zapraszamy do współpracy
Zapraszamy do współpracy
Technologie

Jak to działa? – wywiad z Dominikiem Drobkiem, doktorantem Instytutu Astronomicznego UWr

La Palma, Dominik Drobek spogląda do wnętrza kopuły teleskopu MercatorW jaki sposób najskuteczniej zdenerwować astronoma? Zapytaj go o praktyczne zastosowanie wyników jego badań – mówi Dominik Drobek.

Roksana Łosin: Astrofizyka to wymyślanie czy odkrywanie?

Dominik Drobek1: Przede wszystkim odkrywanie. Obserwując zjawiska zachodzące we Wszechświecie, widzimy, że przyroda działa według pewnych praw, które staramy się poznać, odpowiedzieć na pytanie „jak to działa?”. Często okazuje się, że to, co widzimy, można wyjaśnić na podstawie już znanych praw fizycznych. Oczywiście zdarza się też, że przyroda nas czymś zaskakuje i wtedy musimy spróbować wyjaśnić obserwowane zjawisko, wymyślając nową teorię fizyczną. Ale obowiązuje nas przy tym ten sam rygor metody naukowej co przedstawicieli każdej innej nauki przyrodniczej – jeśli zaobserwujemy coś, co wymyślonej przez nas teorii przeczy, to musimy teorię uzupełnić lub zmienić. A jeśli się nie da, to taka teoria ląduje w przysłowiowym koszu na śmieci.

Według amerykańskiego fizyka noblisty Richarda Feynmana czy Stephena Hawkinga fizyka albo zmierza do kresu, albo już się skończyła...

Feynman wyraził tym stwierdzeniem swój optymizm poznawczy, był przekonany, że jeśli tempo rozwoju nauk fizycznych się utrzyma, to jeszcze w XX wieku będziemy wiedzieli większość tego, co w dziedzinie nauk fizycznych wiedzieć można. Rzeczywistość okazała się nieco bardziej skomplikowana. Każde nowe odkrycie niesie ze sobą szereg nowych pytań. Nawet tak wielkie osiągnięcie współczesnej fizyki jak odkrycie długo poszukiwanej cząstki – bozonu Higgsa – jest powszechnie uważane za otwarcie nowego rozdziału badań, a nie definitywne zamknięcie poprzedniego.

Można się zastanowić, czy w ogóle da się odpowiedzieć na każde z pytań, które sobie stawiamy i które będziemy stawiać w przyszłości. Stanisław Lem napisał w jednej ze swoich książek, że w miarę rozwoju wiedzy będą one coraz trudniejsze – do momentu, kiedy nie będziemy w stanie już na nie odpowiadać, bo dotrzemy do kresu możliwości ludzkiego mózgu.

Żeby spojrzeć na zagadnienie z odpowiedniej perspektywy, warto sobie uświadomić, że Wszechświat jedynie w około 5% składa się ze „zwyczajnej” materii z jaką mamy codziennie do czynienia. Kolejne około 25% to tzw. ciemna materia, o której wiemy stosunkowo niewiele. Reszta to tzw. ciemna energia, o której mamy już naprawdę szczątkowe pojęcie. Jak więc widać, tematów badań długo nie zabraknie. Wieści o śmierci fizyki wydają się być nieco przesadzone...

Opublikowanie przez Isaaca Newtona dzieła Principia zmieniło nawigację morską. Od 1670 roku potrzeby nawigacji spowodowały bardziej wnikliwe obserwacje astronomiczne i zastosowanie bardziej precyzyjnych narzędzi pomiarowych jak przyrządy nawigacyjne i precyzyjne zegary. W jaki sposób wiedza z zakresu fizyki i astrofizyki może przysłużyć się nam w przyszłości ?

W jaki sposób najskuteczniej zdenerwować astronoma? Zapytaj go o praktyczne zastosowanie wyników jego badań (uśmiech).

Mógłbym w tym miejscu odpowiedzieć kilkoma frazesami o „gospodarce opartej na wiedzy” czy inną biurokratyczną nowomową, której tak często używa się wypełniając wnioski o finansowanie badań. Prawda jest znacznie bardziej prozaiczna. Przede wszystkim, nie istnieje coś takiego jak wiedza „zbędna” czy „niepotrzebna”. My nie prowadzimy badań dlatego, że przewidujemy potencjalne zastosowania ich wyników. Robimy to dlatego, że można, i dlatego że nas to interesuje. Tylko tyle, i aż tyle.

Co z tego wynika dla zwykłego człowieka? To, że prędzej czy później pojawi się ktoś, kto wykorzysta zastany stan wiedzy, żeby połączyć pewne istniejące elementy w nowy, zaskakujący sposób. Nie da się tylko z góry przewidzieć, kiedy to nastąpi i na czym dokładnie będzie polegał postęp, jaki się dokona. Przykład? Znana jest historia teleskopu kosmicznego Hubble'a, którego lustro zostało źle wyszlifowane, co okazało się dopiero po wyniesieniu urządzenia na orbitę okołoziemską. Obrazy, które rejestrował teleskop były na tyle niewyraźne, że konieczna okazała się naprawa teleskopu na orbicie. Ale zanim udało się jej dokonać, astronomowie stwierdzili, że będą pracować z takimi obserwacjami, jakie otrzymują, i że spróbują je w jakiś sposób poprawić. W efekcie nastąpił rozwój techniki zaawansowanej analizy obrazów. Jego efekty mają dzisiaj zastosowanie w grafice komputerowej, fotografii, a także przy analizie zdjęć wykonanych przez medyczne urządzenia diagnostyczne.

To o czym mówię, nie dotyczy wyłącznie astronomii, raczej wszystkich nauk ścisłych. Po co Amerykanie i Rosjanie konstruowali i ulepszali komputery w XX wieku? Oczywiście po to, żeby jak najdokładniej spuścić przeciwnikowi na głowę rakietę balistyczną wyposażoną w głowicę nuklearną. Wtedy nikt nie myślał o cywilnych zastosowaniach tej technologii. A dzisiaj prawie każdy ma w kieszeni miniaturowy komputer, którego moc obliczeniowa jest znacznie większa od tej, która niegdyś była potrzebna, żeby wysłać ludzi na Księżyc (uśmiech).

Jeśli już miałbym bawić się w proroka, to wyniki badań astrofizycznych mogą przydać się, kiedy zaczniemy budować reaktory termojądrowe. Tego typu urządzenia mają produkować energię na zasadzie fuzji nuklearnej, czyli w podobny sposób jak to się dzieje we wnętrzach gwiazd. Pierwsze eksperymenty z kontrolowaną fuzją pokazały, że aby ją w ogóle zapoczątkować, trzeba władować w plazmę więcej energii, niż potem się otrzymuje z zachodzących reakcji. Z drugiej strony wiemy, że wypracowanie zysku energetycznego netto jest możliwe – na przykładzie gwiazd widzimy, że przyroda to potrafi. Być może badania astrofizyczne przyczynią się w jakiś sposób do postępu w tej dziedzinie wiedzy.

Natomiast jest pewna rzecz, którą astronomowie powinni się zająć, i to im szybciej tym lepiej. Potrzebny jest rozwój sieci teleskopów, które będą monitorowały asteroidy w Układzie Słonecznym i wyszukiwały obiekty, które potencjalnie mogą uderzyć w Ziemię. Takie obserwacje są oczywiście prowadzone już teraz, ale potrzebujemy poświęcić temu zagadnieniu znacznie więcej uwagi. Zagrożenie jest bardzo realne, o czym przekonaliśmy się w lutym tego roku. Podczas gdy byliśmy skoncentrowani na bliskim przelocie planetoidy 2012 DA14, niespodziewanie z zupełnie innego kierunku nadleciała asteroida, która rozpadła się nad miastem Czelabińsk w Rosji. Wskutek tego ucierpiało ponad 1000 osób, a uszkodzonych zostało ponad 7000 budynków.

Czy możemy za pomocą nauki pokusić się o wyjaśnienie jak powstał wszechświat ?

Staramy się, ale nie jest to proste. Problemy sprawia zrozumienie pierwszych chwil po Wielkim Wybuchu, gdy Wszechświat był niewyobrażalnie gęsty i gorący. W tym celu potrzebna nam jest fizyczna teoria unifikacji czterech fundamentalnych oddziaływań – grawitacji, elektromagnetyzmu, oddziaływań słabego i silnego – w postaci jednej „supersiły”. Taka teoria w tej chwili nie istnieje, chociaż próby jej sformułowania były podejmowane od dawna. Zasadniczy problem sprawia „pogodzenie” teorii względności z mechaniką kwantową.

Z drugiej strony, rozumiemy dość dobrze co się stało, kiedy młody Wszechświat nieco się już rozszerzył i jednocześnie ochłodził. Wiemy, że wtedy przeszedł okres tzw. inflacji, podczas której w ciągu drobnego ułamka sekundy powiększył się o około miliard miliardów miliardów razy. Wiemy w jaki sposób następnie powstały podstawowe cząstki z których składa się materia. Potrafimy opisać jak powstały pierwsze atomy i dlaczego jest ich dokładnie tyle, ile obserwujemy. Rozumiemy właściwości tzw. mikrofalowego promieniowania tła, czyli przenikającego cały Wszechświat światła powstałego podczas Wielkiego Wybuchu. Ponieważ jesteśmy w stanie dokonywać coraz lepszych obserwacji obiektów położonych w coraz większych odległościach od nas, zaczynamy obserwować i rozumieć jak tworzyły się pierwsze gwiazdy i galaktyki.

Jak więc widać, dość dobrze znamy ogólny zarys tego, w jaki sposób powstał Wszechświat, ale ciągle jeszcze nie dopracowaliśmy pewnych szczegółów. Mam nadzieję, że kiedyś w końcu to się uda, chociaż nie jestem pewien czy stanie się to jeszcze za mojego życia... (uśmiech)

Pierre Janssen 18 sierpnia 1868 badając widmo korony słonecznej podczas całkowitego zaćmienia, odkrył hel. Fakt ten był przełomowym momentem dla uznania astrofizyki jako osobnej gałęzi wiedzy wobec astronomii i fizyki...

Nie widzę potrzeby tworzenia podziału w stylu „tu kończy się fizyka a zaczyna astrofizyka”. Astrofizyka jest bardzo obszerną dziedziną wiedzy. Żeby analizować obserwacje astronomiczne korzystamy z osiągnięć wszystkich gałęzi fizyki: od tak tradycyjnych jak mechanika klasyczna, na teorii względności i mechanice kwantowej kończąc.

Od czasów Newtona powszechnie uważa się, że w całym Wszechświecie obowiązują dokładnie te same prawa fizyki. Jak na razie nie mamy powodu, żeby sądzić że jest inaczej. Astrofizyk tylko tym różni się od „zwyczajnego” fizyka, że nie ma możliwości przeprowadzania eksperymentów, żeby sprawdzić swoje teorie. Ciężko sobie wyobrazić stworzenie w laboratorium gwiazdy albo galaktyki tylko po to, żeby zbadać jak taki obiekt się zachowuje, prawda? Dlatego musimy zadowolić się obserwacjami tego, co już istnieje w naturze.

W 1990 r. wysłano w przestrzeń kosmiczną teleskop im. E. Hubble'a. Co dzięki temu dziś udało się ustalić ?

Teleskop Hubble'a zebrał bardzo dużo danych, dzięki którym dokonał się znaczący postęp w wielu dziedzinach astronomii. Jednym z kluczowych osiągnięć było zmierzenie wartości stałej Hubble'a H0, która jest związana z wiekiem i tempem ekspansji Wszechświata. Innym ważnym wynikiem było wykonanie obserwacji tzw. „głębokiego pola Hubble'a” – jest to seria zdjęć bardzo małego obszaru nieba (mniejszego niż średnica Księżyca), na których widać tysiące galaktyk odległych o miliardy lat świetlnych od Ziemi. Ponieważ światło rozchodzi się ze skończoną prędkością, widzimy te obiekty takimi, jakie były miliardy lat temu. Dzięki temu wiemy teraz więcej o tym w jaki sposób tworzyły się i ewoluowały pierwsze galaktyki powstałe po Wielkim Wybuchu.

Niewątpliwie duże znaczenie ma też aspekt popularyzacji nauki dzięki doskonałej jakości zdjęć różnych interesujących i ładnych obiektów astronomicznych.

Przedmiotem Twoich zainteresowań naukowych i zarazem pracy doktorskiej są gromady otwarte a konkretne Stock 14.

To nie jest do końca w ten sposób. Tematem mojej obecnej pracy jest analiza trzech konkretnych gwiazd. Tak się składa, że dwie z nich znajdują się w gromadzie Stock 14. Więc gromadę badam niejako przy okazji, chociaż nie jest ona dla mnie szczególnie interesująca.

Ogólnie rzecz biorąc, badając gwiazdy, chcemy odpowiedzieć na kilka pytań. Po pierwsze, interesuje nas jak masywna jest gwiazda. To jest jedna z najważniejszych kwestii, ponieważ masa gwiazdy określa jej podstawowe właściwości – przede wszystkim jej temperaturę, budowę wewnętrzną, czas w jakim zużyje zapasy wodoru w swoim jądrze (swoje „paliwo”) oraz to jak będzie się zachowywać gdy „paliwa” zabraknie. Poza masą, interesującym parametrem jest promień gwiazdy, czyli jej rozmiar. W miarę upływu czasu gwiazda może rozszerzać się lub kurczyć, więc pomiar jej rozmiaru również daje nam pewne pojęcie o tym, co się z nią dzieje.

I w tym miejscu pojawia się problem, gdyż nie zawsze daje się „zważyć” i „zmierzyć” gwiazdę. Z punktu widzenia obserwatora, bezpośredni (czyli nie odwołujący się do modeli teoretycznych) pomiar masy jest możliwy tylko jeśli gwiazda wchodzi w skład tzw. układu podwójnego, czyli orbituje wokół innej gwiazdy. Wtedy można zmierzyć masy obu składników układu. Dodatkowo, jeśli orbita jest nachylona pod odpowiednim kątem, to w miarę jak jedna gwiazda przesuwa się wzdłuż swojej orbity, może ona zasłonić drugą, powodując zaćmienie. Analiza zaćmień pozwala na zmierzenie obu składników.

Moje badania dotyczą trzech układów podwójnych tego typu, czyli w sumie sześciu gwiazd. Spodziewam się, że są one około 15 razy bardziej masywne od Słońca, co oznacza, że są jakieś 5 razy bardziej gorące. To z kolei oznacza, że ich światło, które do nas dochodzi, jest biało-niebieskie. Dla porównania, Słońce wysyła przede wszystkim żółto-zielone promieniowanie. Mimo że „moje” układy podwójne są tak jasne, są na tyle daleko od Ziemi, że i tak nie są widoczne bez co najmniej porządnej lornetki. Poza tym, są to obiekty nieba południowego (leżą w gwiazdozbiorach Strzelca i Centaura), więc i tak są niewidoczne z Polski. Wszystkie obserwacje nad których analizą pracuję, zostały wykonane w Australii i w Republice Południowej Afryki.

Żeby wyznaczyć orbitę jednej gwiazdy wokół drugiej (i przy okazji zmierzyć masy ich obu) potrzebny jest spektrograf. Jest to urządzenie podłączone do teleskopu, którego zadaniem jest rozszczepienie zarejestrowanego światła gwiazdy na poszczególne kolory – podobnie działa przepuszczenie światła przez pryzmat. Takie rozszczepione światło nazywamy widmem. Poruszając się po swojej orbicie, gwiazda na przemian zbliża się do nas i od nas oddala. Kiedy się zbliża, pewne cechy widoczne w widmie stają się bardziej niebieskie, zaś kiedy się oddala – czerwone. To jest tzw. efekt Dopplera. Szczegóły analizy są dość złożone, ale na tej podstawie jesteśmy już w stanie wyznaczyć parametry orbity i to, co nas interesuje najbardziej , czyli masy składników.

Do obserwacji zaćmień nie jest potrzebny spektrograf, wystarczy, że teleskop jest wyposażony w zestaw filtrów i kamerę CCD (taką jak w aparatach fotograficznych, tylko znacznie bardziej czułą). Obserwacje polegają na robieniu zdjęć obszaru nieba w którym znajduje się gwiazda przez dość długi czas – w przypadku „moich” gwiazd około trzy tygodnie na każdą z nich. Na tej podstawie można zobaczyć jak w miarę upływu czasu zmienia się jasność obserwowanej gwiazdy.

La Palma, Dominik Drobek przy kopule teleskopu MercatorCo już udało ci się zbadać ?

Po tym jak zbadałem zaćmienia widoczne w „moich” gwiazdach, zabrałem się za analizę obserwacji reszty gwiazd, które były zrobione niejako przy okazji – po prostu były w pobliżu. Jak powiedziałem wcześniej, używając kamery CCD, rejestruje się obrazy z pewnego obszaru nieba, w którym znajduje się wiele gwiazd. Dość powiedzieć, że oprócz tych gwiazd, które były zasadniczymi celami obserwacji, w pole widzenia teleskopu „załapało się” jeszcze 25 tysięcy innych, w tym cała gromada Stock 14.

Jak powiedziałem wcześniej, dwie „moje” gwiazdy należą do tej gromady. To znaczy że musiały powstać z tego samego obłoku wodoru co pozostałe gwiazdy, które do niej należą. A z tego wynika, że znajdują się one w tej samej odległości od Ziemi, mają ten sam skład chemiczny i są w tym samym wieku. Ponieważ wiek i odległość gromady można zmierzyć, dzięki temu dowiedziałem się czegoś o „moich” dwóch gwiazdach. Tak więc są one dość młode jak na astronomiczne standardy – mają zaledwie 15 milionów lat (dla porównania, Słońce ma 4.5 miliarda lat). Jeśli zaś chodzi o ich odległość, to są dość daleko – światło z Ziemi leciałoby do nich jakieś 7000 lat.

Przy okazji udało mi się potwierdzić to, co inni badacze już wcześniej przypuszczali na temat tych gwiazd. Mianowicie, należą one do tzw. gwiazd pulsujących. Zjawisko pulsacji polega na rozchodzeniu się wewnątrz gwiazdy fal ciśnieniowych, co obserwujemy jako cykliczne (powtarzające się co kilka godzin) zmiany jasności gwiazd. To są bardzo subtelne zmiany (poniżej 1% średniej jasności), ale jesteśmy w stanie je obserwować. Istnienie tego zjawiska pozwoli na policzenie dokładniejszych modeli gwiazd – dowiemy się między innymi, jakie temperatury i gęstości materii panują w ich wnętrzach. Przy tych obliczeniach znajomość mas i promieni gwiazd znowu okaże się bardzo pomocna.

W tej chwili zajmuję się analizą obserwacji spektroskopowych, czyli wyznaczaniem orbit i mas gwiazd. Jak z tym skończę, będę miał wystarczająco dużo materiału na przyzwoity doktorat (śmiech).

Do jakich spektakularnych i zarazem łatwych do obserwacji zjawisk dojdzie w tym roku?

Obawiam się, że w tym roku przyroda przewidziała spektakularne zjawiska jedynie na jego pierwszą połowę, później nie będzie już nas przesadnie rozpieszczać. Łatwy do obserwacji tradycyjnie będzie rój Perseidów, widoczny co roku, kiedy orbita Ziemi przecina chmurę skalnych odłamków rozciągniętych wzdłuż orbity komety Swift-Tuttle. Perseidy osiągną maksimum intensywności około 18. sierpnia. Wystarczy wtedy wybrać się w miejsce, gdzie sztuczne oświetlenie nie będzie przeszkadzało w obserwacjach.

Wczesnym wieczorem 8. września Wenus znajdzie się na sferze niebieskiej w bardzo bliskiej odległości od Księżyca, który będzie widoczny jako wąski sierp nisko nad horyzontem. Obserwacje będą więc możliwe tylko w miejscu gdzie na horyzoncie nie ma żadnych zasłaniających widok obiektów. Najlepiej będzie obserwować to zjawisko przez lornetkę, wtedy bardzo wyraźnie będzie widać tzw. światło popielate, polegające na oświetlaniu części Księżyca, która nie jest zwrócona w stronę Słońca przez światło słoneczne odbite od Ziemi.

Bardziej doświadczeni obserwatorzy mający dostęp do teleskopów będą mieli szansę zobaczyć ciekawe i stosunkowo rzadkie zjawisko – 12. października na tarczy Jowisza równocześnie widoczne będą cienie rzucane przez aż trzy księżyce tej planety. Z punktu widzenia hipotetycznego obserwatora na Jowiszu, w miejscach, na które padają cienie następuje zaćmienie Słońca.

Jako swego rodzaju ciekawostkę można wspomnieć, że 18. października nastąpi zaćmienie Księżyca. Jednak tym razem nasz naturalny satelita nie znajdzie się w cieniu rzucanym przez Ziemię, a jedynie w tzw. półcieniu. Z tego powodu jego jasność ulegnie tylko nieznacznej zmianie i całe zjawisko będzie trudne do zauważenia.

Zatem pozostaje nam czekać na najnowsze raporty odkryć jednostek badawczych ?

Nie trzeba ograniczać się do biernego czekania. Dzisiaj każdy może pomóc astronomom w analizie danych, wystarczy mieć komputer i dostęp do internetu. W tej chwili w przestrzeni kosmicznej pracuje wiele satelitów obserwujących różne obiekty – Słońce (SDO, STEREO), Księżyc (Lunar Reconnaissance Orbiter), Marsa (Mars Reconnaissance Orbiter), a także poszukujące planet poza Układem Słonecznym (Kepler). Z tych orbitalnych obserwatoriów codziennie spływa na Ziemię ogromny strumień danych, ale nie wszystko da się analizować automatycznie za pomocą komputerów. Jeśli zadanie polega na oglądaniu zdjęć lub wykresów i wyszukiwaniu czegoś na nich, nie ma lepszych narzędzi niż ludzkie oko i mózg. Dlatego powstała strona http://www.zooniverse.org, gdzie po przeczytaniu krótkiej instrukcji i przerobieniu kilku przykładów można samemu analizować dane z satelitów. Każdy ochotnik może identyfikować struktury geologiczne na powierzchni Księżyca, klasyfikować galaktyki na podstawie ich kształtu albo poszukiwać planet obiegających odległe słońca. I nie ma w tym nic trudnego, każdy może wziąć udział w tym projekcie. Wystarczy odrobina wolnego czasu i trochę zacięcia.

Gromada Stock 14 i okolice, źródło: zdjęcie z przeglądu nieba DSSGromada Stock 14 i okolice, źródło: zdjęcie z przeglądu nieba 2MASS

Zatem życzę wytrwałości, spektakularnych odkryć i hojności ze strony organizacji wspierających finansowanie badań. A naszych Czytelników gorąco zachęcam do wspomnianych wyżej możliwości uczestniczenia w rozwoju badań astronomicznych.

Z Dominikiem Drobkiem rozmawiała Roksana Łosin.
  1. Dominik Drobek – doktorant na Wydziale Fizyki i Astronomii Uniwersytetu Wrocławskiego, kierownik projektu badawczego „Asterosejsmologia gwiazd pulsujących typu β Cephei w zaćmieniowych układach podwójnych” finansowanego przez Narodowe Centrum Nauki.

Najpopularniejsze TechnologieOpenOffice Writer – podstawy pisaniaOpenOffice - pakiet biurowy za darmoLinuks dziecinnie prosty, czyli instalacja UBUNTU dla każdegoAktualizacja Ubuntu w kilku prostych krokachCo to jest newsletter i RSS
Najwyżej oceniane TechnologieLinuks dziecinnie prosty, czyli instalacja UBUNTU dla każdegoOpenOffice Writer – podstawy pisaniaAktualizacja Ubuntu w kilku prostych krokachCo to jest newsletter i RSSOpenOffice - pakiet biurowy za darmo
PrzewodnikiAlbaniaNepalPolskaRumunia
Najpopularniejsze zdjęcie w dzialeAkapitNajwyżej oceniane:Aktualizacja Ubuntu
Oceń zamieszczony obok artykuł.(Uwaga! Warto wcześniej się zalogować ponieważ głosy zarejestrowanych czytelników mają większą wagę.)
Login (jak do forum): Hasło (jak do forum): zapamiętaj mnie
Minister kazał, więc uprzejmie informujemy, że nasze strony wykorzystują pliki cookies (ciasteczka) i inne dziwne technologie m.in. w celach statystycznych. Jeśli Ci to przeszkadza, możesz je zablokować, zmieniając ustawienia swojej przeglądarki. Więcej informacji znajdziesz w artykule: Pliki cookies (ciasteczka) i podobne technologie.