Εξερευνώντας το ψυχρό Σύμπαν

«Βλέποντας» την υπέρυθρη ακτινοβολία το διαστημικό τηλεσκόπιο Ηerschel ξεκίνησε την περασμένη άνοιξη την παρατήρηση των ψυχρών σωμάτων του Σύμπαντος, όπως είναι οι πλανήτες και τα τεράστια νέφη από αέρια και σκόνη. Οι εικόνες που μας μεταδίδει είναι εντυπωσιακές, καθώς και η ίδια η κατασκευή του

ΤΟΥ Χ.ΒΑΡΒΟΓΛΗ

(Ο κ. Χάρης Βάρβογλης είναι καθηγητής του Τμήματος Φυσικής στο ΑΠΘ.)

Στις αρχές του Οκτωβρίου παρουσιάστηκαν στη Θεσσαλονίκη τα πρώτα αποτελέσματα του νέου διαστημικού τηλεσκοπίου Ηerschel, το οποίο εκτοξεύτηκε την περασμένη άνοιξη από τον Ευρωπαϊκό Οργανισμό Διαστήματος (ΕSΑ). Οι παρατηρήσεις στα υπέρυθρα μήκη κύματος με αυτό το τηλεσκόπιο αναμένεται να δώσουν απαντήσεις στο πώς δημιουργήθηκαν στο παρελθόν οι γαλαξίες και πώς δημιουργούνται, ακόμη και σήμερα, οι αστέρες.

Από την εποχή του Γαλιλαίου οι αστρονόμοι κατασκευάζουν όλο και μεγαλύτερα τηλεσκόπια, για να έχουν τη δυνατότητα να παρατηρούν όλο και πιο αμυδρά και πιο απομακρυσμένα ουράνια σώματα. Η παρατήρηση ωστόσο από την επιφάνεια της Γης δεν μας επιτρέπει να συλλέξουμεόλεςτις πληροφορίες που περιέχονται στην ακτινοβολία κάθε σώματος, επειδή η ατμόσφαιρα της Γης είναι διαφανής μόνο στο φως και στα ραδιοφωνικά κύματα. Ετσι, οι υπόλοιπες ακτινοβολίες, όπως για παράδειγμα οι υπέρυθρες, οι υπεριώδεις και οι ακτίνες-Χ, είναι δυνατόν να παρατηρηθούν μόνο από διαστημικά όργανα τοποθετημένα έξωαπό την ατμόσφαιρα της Γης. Στο πλαίσιο αυτής της στρατηγικής, η ΕSΑ εκτόξευσε τον περασμένο Μάιο το διαστημικό τηλεσκόπιο Ηerschel, το οποίο παρατηρεί το Σύμπαν στα υπέρυθρα μήκη κύματος με σκοπό την κατανόηση του τρόπου δημιουργίας των γαλαξιών και των αστέρων.

Αποκάλυψη τώρα για πλανήτες

Ενα από τα μειονεκτήματα της αστρονομικής παρατήρησης στο ορατό φως είναι το ότι δεν μπορούμε να «δούμε» ψυχρά αντικείμενα, δηλαδή αντικείμενα που δεν είναι αρκετά θερμά ώστε να εκπέμπουν φως. Για παράδειγμα, όλα τα αστέρια έχουν θερμοκρασίες μεγαλύτερες από 2.500 βαθμούς Κελσίου και έτσι είναι ορατά από το φως που εκπέμπουν τα ίδια (όπως π.χ. ο Ηλιος). Ομως το ίδιο δεν συμβαίνει και με τους πλανήτες, οι οποίοι έχουν θερμοκρασία το πολύ μερικών εκατοντάδων βαθμών Κελσίου, οπότε δεν εκπέμπουν φως και γίνονται ορατοί μόνο όταν βρίσκονται κοντά σε ένα αστέρι που τους φωτίζει. Επίσης, από την οπτική παρατήρηση διαφεύγουν τα τεράστια σύννεφα σκόνης και αερίου, από τα οποία δημιουργούνται σήμερα τα αστέρια και δημιουργήθηκαν στο παρελθόν οι γαλαξίες, επειδή αυτά έχουν θερμοκρασίες μεταξύ 270 και 220 βαθμών Κελσίου υπό το μηδέν. Για να μελετήσουμε τις ιδιότητες των παραπάνω ψυχρών αντικειμένων απαιτείται παρατήρηση σε υπέρυθρη ακτινοβολία, η οποία είναι δυνατή μόνο έξω από την ατμόσφαιρα. Για αυτό τον λόγο η ΕSΑ κατασκεύασε και εκτόξευσε το διαστημόπλοιο Ηerschel, το οποίο φιλοξενεί το μεγαλύτερο διαστημικό τηλεσκόπιο.
Ενα τηλεσκόπιο που παρατηρεί σε υπέρυθρα μήκη κύματος πρέπει να βρίσκεται μακριά από θερμά αντικείμενα, επειδή η υπέρυθρη ακτινοβολία που εκπέμπουν αυτά τα αντικείμενα «τυφλώνει» τη φωτογραφική μηχανή τού τηλεσκοπίου. Μια σημαντική πηγή υπέρυθρης ακτινοβολίας είναι και ο πλανήτης μας, οπότε η τοποθέτηση ενός υπέρυθρου τηλεσκοπίου σε τροχιά γύρω από τη Γη, δηλαδή το πολύ μερικές δεκάδες χιλιάδες χιλιόμετρα από την επιφάνειά της, δεν είναι καλή επιλογή. Οι επιστήμονες της ΕSΑ επέλεξαν για το διαστημόπλοιο Ηerschel μια θέση σε απόσταση ενάμισι εκατομμυρίου χιλιομέτρου μακριά από τη Γη, η οποία στην Αστρονομία ονομάζεται σημείο Lagrange L2. Το σημείο L2 βρίσκεται στην προέκταση της γραμμής που ενώνει τον Ηλιο με τη Γη και ένα αντικείμενο που τοποθετείται σε αυτή τη θέση περιφέρεται γύρω από τον Ηλιο σε ένα ακριβώς έτος, όσο δηλαδή χρειάζεται και η Γη. Ετσι το διαστημόπλοιο, πέρα από το γεγονός ότι είναι σε πολύ μεγάλη απόσταση, φαίνεται από την επιφάνεια της Γης να βρίσκεται πάντα στην ίδια θέση, γεγονός που διευκολύνει πολύ τον προγραμματισμό των παρατηρήσεων και τη ραδιοεπικοινωνία με αυτό.
Θηριώδες κάτοπτρο
Σε φωτογραφία του γαλαξία Μ51 από το τηλεσκόπιο του Ηerschel  και από το τηλεσκόπιο υπερύθρων του διαστημοπλοίου «Spitzer» της ΝΑSΑ είναι φανερή η διαφορά στη λεπτομέρεια της απεικόνισης Το τηλεσκόπιο του διαστημόπλοιου Ηerschel έχει κάτοπτρο διαμέτρου 3,5 μέτρων, το μεγαλύτερο που έχει εκτοξευτεί ποτέ στο Διάστημα. Για σύγκριση, το τηλεσκόπιο Ηubble έχει κάτοπτρο διαμέτρου μόνο 2,4 μέτρων. Το μεγάλο μέγεθος επιτρέπει στο τηλεσκόπιο να παρατηρεί εξαιρετικά δυσδιάκριτα αντικείμενα· ικανότητα απαραίτητη και για τους δύο βασικούς στόχους της αποστολής του, που είναι η μελέτη της δημιουργίας των πλανητών και των γαλαξιών και το πώς δημιουργούνται ακόμη και σήμερα οι αστέρες.
Από τη μία πλευρά οι πλανήτες είναι μικρά και άρα αμυδρά σώματα, οπότε η παρατήρησή τους απαιτεί ούτως ή άλλως εξαιρετικά ευαίσθητα όργανα. Από την άλλη, οι γαλαξίες είναι μεν πολύ μεγάλα αντικείμενα, τα οποία όμως δημιουργήθηκαν πριν από 12,5 δισεκατομμύρια χρόνια. Ετσι, για να παρακολουθήσουμε τη φάση της δημιουργίας τους θα πρέπει το φως τους που φτάνει σήμερα σε εμάς να έχει ξεκινήσει το ταξίδι του πριν από 12,5 δισεκατομμύρια χρόνια. Αρα οι γαλαξίες, των οποίων θέλουμε να παρατηρήσουμε τη δημιουργία, θα βρίσκονται σε απόσταση 12,5 δισεκατομμυρίων ετών φωτός, στην οποία και θα φαίνονται πολύ αμυδροί.

Ενα «ψυγείο» σε τροχιά

Πέρα από το μεγάλο μέγεθος του κατόπτρου, η παρατήρηση αμυδρών αντικειμένων σε υπέρυθρα μήκη κύματος απαιτεί την τήρηση όλου του τηλεσκοπίου σε πολύ χαμηλή θερμοκρασία, έτσι ώστε η υπέρυθρη ακτινοβολία που εκπέμπει το ίδιο να μην «επισκιάζει» την ακτινοβολία των αντικειμένων που παρατηρεί. Για τον σκοπό αυτό το διαστημόπλοιο Ηerschel μεταφέρει 2.000 λίτρα υγρού ηλίου, το οποίο έχει θερμοκρασία-270 βαθμών Κελσίου και χρησιμοποιείται για την ψύξη του τηλεσκοπίου και των οργάνων του. Το υγρό ήλιο όμως εξατμίζεται σιγά σιγά και προβλέπεται ότι θα εξαντληθεί σε τρία χρόνια, οπότε και θα ολοκληρωθεί η αποστολή του Ηerschel.
Το διαστημόπλοιο εκτοξεύτηκε στα μέσα Μαΐου του 2009 και έφτασε στη θέση του, στο σημείο L2, δύο μήνες αργότερα, στα μέσα του Ιουλίου. Από τότε ως και στα τέλη του Σεπτεμβρίου έγιναν εργασίες προετοιμασίας και ελέγχου των δυνατοτήτων του τηλεσκοπίου, κατά τη διάρκεια των οποίων πάρθηκαν και αρκετές εξαιρετικές φωτογραφίες. Οι καλύτερες από αυτές παρουσιάστηκαν σε μια διημερίδα που οργανώθηκε στη Θεσσαλονίκη, στις 2 και στις 3 Οκτωβρίου, στο πλαίσιο των εφετινών Δημητρίων, από μέλη της ομάδας που σχεδίασε και κατασκεύασε μια από τις φωτογραφικές μηχανές του τηλεσκοπίου. Από τις φωτογραφίες αυτές προκύπτει ότι το τηλεσκόπιο έχει με το παραπάνω την απαραίτητη ευαισθησία και ευκρίνεια για να φέρει σε πέρας την αποστολή για την οποία εκτοξεύτηκε. Οι πρώτες επίσημες δημοσιεύσεις αναμένονται στις αρχές του επόμενου χρόνου.

Ο ΠΑΤΕΡΑΣ ΤΗΣ ΥΠΕΡΥΘΡΗΣ ΑΚΤΙΝΟΒΟΛΙΑΣ

Το διαστημόπλοιο Ηerschel ονομάστηκε έτσι προς τιμήν του άγγλου ερασιτέχνη αστρονόμου και επαγγελματία μουσικού William Ηerschel, ο οποίος ανακάλυψε την υπέρυθρη ακτινοβολία όταν διαπίστωσε ότι ένα θερμόμετρο, τοποθετημένο στη σκοτεινή περιοχή πέρα από το κόκκινο χρώμα του ηλιακού φάσματος, έδειχνε υψηλή θερμοκρασία. Ο Ηerschel είναι γνωστός στην Αστρονομία κυρίως από την ανακάλυψη του πλανήτη Ουρανού και από τον κατάλογο των γαλαξιών και των νεφελωμάτων που συνέταξε.