Przejdź do treści

Sonda Międzygwiazdowa - krok ludzkości w podróży przez Galaktykę

The Interstellar Probe

Dr hab. Romana Ratkiewicz z CBK PAN bierze udział w realizacji Interstellar Prob czyli planowanej Sondy Międzygwiazdowej, która ma badać Lokalny Ośrodek Międzygwiazdowy. Głównym ośrodkiem naukowym zaangażowanym w tę misję jest Johns Hopkins Applied Physics Laboratory (APL) z siedzibą w hrabstwie Howard w stanie Maryland. Start sondy planowany jest na lata 30. XXI wieku przy pomocy rakiety SLS. Sonda Międzygwiazdowa to pierwszy świadomie zamierzony krok ludzkości w podróży przez Galaktykę.

Współpraca pomiędzy CBK PAN a Johns Hopkins Applied Physics Laboratory (APL) rozpoczęła się 3 lipca 2018 r. Dr hab. Romana Ratkiewicz otrzymała wtedy wiadomość od Dr. Ralpha McNutta z Johns Hopkins Applied Physics Laboratory (APL) następującej treści:

Otrzymali Państwo tego e-maila, ponieważ wyrazili zainteresowanie Sondą Międzygwiazdową, misją do otaczającego heliosferę ośrodka, o której wielokrotnie mówiono w kręgach naukowych od kilkudziesięciu lat.”

W e-mailu podany był także kalendarz spotkań planowanych do końca roku na temat misji, m.in. 2018 Fall AGU Meeting z sugestią wysłania abstraktu na sesję poświęconą Sondzie. Abstrakt został wysłany i zaakceptowany, a następnie dr hab. Romana Ratkiewicz wygłosiła   referat 12 grudnia 2018 r. na sesji „The Interstellar Probe Mission: Study Findings and Next Steps”. W 2019 roku chairman tej sesji dr Pontus Brandt przysłał jej poster z prośbą o rozpowszechnienie go w Polsce.

W okresie od września 2019 do lutego 2020 r. dr hab. Romana Ratkiewicz wygłosiła 6 prezentacji w Warszawie i w jej okolicach raz jedną na wyspie Wolin. Z powodu pandemii nie doszło do skutku pięć kolejnych zaplanowanych prezentacji tej misji. Aby dalej rozpowszechniać informację o Sondzie Międzygwiazdowej trzeba było znaleźć inne formy dotarcia do słuchaczy. W ten sposób powstały wykłady online, m.in. „Daleko poza heliosferę – spotkanie dr hab. Romaną Ratkiewicz”.

Dr hab. Romana Ratkiewicz w latach 1994-96 pracował w NASA Ames Research Center. Jej praca polegała na stworzeniu modelu magnetohydrodynamicznego heliosfery, uwzględniającego z konieczności dowolny kierunek i natężenie tego pola. Wynikiem powstałego modelu było odkrycie asymetrii heliosfery. Artykuł na ten temat został opublikowany w 1998 roku (Ratkiewicz et al., Astronomy & Astrophysics, 335, p.363, 1998).

Heliosfera to obszar przestrzeni kosmicznej, zanurzony w ekspandującej koronie słonecznej przenikniętej słonecznym polem magnetycznym. W jej wnętrzu znajduje się Słońce, a ekspandująca korona słoneczna to nieustannie emitowany z jego powierzchni strumień naładowanych cząstek – wiatr słoneczny. Heliosfera rzeźbi w otaczającej ją materii międzygwiazdowej „jamę”. Tam, gdzie ciśnienia wiatru słonecznego zrównują się z sumą ciśnień materii międzygwiazdowej powstaje granica obu ośrodków – heliopauza. Na strukturę i kształt heliosfery ma wpływ wiele fizycznych zjawisk opisanych w bogatej literaturze. W szczególności pole magnetyczne ośrodka międzygwiazdowego, którego kierunek i natężenie nie było znane. W tym zakresie Polacy mają istotny wkład w badania. 

W 1977 roku zostały wystrzelone dwie sondy Voyager 1 i 2, których głównym zadaniem była eksploracja układów Jowisza i Saturna. Po zakończonych sukcesem przelotach obok tych planet NASA przedłużyła misję sondy Voyager 2 do, kolejno, Urana i Neptuna.

Badanie planet zakończyło się wraz z przelotem Voyagera 2 obok Neptuna w 1989 roku. Po zakończeniu eksploracji planet misja Voyager została przekształcona 1 stycznia 1990 roku w misję międzygwiazdową. Zadaniem obu Voyagerów stało się badanie krańcowych obszarów heliosfery oraz pomiar właściwości fizycznych przestrzeni międzygwiazdowej. Jednak pomimo tak wyznaczonego celu, nie można było przewidzieć jak daleko szybowanie Voyagerów będzie kontrolowane, w jakiej odległości od przekroczenia granicy heliosfery instrumenty tej misji będą miały kontakt z Ziemią. Ten krok w kierunku badania przestrzeni międzygwiazdowej nie był zrobiony świadomie. A jednak Misja Międzygwiazdowa do Lokalnego Ośrodka Międzygwiazdowego była dyskutowana i studiowana już od momentu powstania NASA w 1958 roku. Ludzkość tego chciała, ale możliwości do urzeczywistnienia tego zamierzenia pojawiły się dużo później. Obecnie marzenia urealniają się. Między innymi dlatego, że począwszy od odkrycia wiatru słonecznego przez profesora Eugene’a Parkera w tymże 1958 roku, jego pierwszych modeli oddziaływania wiatru słonecznego z materią międzygwiazdową, naukowcy tworzyli coraz bardziej wyrafinowane modele tego oddziaływania, coraz lepiej odwzorowujące powstającą w wyniku tego oddziaływania heliosferę, w której żyjemy.

Idea Misji do Lokalnego Ośrodka Międzygwiazdowego ożyła w naszym stuleciu. Nowsze badania zaczęły dostrzegać jej krytyczne znaczenie dla wspomnianych wyżej dyscyplin – astrofizyki, heliofizyki i nauki o planetach. Przyczyniło się do tego przecięcie granicy heliosfery – heliopauzy przez oba Voyagery 1 i 2 oraz przeloty New Horizons koło Plutona i obiektu transneptunowego z Pasa Kuipera MU69.

Voyager 1 przekroczył heliopauzę w sierpniu 2012 roku, a Voyager 2 w listopadzie 2018. Zatem obie sondy są już w ośrodku międzygwiazdowym, ale zasilanie w energię elektryczną obu Voyagerów wystarczy do utrzymania funkcjonowania sond i łączności z Ziemią zaledwie do około 2025 roku. Do tego czasu najpewniej Voyagery stale pozostawać będą w zaburzonej istnieniem heliosfery materii międzygwiazdowej.

Celem ludzkości jest nieuchronne zmierzanie do ekspansji przez morze kosmosu do innych Słońc. Planowana Sonda Międzygwiazdowa realizuje pierwszy taki świadomie zamierzony krok w podróży po Galaktyce. Droga poza wpływ Słonecznej sfery otwiera niezwykłe możliwości dla astrofizyki, heliofizyki i nauki o planetach.

Gdy Sonda Międzygwiazdowa przewędruje do niezaburzonego ośrodka międzygwiazdowego, będzie to pierwsze w historii ludzkości spojrzenie na naszą własną astrosferę czyli heliosferę z zewnątrz, co pozwoli nam na ekstrapolację i zrozumienie innych astrosfer z ich układem planetarnym czyli egzoplanetami.

Wyniesienie sondy planowano zrealizować z wykorzystaniem „Space Launch System”(SLS) – ciężkiej rakiety nośnej opracowywanej przez NASA. Pierwszy start SLS przewidziany jest obecnie na rok 2021.

Dr hab. Romana Ratkiewicz zaprasza „wszystkich zainteresowanych do pracy związanej z wszelkiego rodzaju zagadnieniami związanymi z Sondą: naukowymi, technicznymi, technologicznymi. Zagadnienia te wymagają odpowiedniego wieloletniego przygotowania, by posiąść niezbędną wiedzę obejmującą fizykę plazmy, astronomię, matematykę, umiejętności programowania w zakresie skomplikowanych symulacji numerycznych, wizualizacji wyników, obróbki danych, robotyki, budowy zamieszczanych na sondzie instrumentów, budowy rakiet i paliw do nich. Dla nas wszystkich, począwszy od startu Sondy, zakładanego w latach 30-tych naszego stulecia do ewentualnego osiągnięcia celu po 50 latach, będzie to okres ogromnej, wytężonej pracy. Zrozumiałe jest zatem rozpoczęcie przygotowań już teraz i zaproszenie do współpracy nawet tych najmłodszych 13-14 letnich, którzy w momencie startu Sondy np. w 2035 roku, będą mieli już około 30 lat. Mogę zapewnić, że korzyści z zaangażowania w taką pracę, nie tylko finansowe, ale przede wszystkim satysfakcję z jej wykonywania, będą czerpali przez całe życie. Taka praca to wielka zabawa i wieczny urlop”.

Więcej informacji na temat misji można znaleźć na stronie CBK PAN w artykule dr hab. Romany Ratkiewicz, który jest bogato ilustrowany oraz na stronie misji w APL.   

Osoby zainteresowane tematem proszone są o wypełnienie ankiety pt. „Misje interstelarne”.

W ankiecie podajemy nasze dane (imię, nazwisko, miejsce zamieszkania , adres mailowy, wykształcenie oraz czy jest się zainteresowana/y  pracą w zespołach nad misjami interstelarnymi) plus zgodę na ich wykorzystanie kontaktu - RODO.

Wyniki ankiety pomogą planować seminaria i wykłady oraz skontaktować się z osobami, które chciałyby pracować w przyszłości przy projektach związanych z misjami międzygwiezdnymi.

„Misje interstelarne” – to projekt autorski dr hab. Romany Ratkiewicz-Landowskiej, prof. CBK PAN. Cel: rozpropagowanie wiedzy na temat misji międzygwiezdnych, wspólna praca nad projektami. Autorka projektu obiecuje, że skontaktuje się ze wszystkimi osobami, które wypełnią ankietę.

Oprac. Paweł Z. Grochowalski

Źródło: Dr hab. Romana Ratkiewicz, prof. Centrum Badań Kosmicznych PAN (CBK PAN)

Foto: Rysunek ilustruje drogę do przebycia Sondy Międzygwiazdowej w kierunku najbliższej nas gwiazdy Alpha Centauri (około 200 000 AU), choć celem Sondy to osiągnięcie 400-1000 AU. Idąc od Słońca mamy System Planetarny z Pasem Asteroid, Pas Kuipera, Szok Terminalny, Heliopauzę, Voyagera 1 za HP, Voyagera 2 jeszcze przed HP, Bow Szok, Niezaburzoną Materię Międzygwiazdową, Obłok Oorta (~10000j.a.(?)), Alpha Centauri. (Credit: Brandt et al., 2018)