Centrum Badań Kosmicznych PAN

tel. (+48) 224-966-200
Menu

Profil: Fizyka kosmicznego otoczenia Ziemi

W roku 2012 Polska stała się członkiem Europejskiej Agencji Kosmicznej. Ta przełomowa data oznacza wielkie szanse dla polskiej nauki – możliwość udziału na zasadzie pełnoprawnego partnera w europejskich misjach kosmicznych. Wiąże się to koniecznością zdobywania nowych umiejętności i wiedzy o zasadach eksperymentowania w przestrzeni kosmicznej przez szersze niż dotąd grono polskich naukowców. Także ze względów praktycznych, mając na uwadze obecne możliwości rozwoju w Polsce przemysłu i biznesu kosmicznego, niezbędne jest utrzymywanie w naszym kraju niewielkiej, lecz bardzo kompetentnej grupy fachowców posiadających szeroką wiedzę w dziedzinie fizyki plazmy kosmicznej i przestrzeni okołoziemskiej. Ze względu na specyfikę systemu Ziemia-Słońce, układu o olbrzymich rozmiarach, w którym zachodzą i sprzęgają się nawzajem skomplikowane procesy plazmowe w skalach o olbrzymiej rozpiętości, procesy opisywane za pomocą rożnych formalizmów i modeli teoretycznych, niezbędna jest szeroka, gruntowna wiedza, aby intelektualnie funkcjonować w tej dziedzinie nauki. Żadne studia wyższe w Polsce nie dają obecnie takiego przygotowania. Lukę tę częściowo wypełnia studium doktoranckie CBK PAN we współpracy z Politechniką Warszawską i innymi uczelniami technicznymi.

W ciągu ubiegłych 30 lat multi-satelitarne badania przestrzeni okołoziemskiej przyniosły znaczący postęp w rozumieniu procesów fizycznych determinujących strukturę otoczenia Ziemi i dynamikę reakcji systemu Słońce-Ziemia na zmiany aktywności słonecznej. Liczne misje satelitarne dostarczyły i ciągle dostarczają olbrzymiej ilości danych, których analiza nadal będzie przynosić nowe odkrycia.

Budowa europejskiego satelity systematycznie monitorującego stan przestrzeni okołoziemskiej jest przewidziana w niedalekiej przyszłości, pojawiają się bowiem nowe technologie pomiarowe, umożliwiające pokonanie dotychczasowych barier eksperymentalnych w diagnostyce plazmy kosmicznej. CBK PAN ma spore osiągnięcia w tej dziedzinie i już działa jako znaczący międzynarodowy ośrodek prognozowania warunków w otoczeniu Ziemi dla praktycznych celów łączności radiowej, lotnictwa, satelitarnego transferu danych itp.

Układ Słoneczny (US) jako całość jest już rozpoznany dzięki obserwacjom z naziemnych teleskopów. Nowe misje kosmiczne są obecnie dedykowane badaniu aktywności Słońca oraz badaniom poszczególnych ciekawych obiektów (np., Io, Europa, asteroidy) bądź intrygujących planet już kilkakrotnie odwiedzanych, takich jak Mars czy Jowisz. Następne etapy opanowywania kosmosu polegać zapewne będą na tworzeniu skomplikowanej wokółziemskiej infrastruktury (stacje kosmiczne, konstelacje i formacje satelitów, satelity serwisujące) oraz na przejęciu do eksploracji in situ najbliższych nam obiektów, Księżyca, Marsa, asteroidów.

Fizyka kosmiczna zajmuje się także badaniem wpływu kosmosu na klimat i życie na Ziemi. Od dawna podejrzewano, że atmosfera Ziemi, jej klimat, mogły być w minionych epokach geologicznych modyfikowane nie tylko przez Słońce. Obecnie bezspornie wiadomo, że planety i inne ciała US ulegają nieustannemu bombardowaniu przez atomy i molekuły neutralne, cząstki pyłowe i wysokoenergetyczne jony (promieniowanie kosmiczne) pochodzące z zewnątrz US, tzn. z ośrodka międzygwiazdowego, z bliższych i dalszych gwiazd i innych obiektów występujących we Wszechświecie. Równocześnie US jest nieustannie poddawany strumieniowi fotonów, czasami o skrajnie wysokich energiach (promieniowanie gamma), wypromieniowanych przez różne źródła emisji we Wszechświecie. Badania wymienionych zjawisk prowadzą z jednej strony do poznania procesów fizycznych decydujących o stanie materii (plazmy) międzyplanetarnej wewnątrz US, do poznania jej oddziaływań z planetami, do poznania natury materii międzygwiazdowej otaczającej US, a z drugiej strony do zrozumienia, jaką rolę w ewolucji Ziemi i ogólnie US odgrywały zmienne warunki zewnętrzne narzucone przez „resztę Wszechświata”. Jakkolwiek na ogół skale czasowe tych procesów są długie, porównywalne do trwania epok geologicznych, to ostatnio pojawiły się przesłanki do mniemania, że pewne gwałtowne zmiany w gazie międzygwiazdowym określającym rozmiar tzw. heliosfery (obszaru wypełnionego plazmą wypływającą ze Słońca, w której zanurzone są wszystkie planety), mogą zachodzić w czasie niewielu tysięcy lat, lub nawet tylko setek lat, co może być nieobojętne dla naszej cywilizacji . Są też podstawy do przypuszczeń, ze wspomniany powyżej strumień wysokoenergetycznych fotonów osiągał chwilami w przeszłości – a być może powtórzy się to w przyszłości – poziom katastroficzny dla ziemskiej biosfery. Sytuacje takie mogą towarzyszyć eksplozji niezbyt odległych gwiazd. Mamy tu więc problem ekologii w najszerszej skali, ekologii kosmicznej.

Realizacja pomysłów badawczych w przestrzeni kosmicznej wymaga misji technologicznych, testujących różne rozwiązania techniczne. Przyszłe misje naukowe takie jak teleskop kosmiczny nowej generacji, misje interferometryczne do obserwacji planet pozaziemskich, misje fizyki fundamentalnej czy eksploracja asteroidów są tu tylko wybranymi przykładami projektów niemożliwych do realizacji bez nowych technologii, których stworzenie wymaga wykształcenia i praktycznego przygotowania nowych kadr.

Zapraszamy zatem na nasze studia doktoranckie. Kandydaci na studia doktoranckie w profilu „Fizyka kosmicznego otoczenia Ziemi” powinni mieć zaliczone wykłady z fizyki eksperymentalnej i podstaw fizyki teoretycznej, oraz opanowane metody matematyczne fizyki w takim stopniu, jak zwykle jest to wymagane w programie studiów fizyki.

Lista potencjalnych tematów prac doktorskich:

prof. dr hab. Iwona Stanisławska

  1. Aspect-sensitive scattering on polar ionospheric irregularities in HF radio propagation at high and middle latitudes [Doctoral_Title_1-3]
  2. Developing the techniques for prediction of HF propagation conditions at the high latitudes [Doctoral_Title_2-2]

prof. Hans Rickamn

  1. Formation of Earth-like planets
    Udział w misji Europejskiej Agencji Kosmicznej ARIEL

prof. Marek Banaszkiewicz

  1. Atmosfery planet
    Udział w misji Europejskiej Agencji Kosmicznej ARIEL
Przewiń do góry