Διάστημα: Ενα νέο παράθυρο στο σύμπαν

Γράφει ο Διονύσης Σιμόπουλος*

Ηταν κάπως αναμενόμενο να δούμε πραγματικά θεαματικές φωτογραφίες από τον αντικαταστάτη του διαστημικού τηλεσκοπίου Χαμπλ το οποίο πήρε την ονομασία James Webb (1906-1992) από το όνομα του διοικητή της NASA στη διάρκεια της προετοιμασίας του προγράμματος «Απόλλων», από το 1961 έως το 1968. Αναμενόμενο γιατί δεν πρέπει να ξεχνάμε τουλάχιστον το γεγονός πως το κάτοπτρο που συλλέγει τις ακτινοβολίες του διαστημικού τηλεσκοπίου «Χαμπλ» (HST) έχει διάμετρο 2,4 μέτρων ενώ η διάμετρος του κατόπτρου του «Γουέμπ» (JWST) φτάνει τα 6,5 μέτρα, έχει δηλαδή πάνω από 7 φορές μεγαλύτερη επιφάνεια κατόπτρου, γεγονός που δίνει στο JWST μεγαλύτερες δυνατότητες συγκέντρωσης της ακτινοβολίας που έρχεται από το σύμπαν.

Επιπλέον οι φωτογραφικές μηχανές του αποτυπώνουν τις οπτικές και υπέρυθρες ακτινοβολίες με μεγαλύτερη ευκρίνεια, ενώ τα όργανα που διαθέτει είναι ανώτερης ποιότητας των οργάνων του HST επιτρέποντάς του έτσι να κάνει πολύ καλύτερες παρατηρήσεις διαφόρων αντικειμένων σε αποστάσεις δισεκατομμυρίων ετών φωτός. Η διακριτική του ικανότητα είναι τόσο μεγάλη με αποτέλεσμα να διακρίνει άστρα μέχρι και 100 φορές πιο αμυδρά από αυτά που βλέπει το HST και δέκα δισεκατομμύρια φορές πιο αμυδρά από αυτά που βλέπουμε με γυμνό μάτι. Η δημιουργία του οφείλεται στην επί σειρά ετών συνεργασία των διαστημικών υπηρεσιών των ΗΠΑ (NASA), της Ευρώπης (ESA) και του Καναδά  (CSA), με τη βοήθεια χιλιάδων μηχανικών και εκατοντάδων επιστημόνων, από 300 πανεπιστήμια, οργανισμούς και εταιρείες σε 29 αμερικανικές Πολιτείες και 14 χώρες.

Η συνεργασία αυτή μας έδωσε την ευκαιρία να δούμε προ ημερών μερικές φωτογραφίες που επέλεξε μια διεθνής επιτροπή ερευνητών που δείχνουν μια μικρή έστω ποικιλία του τι πρόκειται να δούμε στο μέλλον. Οι πρώτες άλλωστε φωτογραφίες που είδαμε ως δείγμα είναι προάγγελοι πολλών και πιο καταπληκτικών μελλοντικών φωτογραφιών και ερευνητικών πληροφοριών που θα πάρουμε στους επόμενους μήνες και χρόνια. Πάρτε για παράδειγμα την πρώτη εικόνα που παρουσίασε ο πρόεδρος των ΗΠΑ Τζο Μπάιντεν. Κάθε φωτεινό αντικείμενο που έχει καταγραφεί στη φωτογραφία δεν είναι ένα απλό άστρο αλλά ένας ολάκερος γαλαξίας με δεκάδες δισεκατομμύρια άστρα. Και είμαστε ακόμα στην αρχή. Οπως τα απολιθώματα για τους γεωλόγους και τους αρχαιολόγους, οι εικόνες αυτές είναι ενθύμια ενός αρχαίου σύμπαντος.

Το JWST άλλωστε το κάνει να είναι ένας ιδανικός παρατηρητής στην ανακάλυψη και μελέτη των πρώτων άστρων και γαλαξιών που δημιουργήθηκαν μετά τη Μεγάλη Εκρηξη που γέννησε το σύμπαν, στη διερεύνηση της εξέλιξης των γαλαξιών, στη παραγωγή των χημικών στοιχείων στα άστρα, καθώς και στον υπολογισμό της μορφής (γεωμετρίας) που έχει το σύμπαν και της διανομής της σκοτεινής ύλης σ’ αυτό. Γιατί σήμερα γνωρίζουμε ότι όλα τα «ορατά» υλικά αντικείμενα που βλέπουμε δεν αποτελούν παρά το 5% μόνο των συστατικών του σύμπαντος, γιατί το 27% αποτελείται από την επονομαζόμενη «σκοτεινή ύλη» (της οποίας την παρουσία και επίδραση έχουμε ήδη εντοπίσει αν και δεν γνωρίζουμε ακόμη τα συστατικά της), και το 68% από την επονομαζόμενη «σκοτεινή ενέργεια», ένα είδος απωθητικής δύναμης, το ίδιο κι αυτή άγνωστη σ’ εμάς, που εδώ και επτά δισεκατομμύρια χρόνια κάνει το σύμπαν να διαστέλλεται όλο και πιο γρήγορα. Οι έρευνες που θα μπορεί να κάνει το JWST ελπίζουμε να μας βοηθήσουν στην κατανόηση όλων αυτών των μέχρι τώρα άγνωστων δεδομένων και στη μεγαλύτερη προσέγγιση της πραγματικότητας που κρύβεται εκεί έξω.

Χρειάζεται χρόνος

Το JWST θα μας επιτρέψει επίσης να διακρίνουμε αντικείμενα στα πέρατα του σύμπαντος. Για να διασχίσει όμως το φως τόσο τεράστιες αποστάσεις χρειάζεται χρόνο. Το φως από το πλησιέστερο άστρο χρειάζεται τέσσερα χρόνια, 100.000 χρόνια για να διασχίσει τον φαλαξία μας από τη μιαν άκρη στην άλλη και 2,5 εκατομμύρια χρόνια για να φτάσει από τον γειτονικό μας γαλαξία της Ανδρομέδας. Ετσι η εικόνα από το απόμακρο Διάστημα είναι επίσης και εικόνα του απόμακρου παρελθόντος αφού βλέπουμε πώς ήταν τα αντικείμενα αυτά όχι τη στιγμή που τα κοιτάζουμε αλλά τη στιγμή κατά την οποία το φως τους ξεκίνησε απ’ εκεί. Ετσι το JWST μπορεί να αντιμετωπιστεί και σαν μηχανή του χρόνου, αφού μας επιτρέπει να δούμε τη μορφή που είχαν οι γαλαξίες όταν ήταν ακόμη νέοι.

Το JWST όμως δεν πρόκειται να περιοριστεί στο να φτάσει στα όρια του σύμπαντος, αλλά θα μελετήσει επιπλέον την εξελικτική πορεία των άστρων, την ανακάλυψη και μελέτη των πρώτων άστρων και γαλαξιών που δημιουργήθηκαν μετά τη Μεγάλη Εκρηξη που γέννησε το σύμπαν, στη διερεύνηση της εξέλιξης των γαλαξιών, στην παραγωγή των χημικών στοιχείων στα άστρα, καθώς και στον υπολογισμό της μορφής (γεωμετρίας) που έχει το σύμπαν και της διανομής της σκοτεινής ύλης σ’ αυτό, μεταξύ πολλών ακόμη άλλων.

Δύο άλλες φωτογραφίες που παρουσιάστηκαν μας αποκάλυψαν, η μία ένα μικρό τμήμα ενός νεφελώματος αστρογένεσης και η άλλη τα αποτελέσματα του θανάτου ενός άστρου στο μέγεθος του Ηλιου μας στον νότιο αστερισμό των Ιστίων, σε απόσταση 2.000 ετών φωτός από τη Γη, γνωστότερο με την ονομασία «Νότιο Δακτυλιοειδές Νεφέλωμα» επειδή μοιάζει πάρα πολύ στο «Δακτυλιοειδές Νεφέλωμα της Λύρας» στον βόρειο ουρανό. Στο κέντρο του νεφελώματος, που έχει διάμετρο μισού έτους φωτός, βρίσκονται δύο αμυδρά άστρα εκ των οποίων το πιο αμυδρό είναι και η πηγή των αερίων που εκτοξεύτηκαν, με ταχύτητα 24 χλμ. το δευτερόλεπτο, για να σχηματίσουν το πανέμορφο αυτό πλανητικό νεφέλωμα. Το άστρο αυτό είναι ένας λευκός νάνος με επιφανειακή θερμοκρασία που φτάνει τους 100.000 βαθμούς Κελσίου. Η έντονη υπεριώδης ακτινοβολία που εκπέμπει ερεθίζει και φωτίζει τα αέρια σχηματίζοντας τον αεριώδη δακτύλιο που καταγράφεται σ’ αυτή τη φωτογραφία.

Σήμερα, πάντως, οι παρατηρήσεις που γίνονται, σε συνεργασία με τα θεωρητικά μας μοντέλα και τα αποτελέσματα των διαφόρων εξομοιωτών, μας οδηγούν στο συμπέρασμα ότι τα πρώτα εκείνα άστρα όντως πρέπει να δημιουργήθηκαν πριν από 13,5 περίπου δισεκατομμύρια χρόνια, 300 εκατομμύρια χρόνια μετά τη Μεγάλη Εκρηξη, διασπώντας έτσι το σκοτάδι που επικρατούσε στη διάρκεια του «Κοσμικού Μεσαίωνα». Οι μελέτες αυτές μας πληροφορούν επίσης ότι τα πρώτα αυτά άστρα πρέπει να ήταν γιγάντια με μάζα εκατοντάδες φορές μεγαλύτερη από τη μάζα του Ηλιου μας. Φυσικά αυτά τα τεράστιας μάζας πρωτο-άστρα, καθένα από τα οποία υπολογίζεται ότι έφταναν τις 300 ηλιακές μάζες, γεννήθηκαν χωρίς καθόλου βαρέα στοιχεία, έτσι ώστε όταν οι συνθήκες ήταν ώριμες, όταν δηλαδή τα διάφορα αέρια νέφη είχαν, με κάποιον τρόπο, συμπιεστεί σε αρκετά μεγάλη πυκνότητα, μια ξαφνική και απότομη γένεση ενός τεράστιου αριθμού άστρων φώτισαν σαν πυροτεχνήματα τους κατάμαυρους χώρους του σύμπαντος. Πριν από εκείνη την περίοδο, πριν δηλαδή από τη δημιουργία των πρώτων άστρων, είναι δύσκολο να μελετήσουμε το σύμπαν αφού στη διάρκεια του «Κοσμικού Μεσαίωνα» τα πάντα ήταν χαμένα στο σκοτάδι. Και φαίνεται ότι τα άστρα εκείνα ήταν από τα πρώτα που έλαμψαν τερματίζοντας έτσι τον Κοσμικό Μεσαίωνα που είχε ρίξει το σύμπαν σε μια περίοδο πυκνού σκοταδιού.

Είναι δηλαδή εμφανές ότι η σύγχρονη τεχνολογία μας έχει αποκαλύψει ένα σύμπαν όπου αντικείμενα, φαινόμενα και δυνάμεις συνδυάζονται σ’ ένα κολοσσιαίο κοσμικό δράμα του οποίου τη γλώσσα μόλις και μετά βίας αρχίσαμε κάπως να κατανοούμε πρόσφατα, τις τελευταίες μόλις δεκαετίες. Δυστυχώς η γήινη ατμόσφαιρα μας εμποδίζει να δούμε καθαρά όλες τις ακτινοβολίες που έρχονται από τ’ άστρα και οι οποίες σχηματίζουν αυτό που ονομάζουμε ηλεκτρομαγνητικό φάσμα. Γιατί το ανθρώπινο μάτι μπορεί να διακρίνει την ακτινοβολία που προέρχεται από μια πολύ μικρή περιοχή του ηλεκτρομαγνητικού φάσματος και η οποία αναλύεται με τη βοήθεια ενός πρίσματος στα διάφορα χρώματα της ίριδος, από το κόκκινο έως το ιώδες. Δεξιά και αριστερά όμως του οπτικού τμήματος του φάσματος βρίσκονται κι άλλων ειδών ακτινοβολίες. Δίπλα στο ερυθρό τμήμα βρίσκεται το υπέρυθρο και οι ραδιοακτινοβολίες, ενώ δίπλα στο ιώδες βρίσκονται οι ακτινοβολίες υψηλής ενέργειας, οι υπεριώδεις, οι ακτίνες Χ και οι ακτίνες γάμα.

Οι περισσότερες από τις ακτινοβολίες αυτές εμποδίζονται από την ατμόσφαιρα να φτάσουν στη Γη. Τις τελευταίες όμως δεκαετίες τα πράγματα έχουν αλλάξει τελείως χάρη στους απογόνους του Σπούτνικ, που έχουν τοποθετηθεί, σαν τροχιακά αστεροσκοπεία, πάνω από τη γήινη ατμόσφαιρα. Από τη νέα αυτή θέση τους τα όργανα των τροχιακών αστεροσκοπείων έχουν ανοίξει πλέον διάπλατα τα μυστικά του σύμπαντος στους γήινους αστρονόμους. Μ’ αυτόν τον τρόπο μπορούμε σήμερα να λάβουμε και να κατανοήσουμε τα μηνύματα των ακτινοβολιών που μέχρι πρότινος εμποδίζονταν από τη γήινη ατμόσφαιρα να φτάσουν στα όργανά μας.

Οι υπέρυθρες φωτογραφίες που αποτυπώνονται από τα τροχιακά μας αστεροσκοπεία είναι ιδιαίτερα εντυπωσιακές και πραγματικά έργα τέχνης επιπλέον των σημαντικών πληροφοριών που μας δίνουν στην προσπάθειά μας να εξιχνιάσουμε τα διάφορα αινίγματα του σύμπαντος. Με τη βοήθεια των οργάνων αυτών έχουμε κατορθώσει να αποτυπώσουμε τις εικόνες απόμακρων αντικειμένων σε αποστάσεις δισεκατομμυρίων ετών φωτός αφού η υπέρυθρη ακτινοβολία που εκπέμπουν ορισμένοι απόμακροι γαλαξίες είναι πολύ πιο λαμπερή από την ορατή. Οι παρατηρήσεις στο υπέρυθρο τμήμα είναι ιδιαίτερα σημαντικές για πολλούς λόγους. Πρώτα απ’ όλα η υπέρυθρη ακτινοβολία έχει τη δυνατότητα να διαπερνάει τα αέρια και τη σκόνη που καλύπτουν τους γαλαξίες και τα νεαρότερα άστρα πολύ καλύτερα από την ορατή ακτινοβολία. Ετσι η χαρτογράφηση του γαλαξία μας μπορεί να γίνει καλύτερα στο υπέρυθρο απ’ ό,τι στο ορατό.

Χάρη λοιπόν στη λειτουργία των σύγχρονων οργάνων έρευνας του ανθρώπου όπως είναι τα διαστημικά τηλεσκόπια HST και JWST και οι φωτογραφίες τους υπόσχονται να μας αποκαλύψουν τον κοσμικό κύκλο ζωής του σύμπαντος. Γιατί τα τηλεσκόπια αυτά είναι μέρος της συνεχιζόμενης αναζήτησής μας να κατανοήσουμε καλύτερα το σύμπαν. Με τη βοήθεια των σύγχρονων οργάνων μας οι αστρονόμοι και οι αστροφυσικοί προσπαθούν να αποκαλύψουν τα μυστικά της φύσης, για να δώσουν απάντηση στα ερωτήματα που περιβάλουν την προέλευσή μας και για να γίνουν μάρτυρες του εξελισσόμενου δράματος των ουρανών που ξετυλίγεται μπροστά τους. Ενός δράματος που έχει σκηνικό το σύμπαν, ηθοποιούς τα φαινόμενα του ουρανού και πλοκή την ιστορία της φύσης.

Γι’ αυτό, άλλωστε, οι φωτογραφίες που αναμένονται από το JWST είναι βέβαιο ότι θα αποτυπώνουν πάνω τους την απέραντη ομορφιά του σύμπαντος, επιβεβαιώνοντας το γεγονός ότι οι ανακαλύψεις που έχουμε κάνει μέχρι σήμερα δεν είναι παρά απλές ενδείξεις όλων όσων θαυμαστών πρόκειται να μάθουμε στο μέλλον για εμάς και τον κόσμο που μας περιβάλλει. Οι εικόνες που μας έστειλε το JWST, και όσες θα μας στείλει ακόμη, δεν είναι παρά απλές ενδείξεις όλων όσων μπορούμε να μάθουμε για εμάς και το σύμπαν. Τα μάτια του JWST είναι τα μάτια ολάκερης της ανθρωπότητας: αιώνες ονείρων, δεκαετίες σχεδιασμών και μια παγκόσμια τεχνολογική προσπάθεια επιτρέπουν σ’ όλα αυτά τα όνειρα να γίνουν πραγματικότητα, ανοίγοντας έτσι σε όλους μας ένα πραγματικά νέο παράθυρο στο σύμπαν.

Ο Διονύσης Σιμόπουλος είναι επίτιμος διευθυντής του Ευγενιδείου Πλανηταρίου