Dr Milena Ratajczak: Życie poza Ziemią? Szukamy daleko i blisko

Grzegorz Jasiński: Przemysł kosmiczny obiecuje astronomom teraz bardzo dużo. Podróż na Księżyc, człowieka na Księżycu. Teleskop Webba to jedna z tych obietnic, które zostały dotrzymane. Są łaziki na Marsie. Perseverance wierci dziury, chowa próbki. Które z tych obietnic dla pani jako astronoma są najbardziej ekscytujące? Na powodzenie których misji pani najbardziej czeka?

Milena Ratajczak: Tematem, który zawsze w naszych głowach jest, jest ten temat główny, czyli poszukiwanie życia we Wszechświecie. I to jest chyba taka pierwsza rzecz, która wiąże się z każdym z tych urządzeń, z każdym z tych projektów, o których już wspomnieliśmy. Mamy teleskop Jamesa Webba, który nie jest po to, żeby robić ładne zdjęcia. Tak samo jak Kosmiczny Teleskop Hubble'a nie do końca był po to, żeby te kolorowe zdjęcia publikować. Tu chodzi o to, by nową naukę odkrywać. I tutaj, jedną z tych rzeczy, którą teleskop Jamesa Webba ma nam przynieść, są obserwacje - nawet i bezpośrednie - planet pozasłonecznych. To obserwacje w zakresie podczerwieni, czyli w takim zakresie, w którym do tej pory tego nie robiliśmy. Nie robiliśmy tego spoza naszej orbity, ponieważ Kosmiczny Teleskop Hubble'a obserwował w nieco innych zakresach fal. To jest na pewno taki temat, który tak naprawdę nieco z każdą z tych misji i projektów się wiąże. Możemy mówić o życiu odległym, o życiu na innych planetach, na egzoplanetach, czyli planetach pozasłonecznych, którego właśnie dzięki teleskopem kosmicznym, czy też wielkim teleskopem budowanym na powierzchni Ziemi, tak jak ekstremalnie duży teleskop, który jest aktualnie budowany w Chile, którego średnica lustra głównego będzie wynosiła 40 metrów, czyli 4 razy więcej niż te teleskopy, z których dotąd korzystamy, szukamy. To także te wszystkie misje i projekty, które dotyczą bliższych obiektów, czyli obiektów w naszym Układzie Słonecznym, ale do których możemy się dostać. Czyli nie tylko możemy zaobserwować, tylko już w sposób nie pośredni, a bezpośredni zbadać.

Te wszystkie planetoidy, które możemy odwiedzić. Japończycy odwiedzali, Europejczycy odwiedzają...

Zgadza się. To planetoidy, które odwiedzamy. Mamy też kometę, na której wylądowaliśmy. To bardzo zresztą udana misja Europejskiej Agencji Kosmicznej, misja Rosetta, która już niemal 10 lat temu lądowała na pędzącej komecie 67P/Churyumov-Gerasimenko i badała co się dzieje w momencie, kiedy ona się zbliża do Słońca, czyli kiedy jest w czasie tej największej aktywności. I to jest z jednej strony wyzwanie, z jednej strony pewna ambicja, że chcemy dotrzeć tam misją, którą planujemy kilkadziesiąt lat wcześniej, 20 lat wcześniej. 12 lat w przestrzeni kosmicznej sonda Rosetta goniła tę kometę. Ale to nie jest tylko sprawa technologii, którą chcemy zbadać, którą zaprojektowaliśmy te kilkanaście, czy też kilkadziesiąt lat wcześniej. Ale także chcemy wyciągnąć z tego naukę, bo nam astronomom, naukowcom na tym najbardziej zależy. I teraz, w zależności od tego, jaki obiekt badamy, ta nauka jest nieco inna. Ona bardzo często łączy się z tym poszukiwaniem życia. Na przykład w przypadku komet jest to badanie stosunku wody ciężkiej, czyli złożonej z nieco innego izotopu wodoru, do wody zwykłej. I porównanie tego stosunku ze stosunkiem, który mamy na Ziemi, którego doświadczamy tutaj w tej ziemskiej wodzie. Dzięki temu wiemy, że jeden stosunek temu drugiemu stosunkowi nie jest równy. Więc najprawdopodobniej woda na Ziemi, która nie do końca wiemy skąd się wzięła, nie wzięła się z takiej komety, jak ta którą badaliśmy. I to jest taki przykład właśnie tego poszukiwania życia. Jako że my życie wiążemy z wodą ,to tutaj właśnie na przykładzie komet takich odkryć możemy dokonywać.

To była taka teoria, bo chyba można powiedzieć że była, taka teoria dość chwytliwa, wydawało się: czemu nie, mogło tak być. Faktycznie wyniki tych badań jakby idą trochę w innym kierunku. Analiza trwa wiele lat, to też trzeba powiedzieć, że prace naukowe na tej podstawie ciągle powstają i jeszcze będą powstawać. Czy jednaki te wyniki panią satysfakcjonują? To pani zainteresowanie jest zaspokajane, czy jednak nadzieje były większe?

Jest troszeczkę tak, że w momencie, kiedy dowiadujemy się czegoś uświadamiamy sobie że chcemy widzieć jeszcze więcej. Więc z jednej strony jest to duża satysfakcja przekonać się, że coś jest właśnie tak lub nie jest tak, ale z drugiej strony zawsze rodzi to kolejne pytania już w zasadzie niezależnie od odpowiedzi. I tak np. w przypadku tej wody wiemy, że ona z takiej komety, konkretnej rodziny takich komet, nie mogła dostać się na Ziemię. Więc pytanie skąd ona się wzięła, czy wzięła się z jakiejś planetoidy, czy może powstała na Ziemi w inny sposób, nie została przeniesiona przez ciało trzecie, tylko w wyniku działania procesów geologicznych na Ziemi mogła się spod powierzchni wydostać. Więc to rodzi szereg kolejnych pytań. Ale na tym polega nauka więc niezależnie od tego czy odpowiedź jest satysfakcjonująca czy nie, zawsze rodzi dodatkowe pytania i pomysły na nowe projekty, kolejne projekty.

My jesteśmy tutaj przy okazji konkursu łazików marsjańskich i faktycznie mamy czasy, kiedy łaziki marsjańskie, w tej chwili Perseverance, Curiosity, a wcześniej oczywiście Spirit i Opportunity - rzeczywiście prowadzą niezwykle ciekawe badania, ale jednak człowiek chce wrócić jako główny badacz. Europejska Agencja Kosmiczna chwali się, że astronauci europejscy ćwiczą, trenują, uczą się geologii, bo do tej pory na Księżycu był tylko jeden geolog, Harrison Schmitt. Co jest takiego w tych badaniach obcych ciał niebieskich, co sprawia, że jednak człowiek ze swoim okiem, swoją ręką, swoim doświadczeniem, najlepiej byłby w stanie tam odpowiednie próbki pobrać, zabezpieczyć?

Spójrzmy chociażby na Marsa. Na Marsie mamy kilka działających łazików, kilka niedziałających łazików. Mamy wiele orbiterów, sond kosmicznych, które mapują i badają Marsa z jego orbity. I te wszystkie badania dają nam bardzo ogólnie pogląd na to jak wygląda topografia Marsa, jakie mniej więcej zachodzą, czy też nie zachodzą procesy geologiczne. Mamy próbki pobierane i analizowane przez łaziki. Ale nie wiemy do końca, nie mamy takich próbek na Ziemi. Więc na pewno misja Mars Sample Return, która pozwoli na przywiezienie próbek Marsa na Ziemię i zbadanie w ziemskim obserwatorium, byłaby bardzo, bardzo kusząca. I to jest to, co np. wiemy o Księżycu. Ponieważ skały księżycowe trafiły na Ziemię. Projekt Apollo zapewniał to, że astronauci przywozili takie księżycowe kamienie na Ziemię. Tego nie mamy na Marsie. Mamy łaziki, które potrafią coraz więcej robić, ale to jest po pierwsze pewna głębokość, czyli dochodzimy do pewnej głębokości, nie wiemy co jest głębiej. Po drugie, to są tylko wybrane obszary. Łaziki na Marsie są dobrze wyselekcjonowanych miejscach, lokalizacjach, które są ciekawe z różnych względów, ale nie dają nam tego bardzo ogólnego poglądu. Na pewno od strony naukowej bardzo ciekawe byłoby to, by móc jakby dostać się głębiej i zobaczyć co jest głębiej pod powierzchnią. A na tę chwilę nie mamy takiej technologii, która nam to zapewni. Ale także chodzi o to, by móc próbkować w bardzo różnych miejscach. I oczywiście pojedyncza misja załogowa na Marsa też tego nie rozwiąże, bo lądujemy tylko w jednym miejscu, ale jeżeli myślimy już sobie w przyszłości o kolonizacji Marsa na większą skalę, to w ten sposób to właśnie powinno działać, że będziemy mieli bardziej ogólny pogląd na to co dzieje się na powierzchni tej planety.

Czego jeszcze ciekawego możemy się doszukać w Układzie Słonecznym? Bo mówimy o księżycowych, które mają pod powierzchnią wodę i też myślimy sobie o tym, że może tam jest jakieś życie, które stosunkowo blisko nas funkcjonuje. Zadajemy sobie też inne pytania dotyczące z kolei gazowych olbrzymów. Co tutaj pani zdaniem w ciągu najbliższych 10-20 lat będzie taką sensacją, czymś o czym będziemy bardzo głośno i gorączkowo rozmawiać?

Na pewno księżyce gazowych olbrzymów są takimi miejscami, do których będzie dążyć kilka planowanych misji. Są to księżyce Jowisza, a także księżyc Saturna - Tytan, który już był zresztą badany przez sondę Cassini i przez lądownik Huygens. I to są miejsca, o których mówimy jako potencjalnych miejscach, gdzie może rozwijać się życie w Układzie Słonecznym. Europa czy też właśnie Tytan. I mamy zaplanowaną np. misję Europa Clipper, która będzie podążała w kierunku tego księżyca. Chcemy badać także Io, czyli księżyc wulkaniczny. To bardzo ciekawe pod względem badania procesów, które zachodzą na powierzchni tego księżyca. Geologicznych procesów, związanych także z tektoniką. Jest więc tutaj dużo do zrobienia. Mamy także  atmosfery do badania. Atmosfera Tytana to jest jedna rzecz, ale nawet wracając do naszego Marsa, który nie ma takiej gęstej atmosfery, ale w tej atmosferze wykryto metan i wciąż nie wiadomo, z czym on się wiąże. Czy może on być produkowany przez jakieś procesy, które świadczą o tym, że na powierzchni Marsa istnieją jakieś mikroorganizmy, bakterie, czyli życie w naszym rozumieniu.  I to jest także takie pytanie, które sobie zadajemy i które mamy nadzieję przyszłe misje albo bezzałogowe, albo załogowe w przypadku Marsa rozwiążą.

Są też takie informacje, które wywołują spore poruszenie. Ale po chwili się okazuje, że być może były błędne. Pojawiła się taka informacja o fosfinie, cząsteczce zbudowanej z fosforu i wodoru, w atmosferze Wenus (co mogło wskazywać na istnienie tam życia). Nie minął rok, kiedy konkurencyjna grupa badaczy stwierdziła, że chyba jednak pierwsze wnioski były przestrzelone.

Nauka wiąże się z tym, że musimy troszeczkę spekulować, że to nie jest do końca tak, że mamy coś czarno na białym, tylko gdzieś w dużym szumie szukamy informacji i oczywiście mamy ten bias, tę stronniczość obserwacyjną, że chcemy jakąś informację znaleźć. I dobry sposób analizy danych to jest podstawa do tego, żeby obronić swoje odkrycie. Tutaj faktycznie tak się zdarzyło w przypadku fosfiny w atmosferze Wenus, że sygnał, który widzieli naukowcy badający te zjawisko był niedużo większy od szumu. My to nazywamy czasami takim wishful thinking, pobożnym życzeniem, które sprawiło, że przedstawiono jednak niepewne wyniki. Nie chcę mówić, że błędne, bo badaniem atmosfery Wenus na co dzień się nie zajmuję. Naukowcy badający to zjawisko często mówią o tym, że oni po prostu badają różne zjawiska, które tam zachodzą i różne ruchy atmosfery. I to jest dla nich najciekawsze, a jeżeli coś znajdą przy okazji, no to jest to kolejna wartość dodana. Ale trzeba być ostrożnym. To jest tak troszeczkę jak z szukaniem analogicznej drugiej Ziemi, czy też Ziemi 2.0. Już kilkukrotnie w prasie mieliśmy Ziemię 2.0 i to troszeczkę jest tak, że faktycznie jeżeli znajdziemy planetę, która okrąża gwiazdę podobną do Słońca, mniej więcej wielkości Ziemi, to czasami się mówi o tym, że to jest już Ziemia 2.0 ale ona faktycznie na przykład może się znajdować w zupełnie innej odległości, za blisko, za daleko, co już nie pozwala na rozwój życia w formie jaką my znamy. Oczywiście jeżeli chodzi o tę Ziemie 2.0 musimy wziąć pod uwagę kilka czynników, czyli wielkość, masę, gęstość, odległość od gwiazdy macierzystej, a także sam charakter tej gwiazdy macierzystej. Więc tych czynników jest sporo. Nie tylko masa i i promień takiej planety. Więc tutaj też należy być ostrożnym, bo znalezienie Ziemi 2.0 wcale nie oznacza, że znaleźliśmy życie.

Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba może trochę pomóc, bo jeśli przypadkiem podejrzeć co tam w tej atmosferze jest, to coś będziemy wiedzieć. A może dalej nie będziemy wiedzieć, ale za to będziemy mogli hipotetyczne teorie przedstawiać?

Kolejnym wyzwaniem, które mamy jest to, że my nie do końca wiemy czego szukać. Jeżeli chodzi o badanie atmosfery egzoplanet to wiemy, że szukamy jakichś biosygnatur, gazów, które mogą być do atmosfery takiej egzoplanety uwalniane przez jakieś konkretne procesy, które mogą świadczyć o tym, że coś ciekawego się na tej planecie dzieje. Ale nie wszystko jesteśmy w stanie modelować w laboratorium ziemskim. To jest troszeczkę problem z astronomią i z badaniem kosmosu, że nie jesteśmy w stanie zjawisk, które w kosmosie się odbywają powtórzyć w laboratorium. I to jest też duże wyzwanie, żeby też móc przewidzieć, czego możemy szukać i co chcemy znaleźć, żeby móc powiedzieć, że tego odkrycia dokonaliśmy.

Wspomniała pani o macierzystej gwieździe, więc musimy też wspomnieć o macierzystej gwieździe naszego Układu Słonecznego. Coraz więcej będziemy o niej wiedzieć, bo mamy sondy, które dokładnie ją badają. Proszę mi powiedzieć, na ile te informacje o ciałach niebieskich Układu Słonecznego, czyli właśnie planetach, księżycach tych planet, planetoidach i kometach, wzbogacone o wiedzę o samym Słońcu będą bardziej ścisłe. Czy my jesteśmy w stanie o nich się dowiedzieć z obserwacji ich samych? Czy te informacje dokładnie o procesach zachodzących na Słońcu, które dostaniemy, mogą tu rzucić jakieś dodatkowe światło, mogą coś wyjaśnić? Czy nie, czy po prostu gwiazda zrobiła już co miała zrobić, na początku, a teraz po prostu świeci i tyle. I to już wpływu konkretnego na te ciała niebieskie nie ma.

Musimy pamiętać też, że mimo że Słońce jest dość stabilną gwiazdą, ono miewa takie rozbłyski, czy też wyrzuty masy, które wpływają na inne obiekty Układu Słonecznego. Oczywiście najbardziej narażone na nie są te obiekty, które znajdują się blisko, czyli na przykład planety wewnętrzne, albo komety które podchodzą blisko Słońca, w momencie kiedy ich orbita akurat taka jest. Na pewno ciekawą rzeczą, na którą wpływa Słońce są te zjawiska, które powodują że komety się rozpadają. Kometa za każdym razem, zbliżając się do Słońca raz na kilka, kilkadziesiąt, czy też kilkaset lat, traci dużo masy. I w pewnym momencie ona po prostu się rozpadnie. Może się zdarzyć, że ona się rozpadnie będąc w okolicy Słońca. Oczywiście jest to związane z ogrzaniem jądra kometarnego, z procesem sublimacji. I to są bardzo ciekawe zjawiska, z jednej strony z powodów astrofizycznych, ale z drugiej strony także z powodu tak zwanej dynamiki tych ciał Układu Słonecznego. To znaczy tego, dokąd one się będą dalej przemieszczały jeżeli rozpadną się na wiele kawałków. Mnie bardzo to cieszy, że my troszeczkę wróciliśmy do tych badań Słońca, bezpośrednich a nie tylko za pomocą teleskopów z koronografami, które są wykonywane z Ziemi, ale mamy misję Parker Solar Probe, która bardzo blisko podchodzi, też osiąga kosmiczne prędkości. To jest duże wyzwanie technologiczne dla misji, które zbliżają się do Słońca, żeby ta temperatura, którą Słońce wytwarza, nie zniszczyła tych urządzeń. Więc to jest na pewno także pod względem robotyki i inżynierii kosmicznej duże wyzwanie, by Słońce badać w sposób taki bezpośredni.

Pani ma jakąś teorię na temat tego tajemniczego obiektu Oumuamua, który kilka lat temu przeleciał spoza Układu Słonecznego?

Oumuamua to zdecydowanie zastanawiający obiekt. Śledząc publikacje naukowe widzimy, że wciąż nie ma tutaj konsensusu, co musiało się stać, żeby taki obiekt w naszym Układzie Słonecznym mógł się pojawić. Więc czekamy na więcej takich obiektów, obiektów które pochodzą spoza naszego Układu Słonecznego, na bardzo dziwnych orbitach. Po Oumuamua mieliśmy do czynienia także z kometą Borisow, której orbita także była dość dziwna. Być może istnieje taka klasa obiektów, które dopiero co zaczynamy odkrywać i być może kolejne przeglądy nieba, czyli kolejne projekty teleskopowe, które będą skanowały całe niebo w poszukiwaniu właśnie takich dziwnych obiektów i zaglądały daleko, coś pokażą. Jednym z takich projektów jest budowane Vera Rubin Observatory, LSST (Large Synoptic Survey Telescope), które jak mi się wydaje może przynieść wiele odkryć. Chodzi tu o takie bardzo słabe obiekty, które odkrywamy dopiero wtedy, kiedy są blisko Ziemi, czy też blisko Słońca. Jeślibyśmy te obiekty mogli wcześniej zaobserwować, to na pewno widzielibyśmy ich więcej i te orbity moglibyśmy w sposób bardziej dokładny wyznaczyć. I dzięki temu, być może, odkryć jakąś nową klasę obiektów, które wcześniej nie były zdefiniowane.

Jak wielkie nadzieje wiąże pani z badaniami fal grawitacyjnych? Czy dla pani pracy i pani zainteresowań to ma znaczenie czy nie ma?

Odkrycia fal grawitacyjnych dla mnie są ciekawe z tego powodu, że odkrywamy dzięki nim obiekty, których wcześniej nie widzieliśmy w inny sposób. To znaczy odkrywamy na przykład w momencie rejestracji fal grawitacyjnych dwie czarne dziury albo dwie gwiazdy neutronowe, które się zderzają i okazuje się że potrafimy wyznaczyć ich masy, badając te fale grawitacyjne. I te masy tych obiektów okazują się być wielkości takiej, której wcześniej nie wiedzieliśmy. Nie wiedzieliśmy, że tak duże czarne dziury możemy zaobserwować, ale także nie wiedzieliśmy np. że tak masywne gwiazdy neutronowe możemy odkryć. I to nam daje jakby nowy sposób na badanie tych obiektów, zwartych tych obiektów, o których nie widzimy bezpośrednio. I teraz taką bardzo popularną dziedziną w astronomii jest badanie także czarnych dziur, ale takich czarnych dziur o wielkości kilku mas Słońca, czyli pozostałości po gwiazdach masywnych. Do tej pory te czarne dziury odkrywaliśmy tylko w układach podwójnych, to znaczy tylko wtedy, kiedy czarna dziura wpływała w jakiś sposób na gwiazdę, która była blisko niej, rozrywając ją, czy też tworząc jakiś ciekawy układ z tym drugim obiektem. Teraz zaczynamy odkrywać pojedyncze obiekty. W przypadku fal grawitacyjnych są wciąż podwójne ponieważ fale grawitacyjne do tej pory, te które jesteśmy w stanie odkrywać, wskazują np. na zlewanie się dwóch czarnych dziur. Ale mamy także inne metody np. mikrosoczewki grawitacyjne, czy też poszukiwanie odkształceń innych gwiazd, które znajdują się daleko, które odkształcają się właśnie poprzez to, że czarna dziura jest w okolicy. I to jest bardzo ciekawa, rozwijająca się bardzo, działka astronomii astrofizyki.

To ja ostatnie pytanie jeszcze zadam, o pani bieżące badania, o to kiedy opublikuje pani przełomowe rezultaty, wyniki?

Aktualnie zajmuje się badaniem właśnie takich obiektów zwartych, obserwując gwiazdy, które widać. To znaczy szukam pewnych nieregularności w gwiazdach, po to żeby móc znaleźć...

Ich takiego ukrytego towarzysza?

Dokładnie tak, ukrytego towarzysza. I co więcej, jest taka ciekawa klasa gwiazd, które potrafią być przez lata spokojne, po czym przez kolejny tydzień zaczynają wariować w ten sposób, że stają się bardzo jasne, bardzo ciemne i później znowu na lata ucichają. I to może być spowodowane bardzo bliskim przejściem w okolicy takiego obiektu jak czarna dziura czy też gwiazda neutronowa. Więc te obiekty nazywamy obiektami typu heartbeat dlatego, że krzywa ich jasności przypomina troszeczkę zapis z elektrokardiogramu. A co ciekawe, jedną z takich bardzo ciekawych gwiazd odkryliśmy w dzień świętego Walentego, więc ta historia się ładnie sprowadza do tego i mam nadzieję, że do kolejnych walentynek zostanie opublikowana już w sposób bardziej naukowy.