Χρησιμοποιώντας ένα από τα μεγαλύτερα τηλεσκόπια στον κόσμο Understand article

Μετάφραση: Θοδωρής Πιερράτος (Theodoros Pierratos). Αναρωτηθήκατε ποτέ τι – και ποιος- βρίσκονται πίσω από τις όμορφες και εντυπωσιακές αστρονομικές φωτογραφίες και…

Το νεφέλωμα του Καρκίνου
είναι το υπόλειμμα μιας
έκρηξης υπερκαινοφανούς

Στο παρελθόν, ένας αστρονόμος μπορεί να περνούσε ήρεμα τις νύχτες της ζωής του παρατηρώντας ουρανό μέσα από τον προσοφθάλμιο φακό ενός τηλεσκοπίου., Στις αρχές του 21ου αιώνα, ωστόσο, η αστρονομία είναι μια συναρπαστική, διεθνής προσπάθεια. Η σύγχρονη έρευνα στη αστρονομία ασχολείται με τις πιο μακρινές αποστάσεις, τις μεγαλύτερες μάζες, αλλά και τις πιο ακραίες συνθήκες που μπορεί να υπάρχουν στο Σύμπαν.

Όμως, όποιος ασχολείται με την αστρονομία δεν είναι απαραίτητα και αστρονόμος. Τα τηλεσκόπια που χρησιμοποιούνται στην έρευνα βρίσκονται στην αιχμή στης τεχνολογίας. Οι αισθητήρες τους ψύχονται σε θερμοκρασίες κοντά στο απόλυτο μηδέν, τα οπτικά συστήματα χρησιμοποιούν τις πιο πρόσφατες τεχνικές και όλη η δομή τους είναι ένα περίπλοκο μηχανικό επίτευγμα. Εξειδικευμένα υπολογιστικά συστήματα απαιτούνται για να χειραγωγήσουν τη ροή δεδομένων. Έτσι ένα σύγχρονο αστεροσκοπείο απασχολεί επίσης μηχανικούς, τεχνικούς, ειδικούς στους υπολογιστές καθώς και ένα πλήθος βοηθητικού προσωπικού.

Ας ρίξουμε μια ματιά σε μια ημέρα λειτουργίας του Πολύ Μεγάλου Τηλεσκοπίου (VLT), που χρησιμοποιείται στη Χιλή από τον ESO. Θα δείτε πώς άνθρωποι με πολλές διαφορετικές δεξιότητες εργάζονται μαζί για να διατηρήσουν σε λειτουργία τα τηλεσκόπια καθ’ όλη τη διάρκεια του έτους. Οι παρατηρήσεις με τα ερευνητικά τηλεσκόπια παρουσιάζουν τόσο υψηλή ζήτηση ώστε κάθε νύχτα είναι πολύτιμη, και κάθε μέρα είναι γεμάτη με δραστηριότητες.

Μια άποψη της πλατφόρμας του τηλεσκοπίου κατά το ηλιοβασίλεμα, όπως φαίνεται από το Residencia

Το VLT είναι τοποθετημένο στο Cerro Paranal στη Χιλή, ένα βουνό ύψους 2635 μέτρων στην  έρημο Atacama, το ξηρότερο, ίσως,  μέρος στη Γη. Υπάρχουν μέρη αυτής της περιοχής όπου βροχή δεν έχει καταγραφεί ποτέ. Το μεγάλο υψόμετρο και η ακραία ξηρότητα αποτελούν άριστες συνθήκες για τις αστρονομικές παρατηρήσεις.

Η ημέρα μας στο VLT αρχίζει το απόγευμα, προτού να αρχίσει να δύει ο ήλιος. Στο Paranal Residencia, η ομάδα που θα χρησιμοποιήσει το τηλεσκόπιο απόψε ετοιμάζεται για δουλειά.

το Residencia

Το Residencia είναι ένα φουτουριστικό κτήριο όπου το προσωπικό του αστεροσκοπείου ζει και εργάζεται, χτισμένο εν μέρει κάτω από το έδαφος και με έναν γυάλινο θόλο διαμέτρου 35 μέτρων στη στέγη. Αποτελεί τμήμα των υποδομών που παρέχεται στο VLT, σε μικρή απόσταση κάτω από την κορυφή Cerro Paranal.

Οι άριστες αστρονομικές συνθήκες στο Paranal έχουν ωστόσο και κάποιο κόστος. Σε αυτό το απαγορευτικό περιβάλλον της  ερήμου, ουσιαστικά τίποτα δεν μπορεί να αναπτυχθεί . Η υγρασία μπορεί να είναι εξαιρετικά χαμηλή, ακόμη και10%, υπάρχει έντονη υπεριώδης ακτινοβολία από τον Ήλιο, και το υψηλό υψόμετρο μπορεί να προκαλέσει στους ανθρώπους αναπνευστικά προβλήματα. Η κοντινότερη πόλη είναι δύο ώρες μακριά, έτσι υπάρχει μια μικρή παραϊατρική κλινική στο χώρο  της βάσης. Η διαβίωση σε αυτήν την εξαιρετικά απομονωμένη περιοχή είναι σαν να επισκέπτεσαι έναν άλλο πλανήτη.

Η πισίνα στο Residencia
αποτελεί μέρος του
συστήματος ύγρανσης

Μέσα στο Residencia, ένας μικρός κήπος και μια πισίνα έχουν σκοπό να αυξήσουν την εσωτερική υγρασία. Το κτήριο παρέχει στους επισκέπτες και το προσωπικό κάποια ανακούφιση από τις σκληρές εξωτερικές συνθήκες: υπάρχουν περίπου 100 χώροι για τους αστρονόμους και το υπόλοιπο προσωπικό, καθώς επίσης και γραφεία, μια βιβλιοθήκη, κινηματογράφος, γυμναστήριο, και μια καφετέρια. Το κτήριο έχει τέσσερα επίπεδα, αν και λόγω της υπόγειας οικοδόμησής του, η είσοδος είναι στην κορυφή.

Από το Residencia, ο επισκέπτης αστρονόμος και ο αστρονόμος νυχτερινής βάρδιας οδηγούν τα τέσσερα χιλιόμετρα κατά μήκος ενός ειδικά κατασκευασμένου δρόμου προς την πλατφόρμα των τηλεσκοπίων. Εδώ, στην επίπεδη βουνοκορφή της περιοχής Cerro Paranal, βρίσκονται τα τηλεσκόπια του μεγαλύτερου στον κόσμο αστεροσκοπείου οπτικού και υπέρυθρου φωτός.

Οι αστρονόμοι προετοιμάζουν τα συστήματα των  ηλεκτρονικών υπολογιστών για τις νυχτερινές παρατηρήσεις τους, και έπειτα βγαίνουν έξω στην πλατφόρμα για να απολαύσουν το ηλιοβασίλεμα της Χιλής. ‘Το μονοπάτι των αστεριών’, που απλώνεται μεταξύ του Residencia και της βουνοκορφής, είναι μια δημοφιλής διαδρομή που προσφέρεται για περπάτημα για το προσωπικό του VLT και τους επισκέπτες.

Το Antu κατά τη διάρκεια
της έναρξης της νυχτερινής
βάρδιας

Παρά το όνομά του, το Πολύ Μεγάλο Τηλεσκόπιο είναι στην πραγματικότητα μια ομάδα ξεχωριστών τηλεσκοπίων. Κάθε ένα από τα τέσσερα ξεχωριστά τηλεσκόπια του VLT έχει ένα ενιαίο κάτοπτρο με διάμετρο 8.2 μέτρων. Συνδέονται με διάφορα μικρότερα, κινητά, βοηθητικά τηλεσκόπια, δύο από τα οποία είναι αυτήν την περίοδο λειτουργικά, ενώ ένα τρίτο είναι έτοιμο να λειτουργήσει και ακολουθεί ένα τέταρτο. Τα τέσσερα μεμονωμένα τηλεσκόπια ονομάζονται Antu (ο Ήλιος), Kueyen (το Φεγγάρι), Melipal (ο Νότιος Σταυρός), και Yepun (Αφροδίτη, το βραδινό αστέρι), στην τοπική γλώσσα Mapudungun.

Ένα από τα σημαντικότερα χαρακτηριστικά ενός τηλεσκοπίου είναι το μέγεθός του – συγκεκριμένα, η διάμετρός του. Αυτή προσδιορίζει τόσο το ποσό φωτός που μπορεί να συλλέξει (για να δει τα πιο αμυδρά αντικείμενα) όσο και τη γωνιακή διακριτική ικανότητά του(για να δει περισσότερες λεπτομέρειες στα αντικείμενα). Τα μεμονωμένα τηλεσκόπια, με τα κάτοπτρα των 8.2 μέτρων, είναι ήδη μεταξύ των μεγαλύτερων τηλεσκοπίων ορατού φωτός στον πλανήτη. Το μέγεθός τους σημαίνει ότι μπορούν να ανιχνεύσουν αντικείμενα δισεκατομμύρια φορές πιο αμυδρά από αυτά που είναι ορατά με γυμνό μάτι. Με τα προσαρμοστικά οπτικά συστήματα, που εξαλείφουν ένα μεγάλο μέρος της επίδρασης της γήινης ατμόσφαιρας, η όραση του VLT μπορεί, θεωρητικά, να επιτρέψει σε κάποιον να διαβάσει έναν τίτλο εφημερίδας σε μια απόσταση πάνω από 10 χιλιόμετρα.

Το φως από τα ξεχωριστά τηλεσκόπια μπορεί επίσης να συνδυαστεί με αυτό από τα βοηθητικά τηλεσκόπια, χρησιμοποιώντας μια τεχνική που ονομάζεται συμβολομετρία, για να παράγει ένα αποτέλεσμα όμοιο με εκείνο ενός μόνο τηλεσκοπίου τόσο μεγάλου όσο ολόκληρη η διάταξη των ξεχωριστών τηλεσκοπίων. Αυτό επιτρέπει στο σύστημα, γνωστό ως συμβολόμετρο VLT, να συμπεριφερθεί όπως ένα τηλεσκόπιο με διάμετρο έως και 200 μέτρα. Με αυτή τη γωνιακή διακριτική ικανότητα, το συμβολόμετρο VLT θα μπορούσε, θεωρητικά, να διακρίνει έναν αστροναύτη στην επιφάνεια του φεγγαριού.

Αμέσως πριν από το ηλιοβασίλεμα, στην ομάδα των αστρονόμων προστίθεται και ο χειριστής τηλεσκοπίου και οργάνων (TIO). Αυτοί οι πολύ καλά καταρτισμένοι τεχνικοί χειρίζονται το τηλεσκόπιο και τα όργανα. Ως τμήμα του ρόλου τους είναι να φροντίζουν το τηλεσκόπιο και τους παρατηρητές, και ίσως να μην είναι σύμπτωση ότι στα ισπανικά ‘tio’ σημαίνει ‘θείος’.

Τόσο  οι TIO όσο και οι αστρονόμοι του ESO ζουν συνήθως στο Σαντιάγο ή στην Antofagasta, αλλά έρχονται στο Paranal για τη βάρδιά τους. Το ταξίδι διαρκεί περίπου δύο ώρες με το αεροπλάνο και ακολουθούν  άλλες δύο ώρες σε ένα λεωφορείο, σε έναν δρόμο που σε αρκετά σημεία του είναι χωματόδρομος. Οι αστρονόμοι του ESO ξοδεύουν ένα μέρος του χρόνου τους εκτελώντας τα καθήκοντά τους στα τηλεσκόπια, και το υπόλοιπο στη δική τους αστρονομική έρευνα.

Ο επισκέπτης αστρονόμος, από την άλλη, μπορεί να έχει έρθει από οπουδήποτε στον κόσμο. Αν και οι περισσότερες αιτήσεις γίνονται από χώρες μέλη τουESO, ερευνητές από οποιοδήποτε ινστιτούτο στον κόσμο μπορούν να αιτηθούν τη χρήση των τηλεσκοπίων. Αυτή είναι μια ανταγωνιστική διαδικασία, καθώς ο χρόνου χρήσης τουVLT που ζητείται είναι τρεις ή τέσσερις φορές περισσότερος απ’ ό, τι είναι πραγματικά διαθέσιμος.

Ο περίπου μισός χρόνος παρατήρησης στο VLT διατίθεται σε προγράμματα με επισκέπτες αστρονόμους, και ο υπόλοιπος σε παρατηρήσεις που πραγματοποιούν αστρονόμοι του ESO και οι TIO εξ ονόματος απομακρυσμένων ερευνητών που επομένως δεν χρειάζεται να εγκαταλείψουν το ινστιτούτο τους.

Τώρα που έχει δύσει ο ήλιος στο Cerro Paranal, οι παρατηρήσεις μπορούν να αρχίσουν. Το γιγαντιαίο κτήριο έχει ανοίξει ήδη το θόλο του, επιτρέποντας στο τηλεσκόπιο να κοιτάξει έξω στον νυχτερινό ουρανό. Ο επισκέπτης αστρονόμος δεν ελέγχει το τηλεσκόπιο άμεσα, αφήνοντας αυτό το φορτίο στον TIO. Ο επισκέπτης αστρονόμος χρειάζεται μόνο να περιγράψει τις παρατηρήσεις που θέλει να κάνει.

Αν και οι άριστες ατμοσφαιρικές συνθήκες στο Paranal είναι ένας από τους λόγους για τους οποίους επιλέχτηκε η συγκεκριμένη περιοχή, δεν μπορεί κανείς να στηρίζεται πάντα στον καιρό. Μερικές φορές δεν είναι αρκετά καλός για τις προγραμματισμένες παρατηρήσεις, και ο αστρονόμος παίρνει άδεια ΄λόγω καιρού΄. Εάν αυτό συμβεί, μπορούν εφόσον το επιθυμούν να ασχοληθούν με κάποιο εφεδρικό πρόγραμμά τους ή να χρησιμοποιήσουν δεδομένα κάποιου από τα προγράμματα που έχουν γίνει από τους “υπηρεσιακούς” παρατηρητές.

Το νεφέλωμα του Ωρίωνα,
αρκετά φωτεινό ώστε να
φαίνεται με γυμνό μάτι,
είναι ένα συνονθύλευμα
αερίου και σκόνης με εύρος
μερικές δεκάδες έτη φωτός

Από το 1998, όταν ο Antu, το πρώτο από τα ξεχωριστά τηλεσκόπια, έκανε τις πρώτες του παρατηρήσεις, το VLT έχει βρεθεί στην πρώτη γραμμή της αστρονομικής έρευνας. Έχει χρησιμοποιηθεί για να εξετάσει αντικείμενα στο ηλιακό μας σύστημα, καθώς και όμορφα νεφελώματα και υπολείμματα  υπερκαινοφανών στο Γαλαξία μας. Οι αστρονόμοι έχουν παρατηρήσει αστέρια να περιφέρονται υπό τη βαρυτική έλξη μιας πολλή μεγάλης μάζας μαύρης τρύπας στην καρδιά του Γαλαξία μας, και έχουν ανακαλύψει μακρινούς γαλαξίες πολύ πέρα από τον δικό μας. Οι παρατηρήσεις του VLT έχουν ρίξει νέο φως στις μυστηριώδεις κοσμικές εκρήξεις που είναι γνωστές ως εκλάμψεις ακτινών γάμμα, οι οποίες είναι τα πιο ενεργητικά φαινόμενα στο σύμπαν. Και οι αστρονόμοι που χρησιμοποιούν το VLT ήταν οι πρώτοι που πήραν μια εικόνα ενός εξωπλανήτη: ενός κόσμου πέρα από το ηλιακό μας σύστημα.

Καθ’ όλη τη διάρκεια της νύχτας, η ομάδα μπορεί να κάνει μακροχρόνιες παρατηρήσεις μερικών αστρονομικών αντικειμένων, ή μπορεί να κινηθεί από στόχο σε στόχο, προσπαθώντας πάντα να κάνει την καλύτερη δυνατή χρήση του χρόνου και των καιρικών συνθηκών. Αλλά όλες οι νύχτες φτάνουν σε ένα τέλος, και καθώς ο  Ήλιος ανατέλλει πάνω από το Cerro Paranal, οι παρατηρήσεις ολοκληρώνονται. Ο TIO θέτει το γιγαντιαίο τηλεσκόπιο σε θέση αναμονής, κλείνει το θόλο, και μαζί με τους αστρονόμους επιστρέφουν στο Residencia για να ξεκουραστούν και να κοιμηθούν.

Το VLT παραμένει έρημο πάνω στο βουνό για μικρό χρονικό διάστημα, έως ότου φθάσει μια άλλη ομάδα εργαζομένων. Το προσωπικό ημέρας των μηχανικών και των τεχνικών, μαζί με τους αστρονόμους πρωινής βάρδιας, είναι αρμόδιο για τη συντήρηση των τηλεσκοπίων. Οι μηχανικοί ζουν συνήθως στην Antofagasta, αλλά μπορούν να εργάζονται συνεχόμενα για μια εβδομάδα στο VLT, και να έχουν μια εβδομάδα ρεπό. Μπορούν να επιλύσουν  προβλήματα που εμφανίστηκαν κατά τη διάρκεια της νύχτας, ή  να αναβαθμίσουν τις εγκαταστάσεις. Κάποιες εργασίες γίνονται στο ίδιο το VLT, αλλά υπάρχουν επίσης εργαστήρια στη βάση της εγκατάστασης, κοντά στο Residencia.

Όταν ο ήλιος αρχίσει να δύει, το πλήρωμα ημέρας επικοινωνεί με κάποιον από τους TIO, ο οποίος επιστρέφει οδηγώντας στην κορυφή. Προετοιμάζουν τα τηλεσκόπια, και ανοίγουν πάλι το κτήριο, ώστε να είναι έτοιμο για την άφιξη του TIO και των αστρονόμων. Αφού παραδώσουν το τηλεσκόπιο, και μετά ίσως από την ενατένιση του ηλιοβασιλέματος, τα μέλη της πρωινής βάρδιας επιστρέφουν πίσω στο Residencia. Καθώς μια ημέρα φτάνει στο τέλος της, μια νέα νύχτα ανακαλύψεων αρχίζει.

Download

Download this article as a PDF

Institution

ESO

Review

Αυτό το άρθρο περιγράφει πώς οι επιστήμονες και οι μηχανικοί εργάζονται σε ένα σύγχρονο τηλεσκόπιο και θα είναι χρήσιμο για να ενημερώσει καθηγητές για αυτά που οι αστρονόμοι κάνουν πραγματικά σε αυτά τα τηλεσκόπια. Το άρθρο παρουσιάζει πρόσθετο ενδιαφέρον για τους καθηγητές φυσικής, αν και εκείνοι που διδάσκουν γενικά επιστημονικά θέματα μπορούν επίσης να ενδιαφερθούν.

Το ύφος ημερολογίου που υιοθετεί ο αρθρογράφος το καθιστά εύκολα αναγνώσιμο ακόμη και για εκείνους που δεν είναι εξοικειωμένοι με την αστρονομία. Αν και αυτό το άρθρο δεν περιέχει άμεσα διδακτικό υλικό, οι καθηγητές θετικών επιστημών και οι μαθητές τους μπορεί να βρουν ενδιαφέρον το να μάθουν πράγματα σχετικά με τους επιστήμονες στην εργασία τους.

Αν και αυτό το άρθρο δίνει μια μάλλον ιδεαλιστική εικόνα της ζωής των αστρονόμων στο Πολύ Μεγάλο Τηλεσκόπιο (VLT), εγείρει επίσης κάθε είδους ερωτήσεις και ξυπνά το ενδιαφέρον για το θέμα.


Roeland van der Rijst, Ολλανδία




License

CC-BY-NC-ND