Twoja wyszukiwarka

MICHAŁ RÓŻYCZKA JOANNA KURASZKIEWICZ
EPITAFIUM DLA COMPTONA
Wiedza i Życie nr 8/2000
Artykuł pochodzi z "Wiedzy i Życia" nr 8/2000

Po prawie 9 latach owocnej pracy zakończyło w oceanie swój żywot kosmiczne obserwatorium, które podglądało Wszechświat w zakresie promieniowania gamma.

Astronomowie od dawna marzyli o umieszczeniu swoich przyrządów poza atmosferą Ziemi utrudniającą im obserwacje. W latach siedemdziesiątych NASA postanowiła skonstruować serię wielkich teleskopów kosmicznych pracujących w szerokim zakresie długości fal elektromagnetycznych.

Jeszcze w maju br. na orbicie znajdowały się trzy przyrządy z tej serii: teleskop Hubble'a, jego rentgenowski odpowiednik Chandra oraz Obserwatorium Promieniowania Gamma im. Comptona (ang. Compton Gamma-Ray Observatory - CGRO). Długi i pracowity żywot tego ostatniego dobiegł końca 4 czerwca br. Nie bacząc na protesty naukowców, ośrodek kontroli lotu sprowadził obserwatorium z orbity i skierował je w górne warstwy atmosfery ziemskiej. W zderzeniu z atmosferą obserwatorium o wartości 670 mln dolarów częściowo wyparowało, a częściowo rozpadło się na kawałki, które w postaci metalowego deszczu opadły na odludne obszary Pacyfiku.

Czy taka decyzja była słuszna? Czy dla astrofizyków był to przyrząd tak cenny, by na jego utratę zareagować ostrymi sprzeciwami? Szukając odpowiedzi na te pytania, trzeba sięgnąć do początków historii CGRO.

Fotony promieniowania gamma mają energię dziesiątki tysięcy i miliardy razy większą od fotonów promieniowania widzialnego. Powstają w warunkach prawdziwie ekstremalnych, nawet jak na astrofizykę - tam, gdzie panują olbrzymie temperatury, a materia poddawana jest działaniu potężnych pól grawitacyjnych i magnetycznych. Niosą więc wiadomość o procesach, które żywo interesują astrofizyków i astronomów.

Pierwszego odkrycia związanego z promieniowaniem gamma dokonano przypadkowo. W latach sześćdziesiątych satelity należące do Departamentu Obrony USA, których zadaniem było monitorowanie atmosfery ziemskiej i sprawdzanie, czy wbrew międzynarodowym umowom nie są w niej przeprowadzane próby z bronią jądrową, zarejestrowały ogromną liczbę krótkich błysków gamma, które nie dochodziły jednak z Ziemi, lecz z całej przestrzeni kosmicznej. Odkrycie było tak intrygujące, że pojawiła się potrzeba zbudowania specjalistycznego obserwatorium, wyposażonego w aparaturę do rejestrowania tego promieniowania.

Obserwatorium CGRO otrzymało imię Arthura Comptona, wybitnego amerykańskiego specjalisty w dziedzinie fizyki jądrowej i promieniowania wysokoenergetycznego (laureata Nagrody Nobla z 1927 roku). Piątego maja 1991 roku wahadłowiec Atlantis (misja STS-37) umieścił je na orbicie 450 km nad Ziemią, nachylonej pod kątem 28.5° do płaszczyzny równika. Miało ono 17 t (wymiary 5 x 14 m, a po rozłożeniu baterii słonecznych 9 x 21 m) i było najcięższym cywilnym satelitą wyniesionym kiedykolwiek przez wahadłowce.

Orbity sztucznych satelitów Ziemi "kurczą się" z upływem czasu wskutek odczuwalnego nawet na wysokości kilkuset kilometrów oporu atmosfery. Aby przeciwdziałać temu procesowi, wyposaża się je w uruchamiane z Ziemi, niewielkie silniki rakietowe, które w razie potrzeby "podnoszą" satelitę na pierwotną orbitę. Szacowano, że dzięki nim obserwatorium mogłoby krążyć wokół Ziemi przez co najmniej 10 lat. Zniszczono je jednak rok wcześniej. Czego dzięki niemu zdołaliśmy się dowiedzieć? Wszyscy są zgodni, że misja CGRO była ze wszech miar udana. Nie sposób nawet wyliczyć wszystkich jego dokonań.

Zdecydowanie najciekawszą klasą obiektów obserwowanych przez CGRO były oczywiście błyski gamma. Aby zrozumieć ich naturę, należało przede wszystkim określić ich położenie na niebie wystarczająco dokładnie, by ich źródła dały się jednoznacznie zidentyfikować i zaobserwować w innych zakresach widmowych (rentgenowskim, widzialnym i radiowym). Niestety, CGRO nie miało takich możliwości. Z pomocą przyszedł astronomom satelita BeppoSAX, który potrafił bardzo dokładnie lokalizować towarzyszącą błyskom "poświatę" rentgenowską. Kierując we wskazane przezeń miejsca zwyczajne teleskopy optyczne, udało się zaobserwować źródła kilkunastu błysków także w świetle widzialnym. Dopiero wtedy można było pokusić się o pomiar ich odległości od Ziemi. Okazało się, że błyski pochodzą z bardzo dalekich galaktyk, i że typowy błysk niesie energię równą tej, którą Słońce wyświeciłoby w czasie 100-krotnie dłuższym od wieku Wszechświata! Błysk gamma nigdy nie trwa dłużej niż kilkanaście minut. W jaki sposób w tak krótkim czasie wyzwala się tak olbrzymia ilość energii, tego do dziś nie wiemy. Wysunięto wprawdzie kilka hipotez, ale do ich sprawdzenia potrzebne są nowe obserwacje.

Za pomocą CGRO zbadano także kilkadziesiąt obiektów, które astronomowie nazywają blazarami, i które są najciekawszymi reprezentantami klasy galaktyk aktywnych. W centrum aktywnej galaktyki znajduje się olbrzymia czarna dziura, na którą spływa materia międzygwiazdowa, układając się przy tym w wirujący dysk. Wzdłuż osi obrotu dysku biją wydostające się z bliskiego otoczenia dziury strugi gazu rozpędzonego prawie do prędkości światła. Dysk może być oczywiście ustawiony zupełnie dowolnie względem Ziemi. W przypadku blazarów jest jednak tak zorientowany, że jedna ze strug płynie wprost ku nam. Dzięki CGRO okazało się, że blazary świecą głównie w promieniach gamma, emitując w ciągu sekundy tyle energii, ile Słońce w ciągu 1-10 mln lat! Podobnie jak w przypadku błysków gamma, nie umiemy jednoznacznie zidentyfikować procesów odpowiadających za emisję tak wielkich ilości fotonów o bardzo wysokich energiach. Równie tajemnicze są przyczyny, dla których blazary oglądane w promieniach gamma zachowują się bardzo kapryśnie, w chaotyczny sposób zmieniając swą jasność.

CGRO wywiązało się ze wszystkich zadań, jakie mu postawiono. Jego obserwacje odsłoniły obraz Wszechświata niezwykle gwałtownego i pełnego zagadek. "Tru-dno znaleźć odpowiednie słowa zarówno dla opisania ogromu wiedzy zdobytej dzięki CGRO, jak i wyrażenia ubolewania z powodu takiego zakończenia misji. Czwarty czerwca to czarny dzień nauki" - powiedział jeden z kierowników projektu.

Bezawaryjna praca obserwatorium trwała przez 8.5 roku. W grudniu ub.r. zepsuł się jednak jeden z jego trzech żyroskopów umożliwiających orientację przestrzenną. W razie awarii drugiego utracono by możność manewrowania tym wielkim i masywnym obiektem. Wówczas mógłby upaść w przypadkowe miejsce i narobić wiele szkód. W rezultacie NASA podjęła decyzję o zakończeniu misji w sposób kontrolowany.

Czwartego czerwca do Pacyfiku wpadło prawie 6 t metalowych odłamków różnej wielkości. Łatwo sobie wyobrazić, co by się stało, gdyby spadły na jedno z wielkich miast strefy międzyzwrotnikowej. "Co miałbym powiedzieć hinduskiej lub meksykańskiej matce, której dziecko zostałoby zabite odłamkiem? Żeby się nie martwiła, bo przetrzymując CGRO na orbicie, zdołaliśmy opublikować 15 dodatkowych prac?" zapytał współodpowiedzialny za podjęcie kontrowersyjnej decyzji Edward Weiler. NASA dobrze pamiętała pełne napięcia chwile, kiedy w niekontrolowany sposób spadło na Ziemię orbitalne laboratorium Skylab. W 1979 roku jego odłamki uderzyły w Ocean Indyjski i w na szczęście prawie bezludną zachodnią Australię.

Astronomowie pozbawieni możliwości obserwowania promieni gamma niecierpliwie czekają na następcę CGRO. Będzie nim europejski satelita INTEGRAL, konstruowany m.in. przy współudziale Centrum Astronomicznego im. Mikołaja Kopernika i Centrum Badań Kosmicznych PAN w Warszawie. Jego wystrzelenie zaplanowano na kwiecień 2002 roku.

Miejsce spadku fragmentów CGRO (u góry) i ostatnie kilometry trasy przbytej przez satelitę w atmosferze

Dr JOANNA KURASZKIEWICZ obroniła pracę doktorską w Centrum Astronomicznym im. Mikołaja Kopernika. Obecnie przebywa na stażu podoktorskim w Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics w Bostonie.