Ο καθαρός νυχτερινός ουρανός μας προσφέρει μία πανέμορφη θέα στη φύση.
Το ανθρώπινο μάτι προσαρμόζεται στο σκοτάδι και η κόρη διαστέλλεται
για να συλλέξει περισσότερο φως και να μπορέσει να διακρίνει τα πιο αμυδρά άστρα.
Όμως η δυνατότητα συλλογής φωτός του ανθρώπινου ματιού είναι ελάχιστη.
Για να διεισδύσουν βαθύτερα στο νυχτερινό ουρανό οι αστρονόμοι χρειάζονται τηλεσκόπια με τεράστια πρωτεύοντα κάτοπτρα.
Παρακολουθείτε το ESOcast!
Επιστήμη αιχμής και εξελίξεις από το ESO,
το Ευρωπαϊκό Νότιο Αστεροσκοπείο.
Εξερευνούμε τα όρια του Σύμπαντος με ξεναγό τον Δρ. Τζέι ή κατά κόσμον Δρ. Τζο Λίσκε.
Γιατί οι αστρονόμοι θέλουν ολοένα και μεγαλύτερα τηλεσκόπια;
Είναι πολύ απλό!
Υπάρχουν μόνο δύο λόγοι:
Ο κύριος λόγος είναι ότι όσο μεγαλύτερο είναι το πρωτεύον κάτοπτρο του τηλεσκοπίου,
τόσο περισσότερο φως μπορεί να συλλέξει ανά μονάδα χρόνου.
Και αυτό σημαίνει ότι μπορούμε να παρατηρούμε όλο και πιο ασθενή αντικείμενα.
Ο δεύτερος λόγος είναι ότι η διακριτική ικανότητα του τηλεσκοπίου,
δηλαδή η ευκρίνεια των εικόνων που λαμβάνονται από το τηλεσκόπιο
εξαρτάται από το μέγεθος του πρωτεύοντος κατόπτρου.
Όσο μεγαλύτερο το τηλεσκόπιο, τόσο πιο ευκρινείς οι εικόνες που παράγει.
Ποιά είναι όμως τα όρια; Πόσο μεγάλο μπορεί να είναι ένα τηλεσκόπιο;
Και ποιές είναι οι προκλήσεις που συναντούν οι κατασκευαστές τηλεσκοπίων για την παραγωγή ολοένα και μεγαλύτερων κατόπτρων;
Από την εφεύρεση του κατοπτρικού τηλεσκοπίου,
τα κάτοπτρα γίνονται ολοένα και μεγαλύτερα.
Όταν το τηλεσκόπιο των 3,6 μέτρων του ESO στη Λα Σίγια ξεκίνησε τη λειτουργία του το 1977
αποτελούσε τυπικό παράδειγμα κλασσικού σχεδιασμού των μεγαλύτερων τηλεσκοπίων εκείνης της περιόδου.
Το πρωτεύον κάτοπτρο αποτελούνταν από ένα ενιαίο γυάλινο δίσκο με διάμετρο 3,6 μέτρων.
Για να κατασκευαστεί ένας τόσο μεγάλος καθρέπτης, συμπαγής και άκαμπτος, πρέπει να είναι σχετικά παχύς - που σημαίνει και πολύ βαρύς:
Το 3,6 μέτρων κάτοπτρο έχει πάχος περίπου μισό μέτρο και ζυγίζει περίπου 11 τόνους!
Για να μπορεί να στηριχθεί με ακρίβεια ένας τόσο βαρύς φακός,
μία ογκώδης, αλλά και ακριβώς ισορροπημένη βάση στήριξης έπρεπε να κατασκευαστεί γύρω του.
Τηλεσκόπια με ακόμα μεγαλύτερα, παχύτερα και άρα βαρύτερα κάτοπτρα έχουν κατασκευαστεί,
όμως τελικά έγινε προφανές ότι είχαμε πλέον φτάσει στο όριο του κλασικού σχεδιασμού.
Έπρεπε οι κατασκευαστές τηλεσκοπίων να παραιτηθούν και να σταματήσουν να οραματίζονται μεγαλύτερα τηλεσκόπια;
Φυσικά όχι.
Όμως η κατασκευή μεγαλύτερων και ελαφρύτερων κατόπτρων απαιτούσε καινοτόμο σχεδιασμό.
Το αποτέλεσμα ήταν το Τηλεσκόπιο Νέας Τεχνολογίας του ESO (New Technology Telescope ή NTT).
Το NTT ήταν ένα πραγματικά επαναστατικό τηλεσκόπιο για την εποχή της κατασκευής του,
καθώς ενσωμάτωνε ένα σύστημα που ονομάζεται προσαρμοζόμενα οπτικά.
Πριν την ανακάλυψη των ενεργών οπτικών, τα τηλεσκοπικά κάτοπτρα έπρεπε να είναι παχιά,
και κατά συνέπεια βαριά ώστε να είναι άκαμπτα,
όμως με τα ενεργά οπτικά, τα κάτοπτρα μπορούσαν πλέον να είναι εύκαμπτα
και άρα σχετικά ελαφριά και λεπτά.
Το λεπτό κάτοπτρο του NTT λύγιζε εύκολα λόγω της βαρύτητας.
Με τα ενεργά οπτικά, το εύκαμπτο κάτοπτρο τοποθετείται σε ένα πολύπλοκο σύστημα στήριξης με ελεγχόμενα από υπολογιστή έμβολα (actuators) που μεταβάλουν το σχήμα του κατόπτρου,
διορθώνοντας τις παραμορφώσεις του κατόπτρου στη διάρκεια των παρατηρήσεων.
Με αυτό το τρόπο, λαμβάνονται πάντα εικόνες με τη καλύτερη δυνατή ποιότητα.
Το NTT ήταν τρομερά επιτυχημένο!
αν και το πρωτεύον κάτοπτρο διαμέτρου 3,6 μέτρων είχε πάχος μόλις 24 εκατοστών.
Η νέα σχεδίαση του κατόπτρου του επέτρεψε να υπερβούμε το όριο των 6 μέτρων των κλασικών τηλεσκοπίων και να προχωρήσουμε σε κλίμακες της τάξης των 8 μέτρων.
Τηλεσκόπια όπως το Very Large Telescope, ή VLT του ESO.
Το VLT αποτελείται από τέσσερα τηλεσκόπια με πρωτεύον κάτοπτρο 8,2 μέτρων το καθένα.
Κάθε κάτοπτρο είχε πάχος μόλις 17,5 εκ. και ζύγιζε μόλις 23 τόνους.
Φυσικά, τα ενεργά οπτικά παίζουν σημαντικό ρόλο εδώ.
Το σχήμα του κατόπτρου μεταβάλλεται ενεργά με τη χρήση 150 εμβόλων.
Χρησιμοποιώντας την τελευταία τεχνολογία, το VLT παράγει εικόνες εξαιρετικής ποιότητας.
Όμως ένας συμπαγές, ενιαίο κάτοπτρο 8 μέτρων, είναι το όριο που μπορούμε να διαχειριστούμε, να μεταφέρουμε και να συντηρήσουμε.
Για να μπορέσουμε να κατασκευάσουμε τηλεσκόπια με μεγαλύτερη επιφάνεια συλλογής φωτός,
δεν υπάρχει άλλη επιλογή από τη σύνθεση ενός μεγάλου κατόπτρου από μικρότερα τμήματα.
Αυτή η σχεδίαση του σύνθετου πρωτεύοντος κατόπτρου επέτρεψε στους αστρονόμους και τους μηχανικούς να σχεδιάσουν πραγματικά γιγάντια τηλεσκόπια.
Τηλεσκόπια όπως το μελλοντικό European Extremely Large Telescope,
το οποίο βρίσκεται στο πρώτο στάδιο της κατασκευής του.
Το E-ELT θα διαθέτει ένα γιγάντιο πρωτεύον κάτοπτρο διαμέτρου 39 μέτρων.
Θα αποτελείται από 798 ξεχωριστά εξάγωνα τμήματα,
πλάτους περίπου 1,4 μέτρων και πάχους μόλις 5 εκ.
Κάθε τμήμα και η θέση του σε σχέση με τα γειτονικά του τμήματα
ελέγχονται με υπολογιστή από το σύστημα ενεργών οπτικών
διατηρώντας έτσι τέλεια το σχήμα του πρωτεύοντος κατόπτρου και την εξαιρετική ακρίβεια της επιφανείας του.
Συνολικά, το πρωτεύον κάτοπτρο θα διαθέτει επιφάνεια συλλογής φωτός έκτασης 978 τ.μ.
η οποία θα συλλέγει περίπου 15 φορές περισσότερο φως από οποιοδήποτε σύγχρονο τηλεσκόπιο.
Με το πρωτεύον κάτοπτρο των 39 μέτρων,
το European Extremely-Large Telescope θα αποτελεί το μεγαλύτερο κατά πολύ, τηλεσκόπιο στο ορατό και το εγγύς υπέρυθρο.
Και όχι μόνο κατά το χρόνο ολοκλήρωσής του αλλά και για δεκαετίες μετά.
Όμως είμαι σίγουρος ότι αυτό δε θα εμποδίσει τους μηχανικούς να αναζητούν τρόπους κατασκευής ακόμη μεγαλύτερων τηλεσκοπίων.
Ποιός ξέρει ποιό όριο μεγέθους θα ξεπεράσουμε στο μέλλον;
Είμαι ο Δρ. Τζέι και εδώ τελειώνει αυτό το επεισόδιο.
Θα τα πούμε την επόμενη φορά για μία ακόμη κοσμική περιπέτεια.
Κείμενα: ESO. Μετάφραση: Μανώλης Ζούλιας