Η ματιά της Ευρώπης στο Σύμπαν

Τον Οκτώβριο του 1962 πέντε ευρωπαϊκά κράτη, το Βέλγιο, η Γαλλία, η (τότε) Δυτική Γερμανία, η Ολλανδία και η Σουηδία, υπέγραψαν τη συνθήκη ίδρυσης του Ευρωπαϊκού Αστεροσκοπείου του Νότου, γνωστού σήμερα περισσότερο με το αρκτικόλεξο ESO (European Southern Observatory). Την εποχή εκείνη τα μεγαλύτερα τηλεσκόπια του κόσμου και η πρωτοπορία στην παρατηρησιακή αστρονομία ανήκαν στις ΗΠΑ. Σήμερα, 50 χρόνια μετά, το ESO διαθέτει πλειάδα αξιόλογων τηλεσκοπίων, έχει εισαγάγει επαναστατική αστρονομική τεχνολογία και βρίσκεται στη φάση κατασκευής του μεγαλύτερου τηλεσκοπίου του κόσμου. Μάλιστα η πεντηκοστή επέτειος του ESO συμπίπτει με την έναρξη λειτουργίας της μεγάλης συστοιχίας ραδιοτηλεσκοπίων ALMA στη Χιλή, στην κατασκευή της οποίας το ESO έχει παίξει τον πιο βασικό ίσως ρόλο. Με άλλα λόγια η πρωτοπορία στην παρατηρησιακή Αστρονομία ανήκει σήμερα στην Ευρώπη. Κρίμα που η Ελλάδα δεν συμμετέχει στον τόσο πετυχημένο αυτόν διεθνή ερευνητικό οργανισμό.

Γιατί στο Νότο;

Οι περιοχές του ουρανού που βλέπει ένας παρατηρητής στη Γη εξαρτώνται από το γεωγραφικό πλάτος του τόπου που βρίσκεται ο παρατηρητής. Από τον Βόρειο Πόλο της Γης βλέπουμε μόνο το βόρειο ημισφαίριο του ουρανού, ενώ από το νοτιότερο άκρο της Ευρώπης βλέπουμε όλο το βόρειο ημισφαίριο και ένα μέρος του νότιου ημισφαιρίου, αλλά όχι τις περιοχές κοντά στον νότιο ουράνιο πόλο. Ετσι η ίδρυση του ESO είχε για στόχο την εγκατάσταση ενός αστεροσκοπείου στο νότιο ημισφαίριο της Γης, για να μπορούν οι ευρωπαίοι αστρονόμοι να παρατηρούν τις περιοχές του ουρανού που δεν είναι ορατές από την ήπειρό μας. Επειτα από εξονυχιστική μελέτη επιλέχτηκε η κορυφή Λα Σίγια (La Silla) των Ανδεων στη Χιλή ως τόπος με χαμηλή νεφοκάλυψη, χαμηλή υγρασία και μηδενική φωτορρύπανση. Στη Λα Σίγια (που στα ισπανικά σημαίνει «σέλλα», από το σχήμα της κορυφής που είναι διπλή) είναι σήμερα εγκαταστημένα 9 τηλεσκόπια, από τα οποία ξεχωρίζουν το μεγάλο τηλεσκόπιο των 3,6 μέτρων και το Τηλεσκόπιο Νέας Τεχνολογίας των 3,5 μέτρων. Το πρώτο εγκαινιάστηκε το 1976 και για την εποχή του ήταν εφάμιλλο με το μεγάλο αμερικανικό τηλεσκόπιο των 5 μέτρων του όρους Πάλομαρ, λόγω της εξαιρετικής ποιότητας του ευρωπαϊκού κατόπτρου και του σκοτεινού ουρανού των Ανδεων.

Κυνηγός εξωπλανητών στη Λα Σίγια

Οκτώ από τις εγκατεστημένες κεραίες του ραδιοσυμβολόμετρου ALMA

Εκτοτε έχουν κατασκευαστεί πολύ μεγαλύτερα τηλεσκόπια, τα οποία χρησιμοποιούνται σήμερα για παρατηρήσεις αιχμής, αλλά το τηλεσκόπιο των 3,6 μέτρων δεν «μπήκε στη ναφθαλίνη». Εκσυγχρονίστηκε ριζικά το 1999 και σήμερα χρησιμοποιείται αποκλειστικά για την ανακάλυψη εξωπλανητών, δηλαδή πλανητών που περιφέρονται γύρω από άλλα αστέρια και όχι γύρω από τον Ηλιο. Η «εξειδίκευσή» του αυτή οφείλεται στο γεγονός ότι είναι εξοπλισμένο με τον πιο ευαίσθητο φασματογράφο που υπάρχει σήμερα, τον HARPS (High Accuracy Radial Velocity Planet Searcher, δηλαδή Ερευνητής Πλανητών Υψηλής Ακρίβειας Ακτινικών Ταχυτήτων). Ο φασματογράφος αυτός επιτρέπει την ανίχνευση της πολύ μικρής κίνησης του κεντρικού αστέρα, η οποία οφείλεται στην έλξη πλανητών μικρότερων από τον Δία που περιφέρονται γύρω του, και με τη βοήθειά του έχουν ανακαλυφθεί τα 2/3 των γνωστών εξωπλανητών με τόσο μικρή μάζα.

Πέρα από το τηλεσκόπιο των 3,6 μέτρων, στην κορυφή Λα Σίγια είναι σήμερα εγκαταστημένο και το Τηλεσκόπιο Νέας Τεχνολογίας (New Technology Telescope, NTT), διαμέτρου 3,5 μέτρων. Το τηλεσκόπιο αυτό, που εγκαινιάστηκε το 1989, ήταν το πρώτο στο οποίο δοκιμάστηκε η τεχνολογία της ενεργούς διόρθωσης του σχήματος του κατόπτρου με τη βοήθεια υδραυλικού μηχανισμού. Στο πίσω μέρος του κατόπτρου είναι τοποθετημένα μικρά έμβολα, τα οποία ελέγχονται από έναν ηλεκτρονικό υπολογιστή. Τα έμβολα αυτά «ωθούν» ή «έλκουν» την επιφάνεια του κατόπτρου, έτσι ώστε να διορθώνονται οι παραμορφώσεις που προκαλούνται από το βάρος του, όταν αυτό περιστρέφεται. Η τεχνολογία αυτή έχει από τότε εξελιχθεί σημαντικά και σήμερα επιτρέπει επιπλέον και τη διόρθωση των παραμορφώσεων των ειδώλων που προκαλούν οι ατμοσφαιρικές διαταραχές.

Ο πρωταθλητής του Σέρο Παρανάλ

Η αστρονομία πρώτης γραμμής απαιτεί όσο το δυνατόν μεγαλύτερα τηλεσκόπια για την παρατήρηση όσο το δυνατόν πιο αμυδρών αντικειμένων στον ουρανό. Για τον λόγο αυτό τη δεκαετία του 1990 οι αστρονόμοι του ESO σχεδίασαν ένα επαναστατικό, ακόμα και για τη σημερινή εποχή, συγκρότημα τηλεσκοπίων, το Πολύ Μεγάλο Τηλεσκόπιο (Very Large Telescope, VLT). Το VLT αποτελείται από 4 τηλεσκόπια των 8,2 μέτρων σχεδιασμένα έτσι ώστε όχι μόνο να λειτουργούν ανεξάρτητα το καθένα, αλλά και συνδεδεμένα μεταξύ τους, ως ένα μεγαλύτερο τηλεσκόπιο. Στη δεύτερη περίπτωση το VLT συγκεντρώνει τόσο φως όσο και ένα τηλεσκόπιο διαμέτρου 16,4 μέτρων και έχει τόσο καλή διακριτική ικανότητα ώστε μπορεί (θεωρητικά) να διακρίνει τα διαστημόπλοια των αποστολών «Απόλλων» πάνω στην επιφάνεια της Σελήνης. Το συγκρότημα αυτό των τεσσάρων τηλεσκοπίων είναι εγκαταστημένο στην κορυφή Σέρο Παρανάλ (Cerro Paranal) της ερήμου Ατακάμα της βόρειας Χιλής. Το VLT είναι σήμερα το πιο πετυχημένο επίγειο τηλεσκόπιο όσον αφορά τον ρυθμό παραγωγής επιστημονικών δημοσιεύσεων και στο σύνολο τόσο των επίγειων όσο και των διαστημικών αστεροσκοπείων υστερεί μόνο ως προς το διαστημικό τηλεσκόπιο Χαμπλ (Hubble).

Οι κεραίες της Ατακάμα

Ενα από τα παλαιότερα όνειρα των αστρονόμων είναι να παρατηρήσουν το Σύμπαν σε άλλες ηλεκτρομαγνητικές ακτινοβολίες, εκτός από το ορατό φως. Αν εξαιρέσουμε όμως τα ραδιοφωνικά κύματα, η ατμόσφαιρα απορροφά τις άλλες ηλεκτρομαγνητικές ακτινοβολίες, δυσκολεύοντας αυτό το έργο. Ειδικά οι υδρατμοί της ατμόσφαιρας απορροφούν ισχυρά τα ηλεκτρομαγνητικά κύματα με μήκος κύματος της τάξης του ενός χιλιοστού του μέτρου, δηλαδή στην ακραία περιοχή της υπέρυθρης ακτινοβολίας. Η αναγνώριση της ερήμου Ατακάμα της Χιλής ως ενός από τα πιο άνυδρα μέρη της Γης έδωσε στους αστρονόμους την ιδέα να τοποθετήσουν εκεί ένα όργανο αστρονομικών παρατηρήσεων για αυτές ακριβώς τις ακτινοβολίες, το οποίο έχει το όνομα ALMA (Atacama Large Millimeter Array). Το σχέδιο προβλέπει την τοποθέτηση 66 παραβολικών κεραιών διαμέτρου 12 και 7 μέτρων στο υψίπεδο Τσαχναντόρ (Chajnantor), σε υψόμετρο 5.000 μέτρων, οι οποίες θα λειτουργούν διασυνδεδεμένες, έτσι ώστε να αντιστοιχούν σε μια γιγαντιαία κεραία διαμέτρου 14 χιλιομέτρων. Αυτό σημαίνει ότι η ακρίβεια παρατήρησης θα είναι 10 χιλιοστά του δεύτερου λεπτού του τόξου, δηλαδή 5 φορές καλύτερη από τη διακριτική ικανότητα του τηλεσκοπίου Χαμπλ.

Το ραδιοσυμβολόμετρο ALMA είναι το ακριβότερο μέχρι σήμερα επίγειο αστρονομικό όργανο παρατήρησης, με προβλεπόμενο τελικό κόστος 1,3 δισ. δολάρια. Η εγκατάσταση της πρώτης κεραίας έγινε το 2009 και το ραδιοσυμβολόμετρο προβλέπεται να ολοκληρωθεί περί τα τέλη του 2012. Λόγω του μεγάλου κόστους του έργου ήταν δύσκολη η υποστήριξή του από έναν μόνο ερευνητικό φορέα. Ετσι αρχικά ξεκίνησε ως ισότιμη συνεργασία του ESO με το Εθνικό Ραδιο-Αστεροσκοπείο των ΗΠΑ (National Radio Astronomy Observatory). Στη συνέχεια όμως στον συνεταιρισμό αυτόν προσχώρησαν η Ιαπωνία, η Ταϊβάν και η Χιλή. Ως αυτή τη στιγμή έχουν εγκατασταθεί 27 κεραίες και έχουν πραγματοποιηθεί οι πρώτες δοκιμαστικές παρατηρήσεις, με εντυπωσιακά αποτελέσματα. Αναμένεται ότι οι πρώτες συστηματικές παρατηρήσεις θα αρχίσουν στα τέλη Σεπτεμβρίου αυτής της χρονιάς, την κατάλληλη ακριβώς στιγμή για να γιορταστούν τα πενηντάχρονα του ESO με τον πιο εντυπωσιακό τρόπο.

Κύκλωπας μόνος ψάχνει… εξωγήινη ζωή

Τα τελευταία χρόνια το ESO έχει ρίξει το βάρος του στην κατασκευή του Εξαιρετικά Μεγάλου Τηλεσκόπιου (E-ELT, European Extremely Large Telescope). Πρόκειται για ένα τηλεσκόπιο τέσσερις φορές πιο μεγάλο από το μεγαλύτερο σήμερα τηλεσκόπιο, το οποίο αναμένεται να φέρει επανάσταση στην Αστρονομία τόσο με το μέγεθός του όσο και με την προηγμένη τεχνολογία του. Το αρχικό σχέδιο προέβλεπε ένα σύνθετο κάτοπτρο διαμέτρου 42 μέτρων, κατασκευασμένο από 800 μικρότερα εξαγωνικά κάτοπτρα, με κόστος 1,27 δισ. ευρώ. Ενας από τους βασικότερους στόχους του αστρονομικού αυτού κύκλωπα, που θα εγκατασταθεί στην κορυφή Σέρο Αρμαζόνες (Cerro Armazones) της ερήμου Ατακάμα της Χιλής, είναι η απευθείας παρατήρηση εξωπλανητών στο μέγεθος της Γης. Πέρυσι το σχέδιο αυτό αναθεωρήθηκε με σκοπό τη συντομότερη ολοκλήρωση της κατασκευής του αστεροσκοπείου και τώρα προβλέπει ένα σύνθετο κάτοπτρο διαμέτρου «μόνο» 39,3 μέτρων, με συνολικό κόστος 1,05 δισ. ευρώ και με ορίζοντα παράδοσης το 2022. Ακόμη και με το νέο «συμμαζεμένο» σχέδιο, το κάτοπτρο του E-ELT θα έχει επιφάνεια ένα στρέμμα και θα συλλέγει 14 φορές περισσότερο φως από το μεγαλύτερο σημερινό τηλεσκόπιο. Με την εξωπραγματική σήμερα διακριτική ικανότητα του ενός χιλιοστού του δεύτερου λεπτού του τόξου και εξοπλισμένο με ένα ηλεκτρονικό σύστημα ενεργής διόρθωσης νέας γενιάς, θα είναι ικανό να παρατηρεί εξωπλανητικά συστήματα τη στιγμή της δημιουργίας τους και να ανιχνεύει την ύπαρξη νερού και οργανικών ενώσεων σε αυτά. Με άλλα λόγια, θα είναι το πρώτο τηλεσκόπιο που θα μας επιτρέψει να αναγνωρίσουμε την ύπαρξη ζωής, πέρα από το ηλιακό σύστημα.

ΙΔΙΟΦΥΗΣ ΔΙΟΡΘΩΣΗ
Το λέιζερ του VLT

Ενα από τα τέσσερα τηλεσκόπια του VLT με την ακτίνα λέιζερ του συστήματος ενεργούς διόρθωσης

Τα τέσσερα τηλεσκόπια του VLT είναι εξοπλισμένα με σύστημα ενεργούς διόρθωσης του σχήματος των κατόπτρων, το οποίο λειτουργεί με έναν ιδιοφυή τρόπο. Δίπλα στο κάθε τηλεσκόπιο υπάρχει ένα λέιζερ που εκπέμπει μια κίτρινη φωτεινή ακτίνα παράλληλα προς τη διεύθυνση παρατήρησης του τηλεσκοπίου. Το μήκος κύματος του φωτός της ακτίνας συμπίπτει με αυτό της «περίφημης» κίτρινης φασματικής γραμμής του νατρίου. Σε ύψος 90 χιλιομέτρων πάνω από την επιφάνεια της Γης, εκεί όπου ουσιαστικά τελειώνει η ατμόσφαιρα, υπάρχει ένα στρώμα ατμών νατρίου, τα άτομα του οποίου απορροφούν το φως του λέιζερ και το επανεκπέμπουν προς όλες τις διευθύνσεις. Ετσι δημιουργείται ένα τεχνητό αστέρι, το οποίο παρατηρείται από το τηλεσκόπιο μαζί με τα υπόλοιπα αστέρια της περιοχής σκόπευσης. Ενα αυτοματοποιημένο πρόγραμμα παρακολουθεί τις μετατοπίσεις αυτού του «αστεριού», οι οποίες οφείλονται αποκλειστικά στις διαταραχές της ατμόσφαιρας, και ενεργοποιεί τα υδραυλικά έμβολα στο πίσω μέρος των κατόπτρων, έτσι ώστε να αναιρούνται αυτές οι μετατοπίσεις. Με τον τρόπο αυτό διορθώνεται η ποιότητα των ειδώλων των πραγματικών αστεριών σε τέτοιο βαθμό ώστε να είναι συγκρίσιμη με την ποιότητα των ειδώλων που έχει το διαστημικό τηλεσκόπιο Χαμπλ, το οποίο βρίσκεται έξω από τη γήινη ατμόσφαιρα.

Ο κ. Χάρης Βάρβογλης είναι καθηγητής του Τμήματος Φυσικής του Αριστοτέλειου Πανεπιστημίου Θεσσαλονίκης