Activități de cercetare și activități didactice la Observatorul Astronomic Mărișel

Prof. dr. Paul DOLEA este absolvent al Facultății de Fizică a UBB Cluj. Și-a susținut teza de doctorat la Universitatea Tehnică din Cluj Napoca, titlul tezei fiind „Contribuții la studiul undelor electromagnetice de joasă frecvență. Posibilități de recepție și aplicații”. A obținut titlul de doctor în inginerie electronică și telecomunicații cu calificativul maxim „Summa cum laude”.

În prezent este șef de lucrări la Universitatea Tehnică din Cluj-Napoca și conduce două cursuri: ”Sisteme de comunicații satelitare” și „Microunde”. Pe lângă activitatea didactică și de cercetare desfășurată la UTCN, fizicianul Paul Dolea desfășoară activitate de cercetare științifică în cadrul firmei BITNET CCSS din Cluj, care este și proprietara Observatorului Astronomic Mărișel. Obiectiv despre care am scris și cu alte ocazii, dar care, prin complexitatea și importanța activităților desfășurate, am considerat că merită o nouă abordare.

– Pentru cei care vor citi, poate pentru prima dată despre Observatorul Astronomic și Geofizic de la Mărișel, am să vă rog, d-le Paul Dolea, să faceți o scurtă prezentare a satului și, de asemeni, a Observatorului.

– Mărișel este un sat situat în inima Munţilor Apuseni, cu case răsfirate pe coline domoale, la altitudini cuprinse între 1150 m și 1250 m. Localitatea este poziționată pe un platou montan cu suprafața de aproximativ 86 km². Datorită numărului mare de izvoare cu apă cristalină și a unui microclimat specific zonelor montane, datorită altitudinii medii de 1200 m, Mărișelul este considerat ca fiind satul montan cu cea mai mare suprafață locuibilă din Europa. Comuna Mărișel are în componență un singur sat (satul Mărișel), situație destul de rară în România. Locutorii satului sunt moți mândri și neînfricați, cu un puternic simț patriotic, demni urmași ai lui Avram Iancu și ai corifeilor Marii Uniri.

Observatorul Astronomic și Geofizic din Mărișel este un complex de facilități și echipamente științifice destinate cercetării spațiului cosmic, situat la cea mai mare altitudine din România (1170 m). Cu toate că este o investiție privată, Observatorul Astronomic Mărișel nu are scop turistic, aici desfășurându-se doar activități de cercetare științifică și activități didactice.

– Vă propun să le luăm pe rând. În ce constau activitățile didactice care se desfășoară la Observatorul Astronomic de la Mărișel?

– Activitățile didactice desfășurate anual constau în cursuri de inițiere a elevilor, a studenților și a profesorilor din învățământul preuniversitar în tainele științelor și tehnologiilor spațiale. Ele au debutat în 2010, prin organizarea Școlii de Vară “Generația Următoare”, o școală de excelență la care participă în fiecare vară zeci de elevi interesați de astronomie și tehnologii spațiale. Începând cu anul 2014 activitatea de inițiere în științe și tehnologii spațiale s-a extins și la nivelul cadrelor didactice din învățământul preuniversitar, prin cursuri intensive de scurtă durată (patru zile). Aceste cursuri sunt organizate de ESERO (The European Space Education Resource Office) – biroul din România, tot în locația Școlii de Vară “Generația Următoare”, dar la un nivel care este adaptat profesorilor de liceu și gimnaziu. Scopul acestor cursuri este de a pregăti cadrele didactice în așa fel încât să-și însușească diverse metode de a-i atrage pe elevii lor spre cariere științifice sau tehnologice în domeniul spațial.

În vara anului 2017 acțiunile didactice au fost extinse spre mediul universitar, prin organizarea, de către Organizația Studenților din Universitatea Tehnică Cluj-Napoca, a unui curs ale căror lucrări practice s-au desfășurat în aer liber la Observatorul Astronomic Mărișel. În anul universitar 2017-2018, în cadrul studiilor de master ale facultății ETTI (Electronică, Telecomunicații și Tehnologia Informației) din Universitatea Tehnică Cluj-Napoca, a fost introdus, pentru prima dată în România la nivel universitar, cursul “Sisteme de Comunicații Satelitare”. O parte din lucrările de laborator din cadrul acestui curs se desfășoară tot la Observatorul Astronomic Mărișel.

– Câți elevi, studenți și profesori au beneficiat până acum de aceste cursuri?

– Cursurile de inițiere în științe și tehnologii spațiale au fost urmate de aproximativ 200 de elevi, 40 studenți și cel puțin 200 profesori. Pe lângă aceștia, în cadrul acțiunilor de tip „Săptămâna altfel”, la solicitarea unor școli din Cluj și din țară, am susținut la Mărișel prelegeri și experimente demonstrative, la care au participat până acum aproximativ 300 de elevi.

– Cum se face selecția celor care participă la cursurile de la Mărișel?

– Cadrele didactice interesate, care predau matematică, fizică sau chimie, sunt invitate să trimită biroului ESERO România un eseu din care să rezulte modul în care au promovat sau intenționează să promoveze în școli științele și tehnologiile spațiale. Selecția celor care participă la cursurile de la Mărișel se face în funcție de conținutul eseului trimis, în limita locurilor disponibile. Majoritatea elevilor participanți sunt membri ai Centrului de Excelență pentru Astronomie din Cluj, condus de d-na profesor Eugenia Marcu. Pe lângă aceștia sunt primiți la cursuri și alți elevi care își  manifestă interesul pentru materii STEM (Science, Technology, Engineering, Mathematics), în primul rând prin rezultatele bune obtinute în școli, la aceste materii.

– Concret, ce învață elevii și studenții la aceste cursuri?

– Elevilor li se dezvoltă în primul rând deprinderi de colaborare aferente lucrului în echipă. Prin cursurile teoretice la care participă, elevii își însușesc noțiuni legate de Sistemul Solar și bazele comunicațiilor spațiale. Noțiunile teoretice sunt apoi completate prin lucrări practice în cadrul cărora elevii utilizează telescoapele sau radiotelescoapele din dotarea Școlii de Vară pentru studiul corpurilor cerești din galaxia noastră sau din alte galaxii. Tot în cadrul lucrărilor practice se fac experimente legate de diverse metode de captare a energiei în spațiul extraatmosferic și cum poate fi generată energia electrică la bordul sateliților sau a sondelor spațiale interplanetare. Nu în ultimul rând, acordăm atenție deosebită însușirii unor deprinderi de orientare în teren deschis, utilizând Soarele sau stelele de pe bolta senină sau mijloacele moderne de orientare cu ajutorul receptoarelor GPS.

Studenții Universității Tehnice din Cluj-Napoca efectuează lucrări practice în cadrul cursului „Sisteme de Comunicații Satelitare”. Lucrările de laborator constau în analiza spectrală a semnalelor radio transmise de sateliții artificiali ai Pământului și  determinarea poziției unghiulare a acestora cu ajutorul unor radiotelescoape de uz didactic. Alte experimente constau în transmiterea de imagine și sunet la mare distanță utilizând antene directive sau recepția în timp real, direct din sateliți, a unor imagini ale Pământului, captate la altitudini de 700-800 km desupra solului. Legat de obținerea energiei electrice la bordul sateliților, studenții determină experimental randamentul de conversie a energiei solare în energie electrică prin utilizarea panourilor fotovoltaice. Comunicațiile satelitare stau la baza sistemelor de navigație tip GPS. Ca urmare, tot prin metode experimentale, studenții fac evaluări ale preciziei de stabilire a poziției prin utilizarea receptoarelor GPS și a factorilor care influențează această precizie.

Baza materială a Observatorului a fost utilizată și pentru lucrări de licență sau disertație ale unor studenți ai UTCN, iar doi doctoranzi ai acestei universități și-au pregătit teza de doctorat utilizând rezultate experimentale obținute la Observator.

– De ce dotări dispune  Observatorul Astronomic de la Mărișel?

– Echipamentele științifice utilizate în cercetarea spațiului cosmic constau în telescoape optice performante, dotate cu camere foto dedicate observațiilor astronomice, antene parabolice de mari dimensiuni și echipamente de recepție și prelucrare a semnalelor radio captate din Univers.

Observatorul geofizic este dotat cu o stație meteorologică complet automată și o stație seismică conectată prin satelit la rețeaua mondială de stații seismice. O altă dotare importantă destinată cercetărilor geofizice la nivel planetar este rețeaua de senzori care au ca scop recepția infrasunetelor produse de erupții vulcanice explozive sau de eventuala  detonare în atmosferă a unor bombe nucleare. Această rețea aparține CTBTO (The Comprehensive Nuclear-Test-Ban Treaty Organization), organism al Organizației Națiunilor Unite, care verifică respectarea la nivel planetar a tratatelor de interzicere totală a experimentelor nucleare. Tot pentru cercetări geofizice am instalat un senzor pentru detectarea și localizarea fulgerelor (pe o rază de 1200 km) și un echipament de monitorizare a câmpului electric din atmosferă.

Majoritatea dotărilor din domeniul geofizic sunt proprietatea Institutului Național de Cercetare-Dezvoltare pentru Fizica Pământului, cu sediul în București, dar pe care le găzduim la Observator în cadrul unor proiecte de cercetare comune.

– Pentru că ați adus vorba de cercetare, am să vă rog să detaliați acum partea cea mai complexă a activității de la Observatorul Astronomic Mărișel, cea științifică.

– Activitățile științifice acoperă domenii de vârf legate de cercetarea spațiului cosmic și sunt concretizate prin contracte de cercetare încheiate cu Ministerul Cercetării din România, cu Agenția Spațială Română și cu Agenția Spațială Europeană. Voi preciza în primul rând că în cercetările noastre avem ca parteneri tradiționali Observatorul Astronomic al Academiei Române și Universitatea Tehnică din Cluj-Napoca. Un alt institut de importanță națională cu care avem o strânsă colaborare este Institutul Național de Cercetare-Dezvoltare pentru Fizica Pământului, cu sediul în București. Pe pacursul ultimilor zece ani, utilizând facilitatea și echipamentele din dotare, am derulat 18 contracte și proiecte de cercetare de nivel național sau internațional. Pentru exemplificare voi aminti doar câteva din ultimele teme de cercetare contractate cu diverse organizații.

Dintre proiectele finanțate de ESA (European Space Agency), care sunt finalizate sau se află în derulare, amintesc: unul care se referă la posibilitățile de determinare prin metode optice a pozițiilor unghiulare ale sateliților de navigație europeni din constelația Galileo; un altul care propune reutilizarea în cadrul unui radar spațial a  antenelor parabolice de 32 m de la stația sol pentru comunicații cu sateliți artificiali de la Cheia (jud. Prahova); un al treilea proiect se referă la  dezvoltarea și validarea unui program de prelucrare automată a imaginilor, necesar în programul ESA de supraveghere a spațiului cosmic. Pe plan intern, un important proiect finanțat de UEFISCDI (Unitatea Executivă pentru Finanțarea Învățământului Superior, a Cercetării, Dezvoltării și Inovării) se referă la observarea stereoscopică a obiectelor spațiale cu orbite circumterestre medii sau înalte. Toate aceste proiecte de cercetare au avut ca scop, și au și realizat, o îmbunătățire a performanțelor echipamentelor utilizate în tehnologiile spațiale.

– Prin ce s-a diferențiat anul 2018, la Observatorul Astronomic de la Mărișel, de ceilalți ani, de dinainte?

– Din punct de vedere al activităților științifice, anul 2018 a fost un an obișnuit, în care am completat aparatura științifică din dotarea Observatorului cu diverși senzori pentru mărimi geofizice. În schimb, activitățile didactice au fost completate cu primele lucrări de laborator în aer liber efectuate de sudenți ai Universității Tehnice din Cluj-Napoca. Un eveniment de referință, mediatizat la nivel național atât în presa scrisă, cât și în audiovizual, s-a desfășurat în 29 iulie 2018, cu ocazia Zilei Imnului Național, când cunoscutul interpret la nai, maestrul Nicolae Voiculeț, a interpretat Imnul de Stat al României pe o scenă special amenajată la Observator. Melodia a fost apoi digitizată și transmisă către astre de către cercetătorii științifici, prin intermediul uneia din antenele parabolice de mari dimensiuni, din dotare.

– Ce vă propuneți pentru 2019?

– Pentru anul 2019 ne propunem, printre altele, finalizarea unor lucrări de infrastructură care să permită îmbunătățirea condițiilor de desfășurare a activităților didactice și de cercetare. Concret, realizarea unei săli necesare prelegerilor și desfășurării lucrărilor în caz de timp nefavorabil și o încăpere de odihnă pentru cercetătorii care rămân la observații nocturne. Un alt proiect (de această dată, un proiect personal) constă în realizarea unui radiotelescop demonstrativ, cu diametrul reflectorului de 4 m. Bineînțeles, vom continua proiectele de cercetare științifică și tehnologică pe care le avem în derulare.

M. TRIPON