Marcin JAKUBOWSKI: "Rok kosmicznych przygód"

TSF Jazz Radio

Rok kosmicznych przygód

Marcin JAKUBOWSKI

Fizyk w Instytucie Fizyki Maxa Plancka w Greifswaldzie zamujący się badaniami nad syntezą termojądrową. Ukończył studia na Wydziale Matematyki, Fizyki i Informatyki Uniwersytetu Opolskiego, doktoryzował na Uniwersytecie w Bochum prowadząc jednocześnie badania w Forschungszentrum Jülich. Pracował w kilku największych ośrodkach zajmujących się badaniami nad syntezą termojądrową, m.in. w General Atomics w San Diego i National Institute for Fusion Science w Japonii, gdzie wielokrotnie był profesorem wizytującym. Na Twitterze zainicjował stream #PięknoNauki.

Ryc.: Fabien Clairefond

zobacz inne teksty autora

.American Association for the Advancement of Science podaje, że badaniami naukowymi zajmuje się około 6 milionów osób. Liczba ta, choć jest raptem niewielkim ułamkiem procenta całej ludzkości, zdaje się ogromna. Na szczęście rocznie powstaje „tylko” 1,5 miliona publikacji naukowych, z czego kiedykolwiek czytanych jest… kilkadziesiąt tysięcy. Ile jest wartościowych, tych które popychają naukę do przodu? Zapewne nie więcej niż kilka tysięcy. A tych naprawdę przełomowych?

.Jak z tych kilku tysięcy artykułów w 2014 roku wyłapać te, które były naprawdę znaczące? Teoria kwantowa potrzebowała lat, by przestać być dziwaczną teorią opisującą egzotyczne wnętrze atomu, wejść do naszych domów i stać się jednym z największych dokonań ludzkiej myśli. Hipoteza eteru — substancji, która miała wypełniać całą przestrzeń — bardzo popularna w czasie, gdy rodziła się mechanika kwantowa, pojawia się dziś tylko w woluminach dotyczących historii nauki.

Jaki był ten rok dla nauki? Mieliśmy misje kosmiczne, tak spektakularne, że śledziło je miliony ludzi, tak przełomowe, że ich skutki będą znaczące przez lata.

Zdaje się, że homo sapiens sapiens na nowo odnalazł w sobie zagubiony w latach dobrobytu pierwiastek awanturnika i śmielej zaczął kroczyć w kierunku kosmosu.

W 2014 r. nie wykonaliśmy jednego drobnego kroku, ale zaczęliśmy na dobre marsz w kierunku eksploracji kosmosu i przyszłych podróży międzygwiezdnych. Oto moje całkiem subiektywne podsumowanie minionego roku. Wymienię kilka wydarzeń ze świata nauki, które rozpaliły moją wyobraźnię, i te, które jak mi się wydaje, są ważne dla naszej przyszłości.

Życie poza Ziemią?

.Nie, jeszcze nie udało się odkryć istot żywych poza ziemskimi, ale tegoroczne odkrycia sugerują, że być może nie musimy ich szukać lata świetlne od Ziemi. W sierpniu prestiżowe „Nature” doniosło o niecodziennym odkryciu. W próbkach wydobytych z jednego z najbardziej odizolowanych miejsc na Ziemi, antarktycznego Jeziora Whillansa, przykrytego 800-metrową warstwą lodu, znaleziono tysiące mikrobów, a także dane sugerujące istnienie tam przebogatego, dotąd nam nieznanego ekosystemu.

Hipotez, skąd w tak niegościnnych warunkach pojawiło się życie, jest kilka. Jedna mówi, że życie w podlodowcowym Jeziorze Whillansa istnieje już od co najmniej 20 milionów lat, kiedy to sięgał tutaj ocean. Inna, że mikroby pojawiły się tam całkiem niedawno, przenikając przez grube warstwy lodowca.

Enceladus - lodowy satelita Saturna - sfotografowany przez sondę Cassini. Zdj. NASA/JPL/Space Science Institute

Enceladus – lodowy satelita Saturna – sfotografowany przez sondę Cassini. Zdj. NASA/JPL/Space Science Institute

.Dlaczego jest to istotne dla poszukiwań życia poza naszą planetą? Podobne akweny wodne istnieją także w naszym Układzie Słonecznym. Na powierzchni Enceladusa, jednego z młodszych i mniejszych satelitów Saturna, jest bardzo zimny lód — jego temperatura to –180 stopni Celsjusza. W kwietniu 2014 roku amerykańscy naukowcy potwierdzili jeszcze raz istnienie oceanu słonej wody na Enceladusie. A woda jest warunkiem koniecznym do powstania życia w formie takiej, jaką mamy na Ziemi.

Na dodatek w wodzie wyrzucanej przez gejzery ponad powierzchnię lodu znaleziono molekuły materii organicznej. Badacze przypuszczają, że mikroorganizmy mogły pojawić się także w takich warunkach. Jak pisze Chris McKay w „Astrobiology”: W próbkach organicznego materiału pobranego z gejzerów [Enceladusa — przyp. red.] moglibyśmy w ziemskich laboratoriach poszukać przekonujących dowodów na istnienie życia pozaziemskiego. Na razie udało nam się je znaleźć w miejscach na Ziemi, gdzie panują skrajnie niekorzystne warunki. To wyniki dość ekscytujące, bo satelita Saturna to nie jedyne ciało niebieskie, które skrywa się pod grubymi warstwami lodu. Także na Europie — księżycu Jowisza — astronomowie znaleźli ocean słonej wody.

Falstart największego odkrycia XXI wieku

Gravitational-waves-Bicep-010

Radioteleskopy działające na biegunie południowym w ramach projektu BICEP2. Zdj. BICEP2

.Guardian w marcu tego roku ogłosił „nową erę fizyki”, gdyż naukowcy z Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics znaleźli ślady Wielkiego Wybuchu — niewielkie zmarszczki, które powstały w fazie inflacyjnej wszechświata. Cały znany nam kosmos w ciągu ułamka sekundy rozszerzył się z niewyobrażalnie małego do rozmiarów… ziarnka piasku. Według hipotezy Alana Gutha właśnie dzięki temu w każdym kierunku, w którymkolwiek patrzymy, obserwujemy tak podobne do siebie gwiazdy i galaktyki. Fluktuacje, które występowały na poziomie kwantowym, dały dzięki inflacji początek strukturom, które później utworzyły galaktyki.

Te struktury powinny być także widoczne w tzw. promieniowaniu mikrofalowym tła, czyli najstarszym obserwowalnym echu Wielkiego Wybuchu, które pojawiło się ponad 13,5 mld lat temu. Promieniowanie tła, które powstało w wyniku schłodzenia się wszechświata jakieś 380 tys. lat po Wielkim Wybuchu, wypełnia cały wszechświat. Część szumu, który słyszymy, szukając stacji radiowych, to właśnie promieniowanie mikrofalowe tła. Gdybyś, Czytelniku, miał oczy czułe na daleką podczerwień, mógłbyś sam obserwować je na nocnym niebie.

Naukowcy z programu BICEP2 ogłosili, na podstawie danych z radioteleskopu umieszczonego na biegunie południowym, iż znaleźli te pierwotne „zmarszczki”, pozostałości po burzliwej młodości naszego wszechświata, w promieniu mikrofalowym tła. Odkrycie na miarę Nagrody Nobla, łączące w końcu, po tylu latach, dwa filary nowoczesnej fizyki: mechanikę kwantową i ogólną teorię względności. Konsekwencje tego odkrycia byłyby dalekosiężne — spekulacje o wielu wszechświatach można by przesunąć w obszary badań poważnych naukowców. Dlatego też komunikat amerykańskich badaczy z Cambridge rozgorączkował cały naukowy świat. Gdyby odkrycie okazało się prawdziwe, stałoby się początkiem rewolucji w nauce na miarę ogólnej teorii względności i mechaniki kwantowej. Euforia jednak nie trwała długo.

Już w kilka godzin po ogłoszeniu przełomowego odkrycia pojawiły się pierwsze głosy krytyczne, które z czasem stały się coraz powszechniejsze. Światło zarejestrowane przez radioteleskopy działające w ramach programu BICEP2 przeszło także m.in. przez pył międzygwiezdny obecny dość powszechnie w naszej galaktyce. Niewielkie ziarnka pyłu istotnie wpływają na obserwowane przez radioteleskopy światło, zmieniając ważne dane. Już w czerwcu, trzy miesiące po rozpoczęciu tej rewolucji w nauce, definitywnie ogłoszono falstart. David Spergel z Princeton wraz ze swoimi współpracownikami pokazał, że biorąc pod uwagę tylko światło emitowane przez pył kosmiczny, jest w stanie otrzymać bardzo podobne wyniki do tych uzyskanych w ramach programu BICEP2.

Oczywiście, nie oznacza to, że hipoteza o inflacji wszechświata zostaje odłożona do lamusa. Naukowcy muszą wymyślić bardziej wyszukane metody badania promieniowania mikrofalowego tła, które będzie sobie w stanie lepiej poradzić z czynnikami zakłócającymi pomiary.

Rosetta

.Pod koniec 2014 roku cały świat z zapartym tchem śledził lądowanie Philae na powierzchni komety 67/P Czuriumow-Gierasimienko. Plany misji powstały już w 1993 roku, a Rosetta wystartowała z Gujany Francuskiej w marcu 2004 roku.

Jednym z głównych celów tej misji było wyjaśnienie, skąd wzięło się życie na Ziemi, i rzucenie więcej światła na początki Układu Słonecznego; komety to artefakty z czasów, gdy powstała nasza Ziemia i inne ciała niebieskie krążące wokół Słońca.

Kometa 67P/C-G Kometa 67P/C-G sfotografowana przez aparaturę na satelicie Rosetta Zdj. ESA/Rosetta/NAVCAM

.W styczniu tego roku miało miejsce dramatyczne oczekiwanie na wybudzenie Rosetty z 2,5-letniej hibernacji. W listopadzie nastąpił najtrudniejszy moment całej misji. Po 10-letniej podróży przez pustkowia Układu Słonecznego, w trakcie której Rosetta i Philae przebyły razem 6,5 miliona kilometrów, 13 listopada 2014 roku lądownik wyruszył w kierunku jądra komety. To chyba jedno z najambitniejszych zadań, jakie postawiła sobie ludzkość podczas podboju kosmosu. Dlaczego? Jak umieścić na powierzchni komety, której grawitacja jest kilkaset tysięcy razy mniejsza od ziemskiej, lądownik wielkości pralki? Na dodatek jądro komety kształtem przypomina kaczkę i obraca się całkowicie wokół własnej osi dwa razy w ciągu doby. Nie zapominajmy też, że przesłanie komunikatu między centrum sterowania misji w Darmstadt, a odległą o 510 milionów kilometrów Philae trwa około 30 minut. Wyobraź sobie, drogi Czytelniku, kierowanie samochodem, który reaguje na ruch kierownicy dopiero po pół godziny.

Około 16:30 do Darmstadtu dotarł sygnał z Philae potwierdzający lądowanie. Nieoczekiwanie lądownik odbił się dwa razy od powierzchni, po czym osiadł w dość niefortunnym miejscu, w cieniu wielkiego klifu, przez co nie działały jego ogniwa słoneczne. Sonda przestała nadawać 14 listopada, jest jednak nadzieja, że „obudzi się”, gdy kometa zbliży się bardziej do Słońca, w sierpniu 2015 roku. Rosetta jednak dalej działa, ostatnio dowiedzieliśmy się dzięki niej, że woda na Ziemi najprawdopodobniej nie pochodzi z komet.

Globalne ocieplenie

2014 był najcieplejszym rokiem w historii pomiarów. Mało tego, 10 najcieplejszych lat zdarzyło się po roku 2000. Ocieplenie spowodowane jest przez gazy cieplarniane, które podobnie jak pokrywka w garnku, sprawiają, że w atmosferze i oceanach zostaje więcej energii cieplnej. W ciągu ostatniego stulecia to głównie człowiek zwiększa ich zawartość w atmosferze. Świadczą o tym niezależne pomiary, wykonywane z Ziemi i z kosmosu, w atmosferze i w oceanach, w stacjach meteorologicznych i w laboratoriach. Zmianami klimatycznymi zajmują się badacze z najbardziej renomowanych instytucji naukowych.

NASA, która bardzo mocno angażuje się w badania nad klimatem i jego zmianami, w 2014 r. wysłała na orbitę ziemską nowego satelitę, OCO-2 (Orbiting Carbon Observatory 2), który będzie badał dwutlenek węgla w atmosferze. Najwyższy czas — jego stężenie w atmosferze przekroczyło już poziom 400 ppm (400 części na milion), czyli jest o ponad 140% większe niż przed epoką industrialną. Ostatni raz takie stężenia występowały na Ziemi miliony lat temu, co wiązało się z poziomem oceanów wyższym o kilkanaście metrów (!) od obecnego. Także obecnie poziom oceanów rośnie w bardzo szybkim tempie, bezprecedensowym w historii pomiarów. Przyrost obecnie to 3 mm na rok, a od początku XX wieku podniósł się o około 25 cm.

Na szczęście problem przestaje być ignorowany nawet przez największych emitentów; m.in. Stany Zjednoczone i Chiny podpisały w 2014 roku porozumienie o redukcji emisji CO2. Dlaczego to jest ważne i skąd wiemy, że to człowiek obecnie zmienia klimat, świetnie opisuje strona naukaoklimacie.pl.

Kosmos nie tylko dla bogaczy.

.Indie, kraj, który przeciętnemu Polakowi kojarzy się z biedą i zacofaniem, wydając raptem 73 miliony dolarów, umieściły na orbicie Czerwonej Planety własnego satelitę. Mangalyaan, krążąc wokół Marsa, bada ślady metanu w atmosferze, strukturę powierzchni oraz pomaga znaleźć odpowiedź na pytanie — co stało się z wodą, która kiedyś występowała na powierzchni naszego sąsiada. Wszystkie pomiary tej misji wykonywane są przy użyciu aparatury zaprojektowanej przez indyjskich naukowców i inżynierów.

Oczywiście, cele i środki tej misji są o wiele skromniejsze niż jakiejkolwiek misji organizowanej przez NASA, gdzie budżety idą w setki milionów dolarów. Jednak dzięki odważnej wizji Indie wkroczyły do elitarnego klubu państw, które prowadzą badania w przestrzeni pozaziemskiej. Już dzisiaj rozwijają naukę, nowoczesne technologie, które za jakiś czas staną się częścią życia codziennego. Ten drobny krok Indii w kierunku Marsa przekłada się nie tylko na przyrost PKB, ale także na to, że setki i tysiące mądrych młodych ludzi jest inspirowanych do sięgania dalej niż ich poprzednicy.

Zdjęcie Marsa wykonane przez sondę Mangalayaan. Zdj. ISRO

Zdjęcie Marsa wykonane przez sondę Mangalayaan. Zdj. ISRO

.Indie to nie jedyny kraj, który dostrzegł potencjał w eksploracji kosmosu. W tym roku swój lądownik na Księżycu umieściły Chiny; agencje kosmiczne powstały już nawet na Tajlandii i w Bangladeszu. W Polsce w tym roku powstała Polska Agencja Kosmiczna, co spotkało się z żarcikami i uśmiechami politowania. A przecież koszt umieszczenia sondy na orbicie Marsa przez Indie jest niższy niż koszt wybudowania nowoczesnego muzeum w Polsce. Oczywiście, potrzebujemy wiedzy o naszej przeszłości, ale nie bójmy się patrzeć w przyszłość — ta leży także w kosmosie. Inni już tam są.

Marcin Jakubowski

Dodaj komentarz

Twój adres email nie zostanie opublikowany. Pola, których wypełnienie jest wymagane, są oznaczone symbolem *

Magazyn idei "Wszystko Co Najważniejsze" oczekuje na Państwa w EMPIKach w całym kraju, w Księgarni Polskiej w Paryżu na Saint-Germain, naprawdę dobrych księgarniach w Polsce i ośrodkach polonijnych, a także w miejscach najważniejszych debat, dyskusji, kongresów i miejscach wykuwania idei.

Aktualne oraz wcześniejsze wydania dostępne są także wysyłkowo.

zamawiam