50077 WiZ9 050

a GRB Coordinate Network (GCN). Jest to sieć satelitów i obserwatoriów naziemnych, połączonych przez internet i wymieniających się informacjami na temat położenia odkrytych błysków.

Półkula pod obserwacją

Do poszukiwania poświat optycznych towarzyszących rozbłyskom gamma namówił nas w 2003 roku wybitny polski astrofizyk prof. Bohdan Paczyński z Princeton University. Kluczowa informacja o mechanizmie rozbłysków jest ukryta we własnościach promieniowania dochodzącego do nas tuż po wybuchu. Ponieważ nie wiadomo, w którym miejscu na niebie pojawi się następny rozbłysk, trzeba bez przerwy obserwować duży obszar nieba. W praktyce oznacza to wykorzystanie urządzeń o niewielkiej ogniskowej, które mogą zarejestrować błysk tylko w jego początkowej, najjaśniejszej fazie - ale o tę fazę właśnie chodzi! Ciągłe poszukiwanie nowych błysków oznacza konieczność analizowania i przetwarzania olbrzymiej ilości danych, zatem konieczne jest zbudowanie urządzenia, które będzie działało automatycznie i powiadamiało swoich opiekunów tylko wtedy, gdy zaobserwuje coś ciekawego.

Pomysł prof. Paczyńskiego, aby to właśnie w Polsce zbudować takie urządzenie, nie wziął się znikąd. Polska ma znakomite, światowej klasy osiągnięcia w dziedzinie astronomii opierającej się na automatycznym przetwarzaniu danych. Najbardziej znanym projektem jest OGLE (Optical Gravitational Lensing Experiment), kierowany przez prof. Andrzeja Udalskiego z Obserwatorium Astronomicznego UW. Obserwuje się tu kilkadziesiąt milionów gwiazd w poszukiwaniu zjawisk mikrosoczewkowa-nia grawitacyjnego, związanego z obecnością poza-słonecznych planet krążących wokół gwiazd działających jako soczewki. Dzięki projektowi ASAS (Ali Sky Automatic Survey), który wykorzystuje urządze-

......"WIEDZA I ŻYCIE PAŹDZIERNIK 2008

48

nia zbudowane przez dr hab. Grzegorza Pojmańskie-go z Obserwatorium Astronomicznego UW, za pomocą małych automatycznych teleskopów odkryto kilkadziesiąt tysięcy gwiazd zmiennych. W naszym przypadku nowością była koncepcja szybkiej analizy kolejnych zdjęć nieba zaraz po ich otrzymaniu, w poszukiwaniu rozbłysków, które trwają bardzo krótko, oraz pokrycie ciągłymi obserwacjami całego nieba, co oznacza, że trzeba sobie radzić z ogromnym strumieniem danych.

Razem z Grzegorzem Wrochną z Instytutu Problemów Jądrowych i Aleksandrem Filipem Zarnec-kim z Instytutu Fizyki Doświadczalnej UW zajmowaliśmy się fizyką cząstek elementarnych. Obserwacja nieba była dla nas wyzwaniem, ale za to nie baliśmy się analizy dużych strumieni danych. Do budowy naszego teleskopu-robota postanowiliśmy wykorzystać doświadczenia zgromadzone w Warszawie przy budowie detektorów dla eksperymentów fizyki cząstek elementarnych, m.in. dla DESY i CERN-u. Znając doświadczenia Grzegorza Pojmań-skiego, który często narzekał na jakość aparatury kupowanej za granicą, i podobnie jak on nie mając wielkich środków na zakup sprzętu pierwszej klasy, postanowiliśmy ten sprzęt zbudować sami. Rozwiązanie to pozwalało także zgromadzić wiedzę, która mogła się stać podstawą nowej polskiej specjalności naukowej: projektowania i wykorzystywania małych detektorów-robotów do ciągłych obserwacji nieba. Za pośrednictwem Fundacji Astronomii Polskiej pożyczyliśmy 10 tys. dolarów od prof. Paczyńskiego i rozpoczęliśmy pracę. Wkrótce potem udało nam się uzyskać grant MNiSW w wysokości 50 tys. złotych. Postanowiliśmy zacząć od małego urządzenia, aby zebrać doświadczenia pozwalające zbudować duży detektor, pokrywający swoim zasięgiem praktycznie całe niebo. Pole widzenia można wyrażać w jednostkach kąta bryłowego, steradianach; niebo

Lokalne, czy pozagalaktyczne? Pierwszych poszlak, dotyczących pochodzenia błysków gamma dostarczyły mapy ich rozmieszczenia świadczące o braku jakiejkolwiek zależnośa

od odległości kątowej od płaszczyzny Drogi Mlecznej.

widoczne z dowolnego miejsca na kuli ziemskiej to nieco więcej niż Tl (3,14...) steradianów. Stąd wzięła się nazwa eksperymentu: Pi of the Sky.

Automaty przeszukują niebo

Kamera CCD działa podobnie jak cyfrowy aparat fotograficzny, ale kamera przeznaczona do badań naukowych musi spełniać znacznie ostrzejsze wymagania dotyczące m.in. stosunku sygnału do szumu - musi być po prostu bardzo czułym urządzeniem pomiarowym. Jak czułym? Wyobraźmy sobie maszynę w mennicy, która produkuje worki z pieniędzmi. W każdym worku jest około miliona złotych. Naszym zadaniem jest zbudowanie urządzenia, które sprawdza, ile jest pieniędzy w każdym worku i nie myli się przy tym o więcej niż 100 złotych, badając... milion worków na sekundę! W Instytucie Systemów Elektronicznych Politechniki Warszawskiej znaleźliśmy młodego magistranta, który okazał się geniuszem w zakresie budowy kamer CCD. Dzięki naszemu projektowi mógł pokazać w praktyce, co potrafi. Dziś Grzegorz Kasprowicz kończy doktorat z elektroniki w międzynarodowym laboratorium fizyki jądrowej CERN w Genewie, jest w dalszym ciągu głównym konstruktorem naszej elektroniki i planuje wrócić do Polski, gdzie ma zamiar założyć własną firmę zajmującą się konstrukcją nietypowej aparatury elektronicznej do celów naukowych.

Tymczasem udział „naukowej młodzieży” w eksperymencie Pi of the Sky stał się naszą specjalnością. Na stronie projektu (http://grb.fuw.edu.pl/pi) można znaleźć listę obecnych i byłych współpracowników - większość to magistranci i doktoranci pracujący pod kierunkiem kilku doświadczonych kolegów. Dzięki współpracy z nami zyskali wyjątkową możliwość sprawdzenia się w środowisku autentycznego eksperymentu, gdzie wszystkie ich osiągnięcia, ale i błędy, przekładają się bezpośrednio na wyniki całego zespołu.

Kamery CCD własnej konstrukcji to niejedyny problem, który trzeba było rozwiązać. Kamera powinna mieć migawkę. Ponieważ błyski gamma trwają dość krótko (najdłuższe nie więcej niż kilkaset sekund), postanowiliśmy fotografować niebo z 10--sekundowym czasem ekspozycji. Typowe komercyjne migawki wytrzymują około 100 tys. otwarć, łatwo więc oszacować, że zepsułyby się mniej więcej po miesiącu. Inżynierowie z Instytutu Fizyki Doświadczalnej UW skonstruowali więc specjalne migawki, które wytrzymują ponad milion cykli.

Prototyp detektora składał się z dwóch kamer CCD umieszczonych na specjalnym, obrotowym montażu. Dzięki poparciu prof. Paczyńskiego udało się go umieścić w obserwatorium Las Campanas na pustyni Atacama w Chile.

Ożywione kilkudziesięcioma tysiącami linii kodu, urządzenie pracuje samodzielnie, bez ingerencji człowieka. Samo układa sobie program obserwacji na daną noc, na podstawie informacji o orientacji satelitów otrzymywanych z sieci GCN. Dwa razy w ciągu nocy kamery systematycznie omiatają całe niebo w poszukiwaniu rozbłysków nowych gwiazd. W pozostałym czasie śledzą pole widzenia jednego z satelitów poszukujących rozbłysków w zakresie promieniowania gamma. Detektor jest wyposażony w mechanizmy sztucznej inteligencji - sam analizuje dane i potrafi wykryć rozbłysk optyczny, którego nie zaobserwowały satelity GCN. Potrafi też zareagować na typową awarię i naprawia się sam, bez ingerencji człowieka. Dopiero kiedy nie jest w stanie dać sobie rady, a także na początku i na końcu obserwacji, kontaktuje się SMS-em z opiekunem w Warszawie.

Fakt, że w danej chwili na niebie nie zarejestrowano żadnego błysku, nie oznacza, że nie dzieje się nic ciekawego. Obserwacje zebrane przez detektor Pi of the Sky w czasie, gdy „nic się nie dzieje”, pozwalają śledzić losy około 10 min gwiazd, dla których wykonano około 2 mld obserwacji. Do rutyny należy odkrywanie nowych gwiazd i obserwacja innych ciekawych obiektów astronomicznych wykonywana na prośbę astronomów z Polski i z całego świata. Ta wielka baza danych - jedna z największych >3

+90

+180

-180

PAŻOZI

iernik *008 WIEDZA I ŻYCIE"

49