Polscy astronomowie zautomatyzują obserwatoria. Chcą też na tym zarobić

Przygoda z obserwacjami, szczególnie na szczeblu amatorskim, zaczyna się od zwykłego spoglądania na nocne niebo, potem sięgnięcia po proste instrumenty obserwacyjne jak lornetka, a dopiero na końcu po zaawansowane urządzenia. To, co cieszy, to fakt, że technologie związane z obserwacjami są obecnie szeroko dostępne i coraz tańsze - tak przedstawia obecny świat astronomii prof. Grzegorz Pietrzyński, który jako jedyny w Polsce otrzymał grant w ostatnim konkursie ERC Proof of Concept.

To jeden z najbardziej utytułowanych naukowców w naszym kraju, pracujący w Centrum Astronomicznym im. Mikołaja Kopernika (CAMK PAN), związany przez wiele lat z projektem OGLE. Dziś zaangażowany, jak sam przyznaje, w liczne przedsięwzięcia naukowe, w których najgłośniej wybrzmiewa projekt Araucaria. Cel to precyzyjna kalibracja kosmicznej skali odległości. Dla astronomów jest ona kluczowa, gdyż nawet drobne błędy pomiaru lub szacunku odległości przekładają się na poważne pomyłki w ocenie jasności obiektów i na odwrót. Te zaś mogą prowadzić do niewłaściwych wniosków dotyczących na przykład tempa rozszerzania się Wszechświata.

Prof. Grzegorz Pietrzyński jest kierownikiem projektu Universcale, który w 2020 r. uzyskał 14 milionów euro w ramach naukowego grantu europejskiego ERC Synergy, a także wielomilionowe wsparcie ze strony Ministerstwa Nauki i Szkolnictwa Wyższego. Część funduszy przeznaczono na modernizację i rozbudowę polskiego Obserwatorium Cerro Murphy (OCM). Projekt pod nazwą "Toward Autonomous Observatories", czyli "Ku Autonomicznym Obserwatoriom", realizowany jest w OCM. Jest to świetny przykład na to, że w ramach typowo naukowego projektu mogą pojawić się dodatkowe działania o komercyjnym charakterze.

Można powiedzieć, że Polacy chcą robić komercyjny system operacyjny dla obserwatoriów. To szczególnie cieszy, gdyż astronomom często obrywa się za to, że ich działania są zbyt abstrakcyjne i nie wpływają bezpośrednio na społeczeństwo. Wokół wspomnianego projektu jest na szczęście dobra atmosfera, mimo iż nauka w Polsce jest bardzo niedofinansowana.

Rozwiązanie autonomizujące pracę obserwatorium jest już na etapie testów. Jak mówi prof. Pietrzyński - wdrożenie naszego oprogramowania w OCM pozwoliło zwiększyć efektywność obserwacji o 30 proc. Dodaje, że - software działa i obecnie skupiamy się na przygotowaniu wersji, która mogłaby być używana w innych obserwatoriach. Ta adaptowalność jest tu kluczowa, bo chodzi o to, by na wspomnianym oprogramowaniu dało się zarobić.

Pierwsi astronomowie polegali na własnym wzroku. Jeszcze sto lat temu jasność gwiazd porównywano za pomocą mechaniczno-optycznych urządzeń zwanych blinkometrami. Dopiero pod koniec XX w. klisze na dobre zastąpiono detektorami cyfrowymi CCD i komputerami. Mamy dziś teleskopy kosmiczne, ale te naziemne wciąż są konkurencyjne. W tych największych optyka adaptatywna skutecznie walczy z drganiami ziemskiej atmosfery, które degradują jakość obserwacji. Zadomowiła się tam nawet sztuczna inteligencja, a zespół prof. Pietrzyńskiego wykorzystuje ją do analizy jakości danych.

Autonomiczne teleskopy to w praktyce żadna nowość. Sterowane zdalnie przez internet są zdolne do wykonywania obserwacji wybranego fragmentu nieba. Szczególnie ciekawe są farmy teleskopów, gdzie dziesiątki, a nawet setki czekają na konkretne zadanie. Automatyzacja wydaje się być już tutaj od dawna, a jednak prof. Pietrzyński przekonał mnie, że jest jeszcze wiele do zrobienia. Bo im lepsza współpraca teleskopów, tym lepsze rezultaty ich pracy.

Dotychczasowe systemy autonomizują działanie poszczególnych teleskopów i instrumentów. Pomysł polskiego zespołu widać w określeniu "autonomiczne obserwatoria". Nie teleskopy, a obserwatoria, czyli liczne teleskopy funkcjonujące razem, zarządzane centralnie, a nie tylko oddzielnie. Rozwiązanie przysłuży się nie tylko dużym jednostkom badawczym, ale też wspomnianym farmom niewielkich teleskopów w chwilach, gdy nie są używane przez właścicieli. A tych chwil jest sporo - amatorzy, jak szacuje mój rozmówca, wykorzystują na własne cele jedynie 10 proc. dostępnego czasu.

Autonomiczne obserwatorium - taki koncept wydaje się oznaczać brak potrzeby ludzkiej ingerencji. Jednak zdaniem prof. Pietrzyńskiego - To jest bardzo trudne zadanie i w pełni niewykonalne. Mamy zbyt wiele czynników, których nie da się przewidzieć. Od całej automatyki teleskopu, kopuły, instrumentów po pogodę, która potrafi zmienić się nagle. To są rzeczy, których obsługa nawet z wykorzystaniem nauczania maszynowego, będzie bardzo trudna.

Poza tym, wbrew intuicji, astronomowie nie stracą, a wręcz zyskają na autonomizacji. Takie obserwatorium można porównać do STScI, czyli Instytutu Teleskopu Kosmicznego. Teleskopy w kosmosie muszą radzić sobie samodzielnie. Lecz to człowiek nadzoruje ich pracę, przedstawia plan działań. Pomysł polskiego zespołu to rozwinięcie tego schematu.

Aspekt ekonomiczny jest bardzo istotny. W OCM działają obecnie cztery z siedmiu teleskopów. Budowany jest nowy 2,5-metrowy, który powinien być gotowy przed końcem tego roku. Taką nadzieję żywi prof. Pietrzyński i przypomina o jeszcze jednym małym teleskopie, który pojawi się w OCM. Umieszczono w nim sensor o rozdzielczości 4 Mpix, taki jak te używane w japońskim teleskopie Subaru na Hawajach.

OCM zlokalizowano na wysokości 2800 metrów na pustyni Atacama, w odległości kilkuset metrów od miejsca budowy prawie 40-metrowego teleskopu ELT (Extremely Large Telescope). Energię zapewniają panele fotowoltaiczne, a komputery na miejscu w kilka minut uzupełniają krzywe blasku o właśnie wykonaną obserwację. Automatyzacja sprawia, że do nadzorowania całego obserwatorium wystarczają dwie osoby i to głównie tylko po to, by zachować względy bezpieczeństwa. W praktyce wystarczyłby jeden człowiek. Czy to koniec czerpania radości z astronomii?

- Moim zdaniem z takim oprogramowaniem astronomowie mają znacznie większą radość z pracy niż poświęcając swój czas na nudne techniczne aspekty obserwacji. Możemy śledzić na żywo wyniki naszych badań, modyfikować i ulepszać programy naukowe. Zająć się tym co nas naprawdę pasjonuje, badaniem kosmosu. - wyjaśnia prof. Pietrzyński i dodaje, że autonomizacja mobilizuje do rozsądniejszego planowania zadań, co przekłada się na lepsze wykorzystanie czasu obserwacyjnego, a w przypadku dużych teleskopów jak VLT na Cerro Paranal - bardzo kosztownego. Tam wprowadzenie systemu kolejkowania pracy zawczasu podniosło efektywność o 20 proc.

W ostatniej dekadzie XX w. wykorzystanie kamer cyfrowych i komputerów do śledzenia ruchu teleskopu pozwoliło astronomom przenieść się z często zimnego pomieszczenia teleskopu do komfortowych pomieszczeń obserwacyjnych. Obserwatorzy, mówiąc literalnie, odeszli od teleskopów, by zająć się przyjemną stroną astronomii. Polski projekt może przyczynić się do podobnego przełomu, który wpłynie na wydajność i jakość danych. - To się nie sprawdza - tak mój rozmówca ocenia obecne robotyczne teleskopy działające na zasadzie włącz i zapomnij, w porównaniu z tym, co da się osiągnąć łącząc automatykę ze wsparciem człowieka.

Autonomiczne obserwatoria to przyszłość, trzeba jednak pamiętać o słowach profesora - czynnik ludzki jest absolutnie konieczny. Trudno się z nimi nie zgodzić, przynajmniej w najbliższej perspektywie czasowej. Wystarczy przypomnieć sobie autonomiczne łaziki przemierzające Marsa. To niesamowite osiągnięcie myśli technicznej. A jednak te, które już przestały działać, poległy na kosmicznym posterunku, bo nie było w pobliżu kogoś, kto oczyściłby panele słoneczne, naprawił zużyte koła czy po prostu odkopał z piaskowej zasadzki.