SKA, το ραδιοτηλεσκόπιο της επόμενης γενιάς με έκταση ένα τετραγωνικό χιλιόμετρο

Άρθρο, Ιούλιος 2004

Για  την έρευνα της δημιουργίας και της εξέλιξης του Σύμπαντος οι αστρονόμοι θα χρειαστούν μια νέα γενιά τηλεσκοπίων με τεράστιες δυνατότητες. Μεταξύ των νέων αυτών τηλεσκοπίων σημαντικό ρόλο θα παίξει η κατασκευή ενός γιγάντιου ραδιοτηλεσκοπίου με επαναστατική σχεδίαση και συνολικό άνοιγμα ένα τετραγωνικό χιλιόμετρο, γι αυτό και ονομάζεται Square Kilometer Array, ή SKA.

Σε αυτήν την τεράστια προσπάθεια θα συμμετέχουν πολλά κράτη, πανεπιστήμια και ιδρύματα. Με πρωτοβουλία ραδιοαστρονόμων από όλον τον κόσμο έχει δημιουργηθεί μια διεθνής επιτροπή, η οποία οργανώνει την προσπάθεια. Στην επιτροπή αυτή συμμετέχουν έξι επιστήμονες από την Ευρώπη, έξι από την Αμερική και έξι από τον υπόλοιπο κόσμο. Το κόστος κατασκευής και εκμετάλλευσης αναμένεται να διαμοιραστεί περίπου με την ίδια αναλογία.

Το Εθνικό Επιστημονικό Ίδρυμα των ΗΠΑ (NSF) έχει χορηγήσει τουλάχιστον 1,5 εκατομμύρια δολάρια μέχρι τώρα, για να βοηθήσει στην ανάπτυξη αυτού του ραδιοτηλεσκοπίου νέας γενιάς. Η Αμερικανική κοινοπραξία αποτελείται από 10 πανεπιστήμια και ιδρύματα, με επικεφαλής το πανεπιστήμιο του Cornell.

Το προτεινόμενο τηλεσκόπιο θα έχει 100 φορές την ευαισθησία των σημερινών καλύτερων ραδιοτηλεσκοπίων, επιτρέποντας του να δει πολύ πίσω στον χρόνο, σε μια αρχέγονη εποχή. Θα μπορεί έτσι να ανιχνεύσει γαλαξίες στο πρώιμο σύμπαν και αέριο υδρογόνο προτού αυτό σχηματίσει τους γαλαξίες.

Το τηλεσκόπιο, το Δίκτυο ενός Τετραγωνικού Χιλιομέτρου (SKA), θα κοστίσει πάνω από 1 δισεκατομμύριο δολάρια και θα είναι ανάμεσα στα μεγαλύτερα επιστημονικά όργανα που φτιάχτηκαν ποτέ. Οκτώ εθνικές κοινοπραξίες από όλο τον κόσμο ανταγωνίζονται για το σχεδιασμό και την περιοχή που θα εγκατασταθεί, που όμως δεν είναι πιθανό να επιλεχτούν μέχρι το 2007.

Μέρος της χρηματοδότησης του NSF θα χρησιμοποιηθεί για την έρευνα των κεραιών και των δεκτών χαμηλής θερμοκρασίας. Επίσης, για την έρευνα του προβλήματος της συμβολής ραδιοσυχνοτήτων (RF) εξ' αιτίας της χρήσης ευρείας ζώνης συχνοτήτων από το SKA.

Ο, γεννημένος στην Αλεξάνδρεια από Αρμένιο πατέρα και Ελληνίδα μητέρα, Yervant Terzian καθηγητής του Πανεπιστημίου Cornell είναι ο πρόεδρος της  Αμερικανικής κοινοπραξίας. Και μαζί με τον David Duncan, καθηγητή στις φυσικές επιστήμες στο Πανεπιστήμιο Cornell, συζητούν για ένα τηλεσκόπιο που να αποτελείται περίπου από 100 σταθμούς, που ο κάθε ένας τους να περιέχει πολλές κεραίες, εξαπλωμένες σε όλο τον κόσμο.

Κατ' αυτό τον τρόπο οι κεραίες θα σχηματίσουν ένα τηλεσκόπιο, που στην ουσία θα είναι ένα συμβολόμετρο, στο οποίο ραδιοσήματα από τα πιο απόμακρα αντικείμενα στο Σύμπαν θα συλλαμβάνονται από τις ξεχωριστές κεραίες και θα συγκεντρώνονται σε έναν κεντρικό επεξεργαστή. ΄

Γι' αυτό το SKA θεωρείται ότι θα είναι το μεγαλύτερο συμβολόμετρο που έχει κτιστεί ποτέ. Αν και το δίκτυο θα καλύπτει μια τεράστια συνολικά περιοχή, οι πραγματικές επιφάνειες συλλογής των ραδιοκυμάτων θα κάλυπταν επιφάνεια  ενός τετραγωνικού χιλιομέτρου, εάν θα μπορούσαν να τοποθετηθούν η μία δίπλα στην άλλη. 

Μια και είναι σήμερα τεχνικά αδύνατο να κατασκευασθεί ένα κάτοπτρο με διάμετρο χίλια μέτρα, το SKA θα αποτελείται από 100 περίπου σταθμούς παρατήρησης. Από αυτούς οι 25 θα βρίσκονται συγκεντρωμένοι σε έναν πυρήνα διαμέτρου 5 χιλιομέτρων, άλλοι 25 σε έναν μεγαλύτερο κύκλο 50 χιλιομέτρων και οι υπόλοιποι 50 σε μια μεγάλη περιοχή ακτίνας 3.000 χιλιομέτρων. Ο κάθε σταθμός θα αποτελείται από μία ή περισσότερες κεραίες λήψης, ανάλογα με τη διάμετρο του κατόπτρου.

Θα χρειαστούν 30 γιγαντιαίες κεραίες διαμέτρου 500 μέτρων ή 8.000 κεραίες διαμέτρου 12 μέτρων. Οι κεραίες θα είναι συνδεδεμένες μεταξύ τους με ένα πανίσχυρο σύστημα τηλεπικοινωνιών, που θα αποτελείται από οπτικές ίνες. Έτσι το κόστος κατασκευής θα εξαρτάται τόσο από το μέγεθος των κεραιών όσο και από τον αριθμό τους. Οι μεγάλες κεραίες κοστίζουν ασύγκριτα περισσότερο από τις μικρές, αλλά το κόστος διασύνδεσης τριάντα κεραιών είναι ασύγκριτα μικρότερο από το κόστος διασύνδεσης οκτώ χιλιάδων.

Είναι φανερό ότι η περιοχή όπου θα κατασκευασθεί αυτό το τεράστιο σύμπλεγμα οργάνων δεν είναι εύκολο να επιλεγεί. Χρειάζεται να έχει ξερό κλίμα, να είναι μακριά από πηγές ραδιοπαρασίτων, όπως είναι οι ραδιοφωνικοί και τηλεοπτικοί σταθμοί και τα ραντάρ, και να προσφέρει εύκολη πρόσβαση στους παρατηρητές. Επιπλέον θα πρέπει να ληφθούν υπόψη και πολιτικά κριτήρια, αφού η κατασκευή και λειτουργία του οργάνου θα έχει ως συνέπεια την οικονομική ανάπτυξη της ευρύτερης περιοχής. Συμμετέχω εξαρχής σε αυτό το φιλόδοξο σχέδιο και αυτή τη στιγμή είμαι πρόεδρος της ομάδας των αμερικανικών πανεπιστημίων και ερευνητικών κέντρων που το υποστηρίζουν καθώς και πρόεδρος της διεθνούς επιτροπής που θα αποφασίσει για την τοποθεσία εγκατάστασης.

Αν μπορεί να σχεδιαστεί μια βασική δομική μονάδα -- που να αποτελείται από μια μόνο κεραία -- τότε θα μπορούν να φτιαχτούν πολλές χιλιάδες τέτοιες κεραίες, λένε οι επιστήμονες.

Θέλουν δε το κόστος όλης της διάταξης με τις κεραίες και τους δέκτες να μείνει κοντά στο 1 δισεκατομμύριο δολάρια, που το θεωρούν πολύ μικρό για τα στάνταρτ  των σημερινών ραδιοτηλεσκοπίων. 

"Θέλουμε να δούμε με τι έμοιαζε το σύμπαν προτού να σχηματιστούν οι γαλαξίες", λέει ο Cordes. "Ένας από τους επιστημονικούς στόχους μας είναι να δούμε την εποχή που έγινε ο επαναϊονισμός - 300.000 χρόνια μετά το Big Bang", συμπληρώνει.

Η κατασκευή του SKA θα αρχίσει, στην καλύτερη περίπτωση, στο τέλος της παρούσας δεκαετίας και θα χρειαστούν τουλάχιστον έξι χρόνια ώσπου να ολοκληρωθεί. Θα κοστίσει περισσότερο από ένα δισεκατομμύριο δολάρια.

Αλλά θα μας φέρει όμως πιο κοντά στην απάντηση του θεμελιώδους ερωτήματος: Γιατί υπάρχει Σύμπαν;

Αναφορά: ΒΗΜΑ, Πανεπιστήμιο Cornell.