Milowy krok w badaniach promieniowania kosmicznego

0

Lot stratosferycznego balonu testującego aparaturę badawczą na wysokości 38,3 km zakończył się sukcesem. W międzynarodowym zespole naukowców aktywnie biorą udział fizycy z Narodowego Centrum Badań Jądrowych.

Gondola balonu EUSO / Credit: konsorcjum EUSO

Gondola balonu EUSO / Credit: konsorcjum EUSO

Wkrótce urządzenia zostaną zamontowane na Międzynarodowej Stacji Kosmicznej (ISS) i projekt EUSO (Extreme Universe Space Obserwatory) rozpocznie właściwe prace nad badaniem promieniowania kosmicznego najwyższych energii. W międzynarodowym zespole naukowców aktywnie biorą udział fizycy z Narodowego Centrum Badań Jądrowych (NCBJ), którzy wykonali układy zasilania wysokiego napięcia detektorów.

W Timmins, w Kanadzie, zakończył się pierwszy lot stratosferycznego balonu z modułem detektora EUSO. Na wysokości 38 300 metrów naukowcy testowali skomplikowaną aparaturę składającą się z 36 fotopowielaczy tj. 2304 pikseli oraz specjalnie dostosowanego układu soczewek Fresnela. Badano nie tylko elementy detektora UV, telemetrię układu optycznego (błyski UV pochodziły z lecącego równolegle helikoptera), kamerę na podczerwień, ale również wykonano pomiar tła UV, które jest ważne w pomiarach Wielkich Pęków Atmosferycznych. Układy zasilania wysokiego napięcia, niezbędne dla prawidłowego działania aparatury zaprojektowano i wykonano w łódzkim Zakładzie Fizyki Promieniowania Kosmicznego (obecnie część Zakładu Astrofizyki) NCBJ.

System składa się z 9 oddzielnych generatorów wysokiego napięcia oraz systemu szybkich przełączników umożliwiających zmniejszenie czułości fotopowielacza w czasie kilku mikrosekund nawet milion razy w przypadku nagłego silnego błysku, np. wyładowania atmosferycznego” – tłumaczy dr Jacek Szabelski z Zakładu Astrofizyki NCBJ – „Układ jest niezwykle sprawny energetycznie, ponieważ w przestrzeni kosmicznej i w bardzo rzadkiej atmosferze chłodzenie elementów jest dużym problemem. W przypadku lotu balonowego w atmosferze o ciśnieniu kilku milibarów dodatkowym problemem z wysokim napięciem są przebicia elektryczne.”

Balonu EUSO w trakcie wznoszenia / Credit: konsorcjum EUSO

Balonu EUSO w trakcie wznoszenia / Credit: konsorcjum EUSO

Sto czterdzieści takich, jak przebadany w Kanadzie, modułów zostanie zamontowanych w niedalekiej przyszłości na Międzynarodowej Stacji Kosmicznej ISS. Wtedy to eksperyment EUSO rozpocznie właściwe prace nad badaniem promieniowania kosmicznego najwyższych energii.

Celem satelitarnej misji EUSO jest pomiar energii i kierunków promieniowania kosmicznego najwyższych energii, tzn. powyżej 3×1019eV” – dodaje dr Jacek Szabelski – „choć sami umiemy już w CERN rozpędzić cząstki do energii 7×1012eV, to jednak wciąż nie potrafimy wyjaśnić w jaki sposób cząstki promieniowania kosmicznego uzyskują energie i to milion razy większe. Mamy nadzieję, że przez trzy lata obserwacji naszej aparatury w kosmosie znajdziemy odpowiedź na to pytanie nurtujące fizyków na całym świecie”.

Ultrafioletowy teleskop z bardzo szybką kamerą będzie zamontowany do Międzynarodowej Stacji Kosmicznej (ISS) i skierowany w kierunku Ziemi. Pomiary z kosmosu pozwolą na równoczesne monitorowanie wielkiego obszaru atmosfery, porównywalnego z powierzchnią Polski. Cząstki promieniowania kosmicznego wielkich energii w wyniku oddziaływań tworzą kaskady cząstek zwane Wielkimi Pękami Atmosferycznymi (WPA). Największe zaobserwowane WPA miały ponad 100 milionów cząstek (materii i antymaterii). Obserwacje będą mogły być prowadzone tylko nocą (po ciemnej stronie Ziemi). Detektor jest bardzo szybki (obserwowane zjawisko trwa mniej niż 1/10 milisekundy) i ma wielką czułość, żeby zobaczyć słabe poruszające się źródło światła UV powstające w wyniku oddziaływania milionów cząstek WPA z atmosferą (wzbudzone cząsteczki azotu w atmosferze emitują światło ultrafioletowe). Eksperyment EUSO pozwoli na pomiar około tysiąca kaskad o najwyższych energiach w czasie 3 lat pracy teleskopu. Pomiary będą polegały więc na mierzeniu strumieni fotonów ultrafioletowych i zliczaniu pojedynczych fotonów w każdym pikselu (400 tys. razy na sekundę). Dodatkowym utrudnieniem będzie tło świateł z powierzchni Ziemi i odbitego od atmosfery (w tym chmur) promieniowania nieba. Fizycy chcą również poznać źródła powstawania cząstek promieniowania kosmicznego wysokich energii (ze względu na swój pęd protony o takich i większych energiach prawie nie będą odchylane w galaktycznym i pozagalaktycznym polu magnetycznym) jak również zbadać inne zjawiska atmosferyczne, np. pioruny czy TLE (Transient Luminous Events – wyładowania na zewnątrz atmosfery – mało zbadane i najbardziej energetyczne zjawiska w atmosferze).

Lot balonu zorganizował Instytut Astrofizyki i Planetologii (IRAP) oraz Francuska Agencja Kosmiczna (CNES) z bazy balonowej Kanadyjskiej Agencji Kosmicznej w Timmins (Ontario, Kanada). We współpracy EUSO-Balloon biorą udział naukowcy z Francji, Włoch, Japonii, Niemiec, USA, Hiszpanii, Korei, Meksyku i Polski.

Tekst pochodzi ze strony Narodowego Centrum Badań Jądrowych.

Przekaż dalej

Komentarze są wyłączone.