Νέα επαναστατικά τηλεσκόπια

Από το δίκτυο Νοέμβριος 2000

Η νέα γενιά των τηλεσκοπίων θα στηρίζεται σε μια απλή ιδέα και θα βοηθήσει στην καλύτερη μελέτη του σύμπαντος

Ενα παράθυρο στο σύμπαν

Στην κορυφή του ανενεργού ηφαιστίου Μάουνα Κέα, και σε υψόμετρο 4.300 μέτρων, στην ατμόσφαιρα υπάρχει η μισή ποσότητα οξυγόνου από αυτή που υπάρχει σε μια παραθαλάσσια τοποθεσία. Στην κορυφή αυτή οι συνθήκες για αστρονομικές παρατηρήσεις θεωρούνται τέλειες.
Πριν από μερικά χρόνια τοποθετήθηκε το τηλεσκόπιο Subaru, που έχει κάτοπτρο διαμέτρου οκτώ μέτρων. Αλλά εντύπωση προξενεί επίσης στο ίδιο βουνό ένα ζεύγος τηλεσκοπίων Keck, τα κάτοπτρα των οποίων ξεπερνούν τα 10 μέτρα σε διάμετρο.
Το Μάουνα Κέα θεωρείται ένα εκπληκτικό "παράθυρο" προς το σύμπαν. Γι' αυτό αστρονόμοι και λάτρεις των αστέρων, από όλο τον κόσμο, συγκεντρώθηκαν εδώ προσπαθώντας να βρουν απαντήσεις στα σημαντικότερα μυστήρια του σύμπαντος. Πότε και πώς δημιουργήθηκαν οι γαλαξίες; Τι είναι η σκοτεινή ύλη, η μάζα της οποίας κυριαρχεί στο σύμπαν; Ποια αστέρια έχουν πλανήτες και σε ποιους απομακρυσμένους κόσμους υπάρχει νοήμων ζωή;

Από το 1949 και μετά, το ισχυρότερο τηλεσκόπιο που είχε εγκατασταθεί στο κόσμο ήταν το Hale, στο όρος Palomar στην Καλιφόρνια. Το κάτοπτρό του (διαμέτρου 5 μέτρων) επικεντρώνονταν κυρίως στην αχνή λάμψη των αστεριών. Τα τελευταία χρόνια, ωστόσο, το Hale έχασε τα πρωτεία από αυτό του Μάουνα Κέα.
Παρότι το τηλεσκόπιο Hale ήταν για την εποχή του εξαιρετικά εντυπωσιακό, παρουσίαζε μια τεχνολογική δυσκολία. Οπως και οι πρόγονοί του, διέθετε ένα κάτοπτρο που έμοιαζε με «μπαλάκι» του χόκεϊ τεραστίων διαστάσεων, μέσα σε ένα κοίλωμα που από την μια πλευρά συγκέντρωνε το φως και ήταν επενδυμένο με αντανακλαστικό μέταλλο. Το τεράστιο αυτό κατασκεύασμα απαιτούσε μια ακόμα μεγαλύτερη δομή στήριξης, ώστε να συγκρατηθεί. ενώ ταυτόχρονα έπρεπε διαρκώς να προσαρμόζεται στην περιστροφή της Γης.

Τηλεσκόπια με νέες τεχνολογίες

Στις Ανδεις, στη Χιλή, θα τοποθετηθούν άλλα πέντε τηλεσκόπια με διάμετρο κατόπτρου οκτώ μέτρων, ενώ στις βουνοκορφές στην Αριζόνα, στο Τέξας και στη Ν. Αφρική ήδη υπάρχουν ισχυρότατα τηλεσκόπια. Πολλά απειλούν ακόμα και το Διαστημικό Τηλεσκόπιο Hubble, που έχει αποστείλει εκπληκτικές φωτογραφίες του διαστήματος από τη στιγμή που εκσυγχρονίστηκε το 1993. Το αστεροσκοπείο αυτό που βρίσκεται σε τροχιά διαθέτει ένα κάτοπτρο διαμέτρου περίπου 2,5 μέτρων, που δεν είναι τόσο ισχυρό, αλλά καθώς βρίσκεται έξω από την ατμόσφαιρα της Γης, μεταδίδει τις πιο διαυγείς εικόνες.

Ωστόσο, τα πράγματα αλλάζουν ραγδαία και σύντομα οι ειδικοί θα διαθέτουν περισσότερα από 12 τηλεσκόπια τύπου Hubble.

Κατά τη διάρκεια του 1960 η μανία των αστρονόμων για φως κορέστηκε από τους ηλεκτρικούς αισθήτηρες φωτός CCD, 100 φορές πιο ευαίσθητους από τις φωτογραφικές πλάκες. Ετσι κάθε τηλεσκόπιο αύξησε τη ισχύ του κατά 100 τουλάχιστον φορές. Εν τούτοις, πολύ σύντομα όλοι συμφώνησαν πως υπήρχε ανάγκη νέου σχεδιασμού τηλεσκοπίων.

Στις αρχές της δεκαετίας του '80, ο αστρονόμος του πανεπιστημίου της Αριζόνα, Ρότζερ Εϊντζελ πρότεινε την κατασκευή τεραστίων κενών κατόπτρων με κυψελοειδή κατασκευή. Ο αστρονόμος Τζέρι Νέλσον του πανεπιστημίου της Καλιφόρνια στη Σάντα Κρουζ προσπάθησε να κατασκευάσει ένα κάτοπτρο αποτελούμενο από 36 μικρότερα κομμάτια, ελεγχόμενα από ηλεκτρονικό υπολογιστή, ώστε να λειτουργούν ως μονάδα. Στην Ευρώπη οι ομάδες σχεδιασμού πρότειναν την κατασκευή ενός κατόπτρου εξαιρετικά λεπτού (κάτοπτρο διαμέτρου οκτώ μέτρων και πάχους 20 εκατοστών) που θα ελέγχεται από ηλεκτρονικό υπολογιστή για την αναπροσαρμογή του συστήματος υποστήριξης.

Το Τηλεσκόπιο Νέας Τεχνολογίας του Νοτίου Παρατηρητηρίου της Ευρώπης, που κατασκευάστηκε το 1980 και είναι «πρόγονος» το τηλεσκόπιου VTL, λειτούργησε θαυμάσια. Το ίδιο καλά δούλεψε και το KECK 1 που τέθηκε σε λειτουργία το 1992. Το ίδιο συνέβη και με τα υπόλοιπα μεγάλα τηλεσκόπια που συνδέθηκαν με ηλεκτρονικούς υπολογιστές την τελευταία διετία.

Ολα αυτά τα τηλεσκόπια έχουν εξαιρετική απόδοση. Μάλιστα πολλοί υποστηρίζουν ότι το KECK ξεπέρασε το Hubble. Απλώς, η ανάλυση των δεδομένων γίνεται από τους επιστήμονες με τη βοήθεια τηλεσκοπίων που βρίσκονται στη Γη, γίγαντες ικανούς σε πολλές περιπτώσεις να βρουν μόνοι το δικό τους δρόμο.

Το χρονολογικό παράδοξο

Στις αρχές του 2000 αστρονόμοι από τη Σουηδία, την Ιταλία, τη Δανία και τη Γερμανία προσπάθησαν να επιλύσουν το λεγόμενο «χρονολογικό παράδοξο». Τι είναι αυτό; Στα μέσα της δεκαετίας του 1990 οι αστρονόμοι χρησιμοποιώντας το Hubble κατέληξαν ότι το σύμπαν πρέπει να είναι από 8 έως 12 δισεκατομμυρίων ετών. Ωστόσο, κάποιοι ειδικοί διατείνονταν ότι είχαν εντοπίσει αστέρες ηλικίας 14 δισ. ετών. Χρησιμοποιώντας το τηλεσκόπιο VTL του Αστεροσκοπείου της Νότιας Ευρώπης, οι παρατηρητές κατάφεραν να ανιχνεύσουν απειροελάχιστα ίχνη ραδιενεργού ουρανίου και θορίου στα «αρχαιότερα» άστρα και κατέληξαν στην εκτίμηση ότι η ηλικία των αστέρων και του σύμπαντος είναι 12 και 14 δισ. χρόνια αντιστοίχως.

Τα μειονεκτήματα

Σε ορισμένους τομείς, τα αμερικανικά τηλεσκόπια προηγούνται των ευρωπαϊκών, χρησιμοποιώντας την τεχνολογία που ονομάζεται «προσαρμοστική οπτική». Στηρίζεται σε μια απλή ιδέα: Τα αστέρια και οι γαλαξίες φαίνονται να τρεμοπαίζουν εξαιτίας κάποιων θυλάκων αέρα που δρουν σαν φακοί διάθλασης του φωτός, η οποία, μέσω της «προσαρμοστικής οπτικής», υπολογίζεται με ακρίβεια από ηλεκτρονικό υπολογιστή.

Πάντως και τα συστήματα προσαρμοστικής οπτικής έχουν τα όριά τους. Πρώτον λειτουργούν καλά μόνο με την υπέρυθρη ακτινοβολία. Μεγαλύτερο εμπόδιο είναι ότι η προσαρμοστική οπτική μπορεί να διορθώσει τις διαθλάσεις μόνο σ' ένα μικρό κομμάτι της ατμόσφαιρας στο κέντρο του οπτικού πεδίου του τηλεσκοπίου. Παρ' όλα αυτά, οι αστρονόμοι στο KECK και στο Τζέμινι ήδη έλαβαν εικόνες που είναι εξίσου καθαρές με αυτές του Hubble ή και ευκρινέστερες ακόμη.

Μήπως, λοιπόν, η προσαρμοστική οπτική θα καταστήσει απαρχαιωμένα τα διαστημικά τηλεσκόπια; Μάλλον όχι. Το διάστημα εξακολουθεί να είναι ο τόπος λήψης υπερ-ευκρινών φωτογραφιών στο ορατό φάσμα, ενώ ακτινοβολίες, όπως οι υπεριώδεις ή ορισμένα μήκη κύματος των υπέρυθρων, δεν διαπερνούν την ατμόσφαιρα. Ομως, τα ίδια τα τηλεσκόπια ακτινοβολούν υπέρυθρη ακτινοβολία επηρεάζοντας τις εικόνες των ουράνιων σωμάτων. Ως εκ τούτου, η NASA αποφάσισε να αποστείλει το 2009 το Διαστημικό Τηλεσκόπιο της Επόμενης Γενεάς. Με κάτοπτρο διαμέτρου 8 μέτρων θα μπορεί να δει απομακρυσμένους γαλαξίες.

Μια άλλη καινοτομία, η «συμβολομετρία» εκπληρώνει τη λειτουργία ενός πραγματικά πελώριου τηλεσκοπίου, συνδυάζοντας το φως από διαφορετικά τηλεσκόπια. Το σύστημα είναι εξαιρετικά πολύπλοκο και ευπαθές αλλά έχει εκπληκτική ακρίβεια.

Ωστόσο, εάν τελικά τα σχέδια των αστρονόμων πραγματοποιηθούν μέσα στα επόμενα 20 χρόνια, όλα αυτά θα θεωρούνται παρωχημένα. Ηδη, οι σχεδιαστές τηλεσκοπίων μελετούν την επόμενη γενιά γήινων υπερτηλεσκοπίων, με κάτοπτρα διαμέτρου 30 έως 100 μέτρων.