Aleksander Wolszczan – sylwetka i odkrycia

Aleksander Wolszczan przyszedł na świat w Szczecinku w roku 1949. Studiował astronomię na Uniwersytecie Mikołaja Kopernika w Toruniu, gdzie w 1969 uzyskał dyplom, a sześć lat później stopień naukowy doktora z fizyki. Jego dysertacja dotyczyła widm pulsarów (temat: Struktury scyntylacyjne w widmach pulsarów). Swą karierę zaczynał jako stażysta techniczny w Zakładzie Radioastronomii Instytutu Astronomii UMK, gdzie pracował od 1969 roku, zdobywając kolejno stanowiska asystenta oraz starszego asystenta. Następnie w latach 1973-1974 odbywał staż naukowy w Niemczech w Max-Planck-Institut fur Radioastronomie w Bonn. Po powrocie do Polski i uzyskaniu doktoratu pracował jako adiunkt Uniwersytecie Mikołaja Kopernika, a od roku 1979 do 1982 Centrum Astronomicznym PAN im. M. Kopernika w Toruniu. Kolejne lata Aleksander Wolszczan spędza w czołowych ośrodkach badawczych na świecie, gdzie znajduje znakomite warunki dla prowadzenia swych badań. W latach 1982-83 ponownie wyjeżdża do Max-Planck-Institut fur Radioastronomie w Bonn pracując jako visiting scientist, następnie, przez dziesięć lat, do 1993 roku jako research associate, później senior research associate, prowadzi badania w Cornell University w National Astronomy and Ionosphere Center, w Arecibo Observatory w Puerto Rico, dysponującym największym na świecie radioteleskopem o średnicy 305 metrów. W 1992 roku piastuje stanowisko nieetatowego profesora w Princeton University na Wydziale Fizyki (Department of Physics) Od tego również roku obejmuje stanowisko profesora astronomii i astrofizyki w Uniwersytecie Stanu Pensylwania (The Pennsylvania State University, Department of Astronomy and Astrophysics), gdzie pracuje do dziś. Prowadzi on również epizodycznie wykłady na Uniwersytecie Mikołaja Kopernika w Toruniu.

Pulsar jest rodzajem gwiazdy neutronowej, będącej jednym z ostatnich etapów ewolucji gwiazdy. Spośród innych typów gwiazd neutronowych wyróżnia ją właściwość emitowania impulsów promieniowania elektromagnetycznego. Impulsy te wysyłane są regularnych, krótkich okresach czasu, od setnych części sekundy do kilku sekund. Mogą one być emitowane w całym zakresie widmowym tzn. od promieniowania radiowego do promieniowania gamma. Najczęściej jest to jednak promieniowanie radiowe. Częstotliwość emisji promieniowania może wynosić od kilku impulsów na sekundę do impulsów pojawiających się co kilka milisekund. Najszybsze pulsary istnieją najprawdopodobniej w układach podwójnych. Właśnie tym tłumaczy się silne przyspieszenie obrotu gwiazdy.

Pulsar powstaje z zapadającej się gwałtownie gwiazdy supernowej wielkości słońca. Zdarzenie to prowadzi do intensywnego wzrostu wartości natężenia pola magnetycznego, w którym uwięzione zostają cząstki elektrycznie naładowane, których ruch odpowiada za generowanie wspomnianych wcześniej impulsów. W tym czasie przyspiesza się również rotacja obiektu. Pulsary, ze względu na swoje właściwości, nazywane są także kosmicznymi "latarniami morskimi". Wynika to z ich podobieństwa, tyle, że one zazwyczaj wysyłają regularnie promieniowanie radiowe z zakresu niewidzialnego dla ludzkiego oka. Dodatkowym podobieństwem jest sposób wysyłania promieniowania, bardzo podobne do pulsacyjnej pracy ziemskiej latarni morskiej. Na powierzchni tak zapadającej się gwiazdy tworzą się jedna lub dwie gorące plamy, które obracając się z pulsarem wysyłają sygnał w kierunku obserwatora, gdy plama taka zwraca się w jego stronę.

Ten rodzaj gwiazdy neutronowej jest gabarytowo dość niewielki, bo średnice ich wynoszą zaledwie kilkanaście kilometrów. Jednak są to twory o wysokiej gęstości, gdyż i masa przy wspomnianych rozmiarach jest zbliżona do masy planety Ziemi.

Pierwszy pulsar odkryty został w roku 1968. Było to odkrycie zaskakujące dla astronomów, gdyż nikt nie spodziewała się natrafienia w kosmosie na obiekt, który z taką regularnością i częstotliwością wysyłał impulsy elektromagnetyczne.

Profesor Aleksander Wolszczan, to światowej sławy polski radioastronom i astrofizyk, badacz pulsarów. Najważniejszego swojego odkrycia dokonał on w roku 1990 poszukując wielkim radioteleskopem w Arecibo pulsarów z dala od płaszczyzny galaktyki. Jeden z dwóch odkrytych wtedy pulsarów, nazwany przez niego PSR B 1257+12, leżący w gwiazdozbiorze Panny, choć pierwotnie nie wyróżniający się niczym, przebadany bardziej szczegółowo okazał się funkcjonować odmiennie niż inne "zwykłe" pulsary. Zachowanie tego obiektu zostało poddane długiej i mozolnej analizie. Przeprowadzone w tym celu badania wykazały, że wpływ na "nienormalne" zachowanie odkrytego pulsara miały krążące po orbitach wokół niego planety. Aleksander Wolszczan odkrył w ten sposób istnienie planet poza naszym rodzimym Układem Słonecznym. Odkrycie to było szczególnie niezwykłe, gdyż jak dotąd w ogóle nie znano innych planet we wszechświecie, a już na pewno nie spodziewano się odnaleźć ich w tak niezwykłym otoczeniu, jakim jest pulsar. Jeśli zatem planety mogą istnieć wokół tak szczególnych obiektów jakim są gwiazdy neutronowe, to tym bardziej należy spodziewać się ich wokół zwykłych gwiazd. Jakkolwiek życie na planetach obiegających pulsar obecnie jest niemożliwe ze względu na jego silne promieniowanie, to mogło ono istnieć we wcześniejszej fazie życia gwiazdy, przed jej wybuchem jako supernowej. Przeprowadzone przez profesora Wolszczana obliczenia wskazują, że wokół odkrytego przez niego pulsara PSR B1257+12 krążą trzy planety, z których dwie mają masę zbliżoną do masy Ziemi. Ich wartości obliczone przez profesora Aleksandra Wolszczana i dr. Macieja Konackiego z California Institute of Technology wynoszą 1,3 oraz 3,0 masy Ziemi. Obiegają one nowo odkryty pulsar niemal w tej samej płaszczyźnie. Zewnętrzna planeta okrąża pulsar w czasie 67 dni ziemskich, natomiast planeta wewnętrzna w 98 dni, przy czym na dwa okrążenia planety zewnętrznej przypadają trzy okrążenia pulsara przez planetę wewnętrzną. Prawdopodobnie istniejąca tam trzecia planeta, najbardziej zewnętrza ma obiegać pulsar w jeden ziemski rok.

Obserwacja bezpośrednia takich planet, jak to się dzieje w przypadku naszych dziewięciu ciał niebieskich, nie jest możliwa. Stwierdzenie ich obecności wymaga zastosowania metod pośrednich, tak jak w tym przypadku, gdzie przeszukiwano przestrzeń kosmiczną radioteleskopem, a obecność planet stwierdzono niejako przypadkiem, analizując nie pasujący do znanych standardów czas obrotu pulsara.

Odkryty nowy system planetarny przypomina fragment Układu Słonecznego. Stosunek wielkości ich orbit jest zbliżony do tego, który zachodzi w przypadku planet wewnętrznych naszego rodzimego układu, tj. Merkurego, Wenus i Ziemi. Wynika z tego, że planety tego układu najprawdopodobniej powstały z dysku materii, który otaczał pulsar, tak jak stało się to w przypadku planet Układu Słonecznego.

Odkrycie w 1992 roku planet wokół pulsara 1257+12 zapoczątkowało nową erę w badaniu kosmosu. W 1995 roku astronomowie Didier Queloz i Michel Mayor odkryli planetę krążącą po orbicie gwiazdy Pegaz 51. Gwiazda ta podobna do Słońca, leży w odległości od niego 42 lat świetlnych. Po tym odkryciu nastąpił szybki wzrost częstotliwości odkrywania nowych planet pozasłonecznych. Wykorzystując metodę polegającą na mierzeniu przesunięcia linii widm gwiazdowych, tzw., metodę spektroskopową, wykryto na przestrzeni 6 lat blisko 80 nowych planet. Wraz ze wzrostem różnorodności metod poszukiwawczych zwiększały się szanse na odkrywanie kolejnych obiektów planetarnych. W 1999 roku odkryto planetę, pierwszy raz wykorzystując w tym celu pomiar jasności gwiazdy, czyli metodę fotometryczną. Planeta ta krąży po orbicie gwiazdy HD209458. Odkryły ją równocześnie dwa zespoły astronomów amerykańskich. W 2002 roku astronomowie z polski podwoili ilość odkrytych planet pozasłonecznych, ogłaszając, że stwierdzili obecność najprawdopodobniej 46 nowych obiektów planetarnych. Zastosowali oni niejako "hurtową" metodę poszukiwania planet. Jak dotąd poszukiwania takie polegały na obserwacji wybranej gwiazdy pod kątem zakłóceń jej ruchu, który mógłby być spowodowany jego grawitacyjnym zaburzeniem krążącą wokół niej planetą. Polska metoda w poszukiwaniach wykorzystuje zmiany w jasności gwiazd. Są one niezmiernie małe i wynikają z okresowego przesłaniania gwiazdy okrążającą ją planetą. Metodę tą można stosować dla dużej liczby gwiazd jednocześnie, a przy tym jest ona stosunkowo prosta i wymaga niewielkich nakładów finansowych. Autorem tej metody poszukiwań planet są: prof. Andrzej Udalski, prof. Marcin Kubiak i dr Michał Szymański z Instytutu Obserwatorium Astronomicznego Uniwersytetu Warszawskiego oraz prof. Bohdan Paczyński z Uniwersytetu Princeton w USA. Pozostaje liczyć na to, że intensywne mnożenie liczby nowo poznanych planet zaowocuje również odkryciem bliźniaczki Ziemi, na której będzie rozwijało się życie biologiczne.

Profesor Andrzej Wolszczan to uznany na całym świecie naukowiec i człowiek niezwykle utytułowany. Otrzymał on m.in. prestiżowy tytuł Evan Pugh Profesor. Jest to najwyższe wyróżnienie przyznawane przez Uniwersytet Stanowy w Pensylwanii. Liczba przyznawanych takich tytułów ograniczona jest do 1 procenta kadry profesorskiej tego uniwersytetu. Mogą go otrzymać wybitni profesorowie, których wyniki badań zaliczane są do najistotniejszych w swej dyscyplinie, jednocześnie jednak musza oni być znakomitymi dydaktykami. Profesor Wolszczan za swe badania otrzymał liczne prestiżowe nagrody. Niektóre z nich, to: The Best of Whats New - Grand Award of Popular Science Magazine otrzymany w 1994, Nagroda Młodych Polskiego Towarzystwa Astronomicznego otrzymana w 1976, Nagroda Fundacji na Rzecz Nauki Polskiej w 1992, Nagroda Fundacji Alfreda Jurzykowskiego w1993 oraz, za 2001 rok, medal Mariana Smoluchowskiego. Przyznany on został mu za wybitne osiągnięcia naukowe, ze szczególnym uwzględnieniem odkrycia pierwszego pozasłonecznego układu planetarnego. Aleksander Wolszczan znalazł się też na liście prestiżowego astronomicznego czasopisma "Astronomy" zawierającą nazwiska 25 największych odkrywców wszechczasów. Natomiast czasopismo "Nature" określiło jego odkrycie mianem najbardziej przełomowego wśród wszystkich opisywanych na jego łamach, przyrównując je do odkryć Einsteina i Roentgena. W poczet swych członków profesora Wolszczana przyjęły takie organizacje naukowe jak: International Astronomical Union, American Association for the Advancement of Science, International Union of Radio Science oraz American Astronomical Society.