, o średnicy głównego zwierciadła 9.2m, jednego z największych na świecie pozwalają na precyzyjne pomiary prędkości słabych, niewidocznych gołym okiem gwiazd. Obecnie osiągana rutynowo dokładność prędkości w ramach przeglądu to około 5 m/s czyli około 18 km/godz., prędkość z jaką porusza się rowerzysta w trakcie weekendowej wycieczki
W skład zespołu poza wymienionymi wyżej wchodzą mgr Grzegorz Nowak, doktorant w CA UMK w Toruniu, dr Gracjan Maciejewski, asystent w CA UMK w Toruniu, dr M. Shao i dr C. Gelino z Caltech/Jet Propulsion Laboratory w Pasadenie, dr M. Shetrone z Obserwatorium McDonald w Teksasie i prof. L. Ramsey z PennState.
Jak twierdzi dr hab. Andrzej Niedzielski, HD 17092 b to dziesiąta planeta przy gwieździe zaawansowanej ewolucyjnie – czerwonym olbrzymie. Planety przy gwiazdach tego typu znajdowane są bardzo rzadko bowiem aktywność gwiazdy (plamy, pulsacje) bardzo utrudnia ultraprecyzyjne pomiary prędkości gwiazd będące podstawą tego typu badań. Planeta krąży na orbicie nieco dalszej niż orbita Ziemi wokół Słońca, a okres jej obiegu jest jedynie o kilka dni krótszy od ziemskiego roku. Orbita ta jest jednak znacznie bardziej eliptyczna niż ziemska. Poszukiwania planet przy czerwonych olbrzymach pozwalają nam lepiej zrozumieć jak działają mechanizmy odpowiedzialne za powstawanie planet, w szczególności przy gwiazdach bardziej masywnych niż Słońce. Badania te mają także na celu analizę układów planetarnych takich, jakim nasz stanie się w przyszłości.

Termin zagłady

W miarę wyczerpywania się wodoru w centrum naszego Słońca będzie ono ‘puchło’ stając się czerwonym olbrzymem i za kilka miliardów lat rozrośnie się do takich rozmiarów, że życie na naszej planecie nie będzie już możliwe. Wyparuje z niej cała woda. Ekosfera w Układzie Słonecznym, czyli obszar w którym na powierzchni planety możliwe jest życie, przesunie się znacznie dalej od Słońca i w przyszłości, zanim znajdziemy inny przytulny układ słoneczny, być może będziemy musieli przenieść się na jakiś czas na Marsa, a później na księżyce Jowisza lub Saturna.
Układy planetarne przy "starych" gwiazdach różnią się znacznie od znanego nam dziś Układu Słonecznego. W miarę jak ich gwiazdy centralne stają się coraz większe planety krążące na orbitach zbliżonych do orbity Merkurego w naszym Układzie Słonecznym zostają przez nie pochłonięte. Może to destabilizować orbity planet znajdujących się dalej, które mogą się zderzać, a w efekcie niektóre z nich mogą z takiego układu planetarnego zostać wyrzucone. Inne planety, które w układzie pozostają, mogą zmieniać swoje orbity na bardziej eliptyczne i mniej rozległe. Prawdopodobnie tak jest w przypadku układu planetarnego HD 17092.

Teleskop HET, którego współwłaścicielem jest PennState, jest pierwowzorem teleskopu Southern African Large Telescope (SALT) uruchomionego w roku 2006 w Republice Południowej Afryki. Teleskop SALT wybudowany został przez międzynarodowe konsorcjum, którego jednym z głównych udziałowców jest grupa jednostek astronomicznych z Polski. W grupie tej znajduje się także Uniwersytet Mikołaja Kopernika w Toruniu. Posiadanie znaczącego udziału w tym komplementarnym do HET teleskopie, obserwującym niedostępne dla HET gwiazdy nieba południowego pozwala planować w najbliższych latach poszerzenie programu poszukiwań planet przy gwiazdach zaawansowanych ewolucyjnie na półkulę południową.
Obecnie znanych jest 236 planet w pozasłonecznych układach planetarnych. Prawie wszystkie z nich to planety przy gwiazdach podobnych do Słońca. Jedynie 10 z nich to planety przy czerwonych olbrzymach, a 4 na orbitach wokół pulsarów.

CPiI UMK

Tatooine - planeta wielu słońc

Utworzono: środa, 18, kwiecień 2007 Waldemar Pławski
Odkrycie planety w układzie potrójnym wywołało sporo zamieszania w świecie naukowym. Planeta dr. Konackiego nie pasuje do żadnego znanego obecnie scenariusza narodzin planet.

Czytaj więcej...

DMC Firewall is developed by Dean Marshall Consultancy Ltd