Τα αστεροσκοπεία στα Κανάρια Νησιά
Το Ινστιτούτο Αστροφυσικής στα Κανάρια Νησιά είναι ένα διεθνές ερευνητικό κέντρο με εγκαταστάσεις στα νησιά Τενερίφη και Λα Πάλμα. Στην κοινοπραξία συμμετέχουν χώρες όπως η Ισπανία, η Σουηδία, η Γερμανία, η Βρετανία κ.ά. Το Ινστιτούτο έχει εγκαταστάσεις σε δύο αστεροσκοπεία, στα νησιά Τενερίφη και Λα Πάλμα αντιστοίχως, τα οποία φιλοξενούν μερικά από τα σημαντικότερα όργανα αστρονομικής παρατήρησης στον πλανήτη.
Το πρώτο λειτουργεί από τα μέσα της δεκαετίας του 1960 στο όρος Teide, ένα ενεργό ηφαίστειο του οποίου η κορυφή αγγίζει τα 3.718 μέτρα από την επιφάνεια της θάλασσας. Το αστεροσκοπείο βρίσκεται χαμηλότερα, σε ύψος 2.390 μέτρων, μόλις έξω από τον εντυπωσιακό κρατήρα που περιστοιχίζει το όρος Teide. Ομοίως, στο νησί Λα Πάλμα, στο Roque de los Muchachos, σε υψόμετρο 2.396 μέτρων, βρίσκονται τοποθετημένα κάποια από τα ακριβότερα και σύγχρονα τηλεσκόπια (όπως το SST, το σουηδικό ηλιακό τηλεσκόπιο). Συνολικά, οι εγκαταστάσεις περιλαμβάνουν νυχτερινά και ηλιακά τηλεσκόπια, κοιτώνες για τους νυχτερινούς και ημερήσιους παρατηρητές, χώρους ψυχαγωγίας, εστιατόριο κ.λπ. Θα μπορούσε να πει κανείς ότι κάθε αστεροσκοπείο είναι μια μικρή πολιτεία. Σε αυτές οι ομάδες των επιστημόνων και τεχνικών περνούν εβδομάδες παρατηρώντας όσο γίνεται πιο αφοσιωμένα τον ουρανό.
Δεδομένου ότι τα Κανάρια Νησιά κατοικούνται και μάλιστα αποτελούν πολύ δημοφιλή τουριστικό προορισμό, η ισπανική κυβέρνηση και η τοπική κυβέρνηση των νησιών έχουν νομοθετήσει κανόνες για τη διατήρηση των ιδανικών συνθηκών παρατήρησης. Οι κανόνες αυτοί ρυθμίζουν τη φωτορύπανση, τη ρύπανση της ατμόσφαιρας και τις ραδιοφωνικές εκπομπές και τις αεροπορικές πτήσεις ώστε να είναι ανεμπόδιστη η παρατήρηση του ουρανού.
Τα ηλιακά τηλεσκόπια VTT και GREGOR
Η κοινοπραξία τριών γερμανικών ερευνητικών κέντρων ελέγχει και λειτουργεί δύο τηλεσκόπια, το VTT και το GREGOR, τα οποία βρίσκονται στο όρος Teide. To VTT (Vacuum Tower Telescope, δηλαδή τηλεσκόπιο πύργου κενού) με διάμετρο κατόπτρου 70 εκατοστών είναι από τα πιο αναγνωρίσιμα ηλιακά τηλεσκόπια και βρίσκεται σε λειτουργία από τα τέλη της δεκαετίας του 1980. Στην κορυφή του πύργου βρίσκεται τοποθετημένος ένας ηλιοστάτης, δηλαδή ένα σύστημα δύο καθρεπτών που «στέλνουν» την ηλιακή εικόνα στο τηλεσκόπιο στο εσωτερικό του πύργου. Το φως καταλήγει σε ένα εργαστήριο οπτικής όπου αναλύεται μέσω κατάλληλων οπτικών στοιχείων και διατάξεων. Από αυτές ξεχωρίζει ο φασματογράφος τύπου echelle με τη βοήθεια του οποίου μπορούμε να απεικονίσουμε τον ήλιο σε διάφορα μήκη κύματος και να μελετήσουμε τις κινήσεις και τις ιδιότητες του υλικού της ηλιακής ατμόσφαιρας σε διάφορα ύψη και θερμοκρασίες.
Το GREGOR αποτελεί το νεότερο γερμανικό τηλεσκόπιο και το μεγαλύτερο σε διάμετρο μέχρι στιγμής στην ευρωπαϊκή επικράτεια (1,5 μέτρα). Το τηλεσκόπιο βρίσκεται στην κορυφή του πύργου και το φως που συλλέγει καταλήγει και αυτό σε ένα οπτικό εργαστήριο στο οποίο υπάρχουν όργανα ταχείας απεικόνισης της ηλιακής φωτόσφαιρας και χρωμόσφαιρας, φασματογράφος και φασματοπολωσίμετρο. Το τελευταίο δίνει τη δυνατότητα να απεικονίζονται η θέση και η ισχύς των μαγνητικών πεδίων στη φωτόσφαιρα (η ορατή επιφάνεια του Ήλιου) και τη χρωμόσφαιρα (η οποία βρίσκεται λίγο ψηλότερα). Οι μεγάλης και μικρής κλίμακας συγκεντρώσεις μαγνητισμού στον Ήλιου δίνουν «ζωή» σε αμέτρητα φαινόμενα, από τα πιο ήρεμα ώς τα πιο εκρηκτικά, και τον κάνουν ένα πραγματικά ενδιαφέρον αστέρι.
Τα επίγεια τηλεσκόπια στη διαστημική εποχή
Ένα από τα ερωτήματα που προκύπτουν είναι για ποιο λόγο να επενδύει κανείς σε επίγεια τηλεσκόπια σε μια εποχή που η ανθρωπότητα έχει τοποθετήσει αμέτρητα όργανα παρατήρησης στο διάστημα. Μάλιστα, τα όργανα αυτά δεν υφίστανται τους περιορισμούς που θέτει η ατμόσφαιρα και μπορούν σε πολλές περιπτώσεις να παρατηρούν τον Ήλιο και τους αστέρες αδιάκοπα. Ωστόσο, τα διαστημικά τηλεσκόπια έχουν άλλους περιορισμούς. Ο παρατηρητής/επιστήμονας δεν είναι σε θέση να αλλάξει άμεσα τις παραμέτρους της παρατήρησης και να πειραματιστεί στον βαθμό που θα μπορούσε να το κάνει σε ένα επίγειο τηλεσκόπιο. Επιπλέον, οι μετρήσεις από το διάστημα υφίστανται περιορισμούς στον όγκο αποθήκευσης (στους σκληρούς δίσκους των διαστημικών συσκευών) και στην τηλεμετρία, δηλαδή στον ρυθμό και τον όγκο με τον οποίο μπορούν οι μετρήσεις να σταλούν στη Γη. Τέλος, όπως ίσως είναι προφανές, δεν μπορούμε να στείλουμε στο διάστημα απεριόριστα μεγάλα τηλεσκόπια και τα όργανα ανάλυσης του φωτός θα πρέπει να είναι κατασκευασμένα έτσι ώστε να μπορούν να ανταπεξέλθουν στις συνθήκες της εκτόξευσης και του διαστημικού περιβάλλοντος. Τυχόν βλάβες σε κάποια από τα συστήματα μπορεί να μην αντιμετωπιστούν ποτέ, καθώς η παρέμβαση σε αυτές μπορεί να γίνει στη συντριπτική πλειονότητα των περιπτώσεων μόνο από μακριά.
Αντίθετα, στα επίγεια τηλεσκόπια υπάρχει συνήθως μεγαλύτερη ευελιξία στον χειρισμό, στη χρήση και την αντιμετώπιση προβλημάτων. Επιπλέον, ένα από τα μεγαλύτερα πλεονεκτήματα που δίνουν τα επίγεια τηλεσκόπια είναι η δυνατότητα για ανάπτυξη νέων οργάνων. Πολλά όργανα που έχουν τεθεί στο διάστημα έχουν δοκιμαστεί προηγουμένως σε επίγεια τηλεσκόπια. Επιπλέον, οι τεχνικές βελτίωσης των εικόνων με τις οποίες “διορθώνονται” οι επιπτώσεις των ατμοσφαιρικών διαταραχών σε συνδυασμό με τους συνεχώς γρηγορότερους υπολογιστές και τα όλο και καλύτερα και μεγαλύτερα τηλεσκόπια μας δίνουν εικόνες και δεδομένα αξεπέραστης ποιότητας που δεν θα μπορούσαν να μας έχουν δώσει διαστημικά τηλεσκόπια.
Το «εμπόδιο» της ατμόσφαιρας
Η ατμόσφαιρα είναι ο κύριος παράγοντας που καθορίζει την ποιότητα των εικόνων των τηλεσκοπίων. Η μεγάλη πρόκληση στην παρατήρηση του Ήλιου από τη Γη είναι να αποτυπώσει κανείς με λεπτομέρεια τμήματα της επιφάνειας ή της ατμόσφαιράς του καταφέρνοντας να ελαχιστοποιήσει τις παραμορφώσεις που προκαλεί η ίδια η ατμόσφαιρα.
Καθώς το φως ταξιδεύει διαμέσου του ατμοσφαιρικού αέρα, το μέτωπο του φωτεινού κύματος παραμορφώνεται σημαντικά λόγω της τύρβης. Μπορεί να φανταστεί κανείς ότι το φως διαπερνά αμέτρητα μικροσκοπικά κρύσταλλα σαν αυτά που στολίζουν συχνά πολυέλαιους ή παιδικά παιχνίδια. Το αποτέλεσμα είναι η εικόνα της περιοχής που αποτυπώνουμε να έχει χαμηλότερη ευκρίνεια και αντίθεση και να μην μπορούμε να διακρίνουμε τις λεπτομέρειες που θα μας επέτρεπε να διακρίνουμε το ίδιο τηλεσκόπιο αν αυτό βρισκόταν στο διάστημα. Ταυτόχρονα, η εικόνα φαίνεται σαν να είναι αποτυπωμένη πάνω σε ένα σεντόνι του οποίου τις άκρες συνεχώς κουνάμε.
Οι επιπτώσεις των ατμοσφαιρικών διαταραχών αντιμετωπίζονται με τρεις τρόπους. Κατ’ αρχάς, πριν μια περιοχή επιλεγεί για την ανέγερση ενός τηλεσκοπίου πρέπει να γίνει καταγραφή των ατμοσφαιρικών συνθηκών για ένα μεγάλο χρονικό διάστημα. Τα Kανάρια Nησιά και η Χαβάη δεν έχουν επιλεχτεί τυχαία ως χώροι «συσσώρευσης» μεγάλων τηλεσκοπίων.
Παρ’ όλα αυτά, οι ατμοσφαιρικές διαταραχές δεν εξαλείφονται και για την περαιτέρω αντιμετώπισή τους επιστρατεύονται μηχανικά και μαθηματικά/υπολογιστικά εργαλεία. Με τη βοήθεια της προσαρμοστικής οπτικής αποτυπώνεται η μορφή του μετώπου κύματος όταν αυτό φτάνει στο τηλεσκόπιο και εν συνεχεία, με τη βοήθεια ειδικών αλγορίθμων, υπολογίζεται η μορφή που θα πρέπει να πάρει το κάτοπτρο ώστε να εξομαλύνει το σχήμα του μετώπου κύματος. Η διόρθωση αυτή γίνεται σε πραγματικό χρόνο κατά τη διάρκεια της παρατήρησης.
Τέλος, μετά τη λήψη των εικόνων, εφαρμόζονται ειδικές τεχνικές αποκατάστασης ώστε να περιορίζεται η επίδραση που αναπόφευκτα έχει η ατμόσφαιρα στις εικόνες. Το αποτέλεσμα είναι πολλές φορές συγκλονιστικό, ειδικά στην περίπτωση της απεικόνισης του Ήλιου.
Το μέλλον των ηλιακών τηλεσκοπίων
Ήδη η νέα γενιά ηλιακών τηλεσκοπίων είναι προ των πυλών. Σε άλλο ένα ηφαιστειογενές νησί, τo Μάουι της Χαβάης, στο όρος Haleakala, ετοιμάζεται το DKIST (Daniel K. Inouye Solar Telescope) από μια διεθνή κοινοπραξία 22 χωρών. Το κύριο κάτοπτρο του τηλεσκοπίου έχει διάμετρο 4 μέτρα, κάνοντας το DKIST το μεγαλύτερο ηλιακό τηλεσκόπιο στον κόσμο. Το φως που θα συλλέγει το τηλεσκόπιο θα αναλύεται με μια σειρά από καινοτόμα όργανα και οι πρώτες παρατηρήσεις αναμένονται πολύ σύντομα. Μία από τις μεγαλύτερες φιλοδοξίες της κοινοπραξίας του τηλεσκοπίου και ταυτόχρονα μία από τις μεγαλύτερες προσδοκίες της επιστημονικής κοινότητας είναι η απεικόνιση του μαγνητισμού της χρωμόσφαιρας και του στέμματος, δύο υψηλότερα στρώματα της ηλιακής ατμόσφαιρας. Σε αυτά το υλικό είναι αραιό και πλήρως μαγνητισμένο και η απεικόνιση των μαγνητικών πεδίων που τα διαπερνούν θα μας βοηθήσει να κατανοήσουμε την πληθώρα των φαινομένων που συμβαίνουν σε αυτά τα ύψη.
Ταυτόχρονα, μια ευρωπαϊκή κοινοπραξία ετοιμάζει το νέο μεγάλο ευρωπαϊκό τηλεσκόπιο EST (European Solar Telescope). Το EST βρίσκεται ακόμα στη φάση του σχεδιασμού και οι εταίροι της κοινοπραξίας διοργανώνουν τακτικά συνέδρια στα οποία ανταλλάσσονται τεχνογνωσία και επιστημονικά αποτελέσματα και συντονίζουν το έργο. Η χρηματοδότηση των προγραμμάτων που είναι σχετικά με το EST έχει δημιουργήσει πολλές θέσεις εργασίας σε επιστημονικό προσωπικό και τροφοδοτεί την επιστημονική έρευνα με πολύτιμους πόρους.
Με τέτοιας κλίμακας προγράμματα γίνεται φανερό ότι η δημιουργία νέων εγκαταστάσεων έρευνας (στην προκειμένη περίπτωση τηλεσκοπίων) δεν ωφελεί μόνο τους δυνάμει παρατηρητές, αλλά ολόκληρη την επιστημονική κοινότητα, καθώς καλλιεργείται κουλτούρα συνεργασιών (η επιστήμη είναι συνεργατική δραστηριότητα), δημιουργούνται νέες θέσεις εργασίες και προωθείται η καινοτομία και απασχολούνται ειδικότητες που μπορεί να μην έχουν καμία σχέση με την Αστροφυσική. Τέλος, οι παρατηρήσεις που λαμβάνονται είναι συνήθως ελεύθερα προσβάσιμες σε όλους τους επιστήμονες, μεγιστοποιώντας έτσι τα οφέλη για την επιστημονική κοινότητα.
Γιάννης Κοντογιάννης
