GLOWS (misja IMAP)

CBK PAN realizuje eksperyment GLOWS w ramach misji kosmicznej NASA Interstellar Mapping and Acceleration Probe (IMAP), której celem jest lepsze poznanie heliosfery i jej oddziaływania z najbliższym otoczeniem galaktycznym Słońca oraz badanie procesów rozpędzania cząstek promieniowania kosmicznego (http://pfusia.cbk.waw.pl/files/heliosphere.html). Decyzję o wyborze zespołu uczonych z udziałem naukowców z CBK PAN do realizacji misji IMAP ogłoszona została przez NASA 1 czerwca 2018 r. (https://www.nasa.gov/press-release/nasa-selects-mission-to-study-solar-wind-boundary-of-outer-solar-system).

Misja IMAP jest tworzona przez międzynarodowy zespół naukowy pod kierownictwem profesora Davida J. McComasa z Uniwersytetu Princeton, a realizację projektu koordynować będzie Applied Physics Laboratory (APL) z Uniwersytetu Johnsa Hopkinsa. Z ramienia NASA misję koordynuje Heliophysics Division w Science Mission Directorate. Sonda kosmiczna IMAP wyposażona będzie w dziesięć instrumentów naukowych, z których jeden powstaje w CBK PAN. IMAP działać będzie w pobliżu tzw. punktu libracji L1 między Ziemią a Słońcem, ok. 1,5 mln km od Ziemi. Punkt Lagrange’a L1 jest to wyimaginowany punkt w przestrzeni między Ziemią a Słońcem, gdzie równoważą się potencjały grawitacyjne Ziemi i Słońca i dzięki temu umieszczony w jego pobliżu statek kosmiczny łatwiej jest utrzymać stałym położeniu względem Ziemi i Słońca.

Zespół uczonych i inżynierów z CBK PAN, kierowany przez dr. hab. Macieja Bzowskiego z Zakładu Fizyki Układu Słonecznego i Astrofizyki (ZFUSiA), zaproponował wyposażenie IMAP w fotometr GLOWS do obserwacji fluorescencyjnej poświaty heliosferycznej w linii Lyman-α neutralnego wodoru (121,6 nm). Planowane obserwacje umożliwią zbadanie zależności strumienia wiatru słonecznego od szerokości heliograficznej oraz rozkładu w przestrzeni międzyplanetarnej wodoru międzygwiazdowego. Ponadto uczeni z ZFUSiA w ramach eksperymentu IMAP-Lo, kierowanego przez prof. Nathana Schwadrona i prof. Eberharda Moebiusa z Uniwersytetu New Hampshire prowadzić będą badania neutralnego gazu międzygwiazdowego, wnikającego do wnętrza heliosfery. Wyniki tych badań pozwolą na lepsze zrozumienie oddziaływania wiatru słonecznego z materią międzygwiazdową oraz stanu fizycznego materii międzygwiazdowej w okolicy Słońca.

GLOWS budowany jest przez kilkunastoosobowy zespól inżynierów  z Laboratorium Satelitarnych Aplikacji Układów FPGA, Laboratorium Fotoniki i Mikromechaniki i Laboratorium Robotyki i Mechatroniki Satelitarnej CBK PAN, kierowany przez dra inż. Romana Wawrzaszka, głównego inżyniera projektu. W ramach tych prac skonstruowana zostanie część detektorowa ze specjalnie zaprojektowanym układem optycznym, układ zasilania elektrycznego, komputer instrumentu wraz z oprogramowaniem oraz niezbędna naziemna aparatura wspomagająca i testowa oraz oprogramowanie naukowe. Menedżerem projektu jest dr hab. inż. Piotr Orleański.

Udział w misji IMAP w znacznym stopniu ukierunkuje prace ZFUSiA CBK PAN na następną dekadę. Zaproponowany przez CBK PAN eksperyment GLOWS pozwoli na lepsze zrozumienie trójwymiarowej struktury wiatru słonecznego i jej zmian w cyklu aktywności słonecznej, czyli zagadnień badanych w CBK PAN od wielu lat. Równie ważne będą badania neutralnego gazu międzygwiazdowego i wynikające z nich wnioski co do stanu fizycznego materii międzygwiazdowej otaczającej Słońce. Udział w misji IMAP będzie kontynuacją wieloletniego programu badań heliosfery i jej najbliższego otoczenia galaktycznego, prowadzonego dotychczas w zespole ZFUSiA CBK PAN m.in. w ramach misji NASA Interstellar Boundary Explorer (IBEX). Posiadanie własnego instrumentu oznacza przyjęcie odpowiedzialności za sformułowanie i realizację programu badań prowadzonych tym przyrządem.

Zaproponowany przez inżynierów z CBK PAN udział w technicznej realizacji projektu to naturalna kontynuacja specjalizacji Laboratorium Satelitarnych Aplikacji Układów FPGA, która znacznie rozwinęła się przy realizacji wielu poprzednich misji: Integral, MEX, Chandrayaan, Herschel, CaSSIS, ASIM, Solar Orbiter, a obecnie OpSat, PROBA3 i JUICE. Wysoki poziom gotowości technologicznej, poparty przykładami opracowań sprawdzonych już w kosmosie, był jednym z istotnych elementów wyboru instrumentu GLOWS przez NASA. Integracja całego instrumentu w CBK PAN oraz opracowanie części detektorowej przyrządu stwarzają olbrzymie możliwości dla zbudowania kolejnej specjalizacji instrumentalnej w instytucie – tym istotniejszej, że od początku opartej o bardzo bliską współpracę grupy inżynierskiej z zespołem naukowym.

Badania heliosfery stanowią bardzo ważną część misji poznawczej CBK PAN. Opracowanie i realizacja projektu GLOWS w ramach misji IMAP to efekt wieloletniej i bardzo owocnej współpracy naukowej między uczonymi z CBK PAN a partnerami amerykańskimi, profesorem Davidem McComasem z Uniwersytetu Princeton oraz profesorami Eberhardem Moebiusem i Nathanem Schwadronem z Uniwersytetu New Hampshire w ramach misji IBEXB. Bardzo ważne jest to, że w tym projekcie zaangażowane zostaną także grupy inżynierskie, które mają długoletnie doświadczenie we współpracy z partnerami europejskimi oraz rosyjskimi, chińskimi i indyjskimi. Dzięki GLOWS inżynierowie z CBK PAN rozpoczynają także współpracę techniczną z NASA.

W skład Zespołu Naukowego misji IMAP ze strony CBK PAN wchodzą jako Co-Investigators (Co-I) dr hab. Maciej Bzowski oraz mgr Marzena A. Kubiak. Do Zespołu Naukowego GLOWS należą oprócz nich także dr Marek Strumik i dr Izabela Kowalska-Leszczyńska. Zespół inżynierski kierowany jest przez dra inż. Romana Wawrzaszka, a menedżerem projektu i mentorem grupy inżynierskiej jest dr hab. inż. Piotr Orleański. Artkuł przedstawiający program naukowy i instrumenty misji IMAP dostępny jest tutaj. Opracowanie i realizacja przez CBK PAN eksperymentu GLOWS finansowane jest ze środków Ministerstwa Edukacji i Nauki.

W skład konsorcjum tworzącego sondę IMAP wchodzą:

• Uniwersytet Princeton;
• Laboratorium Fizyki Stosowanej Uniwersytetu Johna Hopkinsa;
• Instytut Goddarda;
• Southwest Research Institute
• Uniwersytet w New Hampshire;
• MIT – Massachusetts Institute of Technology;
• Los Alamos National Laboratory;
• Laboratorium Fizyki Atmosfery i Kosmosu Uniwersytetu w Kolorado;
• Obserwatorium Astrofizyczne Smithsonian;
• Uniwersytet Arizony;
• Centrum Badań Kosmicznych Polskiej Akademii Nauk;
• Uniwersytet w Bonn;
• Uniwersytet Berneński;
• Uniwersytet Alabamy w Huntisville;
• Caltech;
• Jet Propulsion Laboratory – JPL;
• Uniwersytet Montany;
• Uniwersytet Nagoya;
• Uniwersytet Kalifornijski w Berkley;
• Uniwersytet Ruhry w Bochum;
• Uniwersytet Dalaware;
• NOAA- National Oceanic and Atmospheric Administration;
• Aerospace;
• Uniwersytet w Chicago.