Wiedza i Życie 12/2013
W numerze m.in.:
Fizyka
Zwierzęta i fizyka; Stanisław Łęgowski, Hanna Męczyńska
Ekologia
Czy grozi nam bezrybie; Kamil Nadolski
Technika
Biologiczny dowód osobisty; Marcin Moneta
Meteorologia
Miejskie wyspy ciepła; Joanna Cytan
Kinematografia
Śladami ruchomych obrazów; Kamil Minkner  

Czy w przyszłości znikną rzeźnie, a mięso krów i świń zastąpi to z laboratorium i drukarki 3D? I dlaczego odpowiedź brzmi „prawdopodobnie nie”?

Woda to magia –  prawdopodobnie właśnie w niej narodziło się życie. Jeśli nawet tak nie było, bez wody życie w rozwiniętych formach nie mogłoby trwać. Skąd się wzięła woda i gdzie można jej jeszcze szukać w kosmosie?

Niewykluczone, że już za dwa lata w Ameryce Środkowej rozpocznie się budowa wielkiego przekopu, który połączy Atlantyk z Pacyfikiem. Nowy kanał ma być większy od Kanału Panamskiego. Czy to się może udać?

Czy można wyobrazić sobie coś gorszego niż świat, w którym króluje ból i strach? Tak – świat, w którym nie ma bólu i strachu.

Aktualne numery
02/2017
01/2017
Kalendarium
Luty
22
W 1966 r. z kosmodromu w Bajkonurze wystrzelono biosatelitę z psami Wietierokiem i Ugolokiem
Warto przeczytać
Grafika komputerowa zazwyczaj kojarzy się z wyretuszowanymi zdjęciami modeli i modelek. W rzeczywistości daje nam o wiele większe możliwości.
Piksele, wektory i inne stwory to wprowadzenie do grafiki komputerowej dla dzieci i nie tylko.

WSPÓŁPRACUJEMY
Logowanie

Nazwa użytkownika

Hasło

Autor: Lech Mankiewicz | dodano: 2012-06-13
Ach, cóż to był za błysk!

Jak powstają czarne dziury? Polski detektor w Chile pierwszy zaobserwował narodziny jednej z nich.

Był ranek w środę 19 marca. Jadłem w pośpiechu śniadanie, poganiając zbierającą się do przedszkola córkę i jednocześnie myśląc o cotygodniowym wykładzie dla studentów. Kątem oka obserwowałem ekran komputera, na którym rytmicznie pojawiały się informacje z Chile od naszego detektora-robota Pi of the Sky o tym, co właśnie zamierza zrobić. Mniej więcej pół godziny wcześniej satelita Swift przesłał meldunek o wykryciu rozbłysku gamma. Miejsce wybuchu było widoczne z południowej półkuli, więc Pi of the Sky automatycznie skierował w tę stronę kamery.

Nagle zapiszczała komórka. Z początku nie zwróciłem na nią uwagi, za chwilę jednak ożyło okienko internetowego komunikatora. "Mamy ciekawą sytuację, wygląda na to, że przyszedł kolejny błysk" - pisała Kasia Małek, moja doktorantka w Centrum Fizyki Teoretycznej PAN. No cóż, i Kasia, i ja spieszyliśmy się na seminarium, poprosiliśmy więc Lecha Piotrowskiego z UW o uruchomienie automatycznej procedury do ściągania klatek ze zdjęciami wykonanymi w czasie obserwacji obu błysków i szybko pojechaliśmy do Centrum Fizyki Teoretycznej w alei Lotników. (...)

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 mikrosoczewkowania grawitacyjnego, związanego z obecnością pozasłonecznych planet krążących wokół gwiazd działających jako soczewki. Dzięki projektowi ASAS (All Sky Automatic Survey), który wykorzystuje urządzenia zbudowane przez dr hab. Grzegorza Pojmańskiego 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 Żarneckim 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 Pojmańskiego, 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 widoczne z dowolnego miejsca na kuli ziemskiej to nieco więcej niż Π (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. (...)

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. (...)

Eksplozja, jakiej nie było

A co zdarzyło się pamiętnego poranka 19 marca 2008 roku? Po seminarium poszedłem na wykład i dopiero SMS od Kasi uświadomił mi, że nasz zespół uczestniczył w jednym z najbardziej spektakularnych odkryć w historii astronomii.