Chłodnym okiem

Dodano:   /  Zmieniono: 
Rozmowa z prof. MARTINEM KESSLEREM, kierownikiem Działu Astrofizyki Europejskiej Agencji Kosmicznej w Villafranca
Bożena Kastory: - Kamera teleskopu kosmicznego ISO prowadzącego obserwacje w podczerwieni zarejestrowała spektakularne wydarzenia: kolizje galaktyk (mimo że zdarzyły się wiele miliardów lat temu, oglądano je "na żywo"), eksplozje na powierzchni białych karłów, pierścienie materii organicznej wokół młodych gwiazd. Natomiast spektrometry urządzenia odkryły wodę w planetach olbrzymach. Na konferencji poświęconej rezultatom tej niezwykłej misji powiedział pan, że ISO odsłania zakryte dotychczas oblicze wszechświata. Na czym polega wyjątkowość tego obserwatorium?
Martin Kessler: - Rzeczywiście, mamy fenomenalną rozpiętość obserwacji: od Układu Słonecznego aż po krańce przestrzeni i czasu. Liczba, jakość i różnorodność wyników przeszły najśmielsze oczekiwania. Astronomowie badający nasz układ planetarny odkryli wodę w atmosferach Jowisza, Neptuna oraz Saturna i na jego księżycu Tytanie. Kamera ISO fotografowała aktywne jądra galaktyk, kwazary, radiogalaktyki, a także najbardziej od nas odległe przestrzenie, zwane głęboką i ultragłęboką przestrzenią kosmiczną. Dzieli nas od nich dziesięć, a nawet więcej miliardów lat świetlnych. Tak długo biegnie od nich promień światła pokonujący w ciągu sekundy 300 tys. km.
- Ponad 600 astronomów, którzy przyjechali na konferencję do Paryża, w sprawozdaniach z badań prowadzonych za pomocą ISO powtarzało: "zobaczyliśmy po raz pierwszy...", "mieliśmy niecodzienną szansę zauważenia...", "dostaliśmy niezwykłe narzędzie badań...". Dlaczego obserwatorium ISO jest tak wyjątkowe?
- ISO tym różni się od innych teleskopów, że pozwala obserwować przede wszystkim obiekty chłodne, nie zaś gorące. Teleskopy optyczne, między innymi Hubble?a, odbierają głównie promieniowanie emitowane przez ciała gorące, na przykład gorące gwiazdy. Obiekty chłodne nie świecą, chyba że światłem odbitym. Tymczasem we wszechświecie wiele jest materii chłodnej lub całkiem zimnej, znajdującej się z dala od jakichkolwiek źródeł światła. Obłoki międzygwiezdnego pyłu są dla teleskopów optycznych, podobnie jak dla naszych oczu, przeszkodą zasłaniającą to, co jest za nimi. Teleskop odbierający promieniowanie chłodniejsze, podczerwone, o dłuższych falach niż światło widzialne może prowadzić obserwacje przez te gigantyczne zasłony pyłowe. Dostrzega na przykład rodzące się wewnątrz nich gwiazdy bądź resztki starych, ukryte po eksplozji w obłokach materii wyrzuconej na zewnątrz. Teleskop o takiej przenikliwości staje się niezastąpionym narzędziem obserwacji.
- Czy to prawda, że ISO jest najzimniejszym obiektem w kosmosie?
- W każdym razie zimniejszego nie znamy. Detektory podczerwieni, spektrometry i inne przyrządy analizujące promieniowanie podczerwone na ISO są chłodzone do minus 271oC, ich temperatura wynosi więc zaledwie 2oC powyżej zera bezwzględnego. Temperatura niższa od zera bezwzględnego nie istnieje; ustaje wówczas wszelki ruch cząstek, a poprzez ciepłotę dokonuje się jego pomiarów.
- ISO jest więc rodzajem kosmicznej lodówki. Co ją tak skutecznie chłodzi?


Za pomocą teleskopu kosmicznego ISO stwierdzono we wszechświecie powszechną obecność wody

- W temperaturze minus 271oC (2 stopni w skali Kel- vina) ciekły jest tylko hel. I właśnie tego pierwiastka używa się do utrzymywania tak niskiej temperatury na ISO. Dla Europejskiej Agencji Kosmicznej i naszych dostawców przemysłowych skonstruowanie tego obserwatorium było z jednej strony przygodą, z drugiej zaś wiązało się z ogromnym ryzykiem. Musieliśmy działać w dziwacznym świecie nadciekłości, gdzie hel, znany zwykle w postaci gazowej, płynie i tworzy niesamowite fontanny w sposób zupełnie odmienny niż zwykłe ciecze. Czas pracy tak ekstremalnie zimnych urządzeń jest naturalnie ograniczony. Niską temperaturę utrzymuje się dzięki temu, że hel "gotując się" w temperaturze minus 271oC, wyparowuje i chłodzi odpowiednie przyrządy. W wyniku tych procesów ciągle go ubywa. Obserwatorium wyniesiono na orbitę okołoziemską w listopadzie 1995 r. W zbiorniku znajdowało się nieco ponad 2 tys. l nadciekłego helu. Obliczaliśmy, że powinno go starczyć na 18 miesięcy. Zabrakło go jednak dopiero po 28 miesiącach. Z satelitą współpracowały w tym czasie dwie naziemne stacje operacyjne: Europejskiej Agencji Kosmicznej w Villafranca w Hiszpanii i dostarczona wspólnie przez NASA i japońską agencję ISAS w Goldstone w Stanach Zjednoczonych, a także niemal 600 grup badawczych na całym świecie.
- Pan nadzorował projekt zarówno od strony technicznej, jak i naukowej...
- Odpowiedzialny byłem za zapewnienie spójności między możliwościami technicznymi obserwatorium a jego wykorzystaniem naukowym. Dbałem więc o to, by przedsięwzięcie umożliwiło jak najwięcej odkryć.
- Które z nich zrobiło na panu największe wrażenie?
- Trudno wybrać tylko jedno z powodzi nowych informacji, jakie uzyskaliśmy. Niezwykle emocjonujący okazał się eksperyment polegający na wykorzystaniu grupy olbrzymich struktur, jakimi są galaktyki - w skład każdej wchodzi wiele miliardów gwiazd - jako soczewek grawitacyjnych zbierających światło z najdalszych krańców przestrzeni. Im dalszy obiekt udaje się nam dostrzec, tym dalej "sięgamy w przeszłość". Jeśli jakaś słabo widoczna galaktyka znajduje się tak daleko, że jej światło biegnie do nas 10 mld lat, oznacza to, iż widzimy ją taką, jaka była właśnie 10 mld lat temu, gdy światło zaczęło swoją podróż. Najdalsze galaktyki są jednak bardzo słabo widoczne; użyliśmy więc pewnego fortelu, by je zaobserwować. Wybraliśmy grupę galaktyk znacznie nam bliższych, zajmujących przestrzeń między Ziemią a tamtymi skrajnie odległymi obiektami. Słabe światło tych ostatnich, przyciągane przez ogromną masę gromady galaktyk znajdujących się na jego drodze, docierało do nas wzmocnione poprzez skupienie w soczewce grawitacyjnej - w ten sposób po raz pierwszy wykorzystano ją w podczerwieni. Pozwoliło to dostrzec między innymi zderzające się z sobą galaktyki, znajdujące się tak daleko, że do obserwowanych kolizji doszło wówczas, gdy wszechświat miał zaledwie jedną czwartą swojego obecnego wieku.
- Bierze pan udział w podróżach niemal do początków czasu. Czy nie jest to wstrząsem dla wyobraźni?
- To ustawia człowieka na właściwym miejscu, pokazuje, jak niewiele znaczymy, żyjąc około stu lat, wobec procesów trwających tysiące milionów lat.
- Instrumenty ISO określały również skład chemiczny obserwowanych obiektów. Czy potwierdziły, jaką rolę odegrały gwiazdy w tworzeniu materii, z której składa się ciało człowieka?
- Doskonale pokazały, że gwiazdy i ich otoczenie pracują jak chemiczne fabryki natury. Sensacją stało się jedno z ostatnich odkryć - wielkiego pierścienia materii organicznej utworzonego wokół młodej gwiazdy (pierwsze zdjęcia opublikowano dopiero po 20 października). Struktury tego typu nie zaobserwowano nigdy wcześniej. Gwiazda oznaczona symbolem HD 97 300 w gwiazdozbiorze Kameleona oddalona jest o ok. 600 lat świetlnych od Ziemi. W skład tej materii wchodzą duże molekuły zawierające setki atomów węgla i wodoru. Wcześniej wiadomo było tylko, że pierścień wokół tej gwiazdy utworzony jest z pyłów, niemożliwe było jednak zidentyfikowanie ich poszczególnych składników. Dziś wiemy, że są to molekuły, w skład których wchodzi węgiel i woda, czyli podstawowe cegiełki służące do budowy materii ożywionej. Za pomocą ISO stwierdzono powszechną obecność wody we wszechświecie, nie tylko w otoczeniu wielu planet, lecz także w gwiazdach, łącznie z czerwonymi olbrzymami i nadolbrzymami. Przypuszcza się, że wokół gwiazd olbrzymów istnieje swoisty obszar formowania się molekuł wody i dwutlenku węgla, rezerwuar materii organicznej roznoszonej stamtąd przez wiatr gwiezdny w przestrzeń kosmiczną.
- Spotkałam się niegdyś z określeniem "kawałki supernowych w każdym z nas". Czy rzeczywiście bez eksplozji gwiazd super- nowych nie moglibyśmy istnieć we wszechświecie?
- Wiele molekuł, z których jesteśmy zbudowani, powstało wewnątrz zwykłych gwiazd, natomiast atomy wielu ciężkich pierwiastków produkowane są w gwiazdach supernowych. Eksplozje tych ostatnich wyrzucają w przestrzeń międzygwiezdną część materii, z której tworzą się następne generacje gwiazd; z resztek mogły powstawać planety. Na początku był przecież tylko wodór i hel. Inne pierwiastki musiały się zrodzić podczas reakcji nuklearnych w gwiazdach. Teleskop kosmiczny ISO zaobserwował sześć eksplozji gwiazd nowych, tzw. białych karłów. W trakcie takich wybuchów materiał zawierający różnego rodzaju metale wyrzucany był na zewnątrz z prędkością ok. 1000 km/s. Ewolucję gwiazdy nowej V 723 w gwiazdozbiorze Kasjopei śledzono przez 600 dni. Zespół astrofizyków francuskich otrzymał obrazy i zbadał skład chemiczny pozostałości czterech najmłodszych supernowych w naszej galaktyce. Analiza kompozycji chemicznej wyrzuconego z nich materiału ma zasadnicze znaczenie dla zrozumienia ewolucji gwiazd, formowania galaktyk i tworzenia chmur materii organicznej w kosmosie. Te wszystkie odkrycia i nowe informacje stanowią zaledwie maleńką część - teleskop kosmiczny w podczerwieni dokonał ponad 30 tys. obserwacji. Większość będzie dopiero analizowana. 

Więcej możesz przeczytać w 46/1998 wydaniu tygodnika Wprost.

Archiwalne wydania tygodnika Wprost dostępne są w specjalnej ofercie WPROST PREMIUM oraz we wszystkich e-kioskach i w aplikacjach mobilnych App StoreGoogle Play.

Rozmawiał: