Zaćmienie Słońca na czterech wysokościach. Czego dowiedzieli się naukowcy AGH i UJ, obserwując zjawisko z balonów stratosferycznych?

Niedawne zaćmienie Słońca wzbudziło entuzjazm zarówno naukowców, jak i laików. Bo chociaż do zaćmień częściowych dochodzi stosunkowo często, te całkowite dla konkretnego miejsca na Ziemi są wyjątkowo rzadkie: statystycznie zdarzają się raz na około 375 lat w tym samym punkcie.

Laboratorium HART

12 sierpnia tego roku studenci z HART Lab – High-Altitude Research and Technology Laboratory działającego na Wydziale Technologii Kosmicznych Akademii Górniczo-Hutniczej w Krakowie, przeprowadzili eksperyment obserwacyjny we współpracy z fizykami z Uniwersytetu Jagiellońskiego, krótkofalowcami, profesjonalnymi fotografami oraz inżynierami.

Celem naukowym eksperymentu było zbadanie, w jaki sposób atmosfera Ziemi wpływa na jakość obrazowania zaćmienia Słońca, poprzez porównanie obserwacji wykonanych przy różnych długościach drogi optycznej promieniowania w atmosferze.

– Zaćmienie Słońca podczas zachodu Słońca to zjawisko dość rzadkie, a dla zespołów realizujących misje stratosferyczne szczególnie interesujące, bo z balonu szansa na jego zaobserwowanie jest znacznie większa ze względu na brak chmur, pyłów i gazów w górnych warstwach atmosfery. Podczas tegorocznego zaćmienia 7 zespołów w Hiszpanii i dwa w Polsce wykorzystało balony stratosferyczne.

Ale my poszliśmy nieco dalej niż inni. Nawet dalej niż NASA, którą traktowaliśmy jako naszego największego konkurenta w tym przedsięwzięciu. Udało się nam zaobserwować i sfotografować to samo zjawisko jednocześnie z czterech różnych wysokości, co pozwoliło pokazać, jak nasza atmosfera wpływa na obserwacje astronomiczne – mówi dr Agata Harasymczuk kierująca HART Lab.

Obserwacje czteropunktowe

Dr Harasymczuk była odpowiedzialna za logistykę balonową, wybór miejsca startu oraz koordynację operacji odzyskania sprzętu. Potrzebną do misji optyką zajął się dr hab. Kamil Awsiuk z Uniwersytetu Jagiellońskiego. Grupa uzyskała też wsparcie radioamatorów Szymona Krawicza i Grzegorza Kota. Zdjęcia z powierzchni Ziemi wykonywał Kornel Graczyński.

– Zaćmienie trwało niecałą godzinę, przez co musieliśmy zmieścić się z całą operacją w tym krótkim oknie czasowym, jednocześnie koordynując cztery punkty obserwacji – mówi uczona.

Obserwacje prowadzono z dwóch balonów stratosferycznych. Jeden z nich znajdował się 24 km nad Ziemią, w stratosferze. Drugi, wypuszczony w odległości 10 km od pierwszego, wzniósł się na 16 km, czyli znajdował się w górnej troposferze. Do tego 100 metrów nad powierzchnią latał dron monitorujący, którym operował Konrad Rotter. Ostatnim punktem było stanowisko naziemne.

– Nie obyło się bez problemów. Pierwotnie zgłosiliśmy do Polskiej Agencji Żeglugi Powietrznej (PAŻP) start w rejonie Góry Świętej Anny, przy trasie A4. Zgłoszenia takie trzeba jednak składać z dużym wyprzedzeniem. Tymczasem pogoda zmieniła się na tyle, że gdybyśmy wystartowali z Góry Świętej Anny, balony wylądowałyby w Czechach. To wymusiło zmianę lokalizacji – opowiada badaczka.

Ostatecznie start odbył się z łąki pod Złotym Potokiem. Wybór padł na tzw. strefę G, w której wypuszczenie balonu nie wymaga specjalnego zezwolenia. Miejsce lądowania zaplanowano tak, by trafić na otwarty, słabo zaludniony teren bez lasów. Było to o tyle ważne, że lądowanie odbywało się po zachodzie słońca, w nocy, co utrudniało poszukiwanie sprzętu.

Dobre wyniki, niskie koszty

Jakie są wnioski z badania?
– Najciekawszym wnioskiem okazało się to, jak bardzo różni się atmosfera na poszczególnych wysokościach oraz jak duży ma to wpływ na obserwację tego samego zjawiska. Dodatkowym czynnikiem był fakt, że misja odbyła się tuż po żniwach, w powietrzu unosiło się więc sporo pyłu rolniczego, co spotęgowało różnice w obrazach rejestrowanych na kolejnych wysokościach.

Te różnice mogą w przyszłości posłużyć do opracowania nowych instrumentów optycznych – z nową kalibracją uwzględniającą realne warunki atmosferyczne – a także nowych technologii balonowych i dronowych do obserwacji Ziemi – wylicza dr Harasymczuk.

Ale projekt pokazał coś jeszcze. To, że można prowadzić interesujące eksperymenty bez ogromnych nakładów finansowych. Całość zamknęła się w kwocie kilkunastu tysięcy złotych, z czego najdroższe okazały się małe aparaty Nikon, jednak te będą używane jeszcze wielokrotnie.

– Fotografowanie zaćmienia Słońca należy do najtrudniejszych zadań fotograficznych w ogóle ze względu na szybką zmianę oświetlenia i jasności Słońca. Chcieliśmy pokazać, że przy odpowiednim doborze dostępnych na rynku technologii można skonstruować kapsułę pozwalającą wykonywać wysokiej jakości, skomplikowane zdjęcia obserwacyjne Ziemi z różnych wysokości bez wielkiego budżetu – podsumowuje dr Agata Harasymczuk.

Nasza autorka

Ewelina Zambrzycka-Kościelnicka

Dziennikarka i pisarka zajmującą się tematyką popularnonaukową, głównie kosmosem. Absolwentka Uniwersytetu Warszawskiego, przygodę z mediami rozpoczęła ponad 20 lat temu w redakcji „Życia Warszawy”. Poza pisaniem o polskiej i światowej nauce na łamach „National Geographic” współpracuje m.in. z „Wysokimi Obcasami” i kilkoma magazynami premium. Współautorka trzech bestsellerowych książek: „Człowiek – istota kosmiczna”, „Kosmiczne wyzwania” i „Odważ się robić wielkie rzeczy”. Ambasadorka Śląskiego Festiwalu Nauki. Pracuje w Centrum Badań Kosmicznych PAN i współpracuje z polskim Obserwatorium Cerro Murphy w Chile (OCM), którym zarządza CAMK PAN.