Η Γαία σε αναζήτηση των άστρων!

Καλλιτεχνική απεικόνιση του διαστημόπλοιου Gaia στο Διάστημα

Στις αρχές της δεκαετίας του 1970 μαθαίναμε στο Πανεπιστήμιο ότι, ως εκείνη την εποχή, οι αστρονόμοι είχαν καταφέρει να μετρήσουν τις αποστάσεις περίπου χιλίων αστέρων, και ο αριθμός αυτός εθεωρείτο εντυπωσιακά μεγάλος. Σε δύο χρόνια από σήμερα ο Ευρωπαϊκός Οργανισμός Διαστήματος (ESA) πρόκειται να εκτοξεύσει τη διαστημική αποστολή Gaia, η οποία θα υπολογίζει τις αποστάσεις ενός εκατομμυρίου αστέρων την ημέρα! Η Αστρονομία μπαίνει για τα καλά στην εποχή της μαζικής παραγωγής.

Οταν μιλά το φως

Ο μοναδικός φορέας πληροφοριών για όλα τα αστέρια που υπάρχουν στο Σύμπαν είναι το φως τους. Από το φως αυτό, που συλλέγουν τα τηλεσκόπιά μας, μπορούμε από τη μια πλευρά να εντοπίσουμε την απόσταση του κάθε αστεριού και από την άλλη να υπολογίσουμε τα φυσικά χαρακτηριστικά του, όπως είναι για παράδειγμα η ακτίνα του, η θερμοκρασία του και η χημική του σύσταση. Για τον σκοπό αυτόν χρειάζεται να καταγράψουμε, με όσο το δυνατόν μεγαλύτερη ακρίβεια, αφενός τη θέση του αστέρα με ένα τηλεσκόπιο, αφετέρου το φάσμα του με τη βοήθεια ενός φασματογράφου. Στη συνέχεια από μεν τη θέση σε δύο διαφορετικές ημερομηνίες βρίσκουμε την απόστασή του (ή την παράλλαξη, όπως λέμε στην Αστρονομία), από δε το φάσμα τα φυσικά χαρακτηριστικά του.

Η προσπάθεια των αστρονόμων για καταγραφή αυτών των στοιχείων ξεκίνησε ουσιαστικά μετά την εφεύρεση της φωτογραφίας, δηλαδή στα μέσα του 19ου αιώνα. Ηταν όμως μια πολύ αργή και κοπιώδης διαδικασία, αφού απαιτούσε επανειλημμένες μετρήσεις εξαιρετικά υψηλής ακρίβειας. Για παράδειγμα, ως τα τέλη του 20ού αιώνα, δηλαδή σε διάστημα 120 ετών, είχαμε μετρήσει τις αποστάσεις 1.000 αστέρων, και ο αριθμός αυτός εθεωρείτο μεγάλο επίτευγμα. Στα 1989 όμως εκτοξεύθηκε το διαστημικό τηλεσκόπιο Hipparcos (αρκτικόλεξο των λέξεων High precision parallax collecting satellite, δηλαδή δορυφόρος που συγκεντρώνει παραλλάξεις υψηλής ακρίβειας) και από τότε μπήκαμε στη «βιομηχανική» εποχή των αστρονομικών μετρήσεων.

Ο Hipparcos κατάφερε να μετρήσει, σε διάστημα μόλις τεσσάρων ετών, τις αποστάσεις 100.000 αστέρων. Η μεγάλη αυτή επανάσταση δεν έγινε αντιληπτή από το ευρύ κοινό, εντυπωσίασε όμως την αστρονομική κοινότητα και έδωσε την αφορμή για τον σχεδιασμό ακόμη πιο φιλόδοξων διαστημικών αποστολών. Αποτέλεσμα αυτής της προσπάθειας είναι η αποστολή Gaia, η οποία αναμένεται να εκτοξευθεί στα τέλη του 2013.


Τέσσερις από τους 106 συνολικά ανιχνευτές CCD του Gaia, διακριτικής ικανότητας 8,8 megapixel ο καθένας. Δίπλα ένα νόμισμα των 2 ευρώ ως μέτρο σύγκρισης


Η νέα αποστολή

Το όνομα Gaia είναι και αυτό αρκτικόλεξο και προέρχεται από τις λέξεις Global astrometric interferometer for astrophysics (Παγκόσμιο Αστρομετρικό Συμβολόμετρο για την Αστροφυσική). Κατά τη διάρκεια του σχεδιασμού της αποστολής αποφασίστηκε η μέτρηση των θέσεων των αστέρων να γίνει με άλλη μέθοδο και όχι με συμβολομετρία, το όνομα της αποστολής όμως δεν άλλαξε, επειδή θεωρείται πολύ επιτυχημένο (παραπέμπει στην αρχαία ελληνική θεότητα Γαία, μητέρα και σύζυγο του Ουρανού). Η Gaia θα μετράει με απαράμιλλη ακρίβεια τις θέσεις και τις αποστάσεις ενός εκατομμυρίου αστέρων την ημέρα! Ο τρόπος με τον οποίο θα πετύχει αυτοματοποιημένα το ασύλληπτο αυτό αποτέλεσμα είναι πραγματικά πολύ ενδιαφέρων. Είναι ένας αρμονικός συνδυασμός οργάνων εξαιρετικής ακρίβειας, με εξελιγμένους ηλεκτρονικούς υπολογιστές και με ραδιοφωνικούς πομπούς μεγάλης ταχύτητας αποστολής δεδομένων.

Το διαστημόπλοιο θα μεταφέρει δύο τηλεσκόπια, τοποθετημένα περίπου σε ορθή γωνία, και θα ακολουθεί τροχιά γύρω από τον Ηλιο, στην προέκταση της ακτίνας που ενώνει τον Ηλιο με τη Γη. Στη διεύθυνση αυτή υπάρχει ένα σημείο, σε απόσταση 1,5 εκατομμυρίων χιλιομέτρων από τη Γη, το δεύτερο σημείο του Lagrange (L2), όπου τα αντικείμενα περιφέρονται γύρω από τον Ηλιο μία φορά τον χρόνο, έτσι ώστε από τη Γη φαίνονται σαν να είναι ακίνητα. Το διαστημόπλοιο προβλέπεται να περιστρέφεται γύρω από τον άξονά του, που είναι κάθετος στη διεύθυνση των τηλεσκοπίων, μία φορά κάθε έξι ώρες, με αποτέλεσμα τα δύο τηλεσκόπια να «σαρώνουν» μια στενή λωρίδα του ουρανού.

Σε διαδοχικές περιστροφές θα σαρώνονται ελαφρά διαφορετικές λωρίδες, επειδή ο άξονας περιστροφής θα αλλάζει αργά κατεύθυνση, λόγω του συνδυασμού των έλξεων της Γης και του Ηλιου στο διαστημόπλοιο, ολοκληρώνοντας έναν κύκλο κάθε 63 ημέρες. Το φαινόμενο αυτό είναι γνωστό από την αντίστοιχη κίνηση του άξονα της Γης, ο οποίος εκτελεί μια κυκλική κίνηση με ρυθμό μία περιστροφή κάθε 26.000 χρόνια, λόγω του συνδυασμού των έλξεων του Ηλιου και της Σελήνης.

Ενα νόμισμα στη Σελήνη

Τα τηλεσκόπια του Gaia έχουν μιαν απίστευτη ακρίβεια καταγραφής των θέσεων των αστέρων. Ο σχεδιασμός τους είναι τέτοιος ώστε θα μπορούν να διακρίνουν από τη Γη ένα νόμισμα του 1 ευρώ στη Σελήνη! Αυτή η ακρίβεια είναι 1.000 φορές καλύτερη από την ακρίβεια του γνωστού σε όλους μας τηλεσκόπιου Hubble. Η αποστολή Gaia θα μετρήσει τελικά όχι μόνο τις θέσεις και τις αποστάσεις ενός δισεκατομμυρίου αστέρων, δηλαδή το 1% του πληθυσμού του Γαλαξία μας, αλλά και τις θέσεις άλλων γαλαξιών, καθώς και πολλών αντικειμένων του ηλιακού συστήματος, κυρίως αστεροειδών. Μεταξύ άλλων, αναμένεται να ανακαλύψει κάπου 15.000 πλανήτες άλλων πλανητικών συστημάτων, πέρα από το δικό μας ηλιακό σύστημα, και να ελέγξει τις προβλέψεις της Γενικής Θεωρίας της Σχετικότητας, παρατηρώντας την καμπύλωση του φωτός των απομακρυσμένων αστέρων από το βαρυτικό πεδίο του Ηλιου. 

Παράλληλα θα καταγράψει και μια χονδροειδή μορφή του φάσματος όλων αυτών των αντικειμένων, έτσι ώστε στο τέλος της αποστολής, γύρω στο 2019, να έχει ολοκληρωθεί μια επανάσταση στην Παρατηρησιακή Αστρονομία. Η κοπιαστική και αργή καταγραφή με προσωπική δουλειά της θέσης και των φασμάτων των αστέρων, η οποία παλαιά δημοσιευόταν σε περιοδικά και βιβλία, θα έχει αντικατασταθεί από την αυτοματοποιημένη μαζική παραγωγή ενός απίστευτου όγκου πληροφοριών. Οι πληροφορίες αυτές θα πρέπει, αναγκαστικά, να επεξεργάζονται και να αποθηκεύονται μόνο ηλεκτρονικά, χωρίς την επέμβαση του ανθρώπινου παράγοντα, αφού για την έντυπη δημοσίευσή τους θα χρειάζονταν 160.000 τόμοι. Στην ανάλυση των αποτελεσμάτων θα συμμετάσχουν ομάδες από τα Πανεπιστήμια Αθηνών και Θεσσαλονίκης, το Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο και το Εθνικό Αστεροσκοπείο.

*Ο Χάρης Βάρβογλης είναι καθηγητής του Τμήματος Φυσικής του ΑΠΘ.