Το τηλεσκόπιο Herschel ετοιμάζεται για εκτόξευση

Άρθρο, Απρίλιος 2009

Κατά την άποψη των αστρονόμων, το σύμπαν είναι ένα πολύ ψυχρό μέρος. Στην πραγματικότητα όμως δεν είναι και τόσο ψυχρό μέρος, ενώ πάνω από την μισή συνολική ενέργεια εκπέμπεται από νέφη αερίου και σκόνης, που επειδή είναι πολύ ψυχρά δεν ακτινοβολούν στο ορατό φως - και ως εκ τούτου δεν μπορούμε να δούμε τις ακτινοβολίες αυτές με τα παραδοσιακά οπτικά τηλεσκόπια. Το ίδιο πρόβλημα έχουμε και με τις παρατηρήσεις των ψυχρών φωτονίων της μικροκυματικής κοσμικής ακτινοβολίας υποβάθρου που έχει μείνει από την Μεγάλη Έκρηξη. Ενώ πιο κοντά στην κοσμική γειτονιά μας υπάρχουν διασκορπισμένα πολλά ψυχρά και σκοτεινά αντικείμενα, όπως κομήτες και αστεροεδείς.

Για να αποκτήσουν μια πλήρη εικόνα του περιβάλλοντος χώρου οι αστρονόμοι πρέπει να καταφύγουν σε όργανα σαν τα γυαλιά της νυχτερινής όρασης ή σε μια κάμερα θερμικής απεικόνισης. Πρόκειται για εξειδικευμένα όργανα που βρίσκονται πάνω σε διαστημικά τηλεσκόπια και που σαρώνουν τον ουρανό με υπέρυθρες ακτίνες ή μικροκύματα. Κύματα με πολύ μεγαλύτερα μήκη κύματος από αυτά του ορατού φωτός που επιτρέπει στα όργανα αυτά να βλέπουν τα εξασθενημένα ίχνη της θερμότητας που εκπέμπουν τα σκοτεινά αντικείμενα στον ουρανό.

Στις αρχές Μαΐου του 2009, η Ευρωπαϊκή Υπηρεσία Διαστήματος (ESA), θα δρομολογήσει δύο τέτοια όργανα από την διαστημική βάση της στην ακτή της Γαλλικής Γουιάνας. Θα εκτοξευτούν και τα δύο ταυτόχρονα στο διάστημα με τον πύραυλο Ariane V στη θέση L2 ανάμεσα στη Γη και στον Ήλιο. Το ένα είναι το παρατηρητήριο μικροκυμάτων Planck και το άλλο το παρατηρητήριο υπερύθρων Herschel. Μόλις βρεθούν στο διάστημα, θα δουλέψουν με ξεχωριστό τρόπο: το Planck θα μελετήσει λεπτομερώς την κοσμική ακτινοβολία μικροκυμάτων, και το Herschel θα κατασκοπεύσει το ψυχρό αέριο και τα νέφη της σκόνης που είναι τα φυτώρια των αστέρων και των γαλαξιών.

Ο δεύτερος αυτός δορυφόρος θα ενσωματώνει το μεγαλύτερο διαστημικό τηλεσκόπιο που πέταξε ποτέ, και το όνομά του προέρχεται από τον William Herschel, τον αρχικά γερμανό μουσικό που έγινε ύστερα βρετανός αστρονόμος και που ανακάλυψε την υπέρυθρη ακτινοβολία το 1800. Το μεγάλο μέγεθος είναι αναγκαίο για την παραγωγή εικόνων με μεγάλη οξύτητα: η ακρίβεια των εικόνων ενός τηλεσκοπίου μειώνεται καθώς το μήκος κύματος του φωτός γίνεται μεγαλύτερο, αλλά μπορεί να βελτιωθεί και πάλι, αν χρησιμοποιηθεί ένα μεγαλύτερο κάτοπτρο, ώστε να συλλαμβάνει περισσότερα φωτόνια.

Το τεράστιο επίπεδο κάτοπτρο των 3,5 μέτρων του Herschel θα του επιτρέψει να δίνει εικόνες υψηλής ποιότητας ακόμα και στα υπέρυθρα μήκη κύματος, οπότε θα γεφυρώσει το χάσμα μεταξύ των προηγουμένων υπέρυθρων διαστημικών τηλεσκοπίων και των επίγειων τηλεσκοπίων που παρατηρούν στα πιο μακρά ραδιοφωνικά μήκη κύματος.

Τα διαστημικά τηλεσκόπια είναι απαραίτητα για την υπέρυθρη σάρωση του ουρανού. Οι υδρατμοί στην ατμόσφαιρα απορροφούν σχεδόν το σύνολο της υπέρυθρης περιοχής του φάσματος σε μήκη κύματος από 20 μικρόμετρα έως το 1 χιλιοστό, κόβοντας τα προτού αυτά φτάσουν στο έδαφος. Επιπλέον, το νερό εκπέμπει την δική της υπέρυθρη ακτινοβολία που μας μπερδεύει. Το Herschel που θα δουλεύει από 60 έως  670 μικρόμετρα - καλύπτει την μόνη ζώνη ακτινοβολίας που πρέπει να ερευνηθεί. Εκτός από δύο στενά παράθυρα στον υδρατμό περίπου 350 και 450 μικρόμετρα, αυτή η ακτινοβολία δεν φθάνει στο έδαφος.

Στόχος του Herschel θα είναι οι πολύ μακρινοί (άρα και πολύ παλιοί) γαλαξίες στη φάση της δημιουργίας τους, τα πολύ ψυχρά αντικείμενα, οι αρχέγονοι αστερισμοί και άλλα ηλιακά συστήματα.

Ευπροσάρμοστο παρατηρητήριο

Η εκτόξευση θα βάλει το Herschel σε μια απομακρυσμένη τροχιά περίπου 1,5 εκατομμύρια χιλιόμετρα από τη Γη - ή περίπου σε τετραπλάσια απόσταση όσο είναι το φεγγάρι, και πολύ μακριά από την υπέρυθρη ακτινοβολία που προέρχεται από τη Γη. Ένα αλεξήλιο (ομπρέλα) δεν θα προστατεύει μόνο το τηλεσκόπιο από την ηλιακή ακτινοβολία, αλλά μεταφέρει επίσης και φωτοβολταϊκές συστοιχίες για την παροχή ενέργειας στο διαστημόπλοιο.

Η λειτουργία υπερύθρων τηλεσκοπίων στο διάστημα έχει ορισμένα οφέλη: στη συγκεκριμένη τροχιά, το τηλεσκόπιο είναι, φυσικά, σε θερμοκρασία 80 kelvin μόνο, μειώνοντας τις δικές του εκπομπές υπέρυθρης θερμότητας που διαφορετικά θα μπέρδευε τα ευαίσθητα όργανα του. Οι ίδιοι οι ανιχνευτές πρέπει να ψύχονται ακόμη περισσότερο, και έτσι με τη βοήθεια του υγρού ηλίου η θερμοκρασία φθάνει τους δύο βαθμούς πάνω από το απόλυτο μηδέν. Το διαστημικό τηλεσκόπιο Herschel θα έχει χρόνο ζωής περίπου τα τρία χρόνια, γιατί εξαρτάται από το χρονικό διάστημα που θα υπάρχει το υγρό ήλιο - μια ποσότητα 2.200 λίτρων.

Τα υπέρυθρα φωτόνια που θα συλλέγονται από το κάτοπτρο Herschel θα εστιαστούν σε τρία όργανα με σκοπό να ανταποκριθούν στο φάσμα από 60 έως 670 μικρόμετρα. Πρώτον, ένα υψηλής ανάλυσης όργανο που ονομάζεται HIFI θα χρησιμοποιήσει υπεραγώγιμους ανιχνευτές για τον εντοπισμό των ατόμων και μορίων που βρίσκονται σε μια συγκεκριμένη περιοχή του ουρανού, από το ακριβές φάσμα του φωτός που εκπέμπουν. Ένα δεύτερο όργανο - φωτοανιχνευτής και φασματόμετρο συγχρόνως (PACS), εν τω μεταξύ, θα προσφέρει ευδιάκριτες εικόνες, αλλά με μικρότερη φασματική ακρίβεια, στο κάτω άκρο του φάσματος που δουλεύει το Herschel, δηλαδή από 60 έως 200 μικρόμετρα. Ένα τρίτο παρόμοιο εργαλείο, το SPIRE, θα κάνει κάτι παρόμοιο και για τη ζώνη μεταξύ 195 και 670 μικρόμετρα.

Όλοι μαζί αυτοί οι ανιχνευτές πρέπει να δίνουν ένα πολύ ευπροσάρμοστο διαστημικό παρατηρητήριο - αλλά, τι θέλουμε να μάθουμε από αυτό;

Πιο γενικά, θα πρέπει να μας επιτρέψει να μελετήσουμε τη φυσική και τη χημεία των ψυχρών ουράνιων αντικειμένων σε όλες τις κλίμακες: από τους κομήτες, τους αστεροειδείς και τους πλανήτες του ηλιακού μας συστήματος, έως τους πολύ μακρινούς γαλαξίες που βλέπουμε όπως ήταν, όταν το σύμπαν ήταν απλώς το ένα δέκατο έως το ήμισυ της σημερινής ηλικίας του.

Επιπλέον, το Herschel θα χαρτογραφήσει με μια άνευ προηγουμένου λεπτομέρεια το αέριο και την σκόνη σε κοντινούς μας γαλαξίες, καθώς και των διαστρικών νεφών στο δικό μας Γαλαξία. Όταν σχηματίζονται τα αστέρια και οι πλανήτες μέσα σε αυτά τα νέφη, είναι πάρα πολύ ψυχρά για να παράγουν αρκετό ορατό φως, αλλά σε υπέρυθρα μήκη κύματος θα πρέπει να δούμε την διαδικασία αυτή εν δράση: από το ξεκίνημά της στην βαρυτική κατάρρευση ορισμένων περιοχών του νέφους, εν συνεχεία την ανάφλεξη των νεαρών άστρων, τη συσσώρευση γύρω από τα αστέρια πολλών υλικών σε μορφή δακτυλίων από τους οποίους αργότερα θα σχηματιστούν οι πλανήτες. Το Herschel με τις δυνατότητες που έχει για υψηλής ευκρίνειας απεικόνιση, θα πρέπει να μας δώσει την δυνατότητα να κάνουμε ζουμ σε περιοχές που παρουσιάζουν ενδιαφέρον, τόσο στον δικό μας Γαλαξία όσο και στους γείτονές του, με σκοπό να μελετήσουμε συστηματικά το τι συμβαίνει και να πάρουμε νέες ιδέες για τον τρόπο που σχηματίζονται τα ηλιακά συστήματα.

Ηλικιωμένοι γαλαξίες - σαν τον δικό μας Γαλαξία - είναι γιγάντιες συλλογές εκατοντάδων δισεκατομμυρίων άστρων, αλλά ξεκίνησαν τη ζωή τους στις απαρχές του σύμπαντος σαν πιο μικρά αντικείμενα, τα οποία μεγάλωσαν με δραματικές συγκρούσεις που πυροδότησαν τεράστιες εκρήξεις σχηματισμού νέων άστρων. Βλέποντας πέρα από τη γειτονιά μας, το Herschel θα είναι σε θέση να κοιτάξει πίσω στον χρόνο για να δούμε τι πράγματι συμβαίνει εκεί, και να πραγματοποιήσει έτσι την πρώτη απογραφή των γαλαξιών που σχηματίζουν νέα άστρα σε όλο το σύμπαν, κατά την εποχή που κορυφώθηκε ο σχηματισμός των αστέρων, περίπου 3 δισεκατομμύρια χρόνια μετά τη Μεγάλη Έκρηξη. Αυτό θα μας επιτρέψει να καταγράψουμε πώς σχηματίστηκαν τα αστέρια και πως εξελίχθηκαν οι γαλαξίες σε όλη την ιστορία του σύμπαντος.

Δεν υπάρχει αμφιβολία ότι θα αιφνιδιαστούμε με το τι θα προκύψει. Πρώτα από όλα, πρόκειται για μια ζώνη με εντελώς νέα μήκη κύματος που εμείς θα διερευνήσουμε. Για το λόγο αυτό και περισσότερο, τα μάτια των αστρονόμων θα προσηλωθούν στην εκτόξευση του Herschel αλλά και του Planck. Έχουμε μεγάλη προσδοκία ότι θα ρίξουν φως σε ορισμένες συναρπαστικές σκοτεινές περιοχές του σύμπαντος.

Πληροφορίες για την αποστολή

Ο πύραυλος Ariane-5 σε 25 λεπτά περίπου από την στιγμή της εκτόξευσης θα αφήσει στο σημείο L2 αρχικά την διαστημοσυσκευή Herschel και στη συνέχεια την συσκευή Planck. Μετά τον διαχωρισμό το Herschel θα κάνει 4 έως 6 μήνες για να τεθεί στην επιχειρησιακή του τροχιά, μια μεγάλη Λισαζού (Lissajous) τροχιά γύρω από το σημείο L2, και κάπου 1.5 εκατομμύρια χιλιόμετρα μακριά από τη Γη.

Το Herschel έχει ονομαστική επιχειρησιακή ζωή τριών ετών, με δυνατότητα παράτασης κατά ένα έτος. Περίπου 7.000 ώρες επιστημονικού χρόνου θα διατίθεται ετησίως για παρατηρήσεις. Θα είναι ένα παρατηρητήριο προσιτό σε αστρονόμους από όλο τον κόσμο.

Οι στόχοι του μεταξύ των άλλων είναι:

Μελέτη του σχηματισμού των γαλαξιών στις απαρχές του σύμπαντος και την μετέπειτα εξέλιξη τους

Να εξετάσει την δημιουργία των άστρων και την αλληλεπίδρασή τους με το διαστρικό μέσο

Παρατήρηση της χημικής σύνθεσης της ατμόσφαιρας και τις επιφάνειες των κομητών, των πλανητών και των δορυφόρων

Να εξετάσει τη μοριακή χημεία του σύμπαντος

Πηγή: ESA, New Scientist