Στις 14 Μαΐου η Ευρωπαϊκή Διαστημική Υπηρεσία ESA εκτόξευσε από το διαστημικό κέντρο Κουρού της Γαλλικής Γουιάνας έναν πύραυλο Ariane 5, με στόχο τη μεταφορά στο διάστημα των δύο διαστημικών τηλεσκοπίων Herschel και Planck.

Σχεδόν 30 λεπτά μετά την εκτόξευση και ενώ ο πύραυλος είχε ήδη φτάσει σε ύψος 11.000 χιλιομέτρων από την επιφάνεια της Γης, τα δύο τηλεσκόπια αποσυνδέθηκαν από τον πύραυλο ξεκινώντας τις ανεξάρτητες πορείες τους προς τον τελικό τους προορισμό, κάπου 1,5 εκατομμύριο χιλιόμετρα μακριά από τη Γη, όπου και αναμένεται να φτάσουν μετά από περίπου 60 και 40 ημέρες αντίστοιχα.

Πρόκειται για δύο από τα πλέον σύγχρονα και ευαίσθητα επιστημονικά όργανα που έχουν ποτέ σταλεί στο διάστημα και, σύμφωνα με τους αστρονόμους, τα δεδομένα που θα συλλέξουν αναμένεται να διευρύνουν σημαντικά τις γνώσεις μας σε μια σειρά θεμάτων που ξεκινούν από τη γένεση νέων άστρων και καταλήγουν στον έλεγχο θεωριών, που αφορούν στην εξέλιξη του πολύ νεαρού σύμπαντος (φωτο: λίγο μετά την εκτόξευση, ESA - S. Corvaja, 2009).

Το διαστημικό αστεροσκοπείο Herschel ονομάστηκε έτσι προς τιμή του γεννημένου στη Γερμανία, αλλά Βρετανού, αστρονόμου William Herschel, ο οποίος ανακάλυψε τον πλανήτη Ουρανό και την υπέρυθρη ακτινοβολία.

Το τηλεσκόπιο Herschel είναι το μεγαλύτερο τηλεσκόπιο που έχει ποτέ τεθεί σε τροχιά και είναι εξοπλισμένο με το μεγαλύτερο ενιαίο κάτοπτρο που έχει κατασκευαστεί ποτέ για διαστημικό τηλεσκόπιο.

Παρότι η διάμετρος του κατόπτρου φτάνει τα 3,5 μέτρα, είναι δηλαδή μιάμιση φορά μεγαλύτερο από εκείνο του διαστημικού τηλεσκοπίου Hubble, χάρη στα καινοτόμα υλικά με τα οποία είναι κατασκευασμένο, το βάρος του δεν υπερβαίνει τα 350 κιλά.

Το τηλεσκόπιο Herschel θα ανιχνεύει ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία που αντιστοιχεί σε μεγάλα μήκη κύματος, και συγκεκριμένα στο τμήμα του φάσματος που εκτείνεται από το υπέρυθρο έως τα ραδιοκύματα, συλλέγοντας δεδομένα για ουράνια σώματα, τα οποία είναι πολύ ψυχρά και γι’ αυτό δεν εκπέμπουν ακτινοβολία στο ορατό και σε χαμηλότερα μήκη κύματος. Επί πλέον πολλά απ’ όσα υπάρχουν εκεί έξω βρίσκονται βαθιά μέσα ή και κρύβονται πίσω από νέφη αερίων και σκόνης.

Για παράδειγμα, στα πρώτα στάδια του σχηματισμού τους, όλα τα άστρα και τα πλανητικά συστήματα περιβάλλονται από νέφη αερίων και σκόνης μέσα στα οποία γεννήθηκαν. Καθώς τα σωματίδια σκόνης απορροφούν και διαθλούν το ορατό φως, είναι σχεδόν αδύνατο να μελετήσει κάποιος με οπτικά τηλεσκόπια αυτά τα πρώτα στάδια της εξέλιξης των νεογέννητων άστρων.

Με την υπέρυθρη «ματιά» του, το Herschel θα μπορέσει ακόμη να δει μακριά στο διάστημα και πίσω στο χρόνο, μελετώντας γαλαξίες όταν το σύμπαν είχε από το ένα πέμπτο έως και τη μισή από την τωρινή του ηλικία.

Σύμφωνα με τους αστρονόμους, ο ρυθμός με τον οποίο γεννιούνται νέα άστρα ήταν τότε πολύ πιο έντονος απ’ αυτόν που παρατηρούμε σε γειτονικούς μας γαλαξίες.

Τα δεδομένα που θα συλλέξει το Herschel θα τους βοηθήσουν να κατανοήσουν τον τρόπο, με τον οποίο μεταβάλλεται ο ρυθμός αστρογένεσης στη διάρκεια της κοσμικής εξέλιξης και να εξάγουν έτσι συμπεράσματα για τη δημιουργία και την εξέλιξη των γαλαξιών του σύμπαντος.

Με τη βοήθεια του Herschel τέλος, ο αστρονόμοι θα έχουν τη δυνατότητα να ψάξουν και για την ύπαρξη νερού σε απόμακρες περιοχές του σύμπαντος, καθώς και να μελετήσουν τη χημική σύνθεση της επιφάνειας και της ατμόσφαιρας κομητών, πλανητών και δορυφόρων.

Καθώς στα μεγάλα μήκη κύματος που θα «βλέπει» το Herschel όλα ανεξαιρέτως τα υλικά σώματα «λάμπουν» και η θερμική ακτινοβολία που θα εξέπεμπε το ίδιο το τηλεσκόπιο θα «παραμόρφωνε» τα δεδομένα που προσπαθεί να συλλέξει, το τηλεσκόπιο είναι εφοδιασμένο με μια μεγάλη δεξαμενή υγρού ηλίου που θα διατηρεί τη θερμοκρασία των διαφόρων τμημάτων του στους μόλις 0,3 βαθμούς πάνω από το απόλυτο μηδέν [φώτο: καλλιτεχνική απεικόνιση του τηλεσκοπίου Herschel, ESA (Image by AOES Medialab); background: Hubble Space Telescope, NASA/ ESA/ STScI].

Το τηλεσκόπιο Planck από την άλλη, πήρε το όνομά του από τον Γερμανό φυσικό Max Planck, έναν εκ των θεμελιωτών της κβαντικής θεωρίας. Ο Planck, στην προσπάθειά του να κατανοήσει τον τρόπο με τον οποίο η ακτινοβολία ενός μέλανος σώματος σχετίζεται με τη θερμοκρασία του, εισήγαγε το 1900 την ιδέα ότι η ενέργεια που εκπέμπει ένα μόριο σε ταλάντωση δεν είναι συνεχής, αλλά μπορεί να λάβει μόνο συγκεκριμένες, διακριτές τιμές, με άλλα λόγια είναι κβαντισμένη.

Το τηλεσκόπιο Planck θα καταγράψει με τη μέγιστη δυνατή ακρίβεια τη θερμοκρασία της κοσμικής ακτινοβολίας υποβάθρου, βελτιώνοντας τις αντίστοιχες μετρήσεις που είχαν πραγματοποιήσει οι δορυφόροι της NASA, COBE και WMAP.

Η κοσμική ακτινοβολία υποβάθρου είναι το πλέον αρχέγονο φως του σύμπαντος που μπορούμε να ανιχνεύσουμε και απελευθερώθηκε μόλις 380.000 χρόνια μετά τη Μεγάλη Έκρηξη, όταν η θερμοκρασία του σύμπαντος ήταν 3.000 Κ.

Εξαιτίας της διαστολής του σύμπαντος το μήκος κύματος του αρχέγονου αυτού φωτός «τεντώθηκε» προς το μικροκυματικό τμήμα του ηλεκτρομαγνητικού φάσματος και η θερμοκρασία που το χαρακτήριζε έπεσε στους περίπου 2,7 Κ πάνω από το απόλυτο μηδέν (στη κλίμακα Κέλβιν (Κ) το απόλυτο μηδέν αντιστοιχεί στους 0 Κ, ενώ για τη μετατροπή βαθμών Κέλβιν σε βαθμούς Κελσίου απλά αφαιρούμε 273,15).

Σύμφωνα με τους επιστήμονες η κοσμική ακτινοβολία υποβάθρου, αν και εξαιρετικά ομοιόμορφη, χαρακτηρίζεται εντούτοις από μικροσκοπικές θερμοκρασιακές διακυμάνσεις, πάνω στις οποίες είναι «αποτυπωμένες» πληροφορίες από μια ακόμη πιο αρχέγονη εποχή, την επονομαζόμενη Εποχή του Πληθωρισμού.

Σύμφωνα με τις πληθωριστικές θεωρίες, για ένα απειροελάχιστο χρονικό διάστημα το πολύ νεαρό Σύμπαν διεστάλη ταχύτατα με εκρηκτικό τρόπο, εξαιτίας μιας άγνωστης μορφής ενέργειας που προκάλεσε ένα είδος κοσμικής βαρυτικής απώθησης και οδήγησε σε μια εκθετικά επιταχυνόμενη διαστολή.

Οι διακυμάνσεις αυτές στη θερμοκρασία της κοσμικής ακτινοβολίας υποβάθρου καταγράφτηκαν για πρώτη φορά από τους δορυφόρους COBE και WMAP και αποδεικνύουν ότι πολύ νωρίτερα το Σύμπαν, αν και εντυπωσιακά ομοιόμορφο, χαρακτηριζόταν εντούτοις από εξίσου μικρές διακυμάνσεις στην πυκνότητα της ύλης, οι οποίες μεγάλωσαν και οδήγησαν, εντέλει, στις γιγάντιες κοσμικές δομές που παρατηρούμε σήμερα.

Για να το πούμε διαφορετικά, κβαντικές διακυμάνσεις του ενεργειακού πεδίου που προκάλεσε την πληθωριστική διαστολή του Σύμπαντος διογκώθηκαν δημιουργώντας μικρές διακυμάνσεις στην κατανομή και στην πυκνότητα της ύλης, οι οποίες επέτρεψαν εντέλει το σχηματισμό των πρώτων άστρων και γαλαξιών του Σύμπαντος (φώτο: καλλιτεχνική απεικόνιση του τηλεσκοπίου Planck, ESA - S. Corvaja, 2009).

Βασικός στόχος της αποστολής του Planck είναι να καταγράψει αυτές τις μικροσκοπικές θερμοκρασιακές διακυμάνσεις με ακόμη μεγαλύτερη ακρίβεια απ’ ό,τι προηγουμένως.

Η ανάλυση των δεδομένων που θα συλλέξει θα επιτρέψει τον υπολογισμό θεμελιωδών κοσμολογικών παραμέτρων, όπως μεταξύ άλλων της καμπυλότητας του σύμπαντος και της Σταθεράς του Hubble, με ακόμη μεγαλύτερη ακρίβεια και θα δώσει στους επιστήμονες τη δυνατότητα να συνδέσουν τις θερμοκρασιακές διακυμάνσεις της κοσμικής ακτινοβολίας υποβάθρου με το βαθύτερο αίτιο που τις προκάλεσε, δηλαδή με τις εξίσου μικρές διακυμάνσεις στην πυκνότητα της ύλης στο νεαρό σύμπαν, από τις οποίες προήλθαν εντέλει όλες οι δομές μεγάλης κλίμακας που παρατηρούμε σήμερα.

Η δυνατότητα αυτή παράλληλα με την ενδεχόμενη ανίχνευση περαιτέρω ανισοτροπιών στην ομοιομορφία της κοσμικής ακτινοβολίας υποβάθρου, οι οποίες οφείλονται σε αρχέγονα βαρυτικά κύματα, θα δώσει στους επιστήμονες για πρώτη φορά τη δυνατότητα να αποφανθούν εάν όντως το σύμπαν διεστάλη με τον ταχύτατο ρυθμό που προβλέπουν οι θεωρίες του πληθωρισμού.

Τα δεδομένα που θα συλλέξει το Planck θα συμβάλλουν τέλος στις προσπάθειες των αστρονόμων να διατυπώσουν μια ολοκληρωμένη θεωρία για το σχηματισμό των δομών μεγάλης κλίμακας και θα τους βοηθήσει στη προσπάθειά τους να αποκρυπτογραφήσουν τη φύση της σκοτεινής ύλης του σύμπαντος.

π