Trzy lata temu, dokładnie 14 kwietnia 2020, po raz pierwszy uruchomiono w przestrzeni kosmicznej teleskop STIX (X-ray Spectrometer/Telescope), jeden z instrumentów sondy Solar Orbiter. W prace nad instrumentem zaangażowani byli specjaliści z CBK PAN, a będący częścią instytutu Zakład Fizyki Słońca we Wrocławiu analizuje dane pochodzące z instrumentu.
– Musieliśmy zaczekać na ten moment nieco dłużej niż wcześniej zaplanowano. Okazało się, że pandemia COVID-19 sięga nawet daleko w kosmos, bo zaplanowane, na dwa tygodnie wcześniej, pierwsze uruchomienie nie odbyło się. Dostęp do Europejskiego Centrum Operacji Kosmicznych w Darmstadt został ograniczony, a Solar Orbiter musiał być przełączony w tryb uśpienia. Dopiero po dwóch tygodniach, kiedy wprowadzono odpowiednie procedury, osoby odpowiedzialne za testy STIX mogły uzyskać dostęp do Centrum – wyjaśnia dr Tomasz Mrozek z Zakładu Fizyki Słońca CBK PAN.
Takie testy, które nazywają się Near Earth Commissioning Phase (NECP), polegają na wielokrotnym uruchamianiu instrumentu i sprawdzaniu różnych trybów jego działania. Pierwsze uruchomienie miało na celu sprawdzenie czy instrument i jego podstawowe elementy reagują po włączeniu zasilania.
– To była wielka ulga, gdy na ekranach komputerów pojawiły się sygnały potwierdzające, że STIX żyje i nadaje! Tego samego dnia, o godzinie 21:09, otrzymaliśmy pierwsze widmo kalibracyjne, które wyglądało doskonale. Już wtedy wiedzieliśmy, że działają wszystkie detektory, sygnał zbierany z nich jest przetwarzany przez komputer pokładowy zbudowany w CBK PAN, a następnie przesyłany bez problemów na Ziemię. Kolejne dni i tygodnie upłynęły na testowaniu, przesyłaniu poprawek do oprogramowania pokładowego i wyczekiwaniu na jakiś silniejszy rozbłysk. Cała seria takich zjawisk pojawiła się na początku czerwca, wciąż w trakcie trwania NECP – komentuje dr Mrozek.
Bardzo szybko okazało się, że STIX działa na tyle dobrze, że obserwacje zebrane podczas NECP miały wartość publikacyjną. Pierwsza publikacja prezentująca, między innymi, obserwacje z czerwca 2020 r. ukazała się zaraz na początku 2021 r. Jednocześnie, Europejska Agencja Kosmiczna (ESA), doceniając to, że instrument działa bez żadnych zastrzeżeń oraz nie ma dużych wymagań przy transmisji danych, podjęła decyzję, że STIX będzie działał cały czas od 1 stycznia 2021 r. To wyjątek wśród teleskopów na pokładzie Solar Orbitera, ponieważ większość z nich jest uruchamiana tylko w kilkudniowych oknach obserwacyjnych.
– Zaledwie trzy lata po uruchomieniu STIXa w bazie danych jego obserwacji mamy ponad 27000 rozbłysków. Biorąc pod uwagę, że działa bez przerwy od 1 stycznia 2021 r., oznacza to rejestrację około 10000 rozbłysków rocznie. To prawie dwa razy więcej niż jego poprzednik RHESSI. A maksimum aktywności Słońca dopiero przed nami. Najnowsze modele pokazują, że możemy spodziewać się go nieco wcześniej, na przełomie lat 2023 i 2024 – wyjaśnia naukowiec.
Ilość danych naukowych przesłanych przez STIX na Ziemię zbliża się do 1 TB. Zawierają one zarówno widma rozbłysków słonecznych jak i dane służące do rekonstruowania obrazów. Widma, w postaci tzw. plików spektrogram, przesyłane są dla każdego zarejestrowanego zjawiska. Obrazy możemy rekonstruować, za pomocą wrocławskiego algorytmu MARLIN, tylko jeśli przesłane zostaną tzw. pixel data, które są kilkadziesiąt razy większe od danych spectrogram. W związku z tym przesyłane są one tylko dla wybranych, najciekawszych rozbłysków. Mimo tych ograniczeń mamy już do dyspozycji ponad milion obrazów pokazujących różne fazy ewolucji rozbłysków w różnych zakresach energii promieniowania rentgenowskiego.
Tak ogromna ilość danych obserwacyjnych jest analizowana przez grupę około trzydziestu naukowców tworzących tzw. STIX Team. Około 30% tej grupy to pracownicy ZFS CBK PAN. To stosunkowo niewielka grupa. Korzystając z zaawansowanych metod analizy danych, wspieranych różnymi technikami uczenia maszynowego (algorytmy genetyczne, sztuczna inteligencja itp.) naukowcy byli w stanie przeanalizować statystycznie zaledwie nieco ponad 2000 rozbłysków. Liczba zjawisk studiowanych dokładnie, przy wykorzystaniu obserwacji z innych teleskopów, nie przekroczyła jeszcze liczby 100. To pokazuje z jakim bogactwem danych mamy do czynienia w przypadku zaledwie jednego teleskopu spośród sześciu działających na pokładzie Solar Orbitera.
Przypomnijmy, że Solar Orbiter to satelita Europejskiej Agencji Kosmicznej, którego celem są badania z zakresu fizyki Słońca i fizyki heliosfery. Dane uzyskane w czasie misji pozwolą naukowcom odpowiedzieć na pytanie, w jaki sposób Słońce generuje i podtrzymuje heliosferę – plazmową otoczkę w której zanurzony jest Układ Słoneczny.
Realizacja programu naukowego wymaga by Solar Orbiter okresowo zbliżał się do Słońca na odległość zaledwie 42 mln km (a więc bliżej, niż Merkury, którego od naszej gwiazdy dzieli co najmniej 46 mln km). W trakcie misji stopniowo zmieniało będzie się także nachylenie orbity próbnika, i w ciągu siedmiu lat osiągnie 25 stopnie. Umożliwi to obserwacje regionów biegunowych Słońca, trudno dostępnych dla obserwatoriów zlokalizowanych na Ziemi lub na jej orbicie.
Prace konstrukcyjne nad instrumentem STIX realizował międzynarodowy zespół, w skład którego wchodzili Szwajcarzy (w kierujący pracami), Polacy, Czesi, Niemcy i Francuzi. Reprezentowana przez CBK PAN strona polska odpowiadała za:
– opracowanie jednostki przetwarzania danych instrumentu (ang. instrument data processing unit, IDPU), w tym: sprzęt elektroniczny i oprogramowanie lotne niskiego poziomu;
– opracowanie obudowy (mechanical frames) dla jednostki przetwarzania danych, jak i dostarczonej przez Czechów jednostki zasilania (ang. power supply unit, PSU);
– modelowanie termiczne instrumentu STIX i jego podsystemów;
– opracowanie urządzeń elektrycznych obsługi naziemnej (ang. electrical ground support equipment, EGSE)
W CBK PAN zadania inżynieryjne powierzone zostały przede wszystkim Laboratorium Satelitarnych Aplikacji Układów FPGA (Warszawa) oraz w mniejszym stopniu Zakładowi Fizyki Słońca (Wrocław). Zakład Fizyki Słońca bierze także udział w części naukowej projektu – dane z instrumentu STIX i innych przyrządów na pokładzie Solar Orbiter analizowane będą przez badaczy z Zakładu Fizyki Słońca CBK PAN.
