Direktor Observatorija Vere Rubin Željko Ivezić: To bo najboljši film vseh časov, ki bo demokratiziral znanost

Mednarodno priznani astrofizik Željko Ivezić je profesor astrofizike na Univerzi v Washingtonu ter direktor gradnje milijardnega Observatorija Vere Rubin, ki stoji na gori čilske puščave Atacama in je v marsikaterem pogledu najmočnejši observatorij na svetu.

Ivezić je nedavno obiskal Center za astrofiziko in kozmologijo Univerze v Novi Gorici, s katerim dobro sodeluje, in ki je prav tako del observatorija. V predavanju v Lathierijevem dvorcu v Vipavi je predstavil prvi projekt observatorija, LSST (Legacy Survey of Space and Time), ki bo trajal 10 let. Njegovi podatki pa bodo uporabni za različne raziskave, od odkritja Zemlji potencialno nevarnih asteroidov do vprašanj temeljne fizike, kot sta narava temne snovi in temne energije.

Profesor Ivezić, kaj je namen projekta LSST, ki naj bi predstavljal najobsežnejši optični astronomski pregled neba do sedaj?

V projektu želimo vsako noč s posnetki pokriti celotno vidno nebo. Za pokritje celotnega vidnega neba bomo potrebovali približno tri noči, nato pa bomo to ponavljali vsak dan deset let. Tako bomo po desetih letih vsako točko na nebu, ki jo vidimo iz Čila, torej približno polovico celotnega neba, opazovali približno 1000-krat. Posneli bomo okoli 40 milijard objektov. Tako bo naš projekt prvič izmeril več nebesnih teles, kot je živih ljudi na svetu.

V svojem predavanju v Vipavi ste LSST poimenovali kot "najboljši film vseh časov". Zakaj?

Observatorij nam bo omogočil, da bomo dobili nekakšen film neba. Tako kot pri snemanju filma bomo uporabljali fotografije, ki si sledijo v hitrem zaporedju - pri filmu je to 15 ali 30 na sekundo - zaradi česar naše oko misli, da gre za premikajočo sliko. Na ta način bomo lahko videli vse, kar se spreminja na nebu. Če bi želeli te podatke prikazati na televizijskem zaslonu z uporabo 30 slik na sekundo, bi gledanje filma trajalo 11 mesecev. Zato pravimo, da je to najboljši film vseh časov, saj še nihče ni posnel filma, ki bi trajal 11 mesecev.

Kaj je posebnost Observatorija Rubin, v čem je prelomen?

Njegova ključna posebnost je zelo široko vidno polje, ki je približno 100-krat večje, kot ga ima kateri koli primerljiv teleskop. Večina velikih teleskopov, ko se usmeri proti nebu, vidi območje, manjše od polne Lune. Z našim vidnim poljem pa lahko v premer vidnega polja postavimo sedem polnih lun. To je pomembno, ker želimo čim hitreje pregledati nebo.

Predstavljajte si, da želite v svoji kopalnici položiti nove ploščice. Če boste to storili z majhnimi ploščicami, boste za prekritje tal potrebovali cel dan. Če pa imate velike ploščice, boste končali v pol ure. Podobno je z našim teleskopom. Tudi z drugimi teleskopi bi lahko dobili sliko, ki jo želimo dobiti z našim observatorijem, a bi za to potrebovali 100-krat več časa. Namesto desetih let bi potrebovali 1000 let.

Kako pomemben je ta projekt za manjše države, kot je na primer Slovenija, ki si ne morejo privoščiti, da bi same postavljale tako velik projekt?

Mislim, da bo projekt izredno pomemben in tudi sam sem navdušen nad njim, saj prihajam iz majhne države - Hrvaške. Mislim, da bo imel naš projekt velik vpliv na demokratizacijo znanosti na področju astronomije po vsem svetu. Podatki bodo namreč sčasoma popolnoma javni in bodo na voljo v podatkovnem centru, v katerega se lahko vsakdo prijavi, naloži svojo kodo in naredi analizo. Edina omejitev sta vaše znanje in domišljija ter motivacija za izvedbo nekega projekta.

Ni vam treba biti na veliki instituciji v zelo bogati državi, da bi lahko delali vrhunsko znanost. Tako ste lahko na Kitajskem, ali pa v Sloveniji ali v Supetarju na otoku Brač, kakršni so moji načrti, se prijavite ter od tam delate vrhunsko astronomijo.

Kako tesno sicer sodelujete s slovenskimi raziskovalci?

Med Univerzo v Novi Gorici in našo univerzo v Seattlu, Univerzo v Washingtonu, je zelo močno sodelovanje. Prav tako pa skupina z Univerze v Novi Gorici močno sodeluje z več skupinami iz regije. Vsi skupaj se srečujemo na velikih srečanjih po svetu, letos jeseni pa bodo na primer novogoriška, hrvaška in beograjska skupina skupaj organizirale evropsko konferenco LSST v Istri. To je res odličen primer, ne le tega, da bodo iz Observatorija Vere Rubin prihajali podatki za znanstveno delo na manjših univerzah, temveč da je zaradi dostopa do tako velikega nabora podatkov dejansko nastala kohezija regionalnih univerz. Zato menim, da je to odlična zgodba o uspehu. Zelo sem navdušen nad njo.

Kako daleč je trenutno gradnja observatorija?

Zgradba je končana že več let, prav tako so končane vse komponente, skoraj vse so tudi na gori Cerro Pachón v Čilu, razen glavne kamere. Ta je še vedno v laboratoriju v Kaliforniji, kjer poteka zadnji sklop testov v laboratoriju, ki bo trajal približno tri mesece. Predvsem moramo preizkusiti stabilnost hladilnega sistema. Če bodo testi pozitivni, bomo kamero oktobra z Boeingom 747 prestavili v Santiago, nato pa na goro.

Potrebovali bomo še nadaljnjih približno šest mesecev, da jo bomo zelo, zelo skrbno razpakirali, jo postavili v tako imenovano čisto sobo, opravili še en niz testov, da se prepričamo, da se med pošiljanjem ni nič zlomilo ali poškodovalo, nato pa jo bomo namestili na teleskop. Upam, da bomo okoli aprila ali maja prihodnje leto že dobili prve posnetke s kamere, usmerjene proti nebu, celoten projekt gradnje pa naj bi bil po trenutnih napovedih končan do februarja 2025.

Kamera je sicer ena najbolj posebnih in zapletenih delov tega observatorija. Velika je 1,65 metra, njena ločljivost pa naj bi bila enaka približno 266 iPhonom.

Ja, že zdaj je vpisana v Guinnessovo knjigo rekordov kot največja kamera, ki je bila kadarkoli zgrajena za astronomijo. Ima približno 3200 megapikslov - 200 senzorjev po 16 megapikslov - ter največjo lečo na svetu, delovati pa mora tudi izjemno hitro, zato je bil to res velik tehnološki izziv.

Ali lahko Observatorij Vere Rubin po pomenu za astronomijo primerjamo s še enim megalomanskim vesoljskim projektom - vesoljskim teleskopom James Webb?

Mislim, da sta oba zelo pomembna za sodobno astronomijo in za naslednje desetletje ali dve odkritij v astronomiji, a sta optimizirana za različne stvari. To je podobno, kot če imate dirkalnik za formulo 1 in traktor ali kombajn. Vse so vozila, vendar so optimizirana za različne stvari.

Observatorij Vere Rubin je bolj podoben širokokotni kameri, ki bo delovala v načinu odkrivanja nenavadnih pojavov na nebu. Vsakih nekaj noči bo pokril celotno nebo, medtem ko je vesoljski teleskop Jamesa Webba zasnovan za opazovanje zelo majhnega dela neba.

Ena najpomembnejših prednosti Jamesa Webba je, da se nahaja nad atmosfero, s čimer se izogne turbulencam v ozračju, ki pri teleskopih na Zemlji omejujejo ločljivost slike. Ločljivost Jamesa Webba bo zato skoraj desetkrat boljša od ločljivosti zemeljskih teleskopov, kot je Vera Rubin. Poleg tega zaznava infrardeče sevanje in omogoča spektroskopijo, zato lahko z njim iščejo znake življenja na planetih okoli bližnjih zvezd. Tega z Rubinom ne moremo storiti, lahko pa pokrijemo celotno nebo. Imamo kamero s 3200 megapiksli, medtem ko jih ima James Webb le 50.

Z vse bolj zmogljivimi tehnologijami in raziskavami neba, ki ustvarjajo nepredstavljive količine podatkov, je strojno učenje postalo pomemben del orodij astronomov. Kakšno vlogo bo imela umetna inteligenca pri LSST?

Imamo dve glavni aplikaciji umetne inteligence. Ena je pridobivanje opazovanj. O tem, katere dele neba bomo s teleskopom pokrili na določen dan, ne bomo odločali ljudje, temveč umetna inteligenca. Odločala se bo na podlagi pogojev za opazovanje, od katerih je odvisna kvaliteta slike, ter na podlagi števila opazovanj - program bo gledal, koliko opazovanj smo pridobili do nekega trenutka, nato pa se bo odločil, v katero smer bo šel. Takšne odločitve bo sprejemal tisočkrat na noč, zato je seveda bolj optimalno, da to počne računalnik kot ljudje.

Druga aplikacija pa je obdelava podatkov. Dobili bomo namreč ogromen, zelo kompleksen nabor podatkov: 100 petabajtov slik oziroma 100 tisoč terabajtov. Ko jih bomo obdelali in jim dodali metapodatke, bo to skoraj 500 petabajtov, kar je preprosto nemogoče obdelati "na roke" ali s pomočjo študentov, uporabiti morate računalnike.

V podatkih želimo najti skupke objektov, kot so skupki zvezd ali galaksij, zato moramo računalnike naučiti, da to prepoznajo. Najti pa želimo tudi nenavadne objekte, ki razkrivajo novo fiziko ali nas učijo nekaj novega.

Katera so nekatera ključna vprašanja, na katera nam bo Vera Rubin pomagala odgovoriti?

Že od same zasnove projekta smo želeli v astronomski skupnosti doseči konsenz, da je ta projekt nekaj, kar si vsi želijo. Naložba bo namreč stala več kot milijardo evrov, zato je bila pridobitev podpore skupnosti ključna. Projekt smo zato zasnovali tako, da bo lahko obravnaval veliko različnih znanstvenih tem.

Ena je kozmologija. Vemo, da se vesolje pospešeno širi, a tega pojava še ne razumemo dobro. Teoretično ga lahko razložimo na dva načina - bodisi preko obstoja temne energije bodisi prek popravka oziroma spremembe Einsteinove splošne teorije relativnosti. V našem projektu želimo pridobiti čim več podatkov, s katerimi bi lahko določili, katera od dveh hipotez je manj verjetna. To je naša glavna prednostna naloga. Poleg kozmologije pa bomo opravili tudi ogromno astronomskih raziskav.

Drug sklop raziskav je preučevanje strukture naše Galaksije. Iz prejšnjih projektov že vemo, da je naša Galaksija zrasla s kanibaliziranjem drugih manjših bližnjih galaksij, zato želimo ta proces bolje razumeti in ugotoviti, kako je v resnici pridobila vso to maso? Kaj se je zgodilo? Kaj je jedla, da je postala tako masivna?

Zelo uspešni bomo lahko tudi pri odkrivanju novih asteroidov v našem Osončju. Danes poznamo manj kot milijon asteroidov, samo v prvih nekaj letih projekta pa jih bomo odkrili in natančno izmerili še šest milijonov. To bo poživilo raziskave Osončja in asteroidov, hkrati pa bomo izvedeli, ali bo kakšen asteroid v prihodnosti trčil z Zemljo.

Vemo, da bi se lahko proti Zemlji gibalo približno 100.000 asteroidov, ki so dovolj veliki, da bi lahko povzročili škodo na Zemlji, a za njihove tirnice še nimamo meritev. Nadejamo se, da bomo z raziskavami lahko potrdili, da v naslednjih tisoč letih ne bo asteroidov, ki bi zadeli Zemljo. Morda pa bomo na žalost odkrili enega ali dva, ki bi dejansko lahko trčila v Zemljo, in bomo nato načrtovali rešitve za ublažitev tega scenarija.

Poleg asteroidov, ki se na nebu premikajo, bo LSST zaznal tudi objekte, ki se jim spremeni svetlost. Med te spadajo spremenljive zvezde, eksplozije supernov, plimska raztrganja zvezd v bližini črnih lukenj in mnogi drugi pojavi, tudi doslej še neznanih vrst. Po ocenah bo vsako noč zaznal na milijone tovrstnih sprememb.

Kaj pa je tisto, česar se vi najbolj nadejate v projektu?

Zelo bi bil vesel, če bomo ugotovili, katera od razlag pospešenega širjenja vesolja je bolj verjetna - temna energija ali modifikacije naše teorije gravitacije. Lažje bo dokazati, da obstajajo težave s splošno teorijo relativnosti, kot zares razumeti temno energijo. Fantastično bi bilo, če bi kakšen teoretik našel elegantno modifikacijo teorije relativnosti, ki bo v zemeljskih merilih ostala nedotaknjena, saj jo potrebujemo na primer za GPS, kjer vemo, da deluje.

Osebno pa se nameravam s svojimi študenti in sodelavci ukvarjati z znanostjo o naši Galaksiji, pa tudi z zanimivo znanostjo o premikajočih se objektih v našem Sončevem sistemu. Zanimiv sklop objektov, ki so jih odkrili pred kratkim, so objekti, ki priletijo v naše Osončje in ga nato zapustijo. Gre torej za medzvezdne objekte, ki bi nas lahko veliko naučili o drugih zvezdah v Galaksiji, saj alternativnih orodij za zbiranje vzorcev iz drugih krajev v Galaksiji nimamo.

Doslej smo po naključju odkrili dva takšna objekta, ocenjujemo pa, da bi jih lahko z našim projektom v desetih letih odkrili na stotine. So zelo, zelo zanimivi, nekateri kolegi so celo predlagali, da bi lahko bili vesoljska plovila, a mislim, da je to pretirana trditev. Menim, da gre za naravne objekte, a da bi to dokazali, potrebujemo večji vzorec, kar bo zagotovil naš projekt.

O kakšnih vesoljskih plovilih govorite?

Kot da bi vesoljci s svojimi plovili želeli raziskati Osončje, po prihodu pa bi se obrnili in odšli. Ta predlog, da bi lahko šlo za vesoljska plovila izhaja iz meritev njihovega gibanja, ki jih ni bilo mogoče razložiti le z gravitacijo, temveč je bil na delu še nek nepoznan efekt.

Ni teoretično nemogoče, vendar je veliko manj verjetno kot katera koli naravna razlaga. Ne vemo, kakšne oblike je objekt, iz česa je bil narejen, ali je iz njega uhajal plin in ali so obstajali kakšni drugi učinki, ki bi poleg gravitacijske sile lahko pojasnili gibanje. Torej je veliko načinov, kako to razložiti. Prepričan sem, da bomo ugotovili mehanizme, ki so povzročili odstopanja od zgolj navadne gravitacijske orbite.

Ali verjamete, da obstaja neka vrsta življenja tudi drugje v vesolju, ne samo na Zemlji?

Obstaja velika razlika med inteligentnim življenjem, visoko tehnično razvito civilizacijo in življenjem v obliki bakterij, virusov in tako naprej. Če bi na Zemljo prišli pred tremi, štirimi milijardami let, bi na njej obstajalo življenje, a ne takšno kot danes, temveč v obliki bakterij in nekaterih drugih oblik življenja. Če bi torej pred tremi milijardami let živeli na nekem drugem, bližnjem planetu, ne bi vedeli, da je na Zemlji življenje.

Obstaja slavna Drakeova enačba za izračun verjetnosti vzpostavitve stika z nezemeljskim življenjem. Večina ljudi se strinja, da je obstoj življenja v vesolju ali celo v naši Galaksiji, zelo verjeten. Ne vemo pa še, ali bomo lahko kadarkoli komunicirali s temi oblikami življenja in ali bodo razvile civilizacijo, kot smo jo mi. A fizikalnega, kemijskega ali znanstvenega razloga za to, da bi verjeli, da smo edina oblika življenja v vesolju, ni. Torej statistično gledano življenje obstaja, a dokaza še nimamo.

Eno od perečih vprašanj v astronomiji so konstelacije satelitov in njihov negativen vpliv na opazovanje in raziskovanje vesolja. Ali pričakujete, da bodo vplivali tudi na LSST?

Vsekakor bodo, vprašanje pa je, kako močno. Odgovor je odvisen od tega, koliko satelitov bo sčasoma izstreljenih, kako svetli bodo in kakšni bodo drugi njihovi učinki. Če lahko verjamemo ponudnikom satelitov, kot so SpaceX in drugi, da bodo izstrelili do 50 000 satelitov, in če sateliti ne bodo postali veliko svetlejši kot so sedanji, potem bomo na naših posnetkih izgubili približno en odstotek vseh pikslov, kažejo simulacije naših opazovanj. Povedano drugače - od 1000 opazovanj vsakega objekt na nebu bo en odstotek oziroma deset opazovanj uničenih in jih bomo morali zavreči. To je tako, kot če na plačo v višini 1000 evrov nekdo brez razloga doda davek v višini 10 evrov.

Kaj pa to pomeni za prihodnost opazovanja vesolja?

Če se bo število satelitov še naprej povečevalo in če bodo postali svetlejši, bi to zlahka lahko pomenilo katastrofo. Številne astronomske organizacije si zato prizadevajo za uvedbo predpisov na tem področju.

Mi trenutno sodelujemo s podjetjem SpaceX, ki razvija tehnologijo, s pomočjo katere bi bila svetloba satelitov še šibkejša, dovolj šibka, da to za observatorij ne bi predstavljali težav, hkrati pa jih tudi človeško oko ne bi moglo zaznati. Naša naloga je, da jim povemo, da je določena svetlost slaba, da mora biti na primer šibkejša za približno trikrat, nato pa se pogovarjamo o tehničnih rešitvah. Nove tehnologije so vgradili že v več kot 30 satelitov, ki bodo kmalu v svojih orbitah. Astronomi bodo nato s teleskopom izmerili njihovo svetlost in v nekaj mesecih bom lahko na vaše vprašanje odgovoril veliko natančneje kot danes.

S projektom Observatorija Vere Rubin ste povezani že dve desetletji, v katerih ste prevzemali različne vloge od projektnega znanstvenika do namestnika direktorja in sedaj glavnega direktorja. Kakšni so vaši načrti, ko prenehate s funkcijo glavnega direktorja?

Sprva sem bil na projektu zaposlen kot projektni znanstvenik, kar mi je ustrezalo, saj sem se osredotočal na znanost. To sem delal približno 17 let. Sedaj opravljam zelo malo znanstvenega dela, saj večino časa posvečam temu projektu, skrbim za časovni načrt in proračun, človeške vire in dobrobit ekipe ter upam, da se bo gradnja kmalu končala in bo prišla nova vodstvena ekipa. Takrat se bom vrnil k delu profesorja astronomije, na LSST pa bom še nekaj let sodeloval v 50-odstotnem obsegu kot vodja znanstvenega oddelka.

Tudi ko se bom upokojil in živel na Hrvaškem, se bom verjetno še vedno ukvarjal z astronomijo za zabavo, a brez stresa, brez obveznosti. Verjetno bom vseskozi nihal med Zagrebom in Supetarjem na Braču ter obiskoval svoje kolege v regiji.

Mnogi znanstveniki za vas pravijo, da je občudovanja vredno, kako mirno in učinkovito vodite projekt Observatorija Vere Rubin, kako uspešno iščete ravnotežje med različnimi interesi, kljub vsem zahtevnim odločitvam, ki jih morate sprejeti. Kako vam to uspeva in kateri so največji izzivi?

Strategije, ki jo uporabljam, sem se naučil iz 2000 let stare knjige z naslovom Meditacije Marka Avrelija, ki je bil eden najboljših in najbolj modrih rimskih cesarjev. Trik je v tem, da razumeš, kaj počneš, da razumeš, kaj je pomembno in kaj manj. Da spoštuješ vsakega sogovornika, da razumeš, da ima vsakdo nekaj strokovnega znanja, da vsakdo na stvar gleda z drugačnega zornega kota.

Skoraj 20 let sem vodil projektno znanstveno skupino, s katero smo bili pooblaščeni za sprejemanje znanstvenih odločitev v imenu projekta. Teoretično smo lahko v primeru nestrinjanja glasovali, a nikoli v 20 letih nam ni bilo treba. O nekem vprašanju smo se pogovarjali toliko časa, da so vsi razumeli vprašanja in omejitve. In ker smo vsi racionalni in razumni ljudje, smo na koncu vedno prišli do iste končne odločitve. To, da delaš s kolegi, ki so izjemno predani, izjemno pametni, izjemno izkušeni, racionalni, ti da energijo in moč, da nadaljuješ.

Največja velika težava je bil Covid, zaradi katerega smo zamujali več kot dve leti. To je bilo težko. Pojavljajo se tudi nepredvidene tehnične težave, na katere pogosto ne moreš vplivati. Kljub zamudi, pa bo projekt tehnično gledano ne le na ravni, ki smo jo pred desetletjem obljubili, temveč bo obljube v marsičem presegel.

Kateri drugi projekti na področju raziskav vesolja vas še navdušujejo?

Sodelujem v svetovalnih odborih nekaterih velikih projektov. Eden tistih, ki me najbolj navdušuje, je Nancy Grace Roman Space Telescope, saj bo imel enako veliko vidno polje kot Observatorij Vere Rubin, zato bosta lahko delovala v sinergiji. Posebnost teleskopa Roman pa je, da se bo nahajal nad atmosfero, zato bo imel veliko večjo ločljivost kar nam bo pomagalo bolje interpretirati slike, ki jih bomo pridobili v projektu LSST. Poleg tega bo teleskop Nancy Roman gledal v nekoliko daljših valovnih dolžinah proti infrardeči svetlobi , kar pomeni, da bomo z njim lahko videli dlje v zgodovino vesolja. V naši Galaksiji pa bomo tako bolje videli skozi prah, ki se nahaja med zvezdami in blokira svetlobo. Podobno, kot da bi imeli čarobna očala. Sinergija med observatorijema Rubin in Roman je torej nekaj, kar me navdušuje in veliko časa porabim za razmišljanje o tem, kako jo optimizirati.

Česa se nadejate v prihodnosti na področju astronomije?

Upam, da bo človeštvo še pred mojo smrtjo spoznalo, da nas lahko astronomski projekti, kot so Roman, Rubin ali James Webb, ki stanejo nekaj milijard dolarjev, kar se sliši veliko, naučijo ogromno o vesolju in tudi o nas samih. In da ti projekti niso dragi, če vložen denar primerjamo s tistim, ki ga porabimo za vojne in za druge stvari, zaradi katerih ne napredujemo kot človeštvo. Ni nujno, da se imamo radi, a se lahko vsaj toleriramo in potem se lahko vsakdo osredotoči na tisto, kar želi početi.