Balon testuje dla EUSO

W Timmins w Kanadzie zakończył się pierwszy lot stratosferycznego balonu z modułem detektora Extreme Universe Space Obserwatory (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) Narodowego Centrum Badań Jądrowych.

– 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.

140 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 3x1019eV – dodaje dr Szabelski. – Choć sami umiemy już w CERN rozpędzić cząstki do energii 7x1012eV, 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 na Międzynarodowej Stacji Kosmicznej 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, co umożliwia zobaczenie słabego poruszającego się źródła światła UV powstającego 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 oraz Francuska Agencja Kosmiczna 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.