 03, 2003
Wieloskalowy przegląd nieba
Planety były bezskutecznie poszukiwane przez długie lata.
Dopiero gdy technologia doszła do poziomu, który pozwolił
wykonywać pomiary spektroskopowe, rozsypał się worek z kandydatami
na planety w naszym bliskim otoczeniu.
Rozmowa z prof. Andrzejem Udalskim, astronomem,
Laureatem Nagrody FNP 2002 w dziedzinie nauk ścisłych
Na dachu siedziby Obserwatorium Astronomicznego Uniwersytetu
Warszawskiego znajdują się dwie kopułki. Czy wciąż są używane
do obserwacji nieba?
- Nie. Są już tylko znakiem rozpoznawczym naszej siedziby.
Nawet nie można do nich wejść. Teraz w Warszawie nie ma żadnych
szans na prowadzenie obserwacji, choćby dlatego, że nocą
jest zbyt jasno. Obserwatorium zostało przeniesione pod Warszawę.
Mamy tam 60-centymetrowy teleskop, który służy do obserwacji
nieba oraz celów dydaktycznych.
- Na dawnych obrazach astronomowie patrzyli w gwiazdy przez
lunety. Czy współcześnie astronomowie także dokonują odkryć
patrząc w gwiazdy?
- Nie, broń Boże.
- Co zatem najczęściej ogląda współczesny badacz nieba?
- Monitor komputera. Nawet, gdyby wpatrywał się w niebo nie
wiem jak długo, nie zdołałby zarejestrować zjawisk, które
bada współczesna astronomia.
- Zatem w astronomii poważny problem to narzędzia badawcze,
instrumentarium?
- Zjawiska astronomiczne obserwujemy przy pomocy teleskopów.
Nie są to lunety, ale ogromnego lustra wklęsłe, które mają
skupić jak najwięcej światła wyemitowanego przez odległe
ciała niebieskie. Im większa średnica lustra, tym więcej
światła teleskop może zebrać. To światło było do niedawna
rejestrowane na kliszy fotograficznej. W latach osiemdziesiątych
weszły do użytku detektory elektroniczne, które zamieniają
sygnał świetlny na elektryczny. Są znacznie wydajniejsze
od kliszy fotograficznej. Dzięki temu możemy obserwować zjawiska,
które wcześniej pozostawały dla nas niedostępne.
- Mówiąc krótko, postęp technologiczny bardzo istotnie wpływa
na rozwój badań nieba?
- Jak bardzo, może świadczyć taki fakt. Gdy w 1992 r. rozpoczynaliśmy
realizację projektu OGLE (Optical Gravitational Lensing Experiment),
byliśmy w stanie obserwować w jedną noc 2 mln gwiazd. To
było wówczas bardzo dużo. Dziś, po dziesięciu latach realizacji
tego programu, zbudowaniu własnego teleskopu i wyposażeniu
go w nowoczesne oprzyrządowanie, możemy w jedną noc wykonać
obserwację 200 mln gwiazd.
- Liczba robi wrażenie.
- To wciąż tylko maleńki fragment nieboskłonu.
- Jak mały?
- Jeden obrazek zrobiony naszą najnowszą kamerą, która jest
jedna z największych na świecie, pokrywa obszar porównywalny
z wielkością tarczy księżyca.
- Mimo, że to taka ogromna liczba, penetrujecie faktycznie
bardzo niewielki kawałek nieba?
- To niewiele w stosunku do całego nieba. Z astronomicznego
punktu widzenia - bardzo dużo.
- Skąd pomysł, aby obserwować tak wiele gwiazd równocześnie?
- Było to związane z poszukiwaniem zjawisk mikrosoczewkowania
grawitacyjnego, mogących świadczyć o istnieniu w kosmosie
ciemnej, niewidocznej materii. Tak powstał projekt OGLE.
- Na czym polega mikrosoczewkowanie?
- Jeśli w pobliżu drogi światła od jakiejś odległej gwiazdy
znajduje się dodatkowy obiekt o pewnej masie, to ugina
on promieniowanie, powodując, że więcej światła dochodzi
do obserwatora. Działa więc jak soczewka skupiająca. Na
skutek ruchów obiektów w Galaktyce względne położenie tych
ciał ulega ciągłej zmianie. Zmienia się więc w charakterystyczny
sposób wzmocnienie światła odległej gwiazdy. Skala czasowa
zjawiska pozwala wnioskować o masie obiektu soczewkującego,
nawet gdy nie wysyła on światła (czyli jest ciemny). W
ten sposób, przez rejestrację zjawisk mikrosoczewkowania,
można wyciągać wnioski o hipotetycznej ciemnej materii
otaczającej naszą Galaktykę.
- Znaleźliście tę ciemną materię?
- Znaleźliśmy sporo przykładów mikrosoczewkowania. Ale wyniki
obserwacji wskazują, że tylko niewielka część ciemnej materii
- około 10-30 procent - ma postać znanych nam obiektów,
np. planet i brązowych karłów. Pozostała część ma jakąś
inną, nieznaną postać.
- Jak wygląda obserwacja nieba w tym projekcie, co jest
jej istotą?
- Ponieważ zjawisko mikrosoczewkowania występuje bardzo rzadko,
prawdopodobieństwo jego znalezienia to jeden do miliona.
Musieliśmy obserwować ogromną liczbę gwiazd, by wyłuskać
obiekty o charakterystycznej zmienności blasku, odpowiadającej
mikrosoczewkowaniu. Stąd wspomniane miliony.
- To jak szukanie igły w stogu siana...
- Gdy prof. Bogdan Paczyński zaproponował tę metodę w latach
osiemdziesiątych, brzmiało to jak science fiction. Dziś
obserwacje wielu milionów obiektów w ciągu jednej nocy
stały się faktem.
- Ostatnie odkrycie to odnajdywanie planet na masową skalę.
Kiedy to się zaczęło?
- Poszukiwaniem planet na serio zajęliśmy się w połowie 2001
r. Ale przy odrobinie szczęścia mogliśmy znaleźć planety
już dużo wcześniej, choć innymi metodami. Pierwsze zjawisko
mikrosoczewkowania przez układ podwójny gwiazd znaleźliśmy
w 1993 r. Układy planetarne mogą powodować podobne efekty
w mikrosoczewkowaniu, tyle że w takim przypadku zjawisko
trwa bardzo krótko, np. kilkanaście godzin. Aby znaleźć mikrosoczewkę,
trzeba obserwować bardzo dużo gwiazd. Żeby znaleźć planetę
ta metodą, trzeba ją następnie obserwować bardzo często -
ten sam obiekt kilkanaście razy w ciągu nocy.
- Czyli metoda mikrosoczewkowania nadaje się nie tylko do
poszukiwania ciemnej materii, ale także do odkrywania planet?
- Jak najbardziej, ale jest to dość trudne. Jak dotąd, nikt
nie miał szczęścia znaleźć planety tą metodą.
- To w jaki sposób odkrywano planety?
- Planety były bezskutecznie poszukiwane przez długie lata.
Dopiero gdy technologia doszła do poziomu, który pozwolił
wykonywać pomiary spektroskopowe, czyli mierzyć zmiany
linii widmowej gwiazd z dokładnością do kilkudziesięciu
metrów na sekundę, rozsypał się worek z kandydatami na
planety w naszym bliskim otoczeniu.
- Co to jest najbliższe otoczenie? Nasza Galaktyka?
- Nie, tylko najbliższe otoczenie naszego Układu Słonecznego.
Pomiary spektroskopowe pozwoliły znaleźć około sto obiektów
krążących wokół gwiazd podobnych do naszego Słońca w odległości
około 100-200 lat świetlnych od Ziemi. Metoda ta jest jednak
bardzo mało efektywna.
- Czy Aleksander Wolszczan posłużył się tą metodą?
- On odkrył planetę przy pulsarze. To było niespodziewane.
Ponieważ pulsary są bardzo precyzyjnymi źródłami pulsów
promieniowania, można dokładnie zmierzyć ich odchyłki od
regularności. Tak też zrobił Wolszczan. Zaobserwowane zjawisko
dało się wytłumaczyć tym, że wokół pulsara muszą krążyć
ciała o masach planetarnych.
- Na czym polegała metoda poszukiwania planet zastosowana
przez Pana zespół?
- Wykorzystaliśmy podobieństwo układów planetarnych do układów
gwiazd podwójnych. Gdyby jedna z tych gwiazd była planetą,
spowodowałaby, przy sprzyjającym ustawieniu orbity w stosunku
do linii widzenia, zasłonięcie części powierzchni gwiazdy,
czyli maleńkie zaćmienie - spadek jasności wynosi typowo
tylko 1 proc. Postanowiliśmy wykorzystać metodę zaćmień planetarnych,
czyli inaczej tranzytów - od przesuwania się planety na tle
gwiazdy.
- I dzięki zmianie metody znaleźliście kilkadziesiąt obiektów
odpowiadających poszukiwanym parametrom?
- Zastosowanie tej metody było możliwe m.in. dzięki nowym
rozwiązaniom technicznym, które umożliwiły nam rejestrowanie
zmian natężenia światła mniejszych niż 1 proc. Przez 6 tygodni
obserwowaliśmy co 15 minut 3 pola, w których była niewielka
liczba, ok. 5 mln gwiazd. Dla każdej gwiazdy mieliśmy ok.
800 obserwacji. Komputer wyszukał w tej masie pewną liczbę
kandydatów o charakterystycznym kształcie mikrozaćmienia.
Okazało się, że w pierwszej kampanii obserwacyjnej znaleźliśmy
59 obiektów, wokół których krążą mała ciała powodujące zaćmienia.
Trzeba było te obserwacje fotometryczne potwierdzić za pomocą
metod spektroskopowych. Dotychczas potwierdzono, że jeden
ze znalezionych obiektów jest planetą. Dzięki połączeniu
metod fotometrycznej i spektrometrycznej można określić podstawowe
parametry, czyli masę i wielkość planety.
- Czy ta planeta ma już nazwę?
- Tak, nazywa się OGLE-TR-56.
- Niezbyt romantycznie...
- Ale wskazuje na projekt, w ramach którego została odkryta,
i metodę odkrycia. To pierwsza planeta odkryta dzięki zastosowaniu
metody tranzytów. Ponadto "ogle" oznacza zalotne
przyglądanie się płci przeciwnej, więc nazwa nie jest tak
mało romantyczna, jak na pierwszy rzut oka wygląda. Nic
dziwnego, że wiele anglojęzycznych artykułów dotyczących
naszych planetarnych łowów zatytułowanych było "OGLEing
the planets".
- Jak daleko od Ziemi jest ta planeta?
- Około 5 tys. lat świetlnych, w zupełnie innej niż Ziemia
części Galaktyki. To znacząco rozszerza pole poszukiwań
planet. I jeszcze jedna zdumiewająca sprawa: "nasza" planeta
ma bardzo krótki okres planetarny, czyli czas obiegu własnej
gwiazdy, wynoszący 29 godzin. Nie sądziliśmy, że planety
mogą krążyć tak blisko gwiazdy. To wszystko otwiera nowe
perspektywy badań planetarnych w rejonach Galaktyki, gdzie
panują inne niż w naszej części warunki powstawania i ewolucji
gwiazd. Wiedza o układach planetarnych będzie się teraz
bardzo dynamicznie rozwijała.
- Jak daleko w przestrzeń kosmiczną możemy sięgnąć tą metodą?
- Zapewne największymi teleskopami jeszcze parę tysięcy lat
świetlnych dalej niż obecnie. Problem w tym, że takie obiekty
byłyby zbyt słabe, aby można je obecnie potwierdzić metodami
spektroskopowymi.
- Wspomniał Pan wcześniej, że nie odnaleziono planety przy
pomocy metody mikrosoczewkowania. Czy oznacza to koniec tej
metody dla poszukiwaczy planet?
- Nie. Nasze najbliższe plany przewidują właśnie poszukiwanie
planet tą metodą. Przy dużym szczęściu można liczyć na znalezienie
planet znacznie bardziej oddalonych, np. w Obłokach Magellana,
czyli około 150 tysięcy lat świetlnych od Ziemi. Można też
liczyć na znalezienie planet znacznie mniejszych niż dotychczas,
np. porównywalnych wielkością z Ziemią.
- Do Pana ostatnich odkryć należy też zmiana skali odległości
we Wszechświecie. Skąd ta zmiana?
- Udało nam się zmierzyć dokładnie odległości do pewnych
gwiazd zmiennych w Obłokach Magellana, które stanowią wzorzec
odległości we Wszechświecie. Ponieważ okazały się one mniejsze
niż dotychczas sądzono, to i pozostałe odległości, które
są skalowane odległością do Wielkiego Obłoku Magellana, są
mniejsze.
- Mówimy o coraz to innego typu odkryciach i metodach, a
zarazem wciąż o projekcie OGLE, którego nazwa określa właśnie
określoną metodę.
- Rzeczywiście, w ramach projektu OGLE mamy i mikrosoczewkowanie,
i obserwacje gwiazd zmiennych, i tranzyty planetarne, i wyznaczanie
skali odległości. Teraz nazywamy nasz projekt raczej wielkoskalowym
przeglądem nieba. OGLE jednak pozostało, jako tradycyjna,
dobrze znana nazwa firmowa. Nasze badania miały początkowo
charakter niszowy, dotyczyły spraw i miejsc wcześniej nie
badanych, dlatego odkrycia posypały się jak z rękawa, wszędzie,
gdzie sięgnęliśmy.
- Aby prowadzić te precyzyjne badania, o których Pan wspomniał,
zbudował Pan specjalną kamerę. Co to za urządzenie?
- Taka kamera to mozaika - osiem najwyższej klasy detektorów
krzemowych, zamocowanych w płaszczyźnie ogniskowej teleskopu.
Największe z produkowanych obecnie detektorów CCD mają wielkość
3 na 6 centymetrów, czyli 2 na 4 tysiące pikseli. Podobne
detektory stosowane są na przykład w cyfrowych aparatach
fotograficznych i kosztują zapewne kilkadziesiąt dolarów.
Nasze kosztują 100 tys. dolarów za sztukę. Są niezwykle precyzyjne,
właściwie pozbawione szumów. O ile detektory z lat osiemdziesiątych
przetwarzały około 10-20 procent światła na sygnał elektryczny,
to te, których używamy obecnie - 90 proc. Urządzenia, o których
mówimy, są bardzo precyzyjne mechanicznie. Przy wadze teleskopu
rzędu kilku ton, wymaga się mikronowej dokładności. Do tego
stworzyliśmy specjalne oprogramowanie, które spośród milionów
danych wyłapuje te, o które nam chodzi, na przykład specyficzne
formy zaćmień. Jedno "zdjęcie" kawałka nieba, czyli
obrazek z tych ośmiu detektorów, to 140 Megabajtów danych.
W ciągu nocy zbieramy gigabajty danych, a w ciągu roku -
terabajty. Ten materiał wymaga obróbki w trybie ciągłym,
bo każda przerwa powoduje ogromne zaległości.
- Z Pana wypowiedzi wynika, że astronom to z jednej strony
informatyk, z drugiej elektronik, matematyk...
- Niekoniecznie. Są astronomowie teoretycy, są tacy, którzy
przyjeżdżają na gotowe urządzenia i na nich pracują, często
nawet nie znając zasady działania. Są w końcu tacy, którzy
analizują wyniki cudzych obserwacji...
- Za chwilę powie Pan, że są i tacy, którzy nie znają nieba...
- Tak, bardzo wielu. Może połowa astronomów nie zna nieba,
które widzimy w bezchmurną noc. Jeżeli ktoś ma solidną
wiedzę fizyczną i trochę wyobraźni, może pracować w tej
dziedzinie bez znajomości małego kawałka Wszechświata,
jaki widzimy własnymi oczami.
- Czy Pan do nich należy?
- Nie. Interesowałem się astronomią od dzieciństwa. Zapewne
w młodości znałem niebo lepiej niż teraz.
- Gwiazdy tworzą romantyczny kontekst. Tymczasem z Pana
wypowiedzi wynika, że ten zawód nie ma w sobie wiele romantyzmu.
Wszędzie technika.
- Nie zgadzam się. Już sam fakt, że zagląda się w sfery odległe,
niedostępne innym i zupełnie nieznane, jest bardzo romantyczny
i ekscytujący.
- Astronom to zawód elitarny. Jest Was bardzo mało.
- W Polsce rzeczywiście jest niewielu astronomów. Natomiast
w Ameryce jest ich dość dużo.
- Domyślam się, ze nieraz miał Pan propozycję pracy za granicą.
Czy nie pociągał Pana wyjazd na stałe, dostęp do najlepszych
urządzeń, aparatury, programów?
- Rzeczywiście, miałem takie propozycje. Jednak tutaj mam
wyjątkowo dobre warunki do pracy, zapewne lepsze niż w Ameryce.
Obserwacje i tak prowadzę tam, gdzie potrzebuję. Jak ktoś
ma w tej dziedzinie wiedzę i pomysły, może pracować gdzie
chce, nie zmieniając miejsca stałego zamieszkania.
Rozmawiał PIOTR KIERACIŃSKI
Źródło:
|
