Badania Naukowe

Planety były bezskutecznie poszukiwane przez długie lata. Dopiero gdy technologia doszła do poziomu, który pozwolił wykonywać pomiary spektroskopowe, rozsypał się worek z kandydatami na planety w naszym bliskim otoczeniu.

Rozmowa z prof. Andrzejem Udalskim, astronomem,
Laureatem Nagrody FNP 2002 w dziedzinie nauk ścisłych
 

 Na dachu siedziby Obserwatorium Astronomicznego Uniwersytetu Warszawskiego znajdują się dwie kopułki. Czy wciąż są używane do obserwacji nieba?
- Nie. Są już tylko znakiem rozpoznawczym naszej siedziby. Nawet nie można do nich wejść. Teraz w Warszawie nie ma żadnych szans na prowadzenie obserwacji, choćby dlatego, że nocą jest zbyt jasno. Obserwatorium zostało przeniesione pod Warszawę. Mamy tam 60-centymetrowy teleskop, który służy do obserwacji nieba oraz celów dydaktycznych.

- Na dawnych obrazach astronomowie patrzyli w gwiazdy przez lunety. Czy współcześnie astronomowie także dokonują odkryć patrząc w gwiazdy?
- Nie, broń Boże.

- Co zatem najczęściej ogląda współczesny badacz nieba?
- Monitor komputera. Nawet, gdyby wpatrywał się w niebo nie wiem jak długo, nie zdołałby zarejestrować zjawisk, które bada współczesna astronomia.

- Zatem w astronomii poważny problem to narzędzia badawcze, instrumentarium?
- Zjawiska astronomiczne obserwujemy przy pomocy teleskopów. Nie są to lunety, ale ogromnego lustra wklęsłe, które mają skupić jak najwięcej światła wyemitowanego przez odległe ciała niebieskie. Im większa średnica lustra, tym więcej światła teleskop może zebrać. To światło było do niedawna rejestrowane na kliszy fotograficznej. W latach osiemdziesiątych weszły do użytku detektory elektroniczne, które zamieniają sygnał świetlny na elektryczny. Są znacznie wydajniejsze od kliszy fotograficznej. Dzięki temu możemy obserwować zjawiska, które wcześniej pozostawały dla nas niedostępne.

- Mówiąc krótko, postęp technologiczny bardzo istotnie wpływa na rozwój badań nieba?
- Jak bardzo, może świadczyć taki fakt. Gdy w 1992 r. rozpoczynaliśmy realizację projektu OGLE (Optical Gravitational Lensing Experiment), byliśmy w stanie obserwować w jedną noc 2 mln gwiazd. To było wówczas bardzo dużo. Dziś, po dziesięciu latach realizacji tego programu, zbudowaniu własnego teleskopu i wyposażeniu go w nowoczesne oprzyrządowanie, możemy w jedną noc wykonać obserwację 200 mln gwiazd.

- Liczba robi wrażenie.
- To wciąż tylko maleńki fragment nieboskłonu.

- Jak mały?
- Jeden obrazek zrobiony naszą najnowszą kamerą, która jest jedna z największych na świecie, pokrywa obszar porównywalny z wielkością tarczy księżyca.

- Mimo, że to taka ogromna liczba, penetrujecie faktycznie bardzo niewielki kawałek nieba?
- To niewiele w stosunku do całego nieba. Z astronomicznego punktu widzenia - bardzo dużo. 

- Skąd pomysł, aby obserwować tak wiele gwiazd równocześnie?
- Było to związane z poszukiwaniem zjawisk mikrosoczewkowania grawitacyjnego, mogących świadczyć o istnieniu w kosmosie ciemnej, niewidocznej materii. Tak powstał projekt OGLE.

- Na czym polega mikrosoczewkowanie?
- Jeśli w pobliżu drogi światła od jakiejś odległej gwiazdy znajduje się dodatkowy obiekt o pewnej masie, to ugina on promieniowanie, powodując, że więcej światła dochodzi do obserwatora. Działa więc jak soczewka skupiająca. Na skutek ruchów obiektów w Galaktyce względne położenie tych ciał ulega ciągłej zmianie. Zmienia się więc w charakterystyczny sposób wzmocnienie światła odległej gwiazdy. Skala czasowa zjawiska pozwala wnioskować o masie obiektu soczewkującego, nawet gdy nie wysyła on światła (czyli jest ciemny). W ten sposób, przez rejestrację zjawisk mikrosoczewkowania, można wyciągać wnioski o hipotetycznej ciemnej materii otaczającej naszą Galaktykę.

- Znaleźliście tę ciemną materię?
- Znaleźliśmy sporo przykładów mikrosoczewkowania. Ale wyniki obserwacji wskazują, że tylko niewielka część ciemnej materii - około 10-30 procent - ma postać znanych nam obiektów, np. planet i brązowych karłów. Pozostała część ma jakąś inną, nieznaną postać.

- Jak wygląda obserwacja nieba w tym projekcie, co jest jej istotą?
- Ponieważ zjawisko mikrosoczewkowania występuje bardzo rzadko, prawdopodobieństwo jego znalezienia to jeden do miliona. Musieliśmy obserwować ogromną liczbę gwiazd, by wyłuskać obiekty o charakterystycznej zmienności blasku, odpowiadającej mikrosoczewkowaniu. Stąd wspomniane miliony.

- To jak szukanie igły w stogu siana...
- Gdy prof. Bogdan Paczyński zaproponował tę metodę w latach osiemdziesiątych, brzmiało to jak science fiction. Dziś obserwacje wielu milionów obiektów w ciągu jednej nocy stały się faktem.

- Ostatnie odkrycie to odnajdywanie planet na masową skalę. Kiedy to się zaczęło?
- Poszukiwaniem planet na serio zajęliśmy się w połowie 2001 r. Ale przy odrobinie szczęścia mogliśmy znaleźć planety już dużo wcześniej, choć innymi metodami. Pierwsze zjawisko mikrosoczewkowania przez układ podwójny gwiazd znaleźliśmy w 1993 r. Układy planetarne mogą powodować podobne efekty w mikrosoczewkowaniu, tyle że w takim przypadku zjawisko trwa bardzo krótko, np. kilkanaście godzin. Aby znaleźć mikrosoczewkę, trzeba obserwować bardzo dużo gwiazd. Żeby znaleźć planetę ta metodą, trzeba ją następnie obserwować bardzo często - ten sam obiekt kilkanaście razy w ciągu nocy.

- Czyli metoda mikrosoczewkowania nadaje się nie tylko do poszukiwania ciemnej materii, ale także do odkrywania planet?
- Jak najbardziej, ale jest to dość trudne. Jak dotąd, nikt nie miał szczęścia znaleźć planety tą metodą.

- To w jaki sposób odkrywano planety?
- Planety były bezskutecznie poszukiwane przez długie lata. Dopiero gdy technologia doszła do poziomu, który pozwolił wykonywać pomiary spektroskopowe, czyli mierzyć zmiany linii widmowej gwiazd z dokładnością do kilkudziesięciu metrów na sekundę, rozsypał się worek z kandydatami na planety w naszym bliskim otoczeniu.

- Co to jest najbliższe otoczenie? Nasza Galaktyka?
- Nie, tylko najbliższe otoczenie naszego Układu Słonecznego. Pomiary spektroskopowe pozwoliły znaleźć około sto obiektów krążących wokół gwiazd podobnych do naszego Słońca w odległości około 100-200 lat świetlnych od Ziemi. Metoda ta jest jednak bardzo mało efektywna.

- Czy Aleksander Wolszczan posłużył się tą metodą?
- On odkrył planetę przy pulsarze. To było niespodziewane. Ponieważ pulsary są bardzo precyzyjnymi źródłami pulsów promieniowania, można dokładnie zmierzyć ich odchyłki od regularności. Tak też zrobił Wolszczan. Zaobserwowane zjawisko dało się wytłumaczyć tym, że wokół pulsara muszą krążyć ciała o masach planetarnych.

- Na czym polegała metoda poszukiwania planet zastosowana przez Pana zespół?
- Wykorzystaliśmy podobieństwo układów planetarnych do układów gwiazd podwójnych. Gdyby jedna z tych gwiazd była planetą, spowodowałaby, przy sprzyjającym ustawieniu orbity w stosunku do linii widzenia, zasłonięcie części powierzchni gwiazdy, czyli maleńkie zaćmienie - spadek jasności wynosi typowo tylko 1 proc. Postanowiliśmy wykorzystać metodę zaćmień planetarnych, czyli inaczej tranzytów - od przesuwania się planety na tle gwiazdy.

- I dzięki zmianie metody znaleźliście kilkadziesiąt obiektów odpowiadających poszukiwanym parametrom?
- Zastosowanie tej metody było możliwe m.in. dzięki nowym rozwiązaniom technicznym, które umożliwiły nam rejestrowanie zmian natężenia światła mniejszych niż 1 proc. Przez 6 tygodni obserwowaliśmy co 15 minut 3 pola, w których była niewielka liczba, ok. 5 mln gwiazd. Dla każdej gwiazdy mieliśmy ok. 800 obserwacji. Komputer wyszukał w tej masie pewną liczbę kandydatów o charakterystycznym kształcie mikrozaćmienia. Okazało się, że w pierwszej kampanii obserwacyjnej znaleźliśmy 59 obiektów, wokół których krążą mała ciała powodujące zaćmienia. Trzeba było te obserwacje fotometryczne potwierdzić za pomocą metod spektroskopowych. Dotychczas potwierdzono, że jeden ze znalezionych obiektów jest planetą. Dzięki połączeniu metod fotometrycznej i spektrometrycznej można określić podstawowe parametry, czyli masę i wielkość planety.

- Czy ta planeta ma już nazwę?
- Tak, nazywa się OGLE-TR-56.

- Niezbyt romantycznie...
- Ale wskazuje na projekt, w ramach którego została odkryta, i metodę odkrycia. To pierwsza planeta odkryta dzięki zastosowaniu metody tranzytów. Ponadto "ogle" oznacza zalotne przyglądanie się płci przeciwnej, więc nazwa nie jest tak mało romantyczna, jak na pierwszy rzut oka wygląda. Nic dziwnego, że wiele anglojęzycznych artykułów dotyczących naszych planetarnych łowów zatytułowanych było "OGLEing the planets".

- Jak daleko od Ziemi jest ta planeta?
- Około 5 tys. lat świetlnych, w zupełnie innej niż Ziemia części Galaktyki. To znacząco rozszerza pole poszukiwań planet. I jeszcze jedna zdumiewająca sprawa: "nasza" planeta ma bardzo krótki okres planetarny, czyli czas obiegu własnej gwiazdy, wynoszący 29 godzin. Nie sądziliśmy, że planety mogą krążyć tak blisko gwiazdy. To wszystko otwiera nowe perspektywy badań planetarnych w rejonach Galaktyki, gdzie panują inne niż w naszej części warunki powstawania i ewolucji gwiazd. Wiedza o układach planetarnych będzie się teraz bardzo dynamicznie rozwijała.

- Jak daleko w przestrzeń kosmiczną możemy sięgnąć tą metodą?
- Zapewne największymi teleskopami jeszcze parę tysięcy lat świetlnych dalej niż obecnie. Problem w tym, że takie obiekty byłyby zbyt słabe, aby można je obecnie potwierdzić metodami spektroskopowymi.

- Wspomniał Pan wcześniej, że nie odnaleziono planety przy pomocy metody mikrosoczewkowania. Czy oznacza to koniec tej metody dla poszukiwaczy planet?
- Nie. Nasze najbliższe plany przewidują właśnie poszukiwanie planet tą metodą. Przy dużym szczęściu można liczyć na znalezienie planet znacznie bardziej oddalonych, np. w Obłokach Magellana, czyli około 150 tysięcy lat świetlnych od Ziemi. Można też liczyć na znalezienie planet znacznie mniejszych niż dotychczas, np. porównywalnych wielkością z Ziemią.

- Do Pana ostatnich odkryć należy też zmiana skali odległości we Wszechświecie. Skąd ta zmiana?
- Udało nam się zmierzyć dokładnie odległości do pewnych gwiazd zmiennych w Obłokach Magellana, które stanowią wzorzec odległości we Wszechświecie. Ponieważ okazały się one mniejsze niż dotychczas sądzono, to i pozostałe odległości, które są skalowane odległością do Wielkiego Obłoku Magellana, są mniejsze.

- Mówimy o coraz to innego typu odkryciach i metodach, a zarazem wciąż o projekcie OGLE, którego nazwa określa właśnie określoną metodę.
- Rzeczywiście, w ramach projektu OGLE mamy i mikrosoczewkowanie, i obserwacje gwiazd zmiennych, i tranzyty planetarne, i wyznaczanie skali odległości. Teraz nazywamy nasz projekt raczej wielkoskalowym przeglądem nieba. OGLE jednak pozostało, jako tradycyjna, dobrze znana nazwa firmowa. Nasze badania miały początkowo charakter niszowy, dotyczyły spraw i miejsc wcześniej nie badanych, dlatego odkrycia posypały się jak z rękawa, wszędzie, gdzie sięgnęliśmy.

- Aby prowadzić te precyzyjne badania, o których Pan wspomniał, zbudował Pan specjalną kamerę. Co to za urządzenie?
- Taka kamera to mozaika - osiem najwyższej klasy detektorów krzemowych, zamocowanych w płaszczyźnie ogniskowej teleskopu. Największe z produkowanych obecnie detektorów CCD mają wielkość 3 na 6 centymetrów, czyli 2 na 4 tysiące pikseli. Podobne detektory stosowane są na przykład w cyfrowych aparatach fotograficznych i kosztują zapewne kilkadziesiąt dolarów. Nasze kosztują 100 tys. dolarów za sztukę. Są niezwykle precyzyjne, właściwie pozbawione szumów. O ile detektory z lat osiemdziesiątych przetwarzały około 10-20 procent światła na sygnał elektryczny, to te, których używamy obecnie - 90 proc. Urządzenia, o których mówimy, są bardzo precyzyjne mechanicznie. Przy wadze teleskopu rzędu kilku ton, wymaga się mikronowej dokładności. Do tego stworzyliśmy specjalne oprogramowanie, które spośród milionów danych wyłapuje te, o które nam chodzi, na przykład specyficzne formy zaćmień. Jedno "zdjęcie" kawałka nieba, czyli obrazek z tych ośmiu detektorów, to 140 Megabajtów danych. W ciągu nocy zbieramy gigabajty danych, a w ciągu roku - terabajty. Ten materiał wymaga obróbki w trybie ciągłym, bo każda przerwa powoduje ogromne zaległości.

- Z Pana wypowiedzi wynika, że astronom to z jednej strony informatyk, z drugiej elektronik, matematyk...
- Niekoniecznie. Są astronomowie teoretycy, są tacy, którzy przyjeżdżają na gotowe urządzenia i na nich pracują, często nawet nie znając zasady działania. Są w końcu tacy, którzy analizują wyniki cudzych obserwacji...

- Za chwilę powie Pan, że są i tacy, którzy nie znają nieba...
- Tak, bardzo wielu. Może połowa astronomów nie zna nieba, które widzimy w bezchmurną noc. Jeżeli ktoś ma solidną wiedzę fizyczną i trochę wyobraźni, może pracować w tej dziedzinie bez znajomości małego kawałka Wszechświata, jaki widzimy własnymi oczami.

- Czy Pan do nich należy?
- Nie. Interesowałem się astronomią od dzieciństwa. Zapewne w młodości znałem niebo lepiej niż teraz.

- Gwiazdy tworzą romantyczny kontekst. Tymczasem z Pana wypowiedzi wynika, że ten zawód nie ma w sobie wiele romantyzmu. Wszędzie technika.
- Nie zgadzam się. Już sam fakt, że zagląda się w sfery odległe, niedostępne innym i zupełnie nieznane, jest bardzo romantyczny i ekscytujący.

- Astronom to zawód elitarny. Jest Was bardzo mało.
- W Polsce rzeczywiście jest niewielu astronomów. Natomiast w Ameryce jest ich dość dużo.

- Domyślam się, ze nieraz miał Pan propozycję pracy za granicą. Czy nie pociągał Pana wyjazd na stałe, dostęp do najlepszych urządzeń, aparatury, programów?
- Rzeczywiście, miałem takie propozycje. Jednak tutaj mam wyjątkowo dobre warunki do pracy, zapewne lepsze niż w Ameryce. Obserwacje i tak prowadzę tam, gdzie potrzebuję. Jak ktoś ma w tej dziedzinie wiedzę i pomysły, może pracować gdzie chce, nie zmieniając miejsca stałego zamieszkania.

Rozmawiał PIOTR KIERACIŃSKI

Komentarze