Chciałabym, żeby udało nam się odkryć coś, czego się w ogóle nie spodziewaliśmy, o czym nawet nie pomyśleliśmy. Liczę na to, że coś nas zaskoczy. Tylko w takich przypadkach otwiera się droga do stawiania nowych hipotez, a co za tym idzie prowadzenia nowych badań. Bez tego musielibyśmy zadowolić się tym, co już znamy. A dla mnie wartość pracy w nauce polega właśnie na tym, że cały czas mogę się uczyć czegoś nowego – mówi w wywiadzie dla FA dr hab. Izabela Kowalska-Leszczyńska, astrofizyczka z Centrum Badań Kosmicznych PAN, kolejna bohaterka naszego cyklu „Nauka przez duże K”.
Za niecałe dwa tygodnie rakieta Falcon 9 wyniesie na orbitę sondę heliosferyczną IMAP z pierwszym w historii misji NASA całkowicie polskim instrumentem GLOWS do obserwacji wiatru słonecznego. Pracował nad nim zespół z udziałem m.in. dr hab. Izabeli Kowalskiej-Leszczyńskiej z Zakładu Fizyki Układu Słonecznego i Astrofizyki Centrum Badań Kosmicznych PAN. Rozmawia z nią Aneta Zawadzka.
Lot na Florydę już zarezerwowany?
Wszystko jest obecnie dopięte na ostatni guzik, tym bardziej, że wybieram się na przylądek Canaveral razem z całą rodziną.
To pewnie będzie nie lada przeżycie?
Nie wyobrażam sobie, by mogło mnie tam zabraknąć. GLOWS, który w całości został zaplanowany, zaprojektowany i zbudowany w Centrum Badań Kosmicznych PAN, to ogromny powód do dumy. Dlatego chcę z bliska zobaczyć, jak ten efekt kilku lat wytężonej pracy mojej i całego zespołu odrywa się od Ziemi i leci w kosmos. To z pewnością będzie przełomowa chwila, bo chociaż Polska jest dość częstym partnerem, zwłaszcza w misjach Europejskiej Agencji Kosmicznej, to do tej pory zazwyczaj budowaliśmy jakiś zasilacz, komputer pokładowy albo część instrumentu. W tym przypadku stworzyliśmy wszystko sami, od A do Z.
Ile czasu zostało do finałowego odliczania?
Oficjalne komunikaty NASA podają, że start nastąpi nie wcześniej niż we wtorek 23 września, co oznacza, że pierwsza próba odbędzie się właśnie w tym dniu. Nasz instrument został już umieszczony na korpusie satelity, razem z dziewięcioma innymi.
GLOWS wygląda dość niepozornie. Trochę przypomina mały domek z kominem.
Nam z kolei od razu skojarzył się z czołgiem z dość sporą lufą. Tak naprawdę to jest fotometr, czyli maszynka do liczenia fotonów, a więc cząstek elementarnych będących najmniejszymi porcjami światła. W różnych procesach powstają różne fotony. Niektóre z nich powstają wewnątrz Słońca. Kiedy atomy wodoru są oświetlane przez Słońce dochodzi do ich wzbudzenia, czyli ich elektrony wskakują na nieco wyższą powłokę energetyczną. Nie trwa to długo, ponieważ elektrony bardzo szybko spadają z powrotem do stanu podstawowego. Natomiast powstały w tym czasie nadmiar energii jest „wypluwany” w postaci fotonów. I właśnie te „wyplute” fotony będziemy chcieli obserwować.
GLOWS je wszystkie będzie połykał?
Problem polega na tym, że nie chcemy liczyć wszystkich fotonów. Zależy nam tylko na wybranych, o konkretnej długości fali. Aby zminimalizować ryzyko, że do naszego instrumentu wpadną niechciane fotony, na zwieńczeniu lufy zainstalowaliśmy osłonę, podobną do tej, jaką widzimy w aparatach fotograficznych. Na końcu tej osłony umieszczonych zostało sześć złożonych razem krążków, które kształtem przypominają sitka w maszynce do mięsa. Taka konstrukcja ma pozwolić, by do naszego instrumentu wpadały tylko te fotony, które lecą wzdłuż dziurek w tych sitkach.
Co się stanie, kiedy GLOWS połknie coś innego niż foton?
To też będzie ciekawie. Już w tej chwili jesteśmy na przykład pewni, że w naszym instrumencie będziemy widzieć gwiazdy. Ale to nie będzie stanowić żadnego kłopotu. Z racji tego, że wiemy, w jakim konkretnie punkcie na niebie one się znajdują, będziemy mogli je po prostu wyciąć z danych głównych. Poza tym gwiazdy mogą okazać się całkiem przydatne. Będziemy mogli je używać do kalibracji naszego urządzenia. Jeśli bowiem co pół roku zdarzy nam się oglądać tę samą gwiazdę i w pewnym momencie zauważymy, że jej jasność w instrumencie zacznie spadać, to będzie to sygnał, iż urządzenie zaczyna się starzeć i tracić na czułości. A skoro tak, będziemy mogli wprowadzać poprawki.
Czyli najlepiej, kiedy do instrumentu będą wpadać fotony o odpowiedniej długości fali. Gwiazdy też nie będą przeszkadzać. Co natomiast znaleźć się nie powinno?
Najbardziej nie chcielibyśmy, żeby zaświeciło nam do niego Słońce. Gdyby stało się tak, że przez przypadek satelita obróci się niespodziewanie w niewłaściwą stronę, co spowoduje, że do naszej lufy wpadnie światło słoneczne, to dla nas będzie koniec eksperymentu. Słońce po prostu przepali detektor.
Niczym w aparatach fotograficznych na kliszę. Jeśli ona została prześwietlona, to zdjęcia były nie do uratowania.
Trzeba pamiętać, że detektor ma ograniczoną żywotność. To znaczy, że im więcej promieniowania do niego wpadnie, tym słabiej będzie działać, aż w końcu w ogóle odmówi posłuszeństwa. Tym bardziej, że został zoptymalizowany na przyjęcie dość małych dawek promieniowania. A kiedy zaświeci w niego żarówa o takiej mocy, jak Słońce, to on po prostu może tego nie wytrzymać.
I lata pracy pójdą na marne?
Optymistyczne jest to, że ten katastrofalny scenariusz ma niewielkie szanse się sprawdzić. Zrobiliśmy bowiem wszystko, żeby uniknąć takiego rozwoju okoliczności. Jesteśmy osłonięci od Słońca ze wszystkich stron. Główną barierę osłaniającą GLOWS stanowi lufa. Na samej satelicie nasz instrument został umieszczony pod daszkiem, więc nie wiem, co musiałoby się stać, żeby nam zaświeciło.
Będziemy patrzeć na poświatę, która świeci w linii Lyman-alpha. Można to porównać do rozproszonego po całym niebie światła o jednym konkretnym kolorze. Tyle, że ten „kolor” znajduje się poza zakresem naszego oka, bo jest w dalekim ultrafiolecie. Dzięki tej poświacie chcemy dowiedzieć się więcej o tym, jak wieje wiatr słoneczny, a właśnie badanie struktury wiatru słonecznego to podstawowe założenie naszego eksperymentu. Jasność tej poświaty w różnych kierunkach zależy od wielu czynników, między innymi właśnie od tego, jak wieje wiatr słoneczny. Jeśli zaobserwujemy, że jest ona bledsza, oznaczać to będzie, że wiatr w tym momencie jest silniejszy.
Czego jeszcze nie wiemy o strukturze wiatru słonecznego?
Z obserwacji sondy Ulysses sprzed dobrych kilku lat wynika, że kombinacja prędkości i gęstości wiatru słonecznego jest niezmienna na różnych szerokościach heliograficznych. Zjawisko takie nazywane jest niezmiennikiem i to ono właściwie cały czas funkcjonuje jako jedyne wytłumaczenie zachodzących prawidłowości. My natomiast stawiamy pytanie, czy faktycznie jest to jedyna odpowiedź i czy ten niezmiennik rzeczywiście działa. Nikt do tej pory nie zbadał tego dokładnie. Może dlatego, że badacze dysponowali wyłącznie danymi opartymi na wyrywkowej obserwacji. Nam zależy na tym, by mieć pomiar w większym stopniu ciągły. Po to, by obserwować, jak zmiany zachodzą w czasie.
Zatrzymajmy się na chwilę na szerokościach heliograficznych.
To nic innego, jak przeniesienie ziemskiej siatki geograficznej na Słońce. Natomiast samą heliosferę, czyli nasz obszar badawczy znajdujący się wokół Słońca, możemy porównać do bąbla bezpieczeństwa napompowanego wiatrem słonecznym, który jest zawieszony w materii międzygwiazdowej. Ten bąbel chroni nas tu, na Ziemi, przed bombardowaniem wysokoenergetycznymi cząsteczkami, które byłyby dla nas szkodliwe.
Skoro koncentrujemy się na wietrze słonecznym, to czym on jest w istocie?
To są naładowane cząsteczki, czyli protony, elektrony, czasami jądra helowe, które wydobywają się ze Słońca właściwie cały czas. W pewnych momentach ich siła jest tak duża, że następuje wybuch, któremu towarzyszy uwolnienie dużej ilości wiatru słonecznego. Ta moc jest tak wielka, że wiatr potrafi dotrzeć do Ziemi.
Jego efektem są na przykład zorze polarne?
To jest ta piękniejsza część. Ale jest i ciemna strona. Potężne wybuchy potrafią bowiem wyrządzić konkretne szkody, na przykład uszkodzić satelity albo zakłócić działanie sieci energetycznych. Były już takie sytuacje, że spowodowały wyłączenia prądu na dużym obszarze.
Często się zdarzają?
To jednak jest dość niezwykłe, bo normalnie nasza magnetosfera bardzo dobrze chroni nas przed wiatrem słonecznym. Skoro jednak już wiemy, że owa bariera bezpieczeństwa może w pewnym momencie zostać przełamana, powinniśmy skupić się na monitorowaniu tego rodzaju zjawisk.
Jeśli w tym monitorowaniu mają pomóc wasze badania, to znaczyłoby, że będą miały także czysto praktyczny charakter.
Chciałabym, żeby pomogły. Wydaje mi się bowiem, że obecnie dysponujemy możliwościami, żeby przewidywać duże wybuchy właśnie patrząc na poświatę. A to nam daje szansę, aby odpowiednio szybko zareagować. Jeśli wybuch nastąpił po drugiej stronie Słońca, której nie widzimy teraz z Ziemi, to będzie się on odbijał w poświacie. Kiedy więc zaobserwujemy, że w jakimś miejscu poświata staje się jaśniejsza, będziemy mieli pewność, że miał miejsce wybuch. Ale z racji tego, że dotrze na Ziemię dopiero, kiedy Słońce obróci się w naszą stronę, mamy jakieś dwa tygodnie czasowego zapasu, w trakcie których możemy przygotować się na ewentualność wystąpienia zakłóceń.
Zapytałam o praktyczny charakter, bo dla niektórych badania naukowe są o tyle potrzebna, o ile ich wyniki da się przełożyć na konkrety.
Zajmuję się badaniami podstawowymi, które z definicji są „bezużyteczne”. Napędem do działania w tym przypadku jest po prostu ciekawość i chęć, powiedziałabym, ogólnego rozwoju ludzkości. Kiedy zaczynamy badania, tak naprawdę nigdy nie wiemy, co z nich wyjdzie. Proszę jednak zobaczyć, jak wiele przydatnych dziś rzeczy powstało niejako przy okazji, kiedy naukowcy rozwiązywali inne problemy albo przygotowywali misję kosmiczną. Skafandry dla strażaków są teraz robione z materiałów, które pierwotnie były wynalezione dla kosmonautów. Takich przykładów jest zresztą mnóstwo, z czego nawet nie zdajemy sobie sprawy. Dlatego głęboko wierzę, że każda nauka kiedyś się przyda. Jeżeli nie w postaci jakiegoś gadżetu, to na pewno pozwoli rozwinąć ludzką myśl, co z kolei sprawi, że będziemy bardziej świadomi i będzie nam się żyło lepiej i wygodniej. Nakłady na naukę to naprawdę nie są zmarnowane pieniądze. To jest potencjał, który ma siłę zmieniać świat.
Skoro już mówimy o pieniądzach, których w polskiej nauce jest ciągle za mało, to co pani odpowie tym, którzy uważają, że tym bardziej powinno się inwestować w projekty, które docelowo mogą zostaną wdrożone?
Wydaje mi się, że tak nie da się działać. Trzeba rozwijać się całościowo. Inwestować w edukację najpierw małych dzieci, potem młodych ludzi. To z nich powstaną genialne umysły, które będą potem generowały wynalazki. Ale nie da się przecież od razu przewidzieć, kto z nich zostanie wybitną jednostką. Dlatego trzeba zrobić szeroki program edukacyjny, aby spośród rzeszy chętnych wyłowić tych najzdolniejszych.
Czy rzeczywiście, jak twierdzi Marta Ewa Wachowicz, prezes Polskiej Agencji Kosmicznej, budowane w Polsce instrumenty pozwalają tworzyć prestiżową niszę, dzięki której możemy coraz mocniej zaznaczać swoją obecność w branży kosmicznej?
Wiem, że jest taki pomysł na polski wkład w branżę kosmiczną, abyśmy zajęli się właśnie małymi instrumentami. Skoro nie dysponujemy tak dużym potencjałem, jak chociażby Amerykanie, to zostawmy ogromne misje NASA, a sami poszukajmy własnej niszy, w której będziemy się specjalizować. Uważam, że to jest dobra droga, bo z takich pozornie małych i stosunkowo nisko kosztowych rzeczy także można robić naukę.
Ale przyzna pani, że łatwiej jednak przebić się do powszechnej świadomości z taką misją, jak ta Sławosza Uznańskiego-Wiśniewskiego, niż z polskim instrumentem?
Głęboko wierzę, że misja Sławosza była świetnym wydarzeniem. Mam nadzieję, że dzięki niej więcej ludzi, zwłaszcza młodych, zacznie na poważnie interesować się kosmosem. A to z kolei sprawi, że zwiększy się zainteresowaniem studiami na kierunkach ścisłych.
Nie czuje się pani jednak trochę w cieniu?
Absolutnie nie. Uważam, że ważne jest, byśmy jak najczęściej mówili o kosmosie i podtrzymywali zainteresowanie tym obszarem.
To zainteresowanie można podtrzymywać, bo misja, na którą poleci GLOWS, potrwa zdecydowanie dłużej niż ta, w której brał udział nasz astronauta.
Nominalny czas wynosi dwa lata, ale z pewnością będziemy się starać o jej przedłużenie. Prawdopodobieństwo, że tak się wydarzy jest duże, bo po prostu tak wygląda zwyczajowa praktyka.
W takich długofalowych projektach niezbędna jest z pewnością cierpliwość?
Pierwsze rozmowy o satelicie IMAP i instrumencie GLOWS na jego pokładzie rozpoczęły się w 2016 roku. Tuż przed tym, kiedy przyszłam do Centrum Badań Kosmicznych PAN. Z kolei pierwszy artykuł, który podsumowywał wszystkie instrumenty IMAPA ukazał się dwa lata później. Czyli od pomysłu do realizacji minęła blisko dekada.
To długo?
Powiedziałabym, że jest to standardowy okres. Realizacja średniej wielkości misji zajmuje około dekady. Wynika to z faktu, że trzeba dopełnić wielu procedur, wypełnić mnóstwo papierów, zrobić mnóstwo przeglądów. Ale z drugiej strony trzeba mieć świadomość, że w grę wchodzą naprawdę duże pieniądze i to głównie pochodzące z budżetu państwa, więc każdy wydatek musi być dokładnie udokumentowany i skontrolowany.
Może w przypadku przygotowania misji kosmicznych dekada to niezbyt wiele, ale z pewnością wystarczająco, by pojawiły się momenty kryzysowe albo chwile zwątpienia?
Trudnym momentem był właściwie sam początek. GLOWS pierwotnie był bowiem projektowany jako instrument z dwoma lufami, z których jedna miała patrzeć na wodór, a druga na hel. Całość mieliśmy robić we współpracy z Niemcami. Kiedy jednak okazało się, że nasi niedoszli partnerzy nie dostali finansowania, kierownik projektu GLOWS Maciej Bzowski musiał podjąć decyzję, co dalej. Po namyśle uznał, że po prostu nie damy rady zbudować dwóch instrumentów. Poza dodatkową lufą w grę wchodził drugi detektor i obsługująca go elektronika. Dlatego zdecydował się skrócić eksperyment o połowę.
I która połowa została?
Zdecydowaliśmy się patrzeć na wodór. A to dlatego, że wodór jest jaśniejszy niż hel. Jest łatwiejszy do obserwacji i do interpretacji. Można powiedzieć, że wybraliśmy opcję obarczoną mniejszym ryzykiem.
Czyli parafrazując klasyka, jedna lufa dobrze, dwie lufy źle?
Po czasie okazało się, że to była dobra decyzja, bo mimo okrojonego eksperymentu i tak było ciężko. Duży problem stanowiła na przykład rotacja personelu, zwłaszcza kadry inżynierskiej. W CBK pracuje bowiem sporo młodych inżynierów, którzy dopiero się uczą. Często jest tak, że po paru latach, kiedy już nabędą różne umiejętności, po prostu zmieniają pracę. Przez nasz projekt przewinęło się co najmniej kilku inżynierów. Problem pojawiał się wówczas, gdy odchodzili w kluczowych momentach. Musieliśmy pilnie wdrażać nowe osoby, co oczywiście nie zawsze jest takie proste. Ale ostatecznie udało nam się zrobić wszystko na czas. Muszę się pochwalić, że instrument dostarczyliśmy jako jedni z pierwszych.
Jak w każdej pracy zespołowej, role są podzielone. Jaka pani przypadła w udziale?
Jestem członkiem zespołu naukowego. Oznacza to, że zajmuję się pisaniem algorytmów i software’u do analizy danych. Moim zadaniem będzie także kalibracja urządzenia już na orbicie, czyli analiza danych z gwiazd, porównywanie ich z katalogowymi jasnościami i tłumaczenie tego na krzywe czułości naszego instrumentu.
Skoro o czułości mowa, to udało się pani dotknąć GLOWSA?
Niestety nie. Raz się zdarzyło, że koledzy, którzy pracowali przy jego ręcznym składaniu, pozwolili mi popatrzeć na niego przez szybkę clean roomu. Ta wyjątkowa czułość GLOWS przysporzyła sporo stresu przy pakowaniu. Musieliśmy kupić specjalne walizki z wytłoczkami, żeby włożyć poszczególne elementy instrumentu. Poza tym, GLOWS był tak ważny, że został pełnoprawnym pasażerem i miał wykupione swoje miejsce w samolocie.
Zapiął pasy?
Pewnie tak (śmiech). Mówiąc poważnie, nie mogliśmy go nadać jako bagaż, ponieważ baliśmy się, że może ulec uszkodzeniu podczas transportu. Dlatego leżał w samolocie na fotelu obok naszego głównego inżyniera. A kiedy już dotarł bezpiecznie do Stanów Zjednoczonych został umieszczony w ogromnym hangarze, gdzie wszystkie złożone instrumenty zostały doczepione do korpusu satelity. Trwało to wiele godzin i trzeba powiedzieć, że był to naprawdę bardzo wymagający proces, w którym brali udział także nasi inżynierowie. Na miejscu była zainstalowana kamerka i można było na żywo obserwować, jak ten cały proces wygląda.
Czy wybór 23 września na start to przypadek, czy celowe działanie?
W przypadku tego typu misji istnieją tzw. zdefiniowane okienka czasowe. Ma to związek z tym, w którym miejscu znajduje się Ziemia względem Słońca. Skoro bowiem chcemy dotrzeć do tego punktu leżącego między Ziemią a Słońcem, to dobrze jest wybrać moment, kiedy droga dotarcia do niego będzie najkrótsza. W ten sposób minimalizujemy na przykład zużycie paliwa.
Wliczacie ryzyko opóźnienia?
Tak, ale w tym przypadku, inaczej niż w misjach z udziałem ludzi, gdzie środki bezpieczeństwa muszą być bardzo rygorystyczne, raczej mówimy o godzinach niż dniach. Ale oczywiście jestem przygotowana na oczekiwanie. Dodatkowe noclegi w hotelu już zabukowałam.
Chciałaby pani, żeby potwierdziły się założone przed misją hipotezy?
Wręcz przeciwnie. Chciałabym, żeby udało nam się odkryć coś, czego się w ogóle nie spodziewaliśmy, o czym nawet nie pomyśleliśmy. Liczę na to, że coś nas zaskoczy. Oczywiście mam na myśli zaskoczenie pozytywnego rodzaju, a nie takie, że instrument przestanie działać. Tylko w takich przypadkach otwiera się droga na stawianie nowych hipotez, a co za tym idzie prowadzenie nowych badań. Bo przecież powodowani ciekawością wynikającą z odkrycia czegoś nowego, rzucamy się w wir rozwiązywania pojawiającej się zagadki. Na tym właśnie, moim zdaniem, polega nauka.
A co zrobić z wątpliwościami?
One są niezbędne. Bez nich musielibyśmy zadowolić się tym, co już znamy. A dla mnie wartość pracy w nauce polega właśnie na tym, że cały czas mogę się uczyć czegoś nowego. Kiedy byłam na studiach, próbowałam swoich sił w księgowości, dorabiając w biurze rachunkowym. Muszę powiedzieć, że przez pierwszy miesiąc takie zajęcie bardzo mi się podobało, wszystko było nowe. Kiedy jednak następnego miesiąca trzeba było te same firmy w taki sam sposób księgować, to zupełnie straciłam zainteresowanie.
Profesor Bożena Czerny w rozmowie ze mną powiedziała, że nauka to jest taki obszar, w którym człowiek nieustająco robi coś, na czym się nie zna. Ale to właśnie odróżnia pracę naukową od pracy w fabryce, w której wystarczy przejść szkolenie i już można działać w sferze, w której będzie się miało pewność, że zdołaliśmy ją poznać. Jednym słowem w nauce nigdy nie poznaje się niczego do końca.
I to jest właśnie w niej najciekawsze. To, że ciągle może zdarzyć się coś niespodziewanego.
A nie to, że możemy nie uzyskać odpowiedzi na pytanie, które postawiliśmy, tylko na zupełnie inne?
To także. W końcu, gdybym wiedziała, jak zakończy się eksperyment, to w ogóle nie trzeba byłoby go robić. Od razu można byłoby siąść i napisać artykuł podsumowujący wnioski z badania. W nauce jednak chodzi o zupełnie coś innego.
Rozmawiała Aneta Zawadzka