Polski instrument GLOWS (GLObal solar Wind Structure, z ang. globalna struktura wiatru słonecznego) został zaprojektowany i zbudowany w Centrum Badań Kosmicznych Polskiej Akademii Nauk (CBK PAN). Będzie częścią misji IMAP (Interstellar Mapping and Acceleration Probe) prowadzonej przez NASA. Start misji IMAP z Centrum Kosmicznego im. Kennedy’ego na Florydzie (USA) ma nastąpić – zgodnie z komunikatem NASA – „nie wcześniej niż 23 września”.

Astronomka dr hab. Izabela Kowalska-Leszczyńska z CBK wyjaśniła w rozmowie z PAP, że GLOWS jest urządzeniem, które ma rejestrować fotony (foton to cząstka elementarna, kwant światła) o bardzo wąskiej długości fali, czyli 121,5 nanometrów, która nosi nazwę Lyman-alfa. To pasmo dalekiego ultrafioletu nie dociera do powierzchni Ziemi, ponieważ jest pochłaniane przez atmosferę, dlatego obserwacje tej długości fali muszą być prowadzone z przestrzeni kosmicznej.

Naukowczyni opisała, że spoza heliosfery w okolice Słońca napływa materia międzygwiazdowa, głównie najpowszechniejszy we Wszechświecie pierwiastek – wodór. Heliosfera to obszar wokół Słońca, w którym ciśnienie wiatru słonecznego (plazmy wypływającej z naszej gwiazdy) przeważa nad ciśnieniem wiatrów galaktycznych, tworząc „bańkę” zjonizowanej materii i pola magnetycznego. Ten „bąbel” oddziela otoczenie Układu Słonecznego od przestrzeni międzygwiazdowej.

Jak tłumaczyła rozmówczyni PAP, kiedy w heliosferze wodór, najprostszy pierwiastek składający się z protonu i elektronu, zostaje oświetlony promieniowaniem ultrafioletowym ze Słońca, a w szczególności falą Lyman-alpha, atom wodoru „połyka” foton o tej długości fali. Zyskuje wtedy energię potrzebną do wzbudzenia: elektron przenosi się na wyższą powłokę energetyczną w swoim atomie. – Ale natura nie za bardzo lubi wysokie energie, takie właśnie wzbudzone stany, więc elektron szybko wraca na niższą powłokę, do swojego podstawowego stanu. Wtedy atom wypromieniowuje nadmiar energii w postaci fotonu Lyman-alpha – i te fotony właśnie chcemy obserwować – opowiadała astronomka.

Dodała, że ilość fotonów w heliosferze i jasność wywoływanej przez nie poświaty zależą m.in. od tego, ile w przestrzeni wokół Układu Słonecznego jest wodoru. A także od tego, jaka jest aktywność Słońca, czyli m.in. ile promieniowania ultrafioletowego emituje nasza gwiazda. – Obserwując, jak zmienia się jasność poświaty w różnych kierunkach, możemy coś powiedzieć o gazie międzygwiazdowym, który napływa do heliosfery, o tym jak świeci Słońce i jak wieje wiatr słoneczny – stwierdziła naukowczyni.

Opisała, że wiatr słoneczny wywiewa z heliosfery napływający z przestrzeni międzygwiezdnej wodór. Zatem im silniejszy wiatr, tym mniej świecących cząstek wodoru, które ma obserwować GLOWS.

– Interesuje nas również tzw. struktura szerokościowa wiatru słonecznego. Inaczej bowiem wiatr wieje nad równikiem Słońca, inaczej nad jego biegunami. Wiele jest obserwacji tego, co dzieje się przy równiku, ale wiatr słoneczny znad biegunów Słońca jest bardzo mało poznany. Mamy nadzieję to zmienić – zaznaczyła prof. Kowalska-Leszczyńska.

Uściśliła, że celem naukowców z CBK będzie wyznaczenie prędkości i gęstości wiatru słonecznego na różnych szerokościach heliograficznych, od równika ku biegunom, i obserwacja zmian struktury wiatru w cyklu słonecznym. – Co prawda nominalna misja IMAP ma potrwać dwa lata, ale z doświadczenia wiemy, że zazwyczaj, jeżeli wszystko dobrze idzie, misje bywają przedłużane. Bardzo na to liczymy, bo cykl słoneczny trwa 11 lat, więc dobrze byłoby prowadzić obserwacje przez cały ten czas – przyznała badaczka.

Orbiter IMAP będzie działał w tzw. punkcie Lagrange’a L1, w odległości ok 1,5 mln km od Ziemi i ok. i 150 mln km od Słońca. To miejsce, w którym równoważy się przyciąganie ziemskie i słoneczne, więc potrzeba stosunkowo niewiele energii, by utrzymać satelitę na orbicie. Statek ma tam dotrzeć w ciągu ok. 3-4 miesięcy od startu. Zespół spodziewa się otrzymać pierwsze dane naukowe prawdopodobnie w lutym 2026 r.

Informacje, które dostarczy GLOWS, będą wykorzystywane także jako dane uzupełniające dla innych instrumentów na IMAP. Oprócz polskiego aparatu na satelicie zostanie zamontowanych dziewięć innych urządzeń, służących do badania różnych zjawisk – od wysokoenergetycznych cząstek pochodzących ze Słońca, przez pola magnetyczne w przestrzeni międzyplanetarnej, aż po pozostałości po eksplodujących gwiazdach w przestrzeni międzygwiazdowej.

Prof. Kowalska-Leszczyńska zaznaczyła, że CBK od dawna współpracuje Europejską Agencją Kosmiczną w ramach międzynarodowych konsorcjów naukowych, jednak udział w misji IMAP to pierwsza współpraca tej instytucji z NASA. – GLOWS został całkowicie zaprojektowany i zbudowany w Polsce, z pomocą firm z polskiego sektora kosmicznego. W kategoriach globalnej branży kosmicznej to może drobny element, ale dla nas było to duże wyzwanie. A dla mnie osobiście to jest mega przeżycie – przyznała astronomka.

Jak podało wcześniej CBK w komunikacie, od strony naukowej misją IMAP zarządza profesor Uniwersytetu Princeton, David J. McComas. Kieruje on zespołem 25 instytucji partnerskich. Laboratorium Fizyki Stosowanej Johnsa Hopkinsa w Laurel w stanie Maryland zarządza rozwojem misji i buduje statek kosmiczny IMAP. Obsługa misji i centrum danych są zlokalizowane w Laboratory for Atmospheric and Solar Physics (LASP) Uniwersytetu Boulder w Kolorado. Poza wymienionymi instytucjami w misji biorą udział m.in. University of New Hampshire, Southwest Research Institute i Los Alamos National Laboratory z USA oraz Imperial College z Wielkiej Brytanii.

Realizacja eksperymentu GLOWS w ramach misji kosmicznej IMAP jest finansowana ze środków budżetu państwa na mocy porozumienia zawartego między resortem nauki a NASA.(PAP)

Nauka w Polsce

abu/ bar/ lm/