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 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 od dr. Ralpha McNutta z Johns Hopkins Applied Physics Laboratory (APL) wiadomość następującej treści:

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

W e-mailu podany był także kalendarz spotkań na temat misji planowanych do końca roku, 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 12 grudnia 2018 r. referat na sesji „The Interstellar Probe Mission: Study Findings and Next Steps”. W 2019 roku przewodniczący 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 sześć prezentacji w Warszawie i w jej okolicach oraz jedną na Wolinie. Z powodu pandemii nie doszło do skutku pięć kolejnych zaplanowanych prezentacji tej misji. Aby dalej rozpowszechniać informacje 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 19941996 pracowała 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 o nieznanym kierunku i natężeniu. Polacy mają istotny wkład w badania nad tym zjawiskiem. 

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, do którego momentu będzie możliwe kontrolowanie lotu obu Voyagerów i do jakiej odległości od granicy heliosfery ich instrumenty będą miały kontakt z Ziemią. Ten krok w kierunku badania przestrzeni międzygwiazdowej nie został zrobiony świadomie. A jednak Misja Międzygwiazdowa do Lokalnego Ośrodka Międzygwiazdowego była omawiana i studiowana już od momentu powstania NASA w 1958 roku. Ludzkość tego chciała, ale możliwości urzeczywistnienia tego zamierzenia pojawiły się dużo później. Obecnie marzenia te urealniają się  m.in. dlatego, że począwszy od odkrycia wiatru słonecznego przez profesora Eugene’a Parkera w tymże 1958 roku i opracowania 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 odżyła w naszym stuleciu. Dzięki nowszym badaniom zaczęto dostrzegać jej kluczowe 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 przelot sondy 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. Obie sondy są już zatem w ośrodku międzygwiazdowym, ale ich zasilanie w energię elektryczną wystarczy do utrzymania funkcjonowania sond i łączności z Ziemią zaledwie do około 2025 roku. Do tego czasu najpewniej Voyagery będą wciąż lecieć w zaburzonej istnieniem heliosfery materii międzygwiazdowej.

Celem ludzkości jest nieuchronne zmierzanie do ekspansji przez morze kosmosu do innych Słońc. Planowana Sonda Międzygwiazdowa to pierwszy 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 i technologicznymi. Zagadnienia te wymagają odpowiedniego, wieloletniego przygotowania, by posiąść niezbędną wiedzę obejmującą fizykę plazmy, astronomię, matematykę oraz umiejętności programowania w zakresie skomplikowanych symulacji numerycznych, wizualizacji wyników, obróbki danych, jak również robotyki, budowy zamieszczanych na sondzie instrumentów, a także budowy rakiet i paliw do nich. Dla nas wszystkich, począwszy od startu Sondy, zakładanego w latach 30. naszego stulecia, do ewentualnego osiągnięcia celu po 50 latach, będzie to okres wytężonej pracy. Zrozumiałe jest zatem rozpoczęcie przygotowań już teraz i zaproszenie do współpracy nawet tych najmłodszych, 1314-latków, 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 mówi dr Ratkiewicz.

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 „Misje interstelarne”. W ankiecie podajemy nasze dane (imię, nazwisko, miejsce zamieszkania, adres mailowy, wykształcenie oraz czy jest się zainteresowaną/ym  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 autorski projekt dr hab. Romany Ratkiewicz-Landowskiej, prof. CBK PAN. Cele to rozpropagowanie wiedzy na temat misji międzygwiezdnych i wspólna praca nad projektami. Autorka projektu obiecuje, że skontaktuje się ze wszystkimi osobami, które wypełnią ankietę.

Opracowanie: Paweł Z. Grochowalski

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

Rysunek ilustruje drogę do przebycia Sondy Międzygwiazdowej w kierunku najbliższej nas gwiazdy Alpha Centauri (około 200 000 AU), choć celem Sondy to osiągnięcie 4001000 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)