Polacy, którzy badają Słońce

Redakcja
Nie tylko Amerykanie, Rosjanie czy nawet Chińczycy są tymi, którzy odkrywają tajemnice centrum układu - Słońca. Robią to Polacy z Zakładu Fizyki Słońca we Wrocławiu. Jednym z liderów zespołu jest pochodzący z Opola profesor Janusz Sylwester.

Jeśli słyszysz, że w kosmosie zbadano widmo rentgenowskie Słońca, a dokładnie jego korony, to niemal pewnym jest, że wykonano to za pomocą urządzeń skonstruowanych przez Polaków. W grodzie nad Odrą przeprowadzono pierwszy w Polsce eksperyment kosmiczny, było to czterdzieści lat temu. Od tego czasu badacze z Wrocławia wciąż interesują się największą gwiazdą naszego układu, przeprowadzają swe badania z przestrzeni kosmicznej, nie wylatują wprawdzie sami na orbitę, ale wysyłają tam skonstruowaną przez siebie aparaturę badawczą i za jej pomocą potrafią niemal dotknąć rozżarzonego do milionów stopni Kelwina Słońca.

O pracach wrocławskich badaczy będzie też głośno w niedalekiej przyszłości. - Zgłosiliśmy kilka interesujących projektów przyrządów, które zyskały uznanie Narodowego Centrum Nauki i będą finansowane - mówi prof. Janusz Sylwester (z pochodzenia opolanin), kierownik Zakładu Fizyki Słońca Centrum Badań Kosmicznych PAN we Wrocławiu.

Słońce nam grozi

Dlaczego aż lot w kosmos jest potrzebny do badań, skoro Słońce widać gołym okiem i z Ziemi obserwuje się je intensywnie od czasów Galileusza? Tyle że Galileusz nie wiedział jednego - atmosfera ziemska potrafi mocno wypaczyć obraz Słońca, zatrzymując wiele ważnych informacji na jego temat. A z kosmosu widać więcej.

- Galileusz na początku XVII wieku stwierdził, że Słońce nie jest ciałem doskonałym, ale ma plamy. Można je obserwować z Ziemi, tyle że te obserwacje optyczne ograniczają się do zakresu widma, na które oko ludzkie jest wrażliwe. Tymczasem najciekawsze rzeczy rozgrywają się w innych zakresach widmowych - tam, gdzie jest daleki, ekstremalny ultrafiolet i promieniowanie rentgenowskie - mówi prof. Sylwester.

Owe słynne plamy są intrygujące, ale i groźne - bo ich aktywność powoduje zakłócenia na Ziemi łączności, wypacza wskazania GPS-ów, wywołuje przepięcia na liniach przesyłowych. - Wpływają na funkcjonowanie naszej cywilizacji - mogą doprowadzić do katastrofy całkiem dużego kalibru. Wyobraźmy sobie, że samolot ląduje wedle wypaczonych za sprawą wiatru słonecznego wskazań; albo całkowitą utratę łączności ze statkami na morzu- mówi Janusz Sylwester.
W jego pracowni na komputerze można na bieżąco śledzić aktywność słoneczną, akurat jest dość spora, odnotowano parę rozbłysków, które mogły mieć wpływ na spowolnienie wskazań GPS-ów.

W 1859 roku niejaki Richard Carrington, brytyjski amator obserwacji Słońca, zauważył w otoczeniu plam słonecznych białe piętno. To była pierwsza historyczna obserwacja słonecznych rozbłysków. Zjawisko pojawiło się i po godzinie ustało, ale już następnego dnia okazało się, że na Ziemi dzieją się rzeczy niezwykłe. Na liniach telegrafu zaczęły się palić miedziane przewody, na stacjach telegrafów powstawały pożary. - Pamiętajmy, że kable miedziane miały wówczas kilkudziesięciomilimetrowe przekroje, były więc grube, ale i tak się spalały i topiły. - mówi naukowiec.

Prześwietlić koronę

Słońce daje fizykom darmowy pokaz tego, jak uzyskać niemal nieograniczone pokłady energii. Rozpracowanie tego zjawiska i przeniesienie go - etap po etapie - na Ziemię spowodowałoby, że wreszcie Ziemianie staliby się niezależni od takich zasobów naturalnych jak gaz, czy węgiel. Nawet współczesne elektrownie atomowe przeszłyby do lamusa, zastąpione elektrowniami, w których reaktory działałyby zgodnie z reakcjami zaobserwowanymi na Słońcu.
- Słońce oglądane z kosmosu zdradza wiele tajemnic, a największym sekretem jest, że korona ponad fotosferą, ma zastanawiająco wysoką temperaturę. Fotosfera ma 6 tysięcy stopni Kelwina, zaś korona - ponad milion stopni - mówi Janusz Sylwester.

Skąd to piekło nad Słońcem? Te pytanie nauka stawia sobie od ponad 60 lat, a rentgenowska penetracja Słońca przybliża do odpowiedzi.

- Część osób uważa, że gaz, z którego składa się Słońce, jest kompletnie zjonizowany, zaś na Słońcu obecne jest pole magnetyczne, którego energia zamienia się w energię cieplną. Te ogromne obszary wokół plam słonecznych mają natężenie pola magnetycznego porównywalne do tomografu wielkości kuli ziemskiej - wyjaśnia naukowiec.
Pole magnetyczne przyśpiesza zjonizowane cząsteczki, te zderzają się, hamują i nagrzewają. To tak jak "palenie gum" rozkręconych ma "maksa" kół w motocyklach czy samochodach, któremu towarzyszy wydzielanie się ciepła.
- Można też użyć kuchennego porównania - mówi Sylwester. - Na patelni, gdy podgrzewamy olej, widać, że tworzą się w nim bąbelki, górki, słychać też szum - czyli w trakcie konwekcji powstają też fale dźwiękowe. Podobnie na Słońcu.
Badacze odkryli, że niektóre obszary Słońca mają i sześć milionów stopni Kelwina, a energia wyzwalana w trakcie rozbłysków Słońca - gdyby była dostępna na Ziemi - wystarczyłaby do odparowania wszystkich wód na naszej planecie.

- Jeżeli zrozumiemy szczegóły procesu zamiany energii magnetycznej na kinetyczną i na ciepło, to zdobędziemy wiedzę potrzebną do produkcji praktycznie nieograniczonej ilości energii. Oczywiście można się tego uczyć, eksperymentując w skomplikowanych naziemnych reaktorach za dziesiątki miliardów euro. Ale koszt budowy aparatury kosmicznej i wyniesienia jej poza atmosferę jest o wiele niższy.

Z motyką na Słońce

Od przeszło 40 lat wrocławscy naukowcy regularnie uczestniczą w badaniu przestrzeni kosmicznej. Pionierem był prof. Jan Mergentaler, który kierował wrocławskim zespołem, a jednym z jego członków - dr Zbigniew Kordylewski, który skonstruował aparat do zdjęć rentgenowskich Słońca, jaki wyniesiono w przestrzeń kosmiczną, tym samym przeprowadzono pierwszy polski eksperyment kosmiczny.

- To była bohaterska, ale brawurowa decyzja profesora - wspomina Kordylewski. - Z ówczesnego Związku Radzieckiego przyszła informacja, że na wysyłanych w kosmos obiektach radzieckich będzie udostępnione miejsce dla aparatury naukowej budowanej w krajach "demoludów". Decyzja była odważna, bo wprawdzie Rosjanie wysłali już pierwszego satelitę w kosmos, ale mimo to ich doświadczenia nie były wielkie, każdy kolejny eksperyment mógł się skończyć źle. Profesor zadecydował: jeśli teraz nie podejmiemy decyzji, to już nigdy nie dogonimy czołówki.
Wrocławskie laboratorium, mówiąc delikatnie, nie miało jakiegoś specjalnego technicznego przygotowania ani warsztatu. - Były obrabiarki sprzed wojny - wspomina Kordylewski. - Ale bazując na zapale młodych pracowników i asystentów, udało się skonstruować aparaturę przełomową, aparat rejestrujący promieniowanie rentgenowskie.
Ów spektroheliograf rentgenowski (tak fachowo nazywa się urządzenie) osiągnął wysokość 500 km nad powierzchnią Ziemi, a na wykonanie zdjęć miał zaledwie 10 minut (tak długo rakieta przebywała poza atmosferą). Udało się - aparat wrócił z serią rentgenowskich ujęć Słońca. Niektórzy twierdzili, że ów eksperyment był typowym przysłowiowym porwaniem się z motyką na słońce. Możliwe, ale ważne jest, że się udało i Polacy zostali liderami badań korony słonecznej.

Know how, czyli Polak potrafi

Ważnym współczesnym projektem, w którym uczestniczył wrocławski Zakład Fizyki Słońca Centrum Badań Kosmicznych PAN, jest KORONAS. W kosmos wysłano kilka stacji orbitalnych przeznaczonych do badania zjawisk, które zachodzą na powierzchni i we wnętrzu Słońca, praktycznie na każdej były wrocławskie spektrometry, o wiele czulsze niż wszystkie inne.

Pod koniec lat 90. rozszerzono współpracę zagraniczną - na przykład naukowcy z Wielkiej Brytanii podarowali wrocławskim kolegom detektory promieniowania X, a Amerykanie dołożyli kryształy spektrometrów. - Wedle własnego pomysłu połączyliśmy te elementy i skonstruowaliśmy spektrometr rentgenowski, który umożliwił rejestrację widm rozbłysków, czyli najsilniejszych zjawisk w koronie Słońca, gdzie temperatura może sięgać do 30 milionów stopni Kelwina - mówi Janusz Sylwester.

Dlaczego ekipa z Wrocławia skonstruowała coś, na co nie wpadli ani Anglicy, ani Amerykanie? - A dlaczego ktoś kiedyś koło wymyślił? - odpowiada pytaniem na pytanie naukowiec. - Istniał zasób umiejętności ludzi, dla których rozrywką intelektualną jest zrobić coś przy ograniczonych środkach. I tylko dzięki temu są wyniki. No, pomyśleliśmy. Po prostu nikt nie wpadł na to, że można kupić odpowiednie detektory, elementy elektroniki i za cenę, na którą stać naukę polską, zrobić system mechaniczny, złożyć, przetestować, wysłać na orbitę.

Do eksperymentu kosmicznego należy się przygotowywać latami, od pomysłu do samego zbudowania aparatury - bywa, że mija dziesięć lat. - A potem trzeba jeszcze aparaturę odpowiednio przebadać - podkreśla Zbigniew Kordylewski. - Wyniesienie czegokolwiek na orbitę wiążę się z problemem odporności na wibrację, w trakcie podróży rakietą te wibracje są szalone, i elementy mechaniczne i elektroniczne są narażone na uszkodzenia - choćby przy starcie. Każdy element trzeba sprawdzić w laboratorium w odpowiednich zbliżonych do kosmicznych warunkach - czyli w próżni, wystawia się na działanie światła słonecznego, nagrzewa, a następnie szybko ochładza. Taka aparatura musi działać w minimalnym zakresie od minus 50 do plus 80 stopni Celsjusza. Do tego dochodzą zmiany ciśnienia.

Praca w próżni też stwarza problemy, występuje tam bowiem efekt samospawania się metali - które podczas pracy urządzenia przylegają do siebie, ocierają się.
Aparaturą po wyniesieniu w kosmos trzeba sterować, należy więc ją wyposażyć w komputer z systemem telemetrii. Co więcej - komputer musi zebrać dane, o które nam chodzi, przetworzyć je i skompresować, a następnie wysłać w postaci wiązki danych do stacji naziemnej, gdzie znów komputer rozkoduje dane i przekaże nam je jako bazę materiałów do dalszych badań i wnioskowań.

W podręcznikach zapisano

W oparciu o wyniki obserwacji z wrocławskich urządzeń, szczególnie ze Sfinksa i z Resika, powstało już kilka prac naukowych, są też odkrycia wpisywane do podręczników astronomicznych. Za pomocą spektrometru Resik, odkryto, ile jest szlachetnego gazu argonu w Słońcu. - Ten gaz na Słońcu jest prawie całkowicie zjonizowany (w ziemskich warunkach jest obojętny) i świeci, a więc daje linie widmowe w zakresie rentgenowskim. Polakom udało się zmierzyć te linie i określić, ile tego gazu jest na Słońcu procentowo - wyjaśniają naukowcy. - Na Ziemi argonu jest 1-1,5 %, na Słońcu tego jest tak mało, że można to jedynie wyrazić w ten sposób: 6 cząstek na milion protonów. Ta wielkość była nieznana, przed nami nikomu nie udało się tego wcześniej określić. Tymczasem skład chemiczny gwiazd to podstawowy parametr astrofizyczny, on nam mówi o tym, z jakiej materii powstało Słońce. Jeśli są tam linie żelaza i argonu, to informacja, że ta materia, z której powstało Słońce, kiedyś stanowiła część innej gwiazdy, prawdopodobnie gwiazdy Supernowej, która eksplodowała i w trakcie tej eksplozji powstał cały szereg pierwiastków cięższych od żelaza. Podobnie ważna jest informacja o tym, ile wynosi jasność Słońca w zakresie rentgenowskim, bo dzięki temu wiemy, jaka ilość promieniowania dochodzi do atmosfery.

Opolskie korzenie

Naukowcy, którzy upodobali sobie Słońce, skupiają się we Wrocławiu. Doktor Kordylewski pochodzi z Krakowa. Profesor Sylwester - z Opola, młodość spędził na Pasiece, mieszkał dosłownie 100 merów od redakcji nto. W MDK-u prowadzono wówczas kółko astronomiczne, Janusz uczęszczał tam na zajęcia od 6. roku życia do zakończenia liceum (uczył się w liceum im. Marii Konopnickiej). Pod koniec był nawet prezesem kółka, a jako nastolatek miał już publiczne wykłady na temat astronomii. Przychodziło na te wykłady sporo ludzi, bo sława chłopaka, który o gwiazdach wiedział niemal tyle, co Gagarin - rozniosła się po Opolu.

Jednak na opolskich uczelniach nie można było studiować astrofizyki. Chłopak wyjechał więc do Wrocławia, gdy miał 22 lata skończył studia, mając 27 lat - zrobił doktorat. Do Opola już nie wrócił.

- Słyszałem, że macie w Opolu aż dwa obserwatoria astronomiczne - mówi. - Jedno w centrum handlowym, drugie - na Uniwersytecie Opolskim. Trzeba korzystać z każdej okazji, by spojrzeć w niebo. Tym bardziej, że fizyki w szkole uczy się teraz godzinę tygodniowo. A na niebie się tyle dzieje!

Wideo

Komentarze

Komentowanie artykułów jest możliwe wyłącznie dla zalogowanych Użytkowników. Cenimy wolność słowa i nieskrępowane dyskusje, ale serdecznie prosimy o przestrzeganie kultury osobistej, dobrych obyczajów i reguł prawa. Wszelkie wpisy, które nie są zgodne ze standardami, proszę zgłaszać do moderacji. Zaloguj się lub załóż konto

Nie hejtuj, pisz kulturalne i zgodne z prawem komentarze! Jeśli widzisz niestosowny wpis - kliknij „zgłoś nadużycie”.

Podaj powód zgłoszenia

Nikt jeszcze nie skomentował tego artykułu.
Dodaj ogłoszenie

Wykryliśmy, że nadal blokujesz reklamy...

To dzięki reklamom możemy dostarczyć dla Ciebie wartościowe informacje. Jeśli cenisz naszą pracę, prosimy, odblokuj reklamy na naszej stronie.

Dziękujemy za Twoje wsparcie!

Jasne, chcę odblokować
Przycisk nie działa ?
1.
W prawym górnym rogu przegladarki znajdź i kliknij ikonkę AdBlock. Z otwartego menu wybierz opcję "Wstrzymaj blokowanie na stronach w tej domenie".
krok 1
2.
Pojawi się okienko AdBlock. Przesuń suwak maksymalnie w prawą stronę, a nastepnie kliknij "Wyklucz".
krok 2
3.
Gotowe! Zielona ikonka informuje, że reklamy na stronie zostały odblokowane.
krok 3