Το σύνολο σχεδόν των πληροφοριών που έχουμε συλλέξει για τα άστρα, τους γαλαξίες και το Σύμπαν προέρχονται από την ανίχνευση και την ανάλυση της ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας που εκπέμπουν.

Πραγματικά, η συνεισφορά των επίγειων και των διαστημικών μας τηλεσκοπίων υπήρξε καθοριστική για την πρόοδο των επιστημονικών μας γνώσεων στην αστρονομία και στην κοσμολογία. Σε αυτό το άρθρο, θα παρουσιάσουμε με συντομία το ερευνητικό πρόγραμμα των Μεγάλων Τροχιακών Αστεροσκοπείων, τεσσάρων διαστημικών τηλεσκοπίων της NASA, σχεδιασμένων να πραγματοποιούν μελέτες σε διαφορετικά μήκη κύματος και συγκεκριμένα στο ορατό, στο υπέρυθρο, στις ακτίνες Χ και στις ακτίνες γ. 

Το πρώτο και αναμφίβολα το γνωστότερο απ’ αυτά είναι το διαστημικό τηλεσκόπιο Hubble, το οποίο συνέβαλλε εντυπωσιακά στην διεύρυνση των αστρονομικών μας γνώσεων σε μία σειρά από θέματα που σχετίζονται με την γένεση και τον θάνατο των άστρων, την εξέλιξη των γαλαξιών, τις μαύρες τρύπες, την σκοτεινή ύλη και την σκοτεινή ενέργεια.

Το αστεροσκοπείο ακτίνων γ Compton συνέλεξε δεδομένα για ορισμένα από τα πλέον ενεργητικά φαινόμενα που μπορούμε να παρατηρήσουμε στο Σύμπαν, ενώ το αστεροσκοπείο ακτίνων Χ Chandra χρησιμοποιήθηκε από τους αστρονόμους για την διερεύνηση φαινομένων που σχετίζονται με τις μαύρες τρύπες, τα κβάζαρ, τις εκρήξεις σουπερνόβα, καθώς και την σκοτεινή ύλη και ενέργεια.

Το τηλεσκόπιο Spitzer, τέλος, χρησιμοποιείται για την μελέτη ορισμένων από τα ψυχρότερα αντικείμενα του Διαστήματος, καθώς και εκείνων που «κρύβονται» μέσα σε νέφη αερίων και σκόνης και ως εκ τούτου είναι αόρατα στα οπτικά τηλεσκόπια. 

Το διαστημικό τηλεσκόπιο Hubble εκτοξεύθηκε στις 24 Απριλίου 1990 με τη βοήθεια του διαστημικού λεωφορείου Discovery. Το τηλεσκόπιο αυτό ονομάστηκε έτσι προς τιμή του Αμερικανού αστρονόμου Edwin Hubble (1889–1953), ο οποίος επιβεβαίωσε με τις παρατηρήσεις του την ύπαρξη και άλλων γαλαξιών έκτος του Γαλαξία μας και πρόσφερε στην επιστημονική κοινότητα την πρώτη, τεκμηριωμένη με την παρατήρηση, απόδειξη ότι το Σύμπαν διαστέλλεται.

Με αφορμή, μάλιστα, την συμπλήρωση 25 χρόνων από την εκτόξευση του θρυλικού τηλεσκοπίου το 2015, είχαμε γράψει άρθρο στο οποίο παρουσιάζαμε ορισμένα από τα σπουδαιότερα επιτεύγματά του, στο οποίο και παραπέμπουμε για περισσότερες πληροφορίες (Τα 25α γενέθλια του Hubble).

Στα σημαντικότερα απ’ αυτά συγκαταλέγονται αναμφίβολα οι εικόνες «Εξαιρετικά Βαθέως Πεδίου» και «Ακραία Βαθέως Πεδίου», οι οποίες επέτρεψαν στους αστρονόμους να δουν πιο πίσω στον χρόνο από ποτέ έως τότε και τους έδωσαν την ευκαιρία να μελετήσουν τα πρωταρχικά στάδια σχηματισμού των γαλαξιών, καθώς και την μετέπειτα εξέλιξή τους.

Εξίσου σημαντική υπήρξε η συνεισφορά του Hubble στην απεικόνιση του γαλαξιακού σμήνους Σφαίρα, καθώς η ανάλυση των σχετικών δεδομένων οδήγησε σε μία από τις ισχυρότερες έως τότε ενδείξεις για την ύπαρξη της σκοτεινής ύλης. Αξίζει ακόμη να αναφερθεί η συμβολή του Hubble στον εντοπισμό ορισμένων από τους πλέον απομακρυσμένους υπερκαινοφανείς αστέρες που είχαν ως τότε παρατηρηθεί, η μελέτη των οποίων απέδειξε ότι η διαστολή του Σύμπαντος, αντί να επιβραδύνεται από τη βαρυτική έλξη μεταξύ όλων των μορφών ύλης που εμπεριέχει, αντιθέτως επιταχύνεται εξαιτίας μιας άγνωστης, αλλά βαρυτικά απωστικής, μορφής ενέργειας, που ονομάστηκε «σκοτεινή».

Τέλος, θα ήταν παράληψη να μην αναφερθούμε στην συμβολή του γερασμένου Hubble, όσον αφορά στην ανάλυση της ηλεκτρομαγνητικής αναλαμπής που «συνόδευσε» την έκλυση βαρυτικών κυμάτων, προερχόμενων από την πρώτη στην ιστορία ανίχνευση της σύγκρουσης δύο αστέρων νετρονίων (περισσότερες πληροφορίες στο άρθρο Σύγκρουση αστέρων νετρονίων: Η πρώτη στην ιστορία ανίχνευση βαρυτικών κυμάτων και φωτός από το ίδιο φυσικό φαινόμενο οδηγεί την αστρονομική έρευνα σε μία νέα εποχή.)

Το δεύτερο στην σειρά των Μεγάλων Αστεροσκοπείων της NASA ήταν, όπως είπαμε, το Αστεροσκοπείο Ακτίνων γ Compton, που εκτοξεύτηκε στις 5 Απριλίου 1991 με την βοήθεια του διαστημικού λεωφορείου Atlantis.

Η συμβολή του Compton στην διερεύνηση των βίαιων φαινομένων του Σύμπαντος που σχετίζονται με τις ακτίνες γ ήταν καθοριστική, δυστυχώς όμως τελείωσε πρόωρα το 2000, εξαιτίας της βλάβης σε ένα από τα τρία γυροσκόπια που έλεγχαν τον προσανατολισμό του.

Το γεγονός αυτό ανάγκασε την NASA να επιλέξει την ελεγχόμενη συντριβή του στην Γη, εκτρέποντάς το από την τροχιά του σε μία χαμηλότερη, ώσπου εντέλει εισήλθε στην γήινη ατμόσφαιρα στις 4 Ιουνίου 2000 και τα συντρίμμια του κατέπεσαν κάπου στον Ειρηνικό ωκεανό.

Το διαστημικό αυτό αστεροσκοπείο ονομάστηκε έτσι προς τιμή του Αμερικανού φυσικού Arthur Compton (1892–1962), ο οποίος βραβεύθηκε με το Νόμπελ Φυσικής 1927 για μελέτες που αποδείχθηκαν καθοριστικές ως προς τις τεχνικές ανίχνευσης των ακτίνων γ από διαστημικά τηλεσκόπια.

Το Compton ανακάλυψε εκατοντάδες άγνωστες ως τότε πηγές ακτίνων γ, ανίχνευσε τις ακτίνες γ που εκλύονται από μαύρες τρύπες, σουπερνόβα αλλά και από τον Ήλιο, ενώ βοήθησε τους αστρονόμους να προσδιορίσουν τον τρόπο με τον οποίο οι μαύρες τρύπες ενεργοποιούν τεράστιους πίδακες ακτίνων Χ και γ. Το Compton, τέλος, ανίχνευσε περισσότερες από 2.600 εκλάμψεις ακτίνων γ, η μελέτη των οποίων οδήγησε τους αστρονόμους να τις κατηγοριοποιήσουν, ανάλογα με την διάρκειά τους, σε δύο ομάδες, αλλά και να συνειδητοποιήσουν ότι προκαλούνται από θεμελιωδώς διαφορετικές φυσικές διεργασίες.

Οι εκλάμψεις ακτίνων γ συγκαταλέγονται ανάμεσα στα βιαιότερα φαινόμενα που μπορούν να εκδηλωθούν στο Σύμπαν. Παρόλο που οι αστρονόμοι συνεχίζουν να αγνοούν πολλά για τους φυσικούς μηχανισμούς που τις προκαλούν, μια θεωρία που έχει προταθεί, σχετίζει τις εκλάμψεις ακτίνων γ μεγάλης διάρκειας με τις επονομαζόμενες εκρήξεις υπερνόβα, εκρήξεις κατά πολύ ισχυρότερες από τις «κλασικές» εκρήξεις σουπερνόβα.

Όσον αφορά στις εκλάμψεις ακτίνων γ μικρής διάρκειας, αυτές εικάζεται ότι προκαλούνται κατά την σύγκρουση και συγχώνευση δύο αστέρων νετρονίων ή ενός αστέρα νετρονίων και μιας μαύρης τρύπας. Η πρόσφατη, μάλιστα, ανίχνευση της σύγκρουσης των δύο αστέρων νετρονίων μοιάζει να επιβεβαιώνει αυτή την θεώρηση (δες πιο πάνω άρθρο).

Το Διαστημικό Αστεροσκοπείο Ακτίνων Χ Chandra , το τρίτο Μεγάλο Αστεροσκοπείο της NASA, τέθηκε σε τροχιά γύρω από την Γη με την βοήθεια του  διαστημικού λεωφορείου Columbia στις 23 Ιουλίου 1999.

Όπως υποδηλώνει και το όνομά του, το Chandra είναι σχεδιασμένο έτσι, ώστε να ανιχνεύει τις εκπομπές ακτίνων Χ που εκλύονται κατά την διάρκεια ορισμένων από τα πιο παράξενα και βίαια φαινόμενα του Σύμπαντος. Η κατασκευή αυτού του διαστημικού τηλεσκοπίου με διαφορετική όμως επωνυμία (Advanced X-ray Astrophysics Facility), είχε προταθεί από την NASA ήδη από το 1976. Λίγο πριν την εκτόξευσή του, όμως, μετονομάστηκε σε Chandra, προς τιμήν του κορυφαίου Ινδού αστροφυσικού και κατόχου του Νόμπελ Φυσικής Subrahmanyan Chandrasekhar (1910–1995), γνωστότερου στους συναδέλφους του ως «Chandra», που στα σανσκριτικά σημαίνει «Σελήνη ή φωτεινός».

Με την απαράμιλλη ευαισθησία και διακριτική του ικανότητα, το Chandra συνέλεξε δεδομένα από μία ευρεία ποικιλία ουράνιων σωμάτων: από γειτονικούς μας πλανήτες και κομήτες, μέχρι τα πλέον απομακρυσμένα κβάζαρ. Απεικόνισε, μεταξύ άλλων, τα «λείψανα» εκρήξεων σουπερνόβα, κατέγραψε την διασπορά των βαρέων στοιχείων που οι εκρήξεις αυτές εκλύουν στο Διάστημα, ανακάλυψε μαύρες τρύπες παντού στο Σύμπαν και πραγματοποίησε λεπτομερείς παρατηρήσεις στην περιοχή γύρω από την γιγάντια μαύρη τρύπα, που βρίσκεται στον πυρήνα του Γαλαξία μας. Το Chandra, επίσης, συνέβαλε σημαντικά και στην μελέτη της σκοτεινής ύλης, απεικονίζοντας μεταξύ άλλων τον διαχωρισμό της από την συνηθισμένη (βαρυονική) ύλη.

Ο διαχωρισμός αυτός προκαλείται κατά τις συγκρούσεις μεταξύ γαλαξιακών σμηνών, ενώ με τα δεδομένα που συνεχίζει να συλλέγει, συμβάλλει αποφασιστικά και στην έρευνα για την αποκρυπτογράφηση της φύσης της σκοτεινής ενέργειας.

Τελευταίο στην «παρέα» των Μεγάλων Αστεροσκοπείων της NASA, προστέθηκε το διαστημικό τηλεσκόπιο SIRTF, γνωστότερο ως Spitzer, προς τιμή του Αμερικανού αστροφυσικού Lyman Spitzer (1914–1997), του πρώτου που διερεύνησε συστηματικά την τοποθέτηση μεγάλων τηλεσκοπίων στο Διάστημα.

Το Spitzer, που εκτοξεύθηκε στις 25 Αυγούστου 2003, ανιχνεύει την υπέρυθρη ακτινοβολία, συλλέγοντας δεδομένα για ουράνια σώματα, τα οποία κατά κύριο λόγο είναι πολύ ψυχρά και που γι’ αυτόν τον λόγο δεν εκπέμπουν ακτινοβολία στο ορατό και σε χαμηλότερα μήκη κύματος.

Επί πλέον, το τηλεσκόπιο αυτό επιτρέπει στους αστρονόμους να διεισδύσουν σε περιοχές του Σύμπαντος, οι οποίες είναι αδιαφανείς στα οπτικά τηλεσκόπια, όπως τα γεμάτα σκόνη και αέρια αστρικά μαιευτήρια, οι γαλαξιακοί πυρήνες και τα νεογέννητα πλανητικά συστήματα.

Το Spitzer, τέλος, κατόρθωσε να απεικονίσει ορισμένους από τους πιο απομακρυσμένους γαλαξίες του Σύμπαντος. Καθώς, δηλαδή, το Σύμπαν διαστέλλεται και οι γαλαξίες απομακρύνονται από εμάς με ταχύτητες ανάλογες της απόστασης που μας χωρίζουν, το φως των γαλαξιών που απομακρύνονται από την Γη «ξεχειλώνει» προς τα υπέρυθρα μήκη κύματος.

Αυτό σημαίνει ότι ένας πολύ μακρινός γαλαξίας, που εκπέμπει κατά κύριο λόγο ορατή και υπεριώδη ακτινοβολία, εξαιτίας της κοσμικής διαστολής «φαίνεται» υπέρυθρος. Η απεικόνιση αυτών των «υπέρυθρων» γαλαξιών από το Spitzer, συμβάλλει στην προσπάθεια των αστρονόμων να προσδιορίζουν πότε ακριβώς, αλλά και με ποιον φυσικό μηχανισμό, σχηματίστηκαν οι πρώτοι γαλαξίες του Σύμπαντος.

Κλείνοντας αυτή την σύντομη αναφορά στα σπουδαιότερα διαστημικά τηλεσκόπια της NASA αξίζει να αναφερθούμε στο διαστημικό τηλεσκόπιο James Webb, το οποίο θα αποτελέσει το κύριο διαστημικό τηλεσκόπιο της NASA για την επόμενη δεκαετία. Το τηλεσκόπιο αυτό σχεδιάστηκε, προκειμένου να αντικαταστήσει το γερασμένο πια Hubble και αποτελεί μια διεθνή συνεργασία των διαστημικών υπηρεσιών των ΗΠΑ, της Ευρώπης και του Καναδά.

Έχοντας, ωστόσο, υπερβεί κατά πολύ τον αρχικό του προϋπολογισμό και την αρχικά προβλεπόμενη ημερομηνία εκτόξευσής του, υπήρξαν σκέψεις ακόμη και για την ακύρωση του όλου προγράμματος. Ευτυχώς για την αστρονομική έρευνα, αυτό δεν συνέβη και, όπως υπολογίζεται, το διαστημικό τηλεσκόπιο James Webb, που δικαίως θεωρείται ότι θα αποτελέσει το σπουδαιότερο ίσως διαστημικό τηλεσκόπιο της επόμενης δεκαετίας, θα εκτοξευθεί το 2019. 

----------------------------------------------

1Η εικόνα που συνοδεύει αυτό το άρθρο απεικονίζει την κεντρική περιοχή του Γαλαξία μας και προέκυψε από την σύνθεση δεδομένων που συνέλεξαν τα 3 Μεγάλα Διαστημικά Αστεροσκοπεία της NASA που εξακολουθούν να βρίσκονται σε λειτουργία, δηλαδή το Hubble, το Spitzer και το Chandra (φωτογρ. NASA/JPL-Caltech/ESA/CXC/STScI).

 

π