U sklopu projekta izgradnje niza Čerenkovljevih gama-teleskopa
(CTA – Cherenkov Telescope Array), vrijednoga čak 300 milijuna eura, u
petak je u opservatoriju Roque de los Muchachos na kanarskom otoku La Palmi održana
ceremonija polaganja kamena temeljca za najveći Čerenkovljev teleskop na
sjevernoj hemisferi: prototip LST (Large Scale Telescope) promjera 23
metra.
Time započinje aktivna faza
izgradnje opservatorija koji će omogućiti nove spoznaje o nekim od
najekstremnijih i najsilovitijih događaja u svemiru te opažanje
visokoenergijskog zračenja s dosad neviđenom preciznošću – približno deset puta
osjetljivije od postojećih instrumenata. U projektu sudjeluje oko 1500
znanstvenika i inženjera s pet kontinenata i 30 zemalja te više od 170
istraživačkih institucija, a značajan je i aktivan doprinos hrvatskih
znanstvenika sa Sveučilišta u Splitu (FESB), Sveučilišta u Rijeci,
Sveučilišta u Zagrebu (FER) te Instituta Ruđer Bošković u Zagrebu.
Na FESB-u se trenutno radi na
posebnoj kameri za precizni nadzor položaja glavne kamere LST-a, te na razvoju
softvera za kontrolu kvalitete podataka i cjelokupnog detektorskog
sustava. Samom polaganju kamena temeljca za LST će, uz niz uglednika iz
najprestižnijih znanstvenih ustanova na svijetu uključenih u projekt, te osoba
iz društvenog i političkog svijeta, nazočili i Takaaki Kajita, ovogodišnji
dobitnik Nobelove nagrade za fiziku. U prvom dijelu ceremonije objašnjena je
struktura i funkcije teleskopa, a u drugom dijelu svečano je otkrivena
bakelitna ploča s prikazom teleskopa.
LST je ogroman teleskop. Osim
velikog promjera reflektora (23 metra), imat će i kameru promjera 3 metra za
detekciju svjetlosti nastale od gama-zraka. Bit će to jedna od najsloženijih i
najbržih kamera na svijetu. Prototip teleskopa LST, koji će služiti za provjeru
funkcionalnosti CTA niza Čerenkovljevih teleskopa, mogao bi postati i prvi
teleskop u postavu kad na snagu stupi sporazum između Španjolske i konzorcija
CTA o postavljanju CTA-sjever upravo na kanarski otok La Palmu.
Čerenkovljevi teleskopi
gama-zrake ne opažaju izravno, već mjere učinke koje one stvaraju u
interakcijama s molekulama Zemljine atmosfere pri čemu nastaju veliki pljuskovi
čestica. Kozmičke gama-zrake omogućuju pak istraživanje fizikalnih procesa u
svemiru u kojima se oslobađa najviše energije: eksplozije supernova, crne rupe,
“mikrokvazari”, aktivne galaktičke jezgre te izvori provala gama-zraka. CTA će
omogućiti i potragu za tamnom tvari te istraživanje moguće kvantne strukture
prostorvremena.
Nova dimenzija svemira
Dr. sc. Dario Hrupec,
s Instituta Ruđer Bošković, jedan je od deset Hrvata koji rade na ovom
projektu, pojasnio nam je kako će funkcionirati ovi teleskopi nove generacije.
– Radi se o teleskopima koji ne gledaju nebo u
običnoj (vidljivoj) svjetlosti, kao što to čini obični, amaterski teleskop ili
kao što gledamo golim otok. Ovi teleskopi gledaju svemir kroz “svjetlost” koja
je vrlo energetska, ima veću energiju od rendgenskog zračenja, dakle gledamo
svemir u grama zrakama. Takvih gama zraka, tako velike energije na Zemlji nema.
One nastaju u procesima koji postoje u dalekom svemiru, u nekim egzotičnim
objektima. Kad promatramo svemir u toj novoj “svjetlosti”, kroz novi prenositelj
informacija, onda vidimo ono što u običnoj svjetlosti ne bismo vidjeli. Kao što
rendgenska snimka pokaže unutarnju strukturu, primjerice kostiju ruke, a koju
ne možemo vidjeti na uobičajen način, tako gama zrakama vidimo objekte koje
inače ne bismo vidjeli. Ne radi se o tome da ovim teleskopima vidimo isključivo
više, dalje, nego drugim, već vidimo svemir u potpuno drugoj dimenziji.
Takvi teleskopi već postoji. Prethodna generacija je
teleskop “Magic” na kojem radi i hrvatska grupa od 10 ljudi posljednjih 10
godina. Postoje danas još 2 sustava
takvih teleskopa; jedan u Namibiji, jedan u Americi.
Sjedinjenje 3 centra
U astrofizici, kao i u fizici čestica, uvijek se unaprijed
pripremaju neki novi eksperimenti koji će tek doći. Mi radimo na jednom eksperimentu
koji tek dolazi. CTA je iduća generacija Čerenkovljevih teleskopa na kojem će
sva tri spomenuta centra ujediniti snage, prikupit će se svi raspoloživi novci
da bi se napravila za klasu bolja vrsta teleskopa. On bi imao veću
osjetljivost; vidjet će puno više takvih fenomena. Sada će se moći dobiti
znatno više detalja u odnosu na ono što smo detektirali do sada.
Radi se najmlađoj grani astronomije koja donosi jako puno
novih spoznaja. To je vrlo dinamično područje gdje se u svakom trenutku mogu
očekivati otkrića za koje znanost ponekad nije ni slutila da će postojati.
Visokoenergijska gama astronomija je područje koje se brzo razvija.
Hrvatski tim radi na 3 zadatka
Dr. sc. Hrupec
nam je pojasnio u kakva je točno poslove uključen hrvatskim tim koji radi na
projektu.
– Već dugi niz godina hrvatska ekipa radi na “Magicu”.
Imamo ekspertize na pojedinim područjima projekta. Naša ekipa radi o posebnoj
vrsti kamere koja bi trebala ići na spomenute teleskope, zatim na posebnom
softveru za provjeru kvalitete podataka , a treća vrsta posla našeg tima je
pomoć japanskim i njemačkim kolegama na simulacijama koje bi ovoj fazi trebale pomoći
određivanju najoptimalnijeg broja teleskopa i njihovoj najboljoj raspoređenosti,
da bi se mogli postići najbolji rezultati u granicama zadanih financijskih
okvira. Simulacije kasnije koriste da bi ste ovaj složeni instrument bolje
razumjeli i u naknadnoj analizi podataka.
U Magicu i CTA hrvatski sudionici na projektu nastupaju kao
jedinstven entitet. Iako dolazimo iz raznih krajeva Hrvatske, nastupamo kao
jedna institucija. Naši ljudi na ovom projektu dolaze iz Splita, Rijeke i
Zagreba, a danas nam se priključuje i doktorantica iz Osijeka. Ne radimo svi na
istoj vrsti zadataka. Posla je puno, pa se radi raspodjela poslova prema
osobnim afinitetima i ekspertizama. Primjerice, na kameri radi splitska grupa u
suradnji s dijelom riječke grupe. Simulacije rade ljudi iz zagrebačke i riječke
grupe.
Sredstava nikad dovoljno
– Do sad smo bili financirani od strane Hrvatske
zaklade za znanost (HRZZ), a naravno tu su standardna javljanja na razne
natječaje. U znanosti se uvijek borite za osiguravanje financijskih sredstava,
danas postoje solidne mogućnosti unutar EU fondova – rekao nam je Hrupec.
Zašto ulagati u nešto tako “apstraktno”?
– Ljude to zanima i pitanje je svakako opravdano.
Ljudi, primjerice, pitaju – otkrili ste Higgsovu česticu, što ja imam od toga?
Ili otkrili ste nove zakone oko crne rupe u galaksiji, a ja imam svoje probleme
koje ta otkrića neće riješiti…
Ova vrsta istraživanja pripada
temeljnim – fundamentalnim vrstama znanosti. One su neophodne jer su motor, pokretač
za daljnji “pogon” primijenjenih znanosti i razvoj tehnologije. Kada bi ste
financirali samo primjene, jednog trenutka bi cijeli sustav i napredak stao.
Kroz cijelu povijest znanosti upravo su fundamentalne znanosti bile pokretač.
Istraživanja unutar fundamentalnih znanosti nisu vođena primarnim motivom
naknadne primjene već razumijevanjem svijeta. Ipak, postoji „nus produkt“
istraživanja fundamentalnih znanosti koji se nadovezuje na primijenjene
znanosti pa na razvoj tehnologije. To ide jedno za drugim. Teško je reći kod
fundamentalnih znanosti kada će pojedina stvar biti primjenjiva. No, pogledajte
sljedeći primjer. Prije 100-njak godina počeli smo razgovarati o kvantnoj
fizici i malo je tko mogao shvatiti kako ćemo spoznaje s tog područja
primijeniti u svakodnevnom životu. Posljedica toga javila se mikroelektronika,
pa danas imamo elektronički svijet bez kojega se više teško možemo i zamisliti
(računala, mobiteli…) – objašnjava Hrupec.
Napredak dijagnostike u medicini
Bez obzira što danas ne znamo kada će u praksi zaživjeti ono
što danas istražujemo i otkrivamo u ovoj mladoj fundamentalnoj fizici, neke
naznake se već mogu vidjeti. Primjerice, u gama astronomiji, koja je dio
astročestične fizike, koriste se razne vrste foto senzora. Oni su dijelovi
nekog detektora koji detektiraju svjetlost. Obična kamera aparata ili mobitela
također ima neku vrstu foto senzora, ali postoje različite vrste foto senzora,
a mi za svoje potrebe istraživanja nikada ne kupujemo postojeću opremu već
razvijamo novu vrstu opreme i tehnologija koje se u tim vrstama eksperimenata
prvi put primjenjuju.
Svi ti inovativni foto senzori su vrlo važni u medicini u
modernim uređajima. Foto senzori koje razvijamo za vlastite eksperimente mogli
bi se vrlo brzo primijeniti čak u lokalnim bolnicama, a ne samo onim „elitnim“,
jer će ima cijena značajno pasti zbog njihove dostupnosti. Dakle, ova vrsta
primjene direktna je posljedica spomenutih istraživanja u astrofizici. A
dijagnostika je vrlo važna grana medicine.
Splitski FESB u projektu
Profesor dr. sc. Nikola Godinović sa splitskog Fakulteta
elektrotehnike strojarstva i brodogradnje otkrio nam je tko iz Splita sudjeluje
u projektu izgradnje ovog mega-teleskopa.
– Hrvatsku Magic grupu čine i ljudi iz Splita. Uz
mene, tu su još profesori Damir Lelas,
Ivica Puljak, te novi student Darko
Zarić koji će svoj doktorat raditi na „Magicu“ , a svoj
hardversko-softverski doprinos radit će na CTA, na razvoju LST teleskopa.
Postoje tri opservatorija u svijetu koja su
iskoristila svoje potencijale pa je sljedeći korak napraviti osjetljivije i
bolje instrumente. CTA će imati stotinjak teleskopa. LST (Large scale
telescope) je veliki teleskop čiji će promjer reflektora biti 23 metra i imat
će vrlo osjetljivu kameru. Ideja je da na desetak kilometara snimite jedan
kratkotrajni bljesak svjetla u trajanju od nekoliko milijuntinki sekunde vrlo
osjetljivim senzorima, pa se mogu detektirati i najmanji izvori svjetla.
Kada se prati neki izvor, onda se teleskop mora micati jer
se i sama Zemlja pomiče. Težina teleskopa i vjetar samo su neki od čimbenika
koji dovode do deformacija strukture teleskopa i do toga da se kamera miče. Ako
snimate fotografiju običnim fotoaparatom, slika neće biti čista ukoliko uređaj
trese prilikom snimanja. Različite grupe iz cijelog svijeta rade različite
vrste dijelova za tu kameru. Naš je zadatak pratiti koliko se kamera pomakne
tijekom opažanja izvora. Dok se čitav instrument miče i kamera se može
pomaknuti, a mi moramo registrirati situaciju u kojoj se kamera pomakne više od
2 milimetra. Slijedeći korak je izrada softvera koji će na prikazu raditi
korekciju spomenutih pomicanja kamere. Ako znamo koliko se kamera pomakla, onda
ćemo softverski to korigirati.
Uvjeti koji se ne mogu simulirati u laboratoriju
U naš dio posla spada i svakodnevna provjera podataka koji
su prikupljeni teleskopom. Softver proizvodi određene plotove na osnovu kojih
možemo dobiti uvod kako se ponašao pojedini podsistem teleskopa.
Otkrićem novog gama izvora pomičemo spoznaju. One su
glasnici najsilovitijih procesa u svemiru. Znanstvenici u CERNU-u danas
sudaraju protone pri određenim energijama, no vjerojatno nikada nećemo biti u
stanju u laboratoriju simulirati uvjete koji vladaju u blizini crnih rupa
neutronskih zvijezda ili pri eksploziji supernove. Detekcijom grama zračenja
možemo dobiti uvid u fizikalne procese koji se događaju u tim ekstremnim
uvjetima, gdje su, primjerice, gravitacijska polja neusporedivo jača nego na
Zemlji.
Da bi se jedan ovakav teleskop napravio, potrebno je
riješiti brojne tehnološke probleme. To su ogromne količine podataka koje
skupljaju računala, a iz toga znanstvenici moraju izdvojiti one zanimljive i
korisne. Ovaj teleskop će godišnje snimiti desetke petabajta podataka. Treba
znati kako te podatke zapisivati velikom brzinom, kako ih pretraživati.
Na razvoju zrcala – reflektora, koji imaju promjer 23 metra,
može se koristiti za razvoj i usavršavanje sunčevih kolektora.
Hrvatsko gospodarstvo i znanost
Šteta je da gospodarstvo kod nas ne prati znanstvene
trendove u svijetu. Čitave industrije se uključuju u realizaciju pojedinih
znanstvenih projekata, no kod nas to nije slučaj. Naši političari vjerojatno
premalo lobiraju za znanost i za probijanje domaćih gospodarstvenika na ovom
području. S druge strane gospodarstvenici su često fokusirani na ono što im
trenutno donosi profit, ne obazirući se dovoljno ili uopće na razvoj i
unapređenje, a upravo je tu uloga znanosti presudna. Bez kontinuiranog razvoja
i unapređivanja neka djelatnost može dugoročno opstati i biti uspješna –
zaključuje profesor Godinović.