СИСТЕМА ВОЛОНТЕРСЬКИХ НАУКОВИХ ВИМІРЮВАНЬ ДЛЯ ДОСЛІДЖЕННЯ КОСМІЧНИХ ПРОМЕНІВ

Н.Ю. Гордієнко, 10 клас , ліцей 142 , м. Київ

Науковий керівник: Ю.Г. Гордієнко

Педагогічний керівник: Н.М. Меньшикова

Проект відноситься до нового тренду “Citizen Science”, тобто добровільного (волонтерського) залучення пересічних громадян до занять наукою. Головна ідея мого проекту у зміні ідеї: перейти від пасивних "волонтерських обчислень" (які широко використовуються в даний час в багатьох галузях науки) до активних типів волонтерських дій під керівництвом учених, тобто до «волонтерських вимірювань», «волонтерської обробки і візуалізації даних», «волонтерського аналізу даних» і т.д., які можуть бути виконані пересічними людьми в автоматичному режимі за допомогою сучасних стандартних побутових обчислювальних пристроїв (смартфона, планшета, …) із стандартними вбудованими сенсорами.

Темою проекту є фундаментальна наукова проблема вивчення високоенергетичних космічних променів, а головною метою є вирішення практичної задачі дослідження їх впливу на атмосферу Землі (викликають «атмосферні зливи» елементарних часток) та технологічні і медико-біологічні наслідки для людства.

Експериментальні засоби включають групу сенсорів у звичайному смартфоні (камеру, GPS-модуль, гіроскоп) і спеціальна програма, які можуть знаходити ці окремі елементарні частинки (які виникли під впливом високоенергетичних космічних променів) і відстежувати їх траєкторії. Методи дослідження засновані на тому, що окремі елементарні частинки (які виникли під впливом високоенергетичних космічних променів) мають досить велику енергію і вони можуть «засвітити» пікселі навіть у закритій камері смартфону. Потім програма фіксує час «засвітки» пікселя (або треку пікселів), координати (за допомогою GPS-модуля) і кут нахилу камери (за допомогою гіроскопу), а також аналізує чи було це результатом випадкової «засвітки» від видимого світла (зазвичай прикладеного на відносно великому проміжку часу), чи потраплянням високоенергетичної елементарної частинки. Дані про виміри від кожного волонтера передаються на сервер проекту (на основі технології BOINC), де на основі багатьох вимірів від великого числа волонтерів в автоматичному режимі створюється географічна мапа атмосферних злив елементарних часток, які виникли під впливом високоенергетичних космічних променів. Цей метод може бути корисним, якщо на невеликій площі буде багато волонтерів, які хочуть дізнатися більше про космічні проміні і підтримають ідею проекту. У більш широкому масштабі ця ідея буде особливо ефективною при залученні волонтерів з однієї місцевості, наприклад, школи, університету, або інших навчальних закладів.

Основними результатами роботи є доведення можливості, життєздатності та переваг пропонованої ідеї волонтерських вимірювань і обчислень. У ході виконання роботи було знайдено, що «атмосферні зливи» елементарних часток (які виникли під впливом високоенергетичних космічних променів) негативно впливають на роботу електронної техніки (засвічують пікселі камер, шкодять бітам пам’яті, зменшують якість комунікацій), шкодять здоров’ю (впливають на зір, сон, відпочинок) тощо.

Цінність, новизна і найбільш важливі переваги проекту полягають у:

науковій цінності: безпрецедентна можливість отримати нову наукову «якість» від цієї величезної «кількості» вимірювань (наявний найбільший аналог, тобто проект обсерваторія «Pierre Auger» має велику, проте обмежену площу <3000 км²),

малій вартості: використовуються лише наявні ресурси волонтерів (“crowdsourcing”): обчислювальні пристрої, тобто процесори та сенсори, і людські ресурси, тобто її мозок та дії за інструкціями (обсерваторія «Pierre Auger» має вартість >$50 млн., а вартість мого проекту складає лише вартість серверу, тобто 1 ПК < $1000),

масштабності (потенціал до розширення): за рахунок залучення величезної кількості добровольців (від десятків до тисяч і, навіть, мільйонів) тимчасово або протягом усього життя,

навчальній значимості: залучення пересічних громадян (особливо учнів, студентів, пенсіонерів, або будь-яких ентузіастів науки) до наукового процесу,

соціальній значимості: інформувати таким чином суспільство про поточну наукову діяльність, пріоритети та досягнення.

Можливість і життєздатність пропонованої ідеї вже перевірена в декількох моїх інших волонтерських проектах з декількома видами діяльності в інших галузях науки. Наприклад, таким чином можна проводити моніторинг екологічних умов у будь-якому місті (я проводив у Києві). Це може допомогти вирішувати різні екологічні проблеми, які загрожують нашому місту. Якщо регулярно такі дослідження будуть проводити звичайні люди, то можна буде побачити динаміку екологічного становища Києва і робити деякі висновки щодо становища нашого міста. Аналогічно волонтери можуть проводити моніторинг свого особистого здоров’я за допомогою звичайнісінького смартфону (я проводив моніторинг фізичної рухливості). В автоматичному режимі я моніторив рівень фізичного навантаження і прогнозував перевищення норми ще до того, як вони встигали призвести до незворотних наслідків і перерости у небезпечні хвороби.

Перелік використаних джерел

Панасюк М.И. Странники Вселенной или эхо Большого взрыва. Фрязино:"Век2", 2005.- 272 с.-(Наука для всех) ISBN 5-85099-160-3

Lars Persson (1996). "Pierre Auger-A Life in the Service of Science". Acta Oncologica 35 (7): 785–787, doi:10.3109/02841869609104027.

P. Auger et al. (1939). "Extensive Cosmic-Ray Showers". Rev. Mod. Phys. 11 (3–4): 288–291, doi:10.1103/RevModPhys.11.288

С. В. Мурзин. Введение в физику космических лучей. Москва, М.: Атомиздат, 1979.

Модель космического пространства — М.: изд-во МГУ, в 3-х томах.

А. Д. Филоненко, Радиоастрономический метод измерения потоков космических частиц сверхвысокой энергии (рус.) // УФН. — 2012. — Т. 182. — С. 793—827.