W podziemiach krakowskiego wzgórza stanął detektor mionów o powierzchni zaledwie pół metra kwadratowego. Niewielka matryca rejestruje cząstki powstałe w wyższych warstwach atmosfery, by bez wbicia ani jednej łopaty zajrzeć w głąb wapiennej skały i odnaleźć nieznane dotąd pustki czy historyczne tunele. Na styku archeologii, fizyki cząstek elementarnych i komercyjnego deep techu stoi dr Noemi Zabari – fizyczka jądrowa i założycielka startupu Astroteq.ai.
Wzgórze Wawelskie od dekad uchodzi za architektoniczny i geologiczny palimpsest. Kolejne stulecia nawarstwiały mury, fundamenty i naturalne kawerny krasowe, których pełnego przebiegu badacze wciąż nie są pewni. Klasyczne wykopaliska w miejscu o takim statusie konserwatorskim wiążą się z ryzykiem uszkodzenia zabytkowych struktur i paraliżem ruchu turystycznego. Odpowiedzią na ten pat okazała się radiografia mionowa (muografia) – metoda obrazowania wykorzystująca miony, czyli elementarne cząstki powstające, gdy promieniowanie kosmiczne zderza się z atomami w ziemskiej atmosferze.
Cząstka jako obiektyw
Zasada działania technologii przypomina klasyczne prześwietlenie rentgenowskie, tyle że w skali makro. Rolę lampy rentgenowskiej pełni sama atmosfera ziemska stale bombardująca planetę naturalnym strumieniem mionów, a ciałem pacjenta staje się Wzgórze Wawelskie.
Miony poruszają się z prędkością bliską prędkości światła i z łatwością przenikają setki metrów litej skały. Tracą jednak energię w zależności od gęstości materii, przez którą przechodzą:
-
lita skała wapienna pochłania i rozprasza miony silniej – do detektora dociera ich mniej;
-
pustka, zapomniany korytarz lub krypta stawiają cząstkom mniejszy opór – w tym kierunku rejestrowana jest wyraźna anomalia, czyli gęstszy strumień mionów.
Urządzenie zainstalowane w Smoczej Jamie to pasywny rejestrator. Zbiera dane tygodniami, zliczając trajektorie pojedynczych cząstek i stopniowo tworząc trójwymiarowy, gęstościowy profil górotworu.
Z laboratorium do biznesu, czyli co dr Noemi Zabari robi w jamie
Wdrożenie tej technologii na Wawelu to efekt bezpośredniego zaangażowania dr Noemi Zabari, fizyczki jądrowej związanej ze środowiskiem naukowym i rynkiem zaawansowanych technologii.
Zabari jest pomysłodawczynią oraz CEO polskiego startupu Astroteq.ai, spółki wywodzącej się z programów inkubacyjnych Europejskiej Agencji Kosmicznej (ESA BIC). Jej przedsiębiorstwo na co dzień rozwija systemy predykcji trzęsień ziemi oparte na analizie anomalii w strumieniach promieniowania kosmicznego – koncepcji badanej m.in. w ramach międzynarodowego konsorcjum naukowego CREDO (Cosmic Ray Extremely Distributed Observatory), zainicjowanego przez Instytut Fizyki Jądrowej PAN w Krakowie.
W projekcie wawelskim aparatura pomiarowa schodzi z poziomu analizy globalnych naprężeń litosfery do skali lokalnej inżynierii podziemnej. Doświadczenie Zabari w budowie odpornych, czułych detektorów promieniowania kosmicznego pozwoliło przenieść aparaturę laboratoryjną do chłodnej, wilgotnej i trudno dostępnej jaskini.
Między geofizyką a dziedzictwem narodowym
Wawelski eksperyment nie jest odosobnionym kaprysem technologicznym, lecz wpisuje się w globalny trend wykorzystania muografii w badaniach dziedzictwa kulturowego.
Ta sama metoda umożliwiła w 2017 roku zespołowi projektu ScanPyramids odkrycie tzw. „Wielkiej Pustki” (Great Void) wewnątrz piramidy Cheopsa w Gizie – przestrzeni o długości co najmniej 30 metrów, do której dotąd nie dotarł żaden badacz. Podobne detektory monitorują obecnie wnętrza wulkanów (np. Wezuwiusza czy Etny) pod kątem zmian ciśnienia magmy oraz sprawdzają stabilność wyeksploatowanych kopalń i tuneli kolejowych w całej Europie.
| Parametr / Zjawisko | Klasyczne metody geofizyczne (GPR / Georadar) | Radiografia mionowa (Muografia) |
|---|---|---|
| Głębokość penetracji | Zwykle od kilku do kilkunastu metrów (silne tłumienie w glinie/wodzie) | Setki metrów litej skały i struktur architektonicznych |
| Źródło sygnału | Aktywny impuls elektromagnetyczny wysyłany z anteny | Naturalny, pasywny strumień cząstek kosmicznych |
| Wymóg środowiskowy | Bezpośredni kontakt z badaną powierzchnią | Umieszczenie detektora poniżej badanego obiektu (np. jaskinia, piwnica) |
| Czas pomiaru | Czas rzeczywisty / profilowanie w marszu | Pomiary ciągłe: od kilku tygodni do miesięcy |
Co dalej z danymi z podziemi?
Pomiary w Smoczej Jamie to proces długoterminowy. Cząstki kosmiczne padają ze stałą, ale ograniczoną częstotliwością, dlatego uzyskanie obrazu o wysokiej rozdzielczości wymaga wielomiesięcznej ekspozycji matrycy.
Zgromadzone dane trafią następnie do algorytmów rekonstrukcyjnych, które odfiltrują szum tła i wygenerują model gęstościowy Wzgórza Wawelskiego. Jeśli algorytmy wykażą istotne anomalie w miejscach, gdzie według dotychczasowych planów architektonicznych powinna znajdować się lita skała, konserwatorzy i archeolodzy zyskają precyzyjne koordynaty do dalszych, punktowych analiz.
Projekt prowadzony z udziałem dr Noemi Zabari pokazuje wyraźne przesunięcie w zarządzaniu dziedzictwem kulturowym: tam, gdzie tradycyjna archeologia dochodzi do ściany konserwatorskich zakazów, standardem stają się narzędzia wypracowane przez fizykę cząstek elementarnych i komercyjny deep tech.
