Focus: Mamy nowego, wielkiego kosmicznego gracza. Chińska Republika Ludowa ma cztery własne kosmodromy, buduje stację orbitalną i z sukcesem posadziła łazika na Marsie. A ja mam wrażenie, że Pani to przewidziała.

prof. Hanna Rothkaehl: Moje zawodowe kontakty z Chinami datują się na początki ubiegłej dekady, więc można powiedzieć, że miałam okazję poznać chiński program kosmiczny od jego narodzin. Postępy są niebywałe, a w sam program pompowane są olbrzymie pieniądze. Zresztą całość została stworzona z rozmysłem, począwszy od wysyłania uzdolnionych chińskich studentów na najlepsze uczelnie świata, z wymogiem, by wrócili do kraju, po zadzierzgnięcie strategicznego partnerstwa z agencjami i firmami prywatnymi o ugruntowanej pozycji na rynku.

W 2016 roku byłam w Chinach wraz z delegacją rządową z ówczesnym wicepremierem. Zetknęliśmy się z wysoko rozwiniętą technologią, innowacyjnymi projektami i nauką na naprawdę najwyższym światowym poziomie, ale też z niebywałym rozmachem. Na przykład z projektem, by stworzyć chińską wersję Voyagera, a bardziej precyzyjnie rzecz ujmując – sondy, która przekroczy granice heliopauzy, czyli miejsca, w którym kończy się oddziaływanie wiatru słonecznego, a rozpoczyna oddziaływanie wiatru pochodzącego z innych gwiazd. Ale Chińczycy to trudni partnerzy, o odmiennych standardach od europejskich czy amerykańskich.

Polacy brali udział w chińskiej misji księżycowej i budowaniu globalnego teleskopu

Ten wyjazd zaowocował również udziałem Polski w chińskiej misji księżycowej Change’4, którą znamy głównie ze względu na posadzenie łazika po niewidocznej stronie Księżyca i badania tego terenu. Jaki był w niej udział Polski?

To była bardzo rozbudowana misja, której częścią miały być również dwa orbitery: Longjiang-1 oraz Longjiang-2. To na nich zainstalowana była aparatura do radiowych obserwacji najbliższego otoczenia Ziemi i odległych obszarów Wszechświata wykonana w Centrum Badań Kosmicznych PAN. Interferometry z obu orbiterów miały działać wspólnie, umożliwiając uzyskanie bogatych danych. Jednak wkrótce po starcie utracono kontakt z satelitą Longjiang-1. Longjiang-2 kontynuował lot i zebrał dla nas cenne dane, jednak nie udało się uzyskać synergii między instrumentami. Szkoda, bo możliwości interferometrii są olbrzymie, a rozwój tej technologii będzie wyzwaniem i otwarciem nowych możliwości obserwacyjnych w najbliższych latach.

Jednak jeszcze nie wszystko stracone. Europejska Agencja Kosmiczna w ramach powrotu na Księżyc planuje misję EL3, czyli European Large Logistic Lander, zapewniającą eksplorację naszego naturalnego satelity, ale również na przeprowadzenie badań naukowych środowiska księżycowego. Jeśli częścią EL3 będzie zestaw interferometrów radiowych, a są takie plany, to umieszczenie instrumentów w obszarze ciszy radiowej pozwoli zobaczyć, co się dzieje na Słońcu i w innych miejscach Układu Słonecznego. Natomiast flagowym celem jest zbadanie obrazu Wszechświata sprzed epoki narodzin gwiazd, z okresu tzw. wieków ciemnych. Tak naprawdę pomysł zainstalowania anten do interferometrii na Księżycu jest rozwinięciem współtworzonego przez nas projektu LOFAR, a pierwszym, który zaproponował takie rozwiązanie już w latach 60. ubiegłego wieku, był polski radioastronom z Torunia prof. Stanisław Gorgolewski.

LOFAR to składający się z około 25 tys. anten radioteleskop wykorzystujący zjawisko interferencji fal radiowych, dzięki któremu bada odległe zakątki Wszechświata. Ale zdaje się, że to projekt holenderski. Skąd w nim Pani udział?

No właśnie ze względu na to „know how”. Gdy LOFAR startował w pierwszych latach naszego wieku, Holendrzy poszukiwali osób i instytucji mających doświadczenie w badaniach radiowych. A ja i mój zespół opracowywaliśmy tego typu metody diagnostyki wraz ze stworzeniem programów badawczych i umieszczeniem skonstruowanych instrumentów na pokładach sztucznych satelitów okołoziemskich, jeszcze w czasach współpracy ze Związkiem Radzieckim w ramach programu Interkosmos.

Mieliśmy konkretne i cenne doświadczenie. A chociaż LOFAR to struktura naziemna, a my specjalizowaliśmy się w tego typu badaniach prowadzonych w przestrzeni kosmicznej, to jednak zasada jest podobna. W tej chwili LOFAR składa się z ok. 50 pól antenowych, z czego trzy zostały umiejscowione w Polsce. Jedna w Bałdach w województwie warmińsko-mazurskim, druga w Łazach w Małopolsce, a trzecia w wielkopolskim Borówcu, w którym znajduje się Obserwatorium Astrogeodynamiczne CBK PAN. Stacje połączone są ze sobą światłowodami, a do pomocy w analizowaniu zebranych przez LOFAR danych zaprzęgnięto superkomputer. I chociaż potencjał LOFAR jest ogromny, to gdyby tak wyekspediować go poza Ziemię, na przykład na niewidoczną stronę Księżyca, to umożliwiłoby nam poznanie samych początków Wszechświata, czasów tuż po Wielkim Wybuchu.

Dzięki polskim przyrządom lepiej poznamy układ Jowisza

W przyszłym roku czeka Panią start innej wielkiej misji, bo w kierunku układu Jowisza uda się sonda JUICE Europejskiej Agencji Kosmicznej.

Wiemy już, że start misji opóźni się o kilka miesięcy i odbędzie się na przełomie sierpnia i września przyszłego roku, a nie jak planowano w maju 2022. Nieco nam to utrudnia sprawę, bo trajektoria lotu JUICE miała wykorzystywać tzw. asystę grawitacyjną, która wymaga odpowiedniego ustawienia planet. W założeniu sonda miała najpierw polecieć w kierunku Wenus, później okrążyć Ziemię, udać się w kierunku Marsa, gdzie uzyskałaby odpowiednie przyspieszenie, po czym poleciałaby w stronę Jowisza. Opóźnienie startu wymusi zmianę tych planów, a sam lot wydłuży się o rok i dziewięć miesięcy i potrwa ok. 9 lat. Dlatego konieczne jest zmodyfikowanie programów obserwacyjnych misji. Pozostaje też mieć nadzieję, że nie dojdzie do kolejnych zmian, bo w tej chwili sondę ma wynieść rakieta Ariane 5. Jeśli start zostanie ponownie przesunięty, to dostępna będzie już nowa rakieta Ariane 6, co wymusi na nas ponowne testy instrumentów badawczych, a co za tym idzie, kolejne wydatki. A tylko współtworzony przez nas przyrząd kosztował kilkadziesiąt milionów euro.

Mówi Pani o eksperymencie radiowym RPWI?

Tak, o The Radio & Plasma Waves Investigation, czyli zestawie sensorów umożliwiających badanie oddziaływania silnego pola elektromagnetycznego Jowisza na największe księżyce tego gazowego olbrzyma. W skład konsorcjum RPWI wchodzą też badacze i inżynierowie ze Szwecji, Francji, Czech, Wielkiej Brytanii, Japonii i Austrii. Funkcję „principal investigator”, czyli głównego badacza instrumentu pełni Jan Erik Wahlund ze Szwedzkiego Instytutu Fizyki Kosmicznej w Uppsali, a ja pełnię funkcję co-principal investigator tego instrumentu, co jest trudne do jednoznacznego przetłumaczenia, ale oznacza drugiego głównego badacza lub współbadacza. Chcemy badać w szerokim zakresie właściwości pola elektrycznego i magnetycznego, jak również prędkość, masę i rozkład elektronów i jonów plazmy wokół Jowisza i jego lodowych księżyców.

Jowisz ma ogromne pole magnetyczne, a jego cztery księżyce – Io, Europa, Ganimedes i Kallisto – funkcjonują w grawitacyjnym i elektromagnetycznym rezonansie, wzajemnie na siebie oddziałując. Co ciekawe, środowisko to charakteryzuje się dużą ilością pyłu zarówno obojętnego, jak i mającego ładunek elektryczny, co ma wpływ na stan plazmy w tym układzie. Jowisz i jego księżyce to wyjątkowo ciekawe miejsce, tworzą jakby miniukład słoneczny, którego centrum jest gazowy olbrzym. No i ten ziemiopodobny Ganimedes, który może stać się kolejnym po Marsie miejscem, skąd będziemy w przyszłości prowadzić eksplorację dalekich obszarów Układu Słonecznego lub poza jego granicami.

Ale mówimy o miejscu dla ziemskich osadników? Nie słyszałam o takich planach.

Promieniowanie na Ganimedesie przekracza 100 kiloradów. To nie miejsce dla człowieka, ale roboty możemy tam śmiało wysyłać, bo naprawdę jest co badać. Przede wszystkim ten księżyc ma płynne jądro i własną magnetosferę. W dodatku jest to magnetosfera zanurzona w innej magnetosferze, tej Jowisza. Wyjątkowo ciekawa sprawa. Po drugie wszystko wskazuje na to, że pod powierzchnią Ganimedesa znajduje się ocean, a pomiary z naszego instrumentu pozwolą określić jego charakterystykę. To z pewnością będzie przełomowa misja odkrywająca kolejne tajemnice Układu Słonecznego.

Uczeni zbadają dziewiczą kometę m.in. dzięki przyrządowi budowanemu w Polsce

Bardziej niż łapanie komety, w co również jest Pani zaangażowana?

To kompletnie różne misje, ale faktycznie śmiałość projektu Comet Interceptor budzi uznanie. Pomysł jest taki, by w punkcie stabilności grawitacyjnej L2 umieścić statek, który będzie czekał na to, aż pojawi się tzw. kometa dziewicza. Czyli taka, której struktura i właściwości nie zostały zmienione przez oddziaływania w trakcie jej podróży przez Układ Słoneczny. Gdy taka kometa zostanie wykryta, sonda uda się w jej kierunku, a gdy znajdzie się w jej pobliżu, wypuści dwie mniejsze sondy, których zadaniem będzie zdiagnozowanie parametrów komety i jej plazmowego otoczenia z różnych punktów przestrzeni.

Comet Interceptor to także bardzo międzynarodowa misja. Za budowę dużego satelity i jednego z mniejszych odpowiada ESA, za drugi – japońska agencja JAXA. Trafiłam do projektu właśnie ze względu na udział w misji JUICE, który dał mi i CBK PAN silną pozycję w międzynarodowymi środowisku badaczy. CBK PAN powierzono rolę instytutu wiodącego w budowie instrumentu DFP, czyli Dust Filtr Plasma, a ja mam pozycję głównego badacza instrumentu. W konsorcjum są też naukowcy z Włoch, Francji, Szwecji, Austrii, Czech, Niemiec i Wielkiej Brytanii. Przyrząd, jaki wykonujemy na potrzeby tej misji, jest znacznie bardziej skomplikowany niż dla misji JUICE. Składa się z pięciu instrumentów diagnozujących pole magnetyczne, elektryczne i właściwości plazmy pyłowej oraz modułów centralnego komputera i systemów zasilania, które są umieszczone na statku macierzystym i małym satelicie. To naprawdę ogrom pracy, ale jeśli się uda, to dokonamy trójwymiarowej diagnostyki i zbadamy procesy fizyczne zachodzące na powierzchni komety i w jej otoczeniu. Te dane zapewnią nam także lepsze zrozumienie procesu powstania Układu Słonecznego.

I to jest Pani największe marzenie? Złapać kometę?

To pomysł brawurowy, który zapisze się w historii badań kosmicznych, ale bardziej mi się marzy radioteleskop na Księżycu. Już nie dla mnie, ale dla kolejnych pokoleń badaczy, którzy będą mogli otwierać nowe karty, na których ukażą się nowe fantastyczne struktury bliskiego i dalekiego kosmosu.

Ale ja sama przeżyłam już moment, w którym moje marzenia nabrały realnego kształtu. Jeszcze jako studentka miałam szansę odbyć praktyki z radioastronomii w Holandii. Dostałam nawet zaproszenie do zrobienia tam doktoratu, ale sytuacja w Polsce pokrzyżowała te plany. Związałam się z CBK PAN, uczyłam się technik diagnostyki radiowej oraz metod tworzenia eksperymentów satelitarnych i przez dłuższy czas sądziłam, że na tym się skończy moja przygoda z radioastronomią. Później okazało się, że ten czas to było jak terminowanie u szewca. Nauczyłam się tak dużo na polu aktywności interdyscyplinarnej, że gdy kolejnym razem trafiłam do Lejdy, weszłam na teren tamtejszego uniwersytetu już nie jako młoda studentka z komunistycznej Polski, tylko szefowa jednej ze stacji LOFAR.

Dr hab. Hanna Rothkaehl – fizyczka, profesor Centrum Badań Kosmicznych Polskiej Akademii Nauk, kierownik Zespołu Fizyki Plazmy.