Δυστυχώς για την παρατηρησιακή αστρονομία, αλλά ευτυχώς για την ανάπτυξη της ζωής στον πλανήτη μας, η γήινη ατμόσφαιρα παρεμποδίζει το μεγαλύτερο τμήμα της ακτινοβολίας του ηλεκτρομαγνητικού φάσματος να φτάσει στην επιφάνειά της, αφήνοντας ανοικτά ελάχιστα μόνο «παράθυρα» που επιτρέπουν τις παρατηρήσεις.

Το γνωστότερο «παράθυρο» αντιστοιχεί στο ορατό φάσμα των συχνοτήτων, εκείνων δηλαδή των συχνοτήτων που είναι αντιληπτές από την ανθρώπινη όραση. Γι’ αυτό εξάλλου και ιστορικά, τα πρώτα τηλεσκόπια που αναπτύχθηκαν ήταν τα οπτικά, όπως ονομάστηκαν, ακριβώς επειδή είχαν τη δυνατότητα να καταγράφουν την ορατή ακτινοβολία.

Από τη στιγμή λοιπόν που ο Γαλιλαίος έστρεψε για πρώτη φορά το τηλεσκόπιό του προς τον έναστρο ουρανό, πριν από 401 χρόνια, μέχρι τα τέλη περίπου της δεκαετίας του ΄30, τα οπτικά τηλεσκόπια διεύρυναν σημαντικά τις αστρονομικές μας γνώσεις.

Η συνεισφορά των οπτικών τηλεσκοπίων στην εξερεύνηση του διαστήματος είναι πραγματικά τεράστια, εντούτοις δεν παύουν ακόμη και σήμερα να αντιμετωπίζουν ένα σοβαρότατο πρόβλημα, καθώς η παρεμβολή της ατμόσφαιρας μεταξύ των ουράνιων αντικειμένων και των επίγειων τηλεσκοπίων «παραμορφώνει» τα δεδομένα που συλλέγουν. Για να αντιμετωπιστεί αυτό το πρόβλημα, οι αστρονόμοι άρχισαν να κατασκευάζουν τα οπτικά τους τηλεσκόπια σε όλο και ψηλότερες βουνοκορφές και μακριά από τα φώτα των σύγχρονων μεγαλουπόλεων, προκειμένου να αντιμετωπίσουν το πρόβλημα της φωτορύπανσης.

Με το τέλος όμως του Δευτέρου Παγκοσμίου Πολέμου άρχισαν να κατασκευάζονται διαφορετικά τηλεσκόπια, τα οποία «έβλεπαν» και σε διαφορετικά μήκη κύματος, αρχικά στα ραδιοκύματα και αργότερα στο υπέρυθρο.

Από την πρώτη ανίχνευση ραδιοκυμάτων στις αρχές της δεκαετίας του ΄30 μέχρι την κατασκευή των σύγχρονων γιγάντιων ραδιοτηλεσκοπίων και ραδιοσυμβολομέτρων, ο σχετικά νέος κλάδος της ραδιοαστρονομίας ήταν ο πρώτος που μας έδωσε την ευκαιρία να δούμε το Σύμπαν και σε μήκη κύματος διαφορετικά από το ορατό φως.

Σημαντικό πλεονέκτημα της ανίχνευσης των ραδιοκυμάτων, έναντι εκείνης του ορατού φωτός, είναι η μικρή τους απορροφητικότητα από τη μεσοαστρική σκόνη, καθώς και η δυνατότητα τόσο νυχτερινών όσο και ημερήσιων παρατηρήσεων.

Επειδή όμως το μήκος των ραδιοκυμάτων είναι κατά πολύ μεγαλύτερο από εκείνο των οπτικών, η διάμετρος των ραδιοτηλεσκοπίων πρέπει κατά κανόνα να είναι πολύ μεγαλύτερη, προκειμένου να πετύχουμε συγκρίσιμη διακριτική ικανότητα με αυτή των οπτικών τηλεσκοπίων.

Το πρόβλημα αυτό ξεπεράστηκε με την ανάπτυξη της ραδιοσυμβολομετρίας, σύμφωνα με την οποία χρησιμοποιούνται μικρότερα ραδιοτηλεσκόπια, τα οποία καταγράφουν τα ραδιοκύματα από κάποια αστρονομική πηγή και στη συνέχεια, χάρη στο φαινόμενο της συμβολής, το σήμα που κατέγραψαν ενισχύεται. Το αποτέλεσμα είναι σαν να είχαμε ένα μόνο ραδιοτηλεσκόπιο με διάμετρο την απόσταση μεταξύ των δύο μικρότερων. Σήμερα το μεγαλύτερο αυτόνομο ραδιοτηλεσκόπιο στον κόσμο με μία τεράστια κεραία 305 m βρίσκεται στο Αρεσίμπο του Πουέρτο Ρίκο.

Μια από τις σημαντικότερες συστοιχίες ραδιοτηλεσκοπίων που βασίζονται στη ραδιοσυμβολομετρία είναι η VLA (Very Large Array), που βρίσκεται στο Νέο Μεξικό των ΗΠΑ και αποτελείται από 27 κινητές κεραίες διαμέτρου 25m. Τοποθετημένες πάνω σε ράγες σχήματος Υ μήκους 21, 21 και 19 km αντίστοιχα, οι 27 κινητές κεραίες της συστοιχίας έχουν τη δυνατότητα να σχηματίσουν με τη βοήθεια της συμβολομετρίας, ένα γιγάντιο ραδιοτηλεσκόπιο με διάμετρο 3 km.

Το επόμενο ορόσημο στην εξέλιξη των τηλεσκοπίων πραγματοποιήθηκε στη διάρκεια της δεκαετίας του ‘70, όταν άρχισαν να τίθενται σε τροχιά διαστημικά τηλεσκόπια και αστεροσκοπεία που, παρακάμπτοντας τη γήινη ατμόσφαιρα, μπορούσαν να παρατηρήσουν και τις υψηλότερης ενέργειας ακτινοβολίες, όπως τις υπεριώδεις, τις ακτίνες Χ και τις ακτίνες γ. Όλα αυτά τα τηλεσκόπια, επίγεια και διαστημικά, συνεχίζουν και σήμερα να χαρτογραφούν με όλο και μεγαλύτερη λεπτομέρεια το αχανές σύμπαν και να συλλέγουν όλο και περισσότερα δεδομένα για τα αναρίθμητα και παράξενα ουράνια σώματα και φαινόμενα που κρύβει, αποκαλύπτοντας στην πορεία το αόρατο σύμπαν σε όλη του την ομορφιά και βιαιότητα.

Αναμφίβολα, το γνωστότερο από τα τροχιακά μας αστεροσκοπεία είναι το Διαστημικό Τηλεσκόπιο Hubble, που τέθηκε σε τροχιά τον Απρίλιο του 1990 και έχει τη δυνατότητα να «βλέπει» στο ορατό μήκος κύματος, αλλά και σε υπεριώδη. Χάρη στην πέμπτη και τελευταία αναβάθμισή του, που πραγματοποιήθηκε το Μάιο του 2009, οι επιστήμονες ευελπιστούν ότι θα κατορθώσουν να παρατείνουν τη λειτουργία του τουλάχιστον μέχρι το 2014, όταν τεθεί σε τροχιά το νέο διαστημικό τηλεσκόπιο James Webb, το οποίο όμως θα «βλέπει» μόνο στο υπέρυθρο.

Η καταγραφή ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας σε υπέρυθρα μήκη κύματος είναι ιδιαίτερα χρήσιμη για τη μελέτη αντικειμένων, τα οποία είναι τόσο ψυχρά και δυσδιάκριτα, ώστε η ανίχνευσή τους με οπτικά τηλεσκόπια να είναι πρακτικά αδύνατη. Επί πλέον, σε αντίθεση με το ορατό φως, τα νέφη της μεσοαστρικής σκόνης είναι διαφανή στα υπέρυθρα μήκη κύματος, γεγονός που επιτρέπει, για παράδειγμα, την παρατήρηση νεαρών άστρων μέσα σε γιγάντια μοριακά νέφη ή και σ’ αυτούς ακόμα τους γαλαξιακούς πυρήνες.

Το JWST δεν είναι βέβαια το πρώτο υπέρυθρο διαστημικό τηλεσκόπιο, αφού είχαν ήδη προηγηθεί μεταξύ άλλων και τα τροχιακά αστεροσκοπεία IRΑS (1983-), ISO (1995-1998), και Spitzer (2003-), ενώ το Μάιο του 2009 εκτοξεύτηκε και το ευρωπαϊκό διαστημικό αστεροσκοπείο Herschel.

Ανάμεσα στα ραδιοκύματα και στο υπέρυθρο υπάρχει ένα ακόμη ηλεκτρομαγνητικό παράθυρο στο σύμπαν, που αντιστοιχεί στα μικροκύματα. Η ανίχνευση της μικροκυματικής ακτινοβολίας υποβάθρου, καθώς και των ανισοτροπιών που τη χαρακτηρίζουν, από το δορυφόρο COBE, συγκαταλέγεται ανάμεσα στα κορυφαία επιστημονικά επιτεύγματα του 20ου αιώνα, που αναγνωρίστηκε με την απονομή του Νόμπελ Φυσικής 2006 στους επικεφαλής ερευνητές John C. Mather και George F. Smoot.

Τα αποτελέσματα του COBE βελτίωσε με εντυπωσιακό τρόπο ο δορυφόρος WMAP, που εκτοξεύτηκε στις 30 Ιουνίου 2001, ενώ μόλις στις 14 Μαΐου 2009 εκτοξεύτηκε το διαστημικό αστεροσκοπείο Planck της Ευρωπαϊκής Διαστημικής Υπηρεσίας ESA, το οποίο θα καταγράψει τις θερμοκρασιακές διακυμάνσεις της κοσμικής ακτινοβολίας υποβάθρου με μεγαλύτερη ακρίβεια από ποτέ (για περισσότερες πληροφορίες αναφορικά με την κοσμική ακτινοβολία υποβάθρου, ανατρέξτε στο θέμα Οκτωβρίου 2006 «Νόμπελ φυσικής για τον Απόηχο της Μεγάλης Έκρηξης»).

Ένα άλλο «παράθυρο» στο σύμπαν άνοιξε με την κατασκευή και τη μεταφορά στο διάστημα τηλεσκοπίων που είχαν τη δυνατότητα να ανιχνεύουν την υπεριώδη ακτινοβολία.

Η παρατήρηση σε αυτά τα μήκη κύματος χρησιμεύει μεταξύ άλλων για τη μελέτη γιγάντιων νέων άστρων, για τη συλλογή δεδομένων που αφορούν στη χημική σύνθεση και στη θερμοκρασία της μεσοαστρικής ύλης, καθώς επίσης και για τη μελέτη της εξέλιξης των γαλαξιών.

Ανάμεσα στα τροχιακά αστεροσκοπεία που ανιχνεύουν τις υπεριώδεις ακτινοβολίες αξίζει να αναφερθούν οι ΙUΕ (1978-1996), FUSE (1999-2007) και GALEX (2003-).

Τα τροχιακά αστεροσκοπεία ακτίνων Χ, από την άλλη, χρησιμοποιούνται στη μελέτη παράξενων ουράνιων σωμάτων, όπως είναι για παράδειγμα τα πάλσαρ, οι μαύρες τρύπες και οι ενεργοί γαλαξιακοί πυρήνες.

Αν και οι πρώτοι δορυφόροι ακτίνων Χ είχαν τεθεί σε τροχιά ήδη από τη δεκαετία του ΄70, τα νέας γενιάς τροχιακά αστεροσκοπεία, όπως για παράδειγμα ο γερμανικός ROSΑT (1990-1999), ο ευρωπαϊκός ΧΜΜ-Newton (1999-) και οι αμερικανικοί RXTE (1995-) και Chandra (1999-) διευρύνουν συνεχώς τις γνώσεις μας για τα βίαια κοσμικά φαινόμενα που μελετούν.

Οι ακτίνες γ, τέλος, δηλαδή η ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία με την υψηλότερη ενέργεια, εκπέμπονται στη διάρκεια ορισμένων από τα βιαιότερα φαινόμενα που μπορούμε να παρατηρήσουμε στο Σύμπαν, όπως είναι οι εκλάμψεις ακτίνων γ (Gamma Ray Bursts, GRB). Οι εκλάμψεις αυτές εικάζεται ότι προέρχονται από την απευθείας κατάρρευση ενός άστρου σε μαύρη τρύπα ή από τη συγχώνευση δύο άστρων νετρονίων. Σημαντικά τροχιακά αστεροσκοπεία ακτίνων γ υπήρξαν μεταξύ άλλων και τα ΗΕΑΟ-3 (1979-1981), καθώς και το αστεροσκοπείο ακτίνων γ Compton (1991-2000), ενώ από τη νέα γενιά τηλεσκοπίων ξεχωρίζουν τα INTEGRAL (2002-) και Fermi (πρώην GLAST), το οποίο εκτοξεύτηκε στις 11 Ιουνίου 2008.

Σχεδόν όλες οι αστρονομικές παρατηρήσεις και το σύνολο του όγκου των πληροφοριών και των δεδομένων που συλλέγουν οι αστρονόμοι, από τη διαστημική μας γειτονιά μέχρι τα πέρατα του Σύμπαντος, βασίζονται στον εντοπισμό και στην καταγραφή κάποιας μορφής ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας.

Ήδη μάλιστα η επόμενη γενιά των μεγάλων επίγειων τηλεσκοπίων και τροχιακών αστεροσκοπείων, που θα αντικαταστήσει επάξια τους προκατόχους της, έχει αρχίσει να κατασκευάζεται και με τη λειτουργία τους θα συμβάλλουν σημαντικά στις προσπάθειες των αστρονόμων να απαντήσουν στα αναπάντητα ακόμη ερωτήματα που αντιμετωπίζει η σύγχρονη αστρονομία.

Είναι επίσης εξαιρετικά ενδιαφέρον να παρατηρήσουμε ότι κάθε φορά που άνοιγε για τους αστρονόμους ένα νέο ηλεκτρομαγνητικό παράθυρο στο σύμπαν, πέραν από τη διεύρυνση των γνώσεων που τους προσέφερε για ήδη γνωστά αστρονομικά αντικείμενα και φαινόμενα, συχνά οδηγούσε και στην ανακάλυψη νέων και απροσδόκητων αστρονομικών αντικειμένων και φαινομένων.

Τίθεται λοιπόν το ερώτημα: θα ήταν άραγε ποτέ δυνατό να δούμε το σύμπαν με άλλα μάτια και να συλλέξουμε πληροφορίες, οι οποίες δεν μεταδίδονται με τη μορφή της ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας; Θεωρητικά τουλάχιστον, ναι. Τη δυνατότητα αυτή μας την προσφέρουν τα νετρίνα και τα βαρυτικά κύματα.

Τα νετρίνα είναι παράξενα σωματίδια με ουδέτερο ηλεκτρικό φορτίο και απειροελάχιστη μάζα, ενώ τα βαρυτικά κύματα, μια από τις πλέον εντυπωσιακές προβλέψεις της Γενικής Θεωρίας της Σχετικότητας, στην οποία κατέληξε ο ίδιος ο Αϊνστάιν ελάχιστους μόνο μήνες μετά τη δημοσίευση της νέας του θεωρίας για τη βαρύτητα, είναι διαταραχές ή διακυμάνσεις στον ίδιο τον ιστό του χωροχρόνου, οι οποίες διαδίδονται με την ταχύτητα του φωτός.

Το πρώτο βήμα για την κατασκευή τηλεσκοπίων νετρίνων και ανιχνευτών βαρυτικών κυμάτων έχει πραγματοποιηθεί. Ήδη, τα πρώτα πειραματικά τηλεσκόπια νετρίνων, τα οποία προσπαθούν να καταγράψουν τα φευγαλέα ίχνη αυτών των δυσδιάκριτων σωματιδίων από τα βάθη των θαλασσών και κάτω από τους πάγους της Ανταρκτικής, έχουν τεθεί σε λειτουργία (για περισσότερες πληροφορίες αναφορικά με τα τηλεσκόπια νετρίνων ανατρέξτε στο θέμα Οκτωβρίου 2009, «Τηλεσκόπια νετρίνων βαθιάς θαλάσσης»). Η πρώτη γενιά ανιχνευτών βαρυτικών κυμάτων, όπως ο γαλλοϊταλικός VIRGO και ο αμερικανικός LIGO, ήδη αναζητούν τη διέλευση βαρυτικών κυμάτων, ενώ μια από τις βασικές προτεραιότητες της ESA και της NASA είναι να μεταφερθεί το κυνήγι των βαρυτικών κυμάτων και στο διάστημα, με την υλοποίηση της διαστημικής αποστολής LISA.

Η εποχή της Αστρονομίας των Νετρίνων και της Αστρονομίας των Βαρυτικών Κυμάτων έχει ήδη ανατείλει και μελλοντικά θα επιτρέψει στους αστρονόμους να συλλέξουν πληροφορίες για τα βίαια φαινόμενα του σύμπαντος που η ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία αδυνατεί, από τη φύση της, να μας μεταφέρει.

π