W jednej z najbardziej znanych jaskiń w Polsce pojawiło się urządzenie, które nie emituje promieniowania i nie musi nawet dotykać badanych struktur. Wystarczy, że przez wiele tygodni będzie obserwowało cząstki nieustannie docierające do powierzchni Ziemi z atmosfery.

Pod koniec września w Smoczej Jamie zainstalowano eksperymentalny detektor mionów. To początek właściwej części projektu VIEW – Visualizing the Interior and Exploring Wawel – którego celem jest nieinwazyjne obrazowanie wnętrza Wzgórza Wawelskiego.

Najciekawsze pytanie brzmi oczywiście: czy pod Wawelem są przestrzenie, o których dotąd nie wiedzieliśmy?

Cząstki kosmiczne zamiast wiertła

Metoda wykorzystuje miony, czyli nietrwałe cząstki elementarne powstające m.in. wtedy, gdy promieniowanie kosmiczne oddziałuje z ziemską atmosferą. Ogromna liczba mionów dociera każdego dnia do powierzchni planety, a część z nich potrafi przenikać przez grube warstwy skały czy materiałów budowlanych.

Nie przechodzą jednak przez materię w jednakowy sposób. Ilość rejestrowanych cząstek zależy od gęstości i grubości materiału znajdującego się na ich drodze. Detektor może więc mierzyć liczbę mionów nadlatujących z poszczególnych kierunków, a zgromadzone dane wykorzystuje się później do odtworzenia rozkładu gęstości badanego obiektu.

W praktyce oznacza to możliwość zauważenia anomalii. Jeżeli w miejscu, w którym spodziewano się litej skały lub masywnej konstrukcji, pomiar wskazuje znacznie mniejszą gęstość, jedną z możliwych przyczyn może być pusta przestrzeń.

Nie oznacza to jednak automatycznie odkrycia tajnego przejścia. Anomalia może mieć pochodzenie naturalne, na przykład być związana ze szczeliną lub strukturą geologiczną. Dopiero analiza wyników i ewentualne zastosowanie kolejnych metod pozwalają ustalić, co rzeczywiście znajduje się we wskazanym miejscu.

Detektor pracuje w Smoczej Jamie bez przerwy

Badanie realizuje polska firma MUOTECH we współpracy z Zamkiem Królewskim na Wawelu. Używany w Krakowie eksperymentalny detektor pochodzi z École polytechnique fédérale de Lausanne w Szwajcarii.

Urządzenie zostało umieszczone w Smoczej Jamie pod koniec września i od instalacji prowadzi ciągłą rejestrację. To ważne, ponieważ w muografii potrzebna jest odpowiednio duża liczba zarejestrowanych cząstek. Im więcej danych, tym dokładniej można później odtworzyć obraz badanego obszaru.

Według informacji przekazanych przez dr Noemi Zabari z MUOTECH pierwsze wstępne dane mogą być analizowane już po około tygodniu pracy urządzenia, ale cały projekt ma potrwać do końca grudnia. W tym czasie badane mają być różne części wzgórza.

Technologia jest pasywna. Nie wymaga naświetlania Wawelu sztucznym źródłem promieniowania, wykonywania odwiertów ani rozbierania murów. Pomiary mogą być prowadzone bez zatrzymywania normalnego funkcjonowania muzeum i ruchu turystycznego.

Wawel ma pod ziemią znacznie więcej niż trasę dla turystów

Umieszczenie aparatury właśnie w Smoczej Jamie nie jest przypadkowe. Jaskinia w zachodnim zboczu wzgórza powstała około 12 milionów lat temu wskutek procesów krasowych zachodzących w wapieniach jurajskich.

Jej całkowita długość wynosi około 270 metrów, choć trasa dostępna dla zwiedzających liczy jedynie 81 metrów. Poza nią istnieją również fragmenty niedostępne dla ruchu turystycznego, w tym ciąg ciasnych korytarzy o długości około 160 metrów oraz niewielkie podziemne zbiorniki wodne.

Samo wzgórze ma złożoną budowę geologiczną, a przez stulecia było wielokrotnie przekształcane przez ludzi. Nawarstwienie naturalnych form krasowych, dawnych konstrukcji, murów, fundamentów i podziemnej infrastruktury sprawia, że rozpoznanie jego wnętrza jest trudnym zadaniem.

Muografia nie zastąpi archeologów ani badań geologicznych. Może jednak wskazać miejsca, które warto sprawdzić dokładniej innymi metodami.

Podobna metoda ujawniła tajemnice piramidy Cheopsa

Najgłośniejszym przykładem zastosowania mionów w badaniach zabytków pozostaje Wielka Piramida w Gizie.

W 2017 roku międzynarodowy zespół ScanPyramids opisał w czasopiśmie „Nature” wykrycie dużej, wcześniej nieznanej pustej przestrzeni ponad Wielką Galerią piramidy Cheopsa. Strukturę o długości co najmniej 30 metrów zarejestrowano niezależnie za pomocą trzech technik detekcji mionów.

To jednak niejedyny rezultat badań piramidy tą metodą.

Muografia pozwoliła również wykryć strukturę za charakterystycznymi blokami na północnej ścianie monumentu. Kolejne pomiary określiły ją jako korytarz o długości około dziewięciu metrów i przekroju zbliżonym do dwóch na dwa metry. Istnienie tej przestrzeni potwierdziły następnie inne metody nieinwazyjne, a w 2023 roku zajrzano do jej wnętrza kamerą endoskopową.

To istotne rozróżnienie: słynna „wielka pustka” wykryta w 2017 roku nad Wielką Galerią i korytarz zbadany endoskopowo w 2023 roku są dwiema różnymi strukturami.

Na sensacyjne odkrycie trzeba poczekać

W przypadku Wawelu na razie nie ma podstaw do twierdzenia, że detektor znalazł nieznaną komorę czy tunel. Aparatura dopiero zbiera dane.

Celem projektu jest najpierw stworzenie obrazu rozkładu gęstości wewnątrz wzgórza oraz wychwycenie miejsc odbiegających od spodziewanego obrazu. Jeżeli takie anomalie się pojawią, trzeba będzie ustalić ich naturę.

Dopiero wtedy będzie można odpowiedzieć na pytanie, czy pod jednym z najważniejszych polskich zabytków rzeczywiście kryją się przestrzenie, których dotychczas nie znaliśmy.

Nawet wynik negatywny miałby znaczenie. Dokładniejszy obraz wnętrza wzgórza pozwoliłby lepiej poznać jego budowę bez ingerowania w historyczne mury i skałę. Jeżeli natomiast detektor wskaże wyraźną, niewytłumaczoną anomalię, Wawel może stać się kolejnym zabytkiem, w którym cząstki powstałe wysoko w atmosferze pomogą odkryć coś ukrytego od dziesięcioleci albo nawet stuleci.