Ucho Ziemi w ruinie

Ucho Ziemi w ruinie
Jeden z najważniejszych i największych na świecie instrumentów w historii astronomii, radioteleskop Arecibo w Portoryko, zawalił się kilkanaście dni po zapowiedzi jego rozbiórki. Oznacza to koniec nie tylko pewnego etapu badań kosmosu, ale również zniknięcie popkulturowej ikony, znanej nie tylko z osiągnięć naukowych, lecz choćby z popularnych filmów.

Pierwszego grudnia 2020 roku, dokładnie o godzinie 6.55 lokalnego czasu, runęła 900-tonowa platforma, zawieszona 150 metrów nad czaszą obserwatorium. Najpierw uszkodzeniu uległa jedna z wież podtrzymujących konstrukcję (południowo-zachodnia), w efekcie czego ważąca 900 ton platforma uderzyła swoją masą w 305-metrową czaszę teleskopu (1). Upadek ten uszkodził także dwie pozostałe wieże i okoliczne budynki obserwatorium. W trakcie katastrofy prowadzona była kolejna inspekcja stanu technicznego zawieszenia konstrukcji, dlatego udało się ten moment uwiecznić na nagraniach wideo.

Zasłużony odkrywca i gwiazda filmu

Radioteleskop działał nieprzerwanie od pierwszego listopada 1963 roku. Czasza radioteleskopu została zaprojektowana i zbudowana przez specjalistów z amerykańskiego Uniwersytetu Cornell w leju krasowym z 38 778 aluminiowych paneli o rozmiarach 1×2 metry, podtrzymywanych przez stalowe zbrojenia. Jej kształt jest sferyczny (a nie, jak w przypadku większości radioteleskopów, paraboliczny). Wynika to ze sposobu nakierowywania radioteleskopu na sygnał: czasza była nieruchoma, a przemieszczany był odbiornik. Sam odbiornik umieszczony był na 900-tonowej konstrukcji (platformie), zawieszonej na wysokości 150 metrów na 21 linach podczepionych do trzech żelbetowych słupów. Zawierał drugą oraz trzecią czaszę skupiającą odbite fale na antenie. Mobilność odbiornika umożliwiała nakierowywanie radioteleskopu na dowolny punkt w stożku o rozwartości 40 stopni wokół zenitu. Położenie blisko równika pozwalało Arecibo obserwować wszystkie planety w Układzie Słonecznym.

Jego pierwotnym zadaniem było badanie górnej części ziemskiej atmosfery, jonosfery. Wkrótce jednak zaczął być wykorzystany jako uniwersalne obserwatorium radiowe do różnego rodzaju badań i obserwacji. Radioastronomia obserwuje obiekty we Wszechświecie przez badanie ich na częstotliwościach radiowych.

Emisję w zakresie fal radiowych wykazuje szereg zjawisk kosmicznych, na przykład pulsary - namagnesowane, wirujące gwiazdy. Obserwatorium dostarczyło pierwszych solidnych dowodów na istnienie tego typu obiektu znanego później jako gwiazda neutronowa. Wykorzystano je również do zidentyfikowania pierwszego przykładu pulsara podwójnego (dwie namagnesowane gwiazdy neutronowe krążące wokół wspólnego środka masy), które to odkrycie zostało potem uhonorowane Nagrodą Nobla w dziedzinie fizyki.

Teleskop ten przyczynił się również do pierwszego wykrycia egzoplanet, krążących wokół innych gwiazd, w 1992 roku. Przez dekady służył także do nasłuchu w poszukiwaniu sygnałów inteligentnego życia w kosmosie oraz do śledzenia asteroid bliskich Ziemi. W ostatnich latach radioteleskop wspierał badania prowadzące do kolejnych odkryć fal grawitacyjnych. Ponadto udało się dzięki niemu m.in. wykryć cząsteczki organiczne w odległej galaktyce i zarejestrować pierwsze powtarzające się cykliczne szybkie rozbłyski radiowe (FRB).

Radioteleskop stał się też gwiazdą filmową. Był scenerią rozstrzygającego pojedynku w "GoldenEye" (2), kolejnej odsłonie przygód Jamesa Bonda z Pierce’em Brosnanem w 1995 r. Dwa lata później, w 1997 r. wystąpił w znanym dramacie science fiction "Kontakt" obok takich hollywoodzkich gwizd jak Jodie Foster i Matthew McConaughey. Było go też widać w serialu "Z archiwum X" oraz w horrorze "Gatunek".

2. Scena z filmu "GoldenEye" w scenerii radioteleskopu w Arecibo

Dzień, w który liny ostatecznie puściły

W czasie tych 57 lat funkcjonowania był kilkukrotnie modernizowany. W 1974 roku dodano nowe poszycie czaszy, o lepszych parametrach odbijających sygnał. W 1997 roku zamontowano dwureflektorową antenę paraboliczną typu Gregorian. Przy okazji dodano także kolejne liny nośne po dwie na każdą z wież, by wzmocnić system nośny. Jednocześnie z powodu wprowadzonych modyfikacji masa urządzeń w zawieszonej konstrukcji platformy wzrosła o ponad 250 ton.

W 2017 roku huragan Maria spowodował zerwanie jednej z lin i uszkodzenie paneli poszycia. Trzy lata później, w sierpniu ubiegłego roku, zerwał się jeden z kabli podtrzymujących metalową platformę nad czaszą radioteleskopu. Kabel, spadając, zniszczył znaczny fragment czaszy. Uniwersytet Centralnej Florydy, który merytorycznie kieruje obiektem, zaproponował rozwiązanie mające na celu ustabilizowanie struktury. Na początku listopada urwał się jednak kolejny kabel.

Inżynierowie badali konstrukcję już od pierwszego wypadku w sierpniu. Na podstawie analizy naprężeń działających na drugi kabel doszli do wniosku, że pozostałe kable są prawdopodobnie słabsze, niż wcześniej sądzono i grozi załamanie się całej konstrukcji nośnej. Stwierdzono, że ogromne instalacje nie mogą być naprawione bez stwarzania potencjalnie śmiertelnego zagrożenia dla pracowników zatrudnionych przy takiej operacji. Wówczas urzędnicy portorykańscy zapowiedzieli demontaż radioteleskopu w obawie o bezpieczeństwo.

Kilka tygodni po podjęciu tych decyzji nastąpiło zawalenie konstrukcji górnej platformy, zarejestrowane na nagraniach wideo z dwóch miejsc - pomieszczenia w centrum kontroli obserwatorium oraz z drona, który przelatywał nad obserwatorium, monitorując kable i wieże.

Inżynierowie, oceniając zniszczenia, orzekli, że wszystkie trzy wieże podtrzymujące teleskop złamały się, powodując upadek 900-tonowej platformy do znajdującej się poniżej czaszy. Na czaszę spadły również kable nośne radioteleskopu. Także centrum nauki obserwatorium zostało znacznie uszkodzone przez spadające kable.

Amerykańska Narodowa Fundacja Nauki (NSF), która administruje obiektem, po listopadowych raportach o stanie technicznym obiektu, pomimo konieczności rozbiórki, planowała jednak zachować jak największą część obserwatorium, aby w przyszłości obiekt mógł służyć jako ośrodek badań i edukacji, a jeszcze w dalszej przyszłości możliwe było przywrócenie obserwatorium do funkcjonowania tak jak wcześniej. Nie wiadomo jeszcze, w jaki sposób grudniowy wypadek wpłynie na te plany ani czy fundacja będzie w stanie przenieść wszystkie dane archiwalne zgromadzone przez teleskop na serwery poza terenem obiektu.

Chiny mają większą czaszę

Naukowcy martwią się o projekty, które były w trakcie realizacji z udziałem radioteleskopu Arecibo, a także o to, że wycofanie tego obserwatorium znacznie obniża poziom bezpieczeństwa planety Ziemia z cywilizacją ludzką. Chodzi o obserwację tzw. obiektów bliskich Ziemi (NEO), w którym instrument uczestniczył.

NASA jeszcze w listopadzie wydała oświadczenie, w którym czytamy m.in.: "zdolność radaru planetarnego w Arecibo, finansowana przez program obserwacyjny obiektów bliskich Ziemi (NEO) NASA (…) pozwalała NASA w pełni scharakteryzować dokładne orbity, rozmiary i kształty wielu NEO będących w zasięgu radaru po ich odkryciu przez szeroko zakrojone projekty badawcze z wykorzystaniem teleskopów optycznych". Tragedii jednak nie ma, bo NASA ma w rezerwie Obserwatorium Goldstone’a w Kalifornii, które służy do tych samych celów, ale, jak wiadomo, co para oczu (w tym przypadku raczej może uszu), to nie jedno.

Na drugim końcu świata z początkiem 2020 roku działalność rozpoczął radioteleskop większy niż w Arecibo. Chiński pięćsetmetrowy Sferyczny Teleskop Aperturowy (FAST), w prowincji Kuejczou. Jest obecnie najbardziej czułym teleskopem na Ziemi. W styczniu 2020 roku chiński rząd ogłosił, że rozpoczęto formalne operacje przy użyciu tego urządzenia.

FAST jest obecnie najczulszym radioteleskopem pracującym w niskich częstotliwościach radiowych z pojedynczą czaszą na świecie. FAST, podobnie jak radioteleskop w Arecibo, ma nieruchomą główną antenę, jednak dzięki przesuwanym nad czaszą anteny czujnikom fal oba radioteleskopy mogą badać obiekty niebędące w zenicie, przy czym FAST potrafi badać obiekty dalsze od zenitu niż radioteleskop w Arecibo.

3. Chiński radioteleskop FAST

FAST pracuje w zakresie 0,7-3 GHz. Celem badań radioteleskopu są skupiska neutralnego wodoru w Drodze Mlecznej i innych galaktykach, wykrywanie pulsarów, zarówno w naszej Galaktyce, jak i poza nią, badanie molekuł w przestrzeni międzygwiezdnej, poszukiwanie gwiazd zmiennych oraz szukanie życia pozaziemskiego (w ramach programu SETI). Oczekuje się, że będzie w stanie wykryć transmisje sygnałów obcych cywilizacji z odległości ponad 1000 lat świetlnych.

Czy jednak chiński gigantyczny teleskop będzie tak dostępny dla naukowców amerykańskich i z innych krajów świata jak Arecibo? Czy będzie można za jego pomocą przeprowadzać badania inne niż te zaplanowane przez Chiny? To się dopiero okaże. Okaże się też, czy w Arecibo lub gdziekolwiek indziej powstanie inny niż chiński następca zasłużonego portorykańskiego obserwatorium.

Mirosław Usidus