ODKRYCIE
Historia odkrycia błysków gamma jest jedną z bardziej nietypowych jakie zdarzyły się w astronomii.
Wszystko zaczęło się w latach 60-tych, w czasie zimnej wojny. Był to okres intensywnych zbrojeń nuklearnych zarówno na wschodzie (w ZSRR) jak i na zachodzie (w USA i Wielkiej Brytanii). Ciągłe spory pomiędzy dwoma największymi mocarstwami groziły wybuchem III wojny światowej. Dlatego pomimo wzajemnej nieufności obydwie strony zgodziły się podpisać w 1963r układ o zaprzestaniu prób jądrowych. Powstał jednak problem, jak dopilnować by druga strona nie wykonywała takich prób potajemnie. Ponieważ nikt oczywiście nie godził się na wpuszczenie kontrolerów na swój teren ustalono, iż obydwie strony będą się wzajemnie kontrolować z kosmosu.
|
|
|
Jak można wykryć wybuch nuklearny na Ziemi z przestrzeni kosmicznej? Okazuje się, że w trakcie takiej eksplozji mniej więcej połowa energii uwalniana jest w postaci promieniowania X, a około 1% w promieniach gamma. Ponieważ na Ziemi nie ma silnych naturalnych źródeł tych typów promieniowania, więc każde ich pojawienie się oznaczać może wyłącznie eksplozję nuklearną.
1. Satelity Vela
W celu pilnowania 'nuklearnej ciszy' Stany Zjednoczone skonstruowały i wystrzeliły w latach 1963-71 serię satelitów Vela.
|
|
|
Satelity Vela przed startem w kosmos. |
Satelity te były stosunkowo prostymi urządzeniami w kształcie dwudziestościanu o rozmiarze ok. 1.4 m. W wierzchołkach satelitów umieszczono detektory promieni X i gamma. Ówczesna technologia nie pozwalała na lokalizację źródeł promieniowania gamma, więc satelity te mogły jedynie rejestrować jego natężenie i moment czasu.
Orbity satelitów były kołowe, o promieniu 102000km (jest to prawie 1/3 odległości Ziemia-Księżyc), nachylone pod kątem 38o do równika Ziemi. Satelity wypuszczano parami i umieszczano po przeciwległych stronach orbity. Dzięki takiemu usytuowaniu każdy satelita widział połowę powierzchni Ziemi, a jedna para mogła samodzielnie obserwować całą planetę. Tak dużą orbitę wybrano również dlatego, że sądzono iż ZSRR może przeprowadzać próby jądrowe po drugiej stronie Księżyca (!!!) Wówczas nie były by one w żaden sposób widoczne z Ziemi, ale satelity na dużej orbicie mogły by dostrzec samą eksplozję lub jej ślad w postaci chmury radioaktywnej.
|
|
|
Satelity Vela przed startem w kosmos. |
Pierwsza para satelitów, wystrzelona 17.10.1963r zaczęła niemal od razu rejestrować kilkusekundowe błyski promieniowania X i gamma raz na kilka-kilkadziesiąt dni. Czyżby ZSRR nie przestrzegało układu i wykonywało tajne próby jądrowe? Kolejna para satelitów potwierdziła te doniesienia i również zaczęła rejestrować błyski. Niestety dane z satelitów i wszystko co się wiązało z ich misją było całkowicie tajne, więc nie ma pewności jak zareagowały władze Stanów Zjednoczonych. Podobno niewiele brakowało, by użyto broni atomowej przeciwko ZSRR.
2. Pierwszy kosmiczny błysk gamma
Wiemy na pewno, że w 1969r dane z satelitów zostały przeanalizowane pod kątem astronomicznym przez dr Raya Klebesadela. Wśród zarejestrowanych błysków promieniowania znalazł on ciekawy przypadek, który został zaobserwowany jednocześnie przez trzy satelity Vela 3, Vela 7 i Vela 8 w dniu 02.07.1967r.
|
|
|
Pierwszy wykryty błysk gamma pochodzenia kosmicznego, zarejestrowany w dniu 02.07.1967r |
W trakcie wybuchu bomby atomowej możemy się spodziewać najwyżej jednego błysku promieniowania, a ów błysk był ewidentnie podwójny (co widać na powyższym rysunku) więc na pewno nie pochodził z Ziemi. Jest to pierwsza, historyczna i udowodniona rejestracja kosmicznego błysku gamma.
Dr Klebesadel nie poprzestał na tym i rozpoczął poszukiwanie podobnych błysków w archiwach misji Vela, oraz współczesnych mu danych, które wciąż napływały od działających nadal satelitów. Podjął również próby znalezienia powiązania między błyskami, a innymi zjawiskami astronomicznymi takimi jak wybuchy supernowych lub wybuchy na Słońcu, lecz błyski gamma pojawiały się w zupełnie innych momentach.
3. Pierwsze obserwacje i ich analiza
Podstawowym problemem z którym borykano się od początku było określenie, z którego miejsca na niebie pochodzą błyski. Żaden satelita serii Vela nie wyposażono w sprzęt zdolny mierzyć kierunek z którego nadlatuje promieniowanie. Okazuje się jednak, że nawet jeśli jeden satelita może zmierzyć jedynie moment błysku, to mając kilka takich satelitów da się wyliczyć pozycję błysku na niebie. Pomocny jest tu fakt, że światło rozchodzi się ze skończoną prędkością (ok. 300 000 km/s), a więc satelita znajdujący się bliżej błysku zarejestruje go pierwszy, a znajdujący się dalej dopiero ułamek sekundy później. Stosując odpowiednie wzory matematyczne (metodę triangulacji), można wyliczyć z którego miejsca na niebie pochodzi błysk.
|
|
|
Ilustracja metody triangulacji stosowanej do wyznaczenia pozycji błysków gamma. Zaznaczono momenty rejestracji promieniowania z błysku przez poszczególne satelity. |
W praktyce istniała poważna trudność. Po pierwsze satelity serii Vela o numerach od 1 do 5 nie miały wystarczająco dokładnych zegarów na pokładzie, żeby zmierzyć drobne różnice czasu w momentach obserwacji błysku. Po drugie nawet te późniejsze Vele wyposażono w zegar o dokładności zaledwie 1/64 sekundy. Na owe czasy było to spore osiągnięcie techniczne, lecz do metody triangulacji nie w pełni wystarczające. W efekcie pozycje błysków wyznaczano z dokładnością zaledwie + kilku stopni !!! Jest to śmiesznie mało, gdyż gołym okiem możemy zmierzyć pozycję obiektów na niebie kilkadziesiąt razy dokładniej, ale po prostu w tamtych czasach nie dało się zrobić tego lepiej.
Okazuje się jednak, że mając nawet bardzo kiepskie pomiary pozycji dr Klebesadel był wstanie wykluczyć Słońce i planety Układu Słonecznego jako źródła błysków. Od tego momentu wiedziano, że muszą one pochodzić z bardziej odległych obiektów.
4. Oficjalne ogłoszenie odkrycia
Cała opisana analiza została przeprowadzona w ścisłej tajemnicy, gdyż projekt Vela był tajny. Dopiero w roku 1973r oficjalnie ogłoszono odkrycie błysków gamma i odtajniono część danych z satelitów z nimi związaną. W chwili ogłoszenia znano 16 błysków gamma o udowodnionym kosmicznym pochodzeniu. Wkrótce zaczęto odkrywać następne, a ich istnienie potwierdziły również inne satelity, takie jak IMP-6 i OSO-7 (obydwa przeznaczone do badań Słońca i wyposażone w proste detektory gamma). Okazało się również, że radziecki odpowiednik serii Vela - KONUS też wykrywał kosmiczne błyski. Od tego momentu cały astronomiczny świat uwierzył w ich istnienie i zaczął się głowić nad ich pochodzeniem.
Warto podkreślić, że odkrycie błysków gamma stanowiło zupełne zaskoczenie dla ówczesnych astronomów. Nikt wcześniej nie przewidział istnienia takich błysków, co jest rzadkością we współczesnej astronomii. Nawet czarne dziury zostały pierwszy raz zasugerowane w XVIIIw, a więc na długo przed ich odkryciem. Była więc to dość nietypowa sytuacja, gdyż nie znano wówczas jakichkolwiek zjawisk astronomicznych mogących produkować obserwowane błyski i nie bardzo wiedziano od której strony ugryźć problem. Zaczęto więc szybko 'dorabiać' teorię do obserwacji i wkrótce powstało wiele teorii tłumaczących ich powstanie.
