Περιεχόμενα
Το τηλεσκόπιο του Hubble είναι το πιο ξακουστό και αυτό που έχει προσφέρει στη NASA και την επιστημονική κοινότητα, τεράστιες δυνατότητες και δεδομένα. Δεν είναι όμως αυτό που αποτελεί το πιο μεγάλο πρότζεκτ της NASA. Το τηλεσκόπιο James Webb είναι αυτό που θα πάρει την πρωτοκαθεδρία και σε λίγες ημέρες θα δώσει στους επιστήμονες την ευκαιρία να «ταξιδέψουν» στο χρόνο προς τα πίσω και να βρουν στοιχεία για το πώς ήταν το Σύμπαν μας πριν γίνει το Big Bang.
Η ιστορία του Σύμπαντος στο οποίο βρισκόμαστε, έχει εκτιμηθεί ότι ξεκινάει κάπου 13.8 δισεκατομμύρια χρόνια πίσω. 100 εκατομμύρια χρόνια αργότερα τοποθετείται το Big Bang και η εμφάνιση των γαλαξιών. Μέχρι τότε, υπήρχε το απόλυτο σκοτάδι.
Αυτό που δεν μπορεί να αντιληφθεί όμως η γήινη-ανθρωπική αντίληψη μας, είναι πως αυτά τα χρόνια, δεν έχουν περάσει. Είναι παρόντα. Με κάποιο τρόπο είναι στον γαλαξία μας και έχουν αφήσει τα σημάδια τους που με τη δική μας αντίληψη, είναι ακόμα ζωντανά.
Και εγένετο…σκοτάδι
Η ύπαρξη του ηλιακού μας συστήματος είναι πολύ μικρή σε δεδομένα διαστήματος και ηλικίας του Σύμπαντος. Μόλις 4.5 δισεκατομμύρια χρόνια υπάρχει ο Ήλιος και οι πλανήτες. Πριν απ΄αυτό, η γειτονιά μας δεν είχε φως, παρά σκοτάδι. Ακόμα πιο πίσω, στα 13.5 δισεκατομμύρια, πριν φτιαχτεί ο γαλαξίας μας, το σκοτάδι ήταν ακόμα πιο εκκωφαντικό.
Πώς μπορεί κανείς να αντικρύσει ένα σκοτάδι που υπήρχε πριν καν εμφανιστεί η πιθανότητα ζωής; Μα με τη θεωρία της σχετικότητας του χρόνου. Ό,τι κοιτάζουμε να φωτίζει στον ουρανό, είναι το παρελθόν. Απλώς σπάνια συνειδητοποιούμε το πλήρες βάθος αυτής της επιστημονικής αρχής. Τα καλοκαίρια που ο ουρανός είναι έναστρος, μπορεί να έχουμε πάει ως και 100 εκατομμύρια χρόνια πίσω, απλά και μόνο βλέποντας αστέρια.
Με το James Webb Space Telescope που έφτιαξαν η NASA και η ESA, με το οποίο θα μπορέσουμε να αποκτήσουμε μια πρώτη εικόνα για το κενό που υπήρχε πριν στη θέση του Σύμπαντος μας.
Η NASA έχει κατασκευάσει ένα τηλεσκόπιο με διάρκεια ζωής 10 έτη, σε αντίθεση με το Hubble που είναι για 31 χρόνια, το οποίο έχει βάρος πάνω από 6.000 κιλά και έναν καθρέφτη με πλάτος 6.5 μέτρα, που για αρκετές ημέρες θα κοιτάζει σε ένα πολύ στενό σημείο στον ουρανό για να ανιχνεύσει ένα αχνό φως το οποίο ταξιδεύει στο αχανές διάστημα για 13.5 δισεκατομμύρια χρόνια.
«Είναι μόνο κάποιες μικρές κόκκινες κηλίδες. Πιστεύουμε ότι πρέπει να είναι αστέρια ή γαλαξίας, ή ακόμα και μαύρες τρύπες που έχουν ξεκινήσει 100 εκατομμύρια χρόνια πριν το Big Bang. Δεν θα είναι πολλές, αλλά το Webb θα μπορέσει να δει αν βρίσκονται εκεί, αν είμαστε τυχεροί» εξηγεί στο BBC ο νομπελίστας John Mather, ένας από τους επικεφαλής του πρότζεκτ.
Από πού προερχόμαστε;
Αυτό είναι το ύψιστο ερώτημα στην ανθρώπινη ύπαρξη από επιστημονική σκοπιά και το James Webb θα επιχειρήσει να το απαντήσει μέσα από μια αλληλουχία φωτός που έχει πεπερασμένη ταχύτητα σε ένα διάστημα που διαρκώς διαστέλλεται.
Στο ξεκίνημα του, το Σύμπαν μας αποτελείτο από υδρογόνο, ήλιο και λίθιο. Τίποτε άλλο. Όλα τα χημικά στοιχεία του Περιοδικού Πίνακα που είναι βαρύτερα απ΄αυτά τα τρία, έπρεπε να σχηματιστούν μέσα στα αστέρια. Όλος ο άνθρακας που προκαλεί τη ζωή, όλο το άζωτο στην ατμόσφαιρα της γης, όλο το πυρίτιο στις πέτρες, όλα αυτά τα άτομα έπρεπε να «κατασκευαστούν» σε πυρηνικές αντιδράσεις που προκαλούν τη λάμψη των ααστεριών και τις εκρήξεις στο τέλος της ζωής τους. Η δική μας ύπαρξη οφείλεται στο ότι εξερράγησαν τα αστέρια στο λυκαυγές του Σύμπαντος μας.
«Η αποστολή του τηλεσκοπίου της NASA είναι να βρει τη στιγμή σχηματισμού όλων των πραγμάτων. Είναι το περίφημο επιχείρημα “είμαστε όλοι φτιαγμένοι από αστρόσκονη”. Η NASA θέλει να βρει τον σχηματισμό του πρώτου ατόμου άνθρακα. Είναι τρομερό ότι θα μπορέσουμε στ΄αλήθεια να δούμε τη διαδικασία αυτή. Δεν ξέρουμε πολλά για τα πρώτα άστρα. Μπορούμε να βάλουμε τους νόμους της φυσικής σε υπολογιστικά μοντέλα και να τα “τρέξουμε” γιια να έχουμε μια αίσθηση του τι είναι πιθανό να συμβεί. Ακούγεται φανταστικό» λέει η Rebecca Bowler, αστρονόμος στο Πανεπιστήμιο της Οξφόρδης και μέλος της ομάδας που θα προχωρήσει το πρότζεκτ
«Οι εκτιμήσεις κυμαίνονται μεταξύ 100 και 1000 φορές παραπάνω από τη μάζα του Ήλιου για τα πρώτα αστέρια. Και όλα τα αστέρια ακολουθούν τον κανόνα ότι η διάρκεια του χρόνου που μπορούν να υπάρξουν, είναι αντιστρόφος ανάλογη της μάζας τους. Αυτό σημαίνει ότι όσο μεγαλύτερη μάζα έχει ένα άστρο, τόσο πιο γρήγορα θα οδηγηθεί στην έκρηξη. Επομένως, τα πρώτα άστρα μπορεί να υπήρξαν μόλις για ένα εκατομμύριο χρόνια» περιγράφει η επικεφαλής ερευνήτρια του NIRCam, του κεντρικού εργαλείου του τηλεσκοπίου της NASA.
Ο Ήλιος μας έχει ζήσει ήδη 5 δισεκατομμύρια χρόνια και προβλέπεται να συνεχίσει να καίει για άλλα 5 δισεκατομμύρια, αν και ορισμένες εκτιμήσεις κάνουν λόγο για το τέλος του Milky Way, του γαλαξία μας, σε περίπου 1 δισεκατομμύριο χρόνια, με καταστροφή οποιασδήποτε μορφής ζωής σε 500 εκατομμύρια χρόνια.
Πώς θα λειτουργήσει το τηλεσκόπιο της NASA
Το James Webb θα σκανάρει κάθε σημείο γύρω από τη Γη, από τα παγωμένα φεγγάρια και κομήτες στο ηλιακό μας σύστημα μέχρι τις γιγάντιες μαύρες τρύπες που υπάρχουν στον πυρήνα όλων των γαλαξιών. Ο τρόπος που θα το κάνει; Με υπέρυθρες. Αυτή είναι και η διαφορά του από το Hubble που φτιάχτηκε στη λογική της ανθρώπινης όρασης. Το Webb θα μπορέσει να εντοπίσει μακρύτερα κύματα, τα οποία, αν και αόρατα στο γυμνό μάτι, είναι στο σημείο όπου η λάμψη από μακρινά αντικείμενα εμφανίζεται στο Σύμπαν μας.
«Το μακρινό αστρόφως τεντώνεται από την επέκταση του Σύμπαντος και μετακινείται στην υπέρυθρη περιοχή του φάσματος. Το ονομάζουμε ερυθρίαση. Ο περιοριστικός παράγοντας με το Hubble για παράδειγμα, είναι ότι δε φτάνει τόσο μακριά στις υπέρυθρες για να ανιχνεύσει το σήμα του αστρόφωτος που θέλουμε. Δεν είναι κιόλας ένα μεγάλο τηλεσκόπιο. Είναι σίγουρα μια πρωτοποριακή δημιουργία που παρέχει εντυπωσιακές εικόνες. Όμως η διάμετρος του καθρέφτη του είναι μόλις 2.4 μέτρα και η δύναμη του τηλεσκοπίου ισούται με το τετράγωνο της διαμέτρου του καθρέφτη. Κι εδώ θα κάνει τη διαφορά το James Webb» λέει ο αστρονόμος Richard Ellias του UCL.
Η υπέρυθρη περιοχή του διαστήματος ανακαλύφθηκε τον 18ο αιώνα από τον αστρονόμο William Herschel, ο οποίος έφτιαξε στιλβωτές που πετύχαιναν μια απαλή απεικόνιση της επιφάνειας σε ένα χυτό δίσκο από κράμα κασσίτερου και χαλκού. Οι καθρέφτες του Webb έχουν βασιστεί πάνω στις κατασκευές του Herschel και διαθέτουν μεταλλικό βηρύλλιο που είναι ελαφρύ και διατηρεί το σχήμα του σε πολύ χαμηλές θερμοκρασίες, όπως οι -230 βαθμοί Κελσίου στους οποίους μπορεί να λειτουργήσει το τηλεσκόπιο της NASA.
Η NASA έχει προβλέψει κάθε εξάρτημα που μπορεί να μη λειτουργήσει σωστά στο άνοιγμα του καθρέφτη
Πάνω από το βηρύλλιο υπάρχει η επένδυση με χρυσό που είιναι πολύ λεπτή, αλλά προσφέρει την τέλεια αντανάκλαση μέσα στην υπέρυθρυη περιοχή. Το 98% του τυχαίου φωτός επιστρέφει πίσω, εξασφαλίζοντας ότι η εκπομπή από μακρινά αστέρια φτάνει με μικρές απώλειες στα ειδικά όργανα του Webb.
«Τα τμήματα του αρχικού καθρέφτη έχουν ενεργοποιητές πίσω τους που μας επιτρέπουν να τον μετακινούμε και να αλλάζουμε ακόμα και την καμπύλη τους. Όταν θα βρεθεί στο διάστημα το τηλεσκόπιο, αυτά τα τμήματα θα τοποθετηθούν σε μη ευθυγραμμισμένη θέση. Οι ενεργοποιητές όμως θα πάνε αυτή την ανισορροπία των μιλιμέτρ σε νανομέτρ. Πρόκειται για έναν παράγοντα που αυξάνει θεαματικά την βελτίωση σε σχέση με το Hubble» εξηγεί ο αστρονόμος Lee Feinberg. Τα 18 τμήματα του καθρέφτη θα λειτουργήσουν σαν μια μονάδα, σαν ένας μονολιθικός καθρέφτης.
«Ξέρουμε ότι μόλις εστιάσουμε σε ένα άστρο στο διάστημα, θα δούμε 18 διαφορετικές βούλες φωτός επειδή τα 18 διαφορετικά τμήματα του καθρέφτη δεν θα είναι σε ευθεία. Όταν όμως κάνουμε την προσαρμογή, όλες οι βούλες θα ενωθούν για να φτιάξουν ένα άστρο. Ξέρουμε ότι το Webb λειτουργεί» λέει η Begoña Vila, μηχανικός συστημάτων της NASA.
Για να μπορέσουν να ενωθούν όλα τα κομμάτια του Webb και να διασφαλιστεί πως θα λειτουργήσουν σωστά σε κρυογονικές συνθήκες, έπρεπε να δοκιμαστούν σταδιακά και ένα προς ένα, τοποθετημένα σε θερμικά απομονωμένα δοχεία. Η NASA έχει υπολογίσει ότι πρέπει να γίνουν 344 διαδικασίες σωστά για να μπορέσει να πετύχει η αποστολή του Webb. 140 μηχανισμοί απελευθέρωσης, 70 ομάδες από μεντεσέδες, 8 κινητήρες ανάπτυξης, 90 καλώδια 400 μέτρων και 400 τροχαλίες, είναι, μεταξύ άλλων, τα εξαρτήματα του James Webb.
Το συνολικό κόστος του Webb αγγίζει τα 9 δισεκατομμύρια ευρώ και καλύπτουν τα 20 χρόνια της κατασκευής του, την εκτόξευση και τα 5 χρόνια που θα επιχειρεί στο διάστημα. Αν αποτύχει, θα αρχίσει η κριτική. Αν πετύχει, τότε οι επενδύσεις θα αυξηθούν, τόσο από τη NASA όσο και από την Ευρωπαϊκή Υπηρεσία Διαστήματος που ξόδεψε 700 εκατομμύρια ευρώ.
