Polacy śledzą burze na trzech kontynentach

Potężne burze w obszarach tropikalnych, spektakularne wyładowania atmosferyczne i efekty rozbłysków słonecznych badać można dzięki ukrytym pod ziemią odbiornikom fal ekstremalnie niskich częstotliwości. Polacy dysponują już trzema takimi stacjami pomiarowymi: w Bieszczadach, w USA i w Argentynie.

Polski globalny system radiolokacji WERA ("World ELF Radiolocation Array") składa się już z trzech stacji pomiarowych. Najdłużej, bo już od ponad 10 lat działa bieszczadzka stacja pomiarowa Hylaty. W roku 2015 Polacy uruchomili drugą stację - Hugo w Colorado (USA), a pod koniec marca br. rozpoczęła działanie trzecia stacja polskich naukowców - Patagonia w Rio Gallegos w Argentynie.

Zadaniem każdej z tych stacji jest wychwytywanie fal elektromagnetycznych ekstremalnie niskich częstotliwości (ELF). Zbudowane w Polsce systemy rejestracyjne zbierają dane o falach między 0,03 a 300 Hz. Źródłem takich fal mogą być przede wszystkim silne wyładowania atmosferyczne, powstające np. podczas najsilniejszych burz, a także zjawiska związane z pogodą kosmiczną.

Połączenie danych z trzech stacji z różnych części świata pozwoli m.in. na precyzyjną lokalizację badanych zjawisk, w tym olbrzymich wyładowań elektrycznych do jonosfery ziemskiej. Projekt - kierowany przez dr. hab. Andrzeja Kułaka z Wydziału Elektroniki Akademii Górniczo-Hutniczej w Krakowie realizowany jest w ramach współpracy zespołów badawczych z Uniwersytetu Jagiellońskiego i AGH.

Burze ziemskie i słoneczne

Jak wyjaśnia PAP uczestnik badań, prof. Michał Ostrowski z Obserwatorium Astronomicznego Uniwersytetu Jagiellońskiego, wykrywane w systemie WERA fale ELF powstają np. podczas różnych zjawisk związanych z pogodą kosmiczną. Np. fale o najniższym badanym zakresie częstotliwości (gdzie okres fali to ok. 30 sekund) pojawiają się, gdy polem magnetycznym Ziemi "potrząsa" zmienny wiatr słoneczny i niesione w nim strumienie energetycznych cząstek. Dzięki badaniom takich fal można więc lepiej poznać, jak Słońce oddziałuje na Ziemię.

Poza tym dzięki falom ELF można badać aktywność burzową na Ziemi w skalach od minut aż do wielu lat, a więc np. sprawdzać, jak na tę aktywność wpływają zmiany klimatu. Prof. Michał Ostrowski przyznaje, że dzięki systemowi nie można zarejestrować każdego uderzenia pioruna na Ziemi, bo czasem nie mają one wystarczającej energii. Jednak stacje pomiarowe umożliwiają już badanie wyjątkowych zjawisk w trakcie burz, w tym wyładowań do jonosfery w postaci tzw. "sprite'ów" albo "gigantycznych dżetów" (GJ). Poza tym aparatura jest w stanie wychwycić silne dodatnie wyładowania chmura-grunt, do którego dojdzie w dowolnym miejscu na Ziemi. - W przypadku badania wyładowań do jonosfery to bardzo unikalna wiedza. Do tej pory, żeby stwierdzić, czy któreś z takich wyładowań nastąpiło, zwykle musiano po prostu zobaczyć, jak świecą w świetle widzialnym. Potrzebne były więc dobre nocne warunki do obserwacji. A my sygnały elektromagnetyczne możemy obserwować cały czas - niezależnie od tego, czy jest dzień czy noc, chmury, ulewa czy mgła i czy - przykładowo - zjawisko wystąpiło w Niemczech czy na południu Afryki - zwraca uwagę naukowiec.

Aparatura pozwala bowiem na śledzenie silnych wyładowań zachodzących w dowolnym miejscu na globie. - Dzięki systemowi WERA śledziliśmy już np. wyładowania, do których doszło w okolicach Kuby, w Afryce czy w Ameryce Południowej - opowiada astronom. Przyznaje, że dzięki danym z dwóch stacji można było całkiem nieźle określić, gdzie było źródło fali (wykorzystując m.in. opóźnienie, z jakim sygnał dociera do odbiorników). - A teraz, kiedy mamy trzy stacje w różnych częściach świata, precyzja pomiarów jeszcze bardziej wzrośnie - cieszy się badacz.

Stacje systemu WERA pomagają też w badaniach fal grawitacyjnych. Dzięki nim można ustalić, czy precyzyjnych pomiarów detektorów fal grawitacyjnych LIGO w USA i VIRGO we Włoszech nie zmieniły zakłócenia elektromagnetyczne.

Badania - z rozmachem, choć urządzenia skromne

Do polskich stacji pomiarowych ciężko dotrzeć. Znajdują się w miejscach oddalonych od cywilizacji - np. w środku lasu lub na prerii. A w dodatku są ukryte pod ziemią. To ma je chronić nie tylko przed oczami wścibskich, ale i przed wpływem czynników zewnętrznych.

- Na przykład nasza stacja w Bieszczadach składa się z zakopanego pod ziemią dużego plastikowego pojemnika. Szczerze mówiąc, to zbiornik, taki jak na szambo. Bo wiadomo, że on długo wytrzyma pod ziemią i nie ulegnie zniszczeniu. A wewnątrz umieszczona jest nasza elektroniczna aparatura pomiarowa - opowiada w rozmowie z PAP prof. Ostrowski. Dodaje, że stacje w USA i w Argentynie są nawet jeszcze mniejsze. Poza tym do działania aparatury potrzebne są anteny magnetyczne zakopane - również pod ziemią - w pewnej odległości od każdej ze stacji.

Podobnymi stacjami pomiarowymi do badania ELF dysponują również i inne zespoły badawcze z różnych miejsc na świecie. - Ale polskie stacje - w odróżnieniu od stacji w innych krajach - umieszczone są w miejscach o bardzo niskim poziomie zakłóceń cywilizacyjnych. Dzięki temu i dzięki rozwinięciu w naszym zespole nowatorskich metod teoretycznych do analizy danych, nasze prace pozwalają na dokładniejsze pomiary niż inne działające w tym zakresie stacje na świecie - komentuje prof. Ostrowski.

Przyznaje, że nie wszystkim zespołom chce się umieszczać stacje pomiarowe z dala od cywilizacji. Sprawia to trochę problemów, bo stacje nie mają połączenia z Internetem. Badacze chcą bowiem chronić pomiary przed zakłóceniami elektromagnetycznymi. W związku z tym co kilka tygodni trzeba je odwiedzać, by dotrzeć do danych i wymienić akumulatory. - Wypracowaliśmy bardzo efektywny model współpracy naukowej zapewniający bezpłatną obsługę naszych zagranicznych stacji. Zapewniają ją lokalni badacze, którzy w zamian dostają dostęp do zbieranych danych pomiarowych. Dzięki temu prowadzić mogą badania - własne lub wspólnie z nami - kończy naukowiec.

PAP - Nauka w Polsce